氧傳感器的故障診斷與排除

（吉利汽車研究院（寧波） 有限公司 浙江 寧波 315336）

引言

氧傳感器在發動機控制系統中有著極其重要的作用，它可以檢測發動機燃燒情況，對空燃比進行閉環控制，它是現代汽車控制廢氣排放，提高燃油經濟性的重要傳感器之一。它能自動修復由于機械及電噴系統小故障而引起空燃比的誤差。可以說是電噴系統中具有“智能”的傳感器。

1 故障現象

發動機運轉時，出現排氣管冒黑煙，發動機怠速抖動，熄火，同時伴隨著發動機故障燈常亮[1]。

2 氧傳感器工作原理

氧傳感器通過檢測廢氣中的氧氣含量，來計算混合氣濃度，以便實施監控混合氣的空燃比（理論空燃比為14.7 ∶1 時燃燒最充分）。一般通過將φat（過量空氣系數）控制在1 附近，使得燃油能夠得到充分的燃燒。這里討論的前氧傳感器采用寬裕氧傳感器，以便更好地監控空燃比表現，后氧傳感器采用窄域氧傳感器，與前氧傳感器共同作用，主要用于監控催化器的老化狀態。ECU 有效利用氧傳感器的特性，時刻監控混合氣的狀態，使得φat時刻控制在1±0.02，當φat＞1 時，代表空燃比偏稀，當φat＜1 時，代表空燃比偏濃。氧傳感器反饋控制只在閉環控制期間進行，其閉環控制原理框圖如圖1 所示，在開環控制期間則解除[2-3]。

圖1 氧傳感器工作原理

3 氧傳感器線束回路框圖

氧傳感器線束回路框圖如圖2、3 所示。

圖2 前氧傳感器線束回路框圖

圖3 后氧傳感器線束回路框圖

4 故障原因分析魚骨圖

故障原因分析魚骨圖如圖4 所示。

圖4 故障原因分析魚骨圖

5 故障診斷與排除

通過發動機管理系統EMS 的診斷，能夠快速定位氧傳感器故障及故障類型，但是由于氧傳感器與發動機EMS 系統之間通過線束連接成一套系統，在氧傳感器故障發生時，系統中的任何一個環節故障都有可能導致故障的產生，并非一定是氧傳感器本身的故障，也可能是由于線束虛接，端子退針，線束斷裂，EMS 針腳變形以及EMS 自身芯片故障導致的問題。涉及到氧傳感器的故障存在以下幾種：當單體損壞時，可以通過更換氧傳感器快速地解決問題，但排查的時候，需要鎖定具體的問題點，才會讓故障不再復發，對此，我們詳細介紹P013600 的排查思路，以此為契機，來更好地理解問題排查及系統性研究的思想，端子退針導致的故障現象具體排查如表1所示[4]。

表1 端子退針導致的故障現象

5.1 電阻檢測

檢查加熱器兩端子之間的電阻。點火開關置于“OFF”，拔下氧傳感器的線束插頭，用萬用表歐姆擋測量氧傳感器接線端中加熱電源正極接柱和加熱電源負極接柱之間的電阻，在常溫下，萬用表檢測結果顯示為13 Ω（標準值：常溫下為0～40Ω），其加熱器電阻值符合標準值。

5.2 電壓檢測

1）診斷儀讀取故障碼，P013600 后氧傳感器信號開路歷史故障。

2）起動后發動機故障燈亮，通過inca 連接EMS先讀取故障車原始數據，確定異常參數。b-atmtpk（路點標注位）變true，ushk-w（后氧電壓）1.5～1.6 V 未降低到0.1～0.9 V 并報故障，確定是后氧電壓異常導致報故障碼（PS：采用對比排除法，通過正常車輛與故障車的區別，確認數據的合理性，進行逐漸剔除）。

3）診斷儀再次讀取故障碼，P013600 后氧傳感器信號開路當前故障。熄火再上電后清除故障碼，連接inca 后起動，加油門升溫，b-atmtpk（路點標注位）變true，ushk-w（后氧電壓）1.5～1.6 V 未降低到0.1～0.9 V 并報故障，診斷儀讀取P013600 后氧傳感器信號開路當前故障，確認故障復現。

4）熄火上電清除故障碼，下電后拆掉負極。拆掉后氧傳感器接插件，檢查兩端無退針、退片等異常。

5）裝回后氧傳感器接插件，裝回負極，上電后連接inca 后起動，加油門升溫讀取數據，b-atmtpk（路點標注位）變true，ushk-w（后氧電壓）1.5～1.6 V 未降低到0.1～0.9 V 并報故障，診斷儀讀取P013600 當前故障。

6）熄火上電后清除故障碼，下電后拆掉負極。拆下ECU，檢查設備端及線束端插件無退針、退片等異常。

7）裝回ECU 接插件，裝回負極，上電后連接inca 后起動，加油門升溫讀取數據，b-atmtpk（路點標注位）變true，ushk-w（后氧電壓）1.5～1.6 V 未降低到0.1～0.9 V 并報故障，診斷儀讀取P013600 當前故障。

8）拆掉后氧和ECU 兩處線束接插件，測量整段線路通斷。后氧pin1 至ECU 端K62 通路（信號正）；后氧pin2 至ECU 端K33 斷路（信號地線）；后氧pin3 至ECU 端K29 通路（加熱地線）；保險絲至電源正極通路。初步確定前艙線束與發動機線束對接的插件存在問題。

9）裝回后氧及ECU 接插件再裝回負極，上電后連接inca 后起動，加油門升溫讀取數據，b-atmtpk（路點標注位）變true，ushk-w（后氧電壓）1.5～1.6 V未降低到0.1～0.9 V 并報故障，診斷儀讀取P013600當前故障。

10）拆掉負極更換ECU 后，裝回負極，上電后連接inca 后起動，加油門升溫讀取數據，b-atmtpk（路點標注位）變true，ushk-w（后氧電壓）1.5～1.6 V 未降低到0.1～0.9 V 并報故障，診斷儀讀取P013600 當前故障。

11）拆掉負極換回原車ECU，裝上負極上電后連接inca 后起動，加油門升溫讀取數據，b-atmtpk（路點標注位）變true，ushk-w（后氧電壓）1.5～1.6 V 未降低到0.1～0.9 V 并報故障，診斷儀讀取P013600 當前故障，排除ECU 故障導致車輛故障。

12）拆掉負極，更換新的后氧傳感器后裝回負極，上電后連接inca 后起動，加油門升溫讀取數據，batmtpk（路點標注位）變true，ushk-w（后氧電壓）1.5～1.6 V 未降低到0.1～0.9 V 并報故障，診斷儀讀取P013600 當前故障，同時檢查原車拆下后氧傳感器無異常，排除后氧傳感器故障導致車輛故障。

13）熄火、上電清除故障碼，拆掉負極，拆除前艙與發動機線束對接插件進行檢查，前艙線束端第8針腳（與K33 對接回路）退針。發動機線束端無異常。修復前艙線束第8 針腳端子卡片后復裝線束，裝回負極，上電后連接inca 后起動，加油門升溫讀取數據，b-atmtpk（路點標注位）變true，ushk-w（后氧電壓）1.5～1.6 V 降低到0.1～0.9 V 且未報故障，診斷儀未讀取到故障，再次進行20 km路試驗證，未報故障，故障燈未點亮。

最后，針對沒有工具，無法讀取EMS 內部數據及故障碼的情況下，也可以采用上述的排查過程，針對故障碼的報碼機制，國五3 次駕駛循環，點亮發動機故障燈；國六2 次駕駛循環點亮發動機故障燈；同時在故障修復后，均能在3 次駕駛循環后熄滅發動機故障燈，通過此機理便能確定故障是否得到有效的解決，開展逐步排查工作。排查步驟如下：

1）確認故障碼并復現故障。

2）排查氧傳感器與發動機線束接插件。

3）排查前艙線束與保險絲接插件。

4）排查前艙線束與ECU 接插件。

5）排查ECU 是否損壞。

6）排查氧傳感器與ECU 之間線束。

7）排查氧傳感器。

8）排查發動機線束與前艙線束插件。

9）排查發動機線束。

10）排查前艙線束。

6 結論與建議

一般氧傳感器問題，在新車里程較少時，多半出現在線束問題及ECU 針腳變形，對于擁有較大里程的車輛則是油品等原因導致的氧傳感器中毒，前者排查需要逐步排查，同時生產工藝上進行規避，有如下建議：

1）端子退針故障時常發生，退針原因主要涉及到組裝過程中是否插接到位，電檢過程是否100%可以檢測出故障件。

2）建議在分裝工位增加接插誘導系統，電檢臺增加推力測試holder。

3）公端子變形故障主要涉及運輸和保存環境，容易受外物碰撞損傷端子。

4）建議采用專用工裝包裝或增加氣包袋防護。

5）公母插件裝配不到位或異常導致端子接觸不良導致報故障。

6）建議完善SOP 資料及現場裝配指導教學。

7）建議在基地商檢線增加故障碼讀取攔截程序。

8）排查過程需要遵守先后順序，維護現場環境狀態，逐步縮小故障范圍，經過模擬驗證最終鎖定故障原因。