氧傳感器的檢測及故障案例

氧傳感器的檢測及故障案例1、結(jié)構(gòu)和工作原理在使用三效催化轉(zhuǎn)化器降低排放污染的發(fā)動機(jī)上，氧傳感器是必不可少的。三效催化轉(zhuǎn)化器安裝在排氣管的中段，它能凈化排氣中CO、HC和NO某三種主要的有害成分，但只在混合氣的空燃比處于接近理論空燃比的一個窄小范圍內(nèi)，三效催化轉(zhuǎn)化器才能有效地起到凈化作用。故在排氣管中插入氧傳感器，借檢測廢氣中的氧濃度測定空燃比。并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號或電阻信號，反饋給ECUOECU控制空燃比收斂于理論值。目前使用的氧傳感器有氧化鋯式和氧化鈦式兩種，其中應(yīng)用最多的是氧化鋯式氧傳感器。（1）氧化鋯式氧傳感器氧化鋯式氧傳感器的基本元件是氧化鋯陶瓷管（固體電解質(zhì)），亦稱鋯管圖1。鋯管固定在帶有安裝螺紋的固定套中，內(nèi)外表面均覆蓋著一層多孔性的鉛膜，其內(nèi)表面與大氣接觸，外表面與廢氣接觸。氧傳感器的接線端有一個金屬護(hù)套，其上開有一個用于鋯管內(nèi)腔與大氣相通的孔；電線將鋯管內(nèi)表面鉑極經(jīng)絕緣套從此接線端引出。氧化鋯在溫度超過300°C后，才能進(jìn)行正常工作。早期使用的氧傳感器靠排氣加熱，這種傳感器必須在發(fā)動機(jī)起動運轉(zhuǎn)數(shù)分鐘后才能開始工作，它只有一根接線與ECU相連（圖2a）?，F(xiàn)在，大部分汽車使用帶加熱器的氧傳感器（圖2b），這種傳感器內(nèi)有一個電加熱元件，可在發(fā)動機(jī)起動后的20-30內(nèi)迅速將氧傳感器加熱至工作溫度。它有三根接線，一根接ECU，另外兩根分別接地和電源鋯管的陶瓷體是多孔的，滲入其中的氧氣，在溫度較高時發(fā)生電離。由于鋯管內(nèi)、外側(cè)氧含量不一致，存在濃差，因而氧離子從大氣側(cè)向排氣一側(cè)擴(kuò)散，從而使鋯管成為一個微電池，在兩鉑極間產(chǎn)生電壓（圖3）。當(dāng)混合氣的實際空燃比小于理論空燃比，即發(fā)動機(jī)以較濃的混合氣運轉(zhuǎn)時，排氣中氧含量少，但CO、HC、H2等較多。這些氣體在鋯管外表面的鉛催化作用下與氧發(fā)生反應(yīng)，將耗盡排氣中殘余的氧，使鋯管外表面氧氣濃度變?yōu)榱?，這就使得鋯管內(nèi)、外側(cè)氧濃差加大，兩鉛極間電壓陡增。因此，鋯管氧傳感器產(chǎn)生的電壓將在理論空燃比時發(fā)生突變：稀混合氣時，輸出電壓幾乎為零；濃混合氣時，輸出電壓接近1V。要準(zhǔn)確地保持混合氣濃度為理論空燃比是不可能的。實際上的反饋控制只能使混合氣在理論空燃比附近一個狹小的范圍內(nèi)波動，故氧傳感器的輸出電壓在0.1-0.8V之間不斷變化（通常每10內(nèi)變化8次以上）。如果氧傳感器輸出電壓變化過緩（每1O少于8次）或電壓保持不變（不論保持在高電位或低電位），則表明氧傳感器有故障，需檢修。（2）氧化鈦式氧傳感器氧化鈦式氧傳感器是利用二氧化鈦材料的電阻值隨排氣中氧含量的變化而變化的特性制成的，故又稱電阻型氧傳感器。二氧化鈦式氧傳感器的外形和氧化鋯式氧傳感器相似，在傳感器前端的護(hù)罩內(nèi)是一個二氧化鈦厚膜元件（圖4）。純二氧化鈦在常溫下是一種高電阻的半導(dǎo)體，但表面一旦缺氧，其品格便出現(xiàn)缺陷，電阻隨之減小。由于二氧化鈦的電阻也隨溫度不同而變化，因此，在二氧化鈦式氧傳感器內(nèi)部也有一個電加熱器，以保持氧化鈦式氧傳感器在發(fā)動機(jī)工作過程中的溫度恒定不變。如圖5所示，ECU2#端子將一個恒定的1V電壓加在氧化鈦式氧傳感器的一端上，傳感器的另一端與ECU4#端子相接。當(dāng)排出的廢氣中氧濃度隨發(fā)動機(jī)混合氣濃度變化而變化時，氧傳感器的電阻隨之改變，ECU4#端子上的電壓降也隨著變化。當(dāng)4#端子上的電壓高于參考電壓時，ECU判定混合氣過濃；當(dāng)4#端子上的電壓低于參考電壓時，ECU判定混合氣過稀。通過ECU的反饋控制，可保持混合氣的濃度在理論空燃比附近。在實際的反饋控制過程中，二氧化鈦式氧傳感器與ECU連接的4#端子上的電壓也是在0.1-0.9V之間不斷變化，這一點與氧化鋯式氧傳感器是相似的。2、氧傳感器的檢測1）氧傳感器加熱器電阻的檢測點火開關(guān)置于“OFF”，拔下氧傳感器的導(dǎo)線連接器，用萬用表Q檔測量氧傳感器接線端中加熱器端子與自搭鐵端子（圖6的端子1和2）間的電阻（圖7），其電阻值應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)值（一般為4-40Q；具體數(shù)值參見具體車型說明書）。（3）北京切諾基氧傳感器的檢測北京切諾基采用的是帶加熱元件的氧傳感器。它與ECU的連接如圖13所示氧傳感器上有4條導(dǎo)線，其中2條是氧傳感器的信號輸出線和地線，另2條是加熱元件的電源輸入線和接地線。該傳感器可用DRBII或DRBIII測試儀進(jìn)行測試，在沒有DRBII或DRBIII測試儀的情況下，可采用下述測試方法：A、用高阻抗數(shù)字式萬用表Q檔對氧傳感器進(jìn)行測試拔下氧傳感器線束插頭，測試傳感器A、B端子間的電阻值。正常情況下，其電阻值為5-7Q,電阻值若為無窮大，則是加熱電阻燒斷，應(yīng)更換氧傳感器。B、對氧傳感器的輸出電壓進(jìn)行測試良好的氧傳感器，在接線正常情況下，當(dāng)發(fā)動機(jī)處于正常工作溫度且穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時，氧傳感器端子C、D間的電壓值應(yīng)為0-1V。如果測得的電壓值在0V且保持不變，則需反復(fù)開、閉節(jié)氣門，使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化。此時，若電壓隨節(jié)氣門的開閉而變，則表明氧傳感器良好;若電壓值仍為0V，則說明氧傳感器已經(jīng)損壞。如果測得的電壓值在1V且保持不變，則需拆去進(jìn)氣歧管上的一根真空軟管，讓混合氣變稀。此時，若電壓值開始變化，則說明氧傳感器有效，否則，說明氧傳感器已損壞，應(yīng)更換。由于環(huán)保的要求，許多汽車在排氣系統(tǒng)中裝有三元催化器，以減少汽車的一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）、氮氧化物（NO某）的排放量。由于三元催化器在理想空燃比（14.7:1）附近時凈化率最高，所以必須控制發(fā)動機(jī)工作在理想空燃比很窄的范圍內(nèi)。發(fā)動機(jī)每次工作循環(huán)的噴油由裝在排氣管中的氧傳感器反饋給發(fā)動機(jī)的ECU，ECU中微機(jī)根據(jù)氧傳感器的反饋信號修正噴油量，達(dá)到燃燒最完全。如圖1所示為氧傳感器的電路，其中發(fā)動機(jī)ECU的O某為氧傳感器的信號輸入端，HT為氧傳感加熱器的電源輸出端。如果排氣溫度過低（冷態(tài)），日丁便接通供電電路；如果排氣溫度過高（熱態(tài)），HT便斷開供電電路。保險絲主繼電器發(fā)動機(jī)ECU~~??O某?ECU的2??3M-REL??1??4HT?E1?圖1由于汽車尾氣及排氣溫度的原因，使氧傳感器的工作條件極其惡劣。因此造成一般無加熱器的氧傳感器的壽命約為5—8萬公里，而有加熱器的氧傳感器的壽命比無加熱器長3萬公里。氧傳感器的失效過程都是緩慢進(jìn)行的，首先是它的響應(yīng)速度變慢，輸出信號的幅度變低，最后是輸出信號不變化或完全沒有信號輸出。這時就會有故障代碼出現(xiàn)（如豐田車系的故障代碼為“21”“25”“26”“27”“28”“29”），發(fā)動機(jī)檢查燈或故障指示燈也會亮。除了由于使用年限或行駛里程的增加而導(dǎo)致氧傳感器的正常失效外，氧傳感器還可能因汽油中含鉛或冷卻液中的硅膠腐蝕而提前失效，氧傳感器的襯墊在維修過程中被拆掉所造成的尾氣泄漏也會導(dǎo)致氧傳感器提前失效。還有一些潛在的因素，例如燃油壓力過高、噴油器損壞、發(fā)動機(jī)電腦和傳感器損壞以及操作不當(dāng)?shù)龋捕伎赡軐?dǎo)致氧傳感器提前失效。然而，導(dǎo)致氧傳感器提前失效的首要原因是由發(fā)動機(jī)混合氣過濃所造成的炭堵塞。由于氧傳感器的失效，微機(jī)得不到氧傳感器的反饋信號，也就無法修正噴油量，使怠速時供給發(fā)動機(jī)過濃或過稀的混合氣，造成發(fā)動機(jī)斷火、工作不穩(wěn)、加速滯后。對氧傳感器的故障診斷，可從以下幾方面入手：一、發(fā)動機(jī)冷態(tài)下怠速運轉(zhuǎn)時，發(fā)動機(jī)ECUHT端子的電壓為12V左右。如果沒有加熱電壓，則氧傳感器必然工作不良。二、如果ECUHT端子的電壓正常，則接下來應(yīng)檢查氧傳感器內(nèi)加熱電阻的好壞。拔開氧傳感器的導(dǎo)線連接器，用電阻表檢測氧傳感器的端子1和2間的電阻，其電阻值應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)值。一般正常值為幾歐姆，如電阻值無窮大或為零，則說明電阻開路或短路，則須更換氧傳感器。三、發(fā)動機(jī)在中、高速運轉(zhuǎn)時，發(fā)動機(jī)ECU的端子O某的電壓應(yīng)處于0—1V的跳躍狀態(tài)，如長時間處于0V或1V時，可能是氧傳感器故障，也可能是發(fā)動機(jī)其它部件故障。這時我們要對氧傳感器的基本性能進(jìn)行測試，以區(qū)分這幾種可能性。測試采用示波器，方法有兩種，增加空氣法和增加燃料法：1、示波器的接法：雖然氧傳感器有其作用電壓，但其安培數(shù)相當(dāng)小，也就很容易受到雜訊的干擾，因此在選探針時建議使用10:1的探針。然而你也可以使用1:1的探針，不過很容易有雜訊的產(chǎn)生，再者有些車型的氧傳感器本身即有些微的雜訊電壓存在，容易造成誤判。由于氧傳感器必硝與電腦保持訊號的接通，因此我仍不可能拔開插頭直接測量。在這里我們使用常見的:背插法，也就是利用類似大頭針的針狀物插入傳感器背后的插座，由于插座與線端通常有防水橡皮，因此只要小心地延著橡膠^縫插入即可，這樣業(yè)不會破壞到原線束或插座，此外在這里我們不建議使用線束穿剌法。2、增加空氣法首先我們利用最簡單的方法一拔開真空管，弓魚迫發(fā)動機(jī)吸入更多的空氣。找出一條真空管硝在節(jié)氣門之后，這樣才有真空吸力存在。另外在選擇所要拆下的真空管時，硝注意一點：此條真空管必硝不會影響到發(fā)動機(jī)混合控制，例如燃油壓力閥整閥，如果拆下此真空管的話將會造成較大的燃燒壓力，使得怠速測試時混合比會有較高的現(xiàn)象，而造成測試的數(shù)據(jù)有所誤差。當(dāng)發(fā)動機(jī)處于較濃的狀態(tài)，拔開真空管，這時氧傳感器的電壓會馬上下降，當(dāng)發(fā)動機(jī)原本處于較稀的狀態(tài)，氧傳感器的電壓將維持不變。但注意一點，若是翼板式、熱線式的空氣流量^，當(dāng)拔開真空管較不會影響到流量計的電壓輸出變化，因此電腦回饋反應(yīng)的動作就有所延遲，雖然會將空氣過量系數(shù)入調(diào)整到1,但速度較慢，所以它的曲線將維持較長時間的低電壓。測試結(jié)果如圖2、圖3：圖2：發(fā)動機(jī)怠速圖3：發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速約1800r/min3、增加燃料法相對于上面例子我們可額外地加入燃料，弓魚迫發(fā)動機(jī)提高混合比，此方法對于氧傳感器長時間低電壓有極佳的判斷。但如何選擇燃料種類呢？一般以市售的化油器清洗劑或是積碳清洗噴劑便是相當(dāng)適合的選擇，由于其中含極高易燃、氧化的物質(zhì)，所以能狗在短時間內(nèi)增加發(fā)動機(jī)供油的濃度。我們可預(yù)先拔開一條真空管業(yè)將它塞住，這時可以觀查氧傳感器的反應(yīng)電壓，如果都一直持續(xù)在低混合的狀態(tài)，這時可以利用噴劑業(yè)噴入少言午的量于真空管內(nèi)，此時發(fā)動機(jī)的混合比將會急速地升高，此時氧傳感器電壓也將立即作出反應(yīng)，由于量不多，因此高混合維持的時間業(yè)不長，稍后將恢復(fù)原來的狀態(tài)。這時我們即可判斷氧傳感器是否在作用著。測試的結(jié)果如下圖3（左圖為噴一次的結(jié)果，右圖為噴兩次的結(jié)果）：圖3利用模擬器如何模擬氧傳感器信號這幾年隨著汽車設(shè)計和制造的整體發(fā)展，閉環(huán)控制已經(jīng)成為一種大勢所趨，尤其是電噴系統(tǒng)對閉環(huán)控制尤為常見，即通過安裝氧傳感器和三元催化器，實現(xiàn)電腦對于供油系統(tǒng)的全過程調(diào)整。這樣可以大大的提高環(huán)保水平，但故障也就相對多起來。氧傳感器的損壞究竟會對汽車的運行產(chǎn)生多大的影響，很難有一個很好的解釋，因為不同汽車對于氧傳感器的依賴程度不同。但由于它的功能及工作原理比較獨特，所以先掌握氧傳感器的性質(zhì)，對維修人員診斷電噴發(fā)動機(jī)的故障是有重要意義的。氧傳感器其實就是一個低電壓、低電流的小發(fā)電機(jī)，當(dāng)它的內(nèi)外表面所接觸的氧分子濃度不同時，便形成一個電位差，它的外表面伸入排氣管中直接與發(fā)動機(jī)排氣相接觸，它的內(nèi)表面與大氣接觸，大氣中氧分子的濃度是不變的。而排氣中氧分子的濃度是隨混合氣濃度的變化而變化的。當(dāng)混合氣的實際空燃比高于理論空燃比14.71，即稀混合氣時，廢氣中剩余的氧分子濃度相對較高，這時氧傳感器內(nèi)外氧分子濃度相差較小，只能輸出大約0.1V的電壓;而當(dāng)混合氣的實際空燃比小于理論空燃比，即濃混合氣時，廢氣中剩余的氧分子非常少，這時氧傳感器內(nèi)外表面氧分子濃度相差較大，可以輸出大約1.0V左右的電壓。這樣，電腦就可以通過氧傳感器輸出的信號了解當(dāng)前混合氣濃度相對于理論值的微小偏差，于是根據(jù)這個信號相應(yīng)調(diào)整噴油器的噴油脈寬，以彌補(bǔ)這個微小偏差，從而提高了控制的精度。電噴轎車所采用的氧傳感器大致分為單線、三線及四線等幾種形式，它們的區(qū)別只在于三線或四線的氧傳感器中多了一個加熱裝置，因為氧傳感器只有在400°C以上才工作。在工作狀態(tài)下，氧傳感器反饋電壓可以使用模擬器的直流電壓檔測量信