当今氧传感器的检测与应用Word下载.docx

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2.1.3氧传感器反馈电压的测量11

2.2专用仪器检测法14

2.2.1氧传感器加热器的检查14

2.2.2氧传感器反馈电压的测量14

2.2.3氧传感器加热器供电的测量15

2.3示波器检测法16

2.3.1丙烷加注法检测氧传感器信号波形16

2.3.2急加速法检测氧传感器信号电压波形18

2.4氧传感器外观颜色的检查18

3传感器波形的诊断作用20

3.1概述20

3.2氧传感器故障波形及分析举例20

3.2.1个别缸喷油器堵塞造成各缸喷油不均衡20

3.2.2间歇性点火系缺火21

3.2.3进气真空泄漏22

4结束语23

致谢24

参考文献25

摘要

氧传感器在电控发动机空气燃油反馈控制系统中有着十分重要的地位,它可以快速、准确地判断整个空气燃油反馈系统的运行性能。

在氧传感器本身处于良好状况时,所输出的信号反映了发动机点火系统连同所有的进气系统、排气再循环系统、喷射系统等的传感器、执行件、发动机控制电脑和电路的工作情况。

把氧传感器波形和喷油脉冲宽度结合起来评定,可以确定废气排放故障的原因;

通过对氧传感器检测、分析、评定,可以帮助诊断分析汽车的怠速不稳、加速迟缓、功率低下、油耗量大、废气排放超标等故障及其原因，因此理解汽车氧传感器的作用和结构原理，掌握氧传感器的检测分析，是对电控发动机故障诊断维修的一种很有效的方法。

关键词:

汽车氧传感器检测

Abstract

Oxygensensorintheelectroniccontrolengineairfuelfeedbackcontrolsystemhasaveryimportantposition,itcanquicklyandaccuratelydeterminetheairthroughoutthefuelsystemofperformancefeedback.Iftheoxygensensoritselfisingoodcondition,theoutputsignalreflectstheengineignitionsystem,togetherwithalloftheintakesystem,exhaustrecirculationsystem,injectionsystem,theimplementationofparts,enginecontrolcomputercircuit.Combinedtheworkoftheoxygensensorsandpulsewidthwaveoffuelinjection,canassessedtodetermineemissionfailure.Throughtheoxygensensordetection,analysis,evaluation,canhelpdiagnosethecarwhichunstableidle,speeduptheslow,low-power,greatfuelconsumption,notuptoemissionstandard,andsoon.Sounderstandingtheroleoftheautomobileoxygensensorsandprinciplesofoxygensensorshavedetectedtheanalysis,isaveryeffectivewaytomaintenanceelectronicallycontrolledengine.

Keywords：

AutomotiveOxygensensorInspection

1绪论

汽车行业是目前国际上应用传感器最大市场之一。

从世界各国公布的专利情况来看，各主要汽车生产厂家和电气、元件生产厂家，都很重视汽车传感器的研制和生产。

而氧传感器的申报专利数，居汽车传感器的首位，这反映了该传感器的技术难度和各国的重视程度。

控制汽车空燃比用的氧传感器在日本以每年50％~60％的速度增长。

就我国来说，仅近三年需改加氧传感器的旧车就超过2000多万辆，每年新生产的轿车所需的氧传感器也超过200万个。

汽车排放法规的逐渐严格和社会对汽车排除污染控制的重视，“电喷”加三元催化器的发动机正在我国普及,这种发动机采用了混合气成分的闭环控制和三效催化反应装置的联合使用技术，这是当今汽油机最有效的排气净化方法。

而氧传感器是实现这一闭环控制的必不可少的重要部件，汽车氧传感器是将燃烧后的气体情况实时反馈给发动机控制单元，发动机电控喷射系统则依据氧传感器提供的信号精确控制混合气浓度。

“最优准则”这个术语最初来源于对商业交易的研究以及对某一项任务最佳完成情况的评价。

然而若要用这个术语来表述氧传感器的更换情况的话，关于“最优准则”的定义却变得相当困难。

许多汽车零部件供应商推荐氧传感器的更换间隔为行驶里程50,000km。

而其他的销售商和制造商则推荐其更换期应为100,000km。

更有一部分人认为只要氧传感器能够正常工作，就永远不需要更换。

　　这并不是一个小问题。

举个例子：

一个刚17岁的学生拥有了一辆1988年的雷鸟Turtbo轿车，这个小伙子的爱车在行驶时老是从排气管冒黑烟，而且车辆的燃油经济性也大打折扣，最后他不得不将坐骑驶进当地的一家汽车维修店来寻求帮助，而汽修店的维修技师则建议他花150美元更换一个氧传感器！

150美元对于这个年轻人来说相当于他两个星期的打工收入，所以他决定换个地方听听不同的看法。

临近的另一家维修厂在检查了燃油油尺的压力读数，看到没有压力显示后，建议他换个燃油压力调节器，于是他只花了28美元更换了燃油压力调节器。

经过短时间的运行烧掉积炭之后，一切都恢复正常，氧传感器也重现了生机。

　　从某种程度上看也许这个例子是一个孤立的偶然的事件，真是这样的话还是可以原谅的，然而不幸的是事实并非如此。

最近，一些汽车制造商们出于计算质保成本或研究客户满意度等原因，对返回给他们的汽车零部件进行了仔细的检查，结果发现返回的零部件中的50～75％没有任何问题。

不仅氧传感器的情况如此，其它的一些零件也是这样，比如像点火线圈、脉冲编码调制器和交流发电机等易更换的零部件。

　　在诸如上述氧传感器的事例中，汽车行业肯定不赞赏目前这种处理问题的方式。

在氧传感器刚开始应用的时候汽车法规要求与排放有关的汽车零部件都要有5年/60,000km的耐久性寿命。

由于没有人知道这些传感器究竟能有多长的使用寿命，所以在汽车的系统中设定一个定时器来指示驾驶员定期对氧传感器的功能进行检查。

对于大多数的车辆来说，这也仅仅意味着需要检查一下反馈信息是否能够进入闭环控制系统中，关闭氧传感器警报灯，然后将车辆开回道路继续驾驶。

　　当加热型的氧传感器第一次出现后，氧传感器的检查时间间隔被延长到了100，000km。

然后汽车制造商们又不断地制定新的标准，一次又一次地规定不同的检查更换时间间隔。

这种纷乱的说法很容易使人产生一种误解，即传感器的寿命或疲劳损坏时间是设定的。

在氧传感器本身处于良好状况时,所输出的信号反映了发动机点火系统连同所有的进气系统、排气再循环系统、喷射系统等的传感器、执行件、发动机控制电脑和电路的工作情况,把氧传感器波形和喷油脉冲宽度结合起来评定,可以确定废气排放故障的原因；

本篇论文重点讨论汽车氧传感器的结构、工作原理、检测方法及使用维修过程中的一些注意事项,分析氧传感器故障现象、原因、探索氧传感器故障的排除方法和氧传感器的维修工艺，以提高在维修汽车过程中对其运用能力。

1.1氧传感器的作用

氧传感器是燃油反馈控制系统的重要部件,它是依据尾气的含氧量的变化而输出高、低变化的信号电压装置。

发动机电脑根据氧传感器反馈信号不断调整混合气的空燃比,使其稳定在理论空燃比14.7附近,这不仅是保证发动机进行安全燃烧的要求,也是三元催化器中两种主要化学反应（氧化和还原）的需要,其目的保障发动机正常工作和废气排放达标。

1.1.1发动机汽油喷射的开环和闭环控制

发动机电控汽油喷射系统有开环控制和闭环控制两种类型。

所谓的开环控制，即电控单元ECU是按预先设定的控制程序计算并控制喷油量，对控制的结果（如混合气成分、油耗、功率、废气的排放等参数）不具备反馈作用，这种控制程序的制定在一定程度上，只能反映某一机型的发动机的一般情况。

由于存在着加工制造的误差和使用条件的变化（如活塞环磨损、汽缸积碳等，）因此，对个别发动机来说，可能会出现实际控制的结果偏离设定的理想状态，以致油耗增大或功率下降的现象。

闭环控制又称反馈控制，它是利用氧传感器对每一瞬间进入发动机的混合气成分进行检测，并将检测结果输入电控单元ECU，电控单元ECU根据这一反馈信号，不断修正喷油量，是混合气浓度始终保持在理想范围内。

这种控制方式不仅可以进一步提高喷油量的控制精度，而且可避免由于发动机控制加工误差和使用老化带来的影响。

1.1.2氧传感器的作用

电子控制汽油喷射系统进行反馈控制的传感器是氧传感器，它安装在发动机排气管上，用来检测排气中的氧浓度，并将其转换成电压信号和电阻信号，向电控单元提供反馈信号。

正常情况下，排气中氧气的浓度取决于混合气的空燃比，当混合气浓于理论混合气时，在燃烧过程中氧分子被全部耗尽，排气中没有氧分子；

但混合气稀于理论混合气时，在燃烧过程中氧分子未能全部耗尽，排气中含有氧分子，混合气越稀，排气中的氧分子浓度就愈大。

因此，氧传感器发出的信号间接地反映了混合气空燃比的高低。

电控单元ECU按氧传感器的反馈信号，对燃油量计算结果进行修正，使混合气的空燃比更接近于理论空燃比。

为了保护环境，减少汽车排气污染，汽车上都采用了三元催化转化器。

三元催化转换器能同时净化排气中CO、HC、和NOX三种主要的有害成分[1]，但它只有在混合气的空燃比处于接近理论空燃比的一个狭小范围内，三元催化转换器才能有效地起到净化作用（图1-1），因此应用氧传感器进行反馈控制的目的也在于保证三元催化转换器的排气净化效果，解决功率、油耗和排气污染之间的矛盾（图1-2）。

图1-2氧传感器工作示意图

图1-1三元催化工作效率

1.2氧传感器的结构与工作原理

实际应用的氧传感器有氧化锆式氧传感器和氧化钛式氧传感器两种,其中应用最的是氧化锆式氧传感器，本篇以氧化锆式氧传感器为主。

1.2.1氧化锆式氧传感器的构造

氧化锆式氧传感器的基本元件是氧化锆陶瓷管，即氧化锆固体电解质。

陶瓷体制成试管式的管状，亦称锆管（图1-3），锆管固定在带有安装螺纹的固定套中，内外表面均覆盖着一层多孔性的铅膜。

锆管内表面与大气接触，外表面与废气接触。

氧传感器安装在排气管上，为了防止废气中的杂质腐蚀铂膜，在锆管外表面覆盖着一层多孔的氧化铝保护层，并且还加装了防护套管，套管上开有槽口，这样既可以防止废气烧蚀电极，有可以保证废气渗进保护层，与电极接触。

氧传感器的接线端有一个金属护套，其上开有一个用于锆管内腔与大气相通的孔；

电线将锆管内表面铂极经绝缘套从此接线端引出。

图1-3氧化锆式氧传感器

1.保护套管2.内表面铂电极层3.氧化锆陶瓷体4.外表面铂电极层5.外孔氧化铝保护层6.线束接头

图1-4氧传感器工作原理

1.2.2氧化锆式氧传感器的工作原理

氧传感器的工作原理与干电池相似，传感器中的氧化锆元素起类似电解液的作用。

其基本工作原理是[2]：

在一定条件下（高温和铂催化），利用氧化锆内外两侧的氧浓度差，产生电位差，且浓度差越大，电位差越大（图1-4）。

大气中氧的含量为21％，浓混合气燃烧后的废气实际上不含氧，稀混合气燃烧后生成的废气或因缺火产生的废气中含有较多的氧，但仍比大气中的氧少得多。

在高温及铂的催化下，带负电的氧离子吸附在氧化锆套管的内外表面上。

由于大气中的氧气比废气中的氧气多，套管上与大气相通一侧比废气一侧吸附更多的负离子，两侧离子的浓度差产生电动势。

电动势的大小由（式1-1）计算，即

E=RT/4F×

lnp’’o2/lnpo2（式1-1）

式中：

E—电动势

R—气体常数

T—绝对温度

F—法拉利常数

p’’O2，pO2—排出废气和大气中的氧气分压

当套管废气一侧的氧浓度低时，在电极之间产生一个高电压（0.6～1V），这个电压信号被送到ECU放大处理，ECU把高电压信号看作浓混合气，而把低电压信号看作稀混合气。

根据氧传感器的电压信号，电脑按照尽可能接近14.7：

1的理论最佳空燃比来稀释或加浓混合气。

因此氧传感器是电子控制燃油计量的关键传感器。

氧传感器只有在高温时（端部达到300°

C以上）其特性才能充分体现，才能输出电压。

它在约800°

C时，对混合气的变化反应最快，而在低温时这种特性会发生很大变化。

现在，大部分汽车使用带加热器的氧传感器，这种传感器内有一个电加热元件，可在发动机起动后的20-30s内迅速将氧传感器加热至工作温度。

1.3汽车氧传感器的常见故障

氧传感器一旦出现故障，将使电子燃油喷射系统的电脑不能得到排气管中氧浓度的信息，因而不能对空燃比进行反馈控制，会使发动机油耗和排气污染增加，发动机出现怠速不稳、缺火、喘振等故障现象。

因此，必须及时地排除故障或更换。

（1）氧传感器中毒

氧传感器中毒是经常出现的且较难防治的一种故障，尤其是经常使用含铅汽油的汽车，即使是新的氧传感器，也只能工作几千公里。

如果只是轻微的铅中毒，接着使用一箱不含铅的汽油，就能消除氧传感器表面的铅，使其恢复正常工作。

但往往由于过高的排气温度，而使铅侵入其内部，阻碍了氧离子的扩散，使氧传感器失效，这时就只能更换了。

另外，氧传感器发生硅中毒也是常有的事。

一般来说，汽油和润滑油中含有的硅化合物燃烧后生成的二氧化硅，硅橡胶密封垫圈使用不当散发出的有机硅气体，都会使氧传感器失效，因而要使用质量好的燃油和润滑油。

修理时要正确选用和安装橡胶垫圈，不要在传感器上涂敷制造厂规定使用以外的溶剂和防粘剂等。

（2）积碳

由于发动机燃烧不好，在氧传感器表面形成积碳，或氧传感器内部进入了油污或尘埃等沉积物，会阻碍或阻塞外部空气进入氧传感器内部，使氧传感器输出的信号失准，ECU不能及时地修正空燃比。

产生积碳，主要表现为油耗上升，排放浓度明显增加。

此时，若将沉积物清除，就会恢复正常工作。

（3）氧传感器陶瓷碎裂

氧传感器的陶瓷硬而脆，用硬物敲击或用强烈气流吹洗，都可能使其碎裂而失效。

因此，处理时要特别小心，发现问题及时更换。

（4）加热器电阻丝烧断

对于加热型氧传感器，如果加热器电阻丝烧蚀，就很难使传感器达到正常的工作温度而失去作用。

（5）氧传感器内部线路断脱。

氧传感器由于内部的线路焊接不牢或由于汽车的颠簸,内部线路会出现断裂。

2传感器的检测

2.1万用表检测法

2.1.1氧传感器加热器的检查

工作电压的的检查：

现在大部分电控汽车使用的都是3线或4线加热式氧传感器[3]。

因此，对于这一类氧传感器首先应检查加热线的电压是否正常。

在打开点火开关或启动发动机后，用万用表电压档测量加热器的供电端子，应有12V电压。

如果没有加热电压，则氧传感器必然工作不良。

图2-1氧传感器的检测电路图

加热器内电阻的检查：

在点火开关置于“OFF”,拔下氧传感器的线束插头,用万用表Ω档测量氧传感器接线端子与搭铁端子间的电阻,如（图2-1），其电阻值应符合标准值（一般为4～４０Ω，具体参数参见具体车型的说明书），如果加热电阻无穷大或为零，则说明电阻开路或短路，这样势必造成氧传感器工作不良，应更换氧传感器。

图五4线式氧传感器

2.1.2接地线的检查

一般黑色线为接地线，测量其接地压降，应小于100mv为正常。

（说明：

常见的氧传感器分为1线、2线、3线、4线、7线式。

1线式：

一根信号线，另外搭铁线靠外壳直接搭铁。

2线式：

一根信号线，另一根到电脑的回馈搭铁线。

3线式：

有两根线是氧传感器加热线，一根氧传感器信号线，另外搭铁线靠外壳直接搭铁，属于外加热型氧传感器。

4线式：

有两根线是氧传感器加热线，有两根线是氧传感器线。

大多数车型氧传感器。

7线式：

两个氧传感器组合，两组加热型氧传感器，如本田车主氧传感器。

根为信号线的接地线，因此两根接地线应分别测量，以确定其是否正常。

）

2.1.3氧传感器反馈电压的测量

点火开关置于“OFF”，拔下氧传感器的线束插头，对照车型的电路图，从氧传感器反馈电压输出接线柱上引出一条细导线，然后插好线束插头，起动发动机，在发动机运转中，从引出线上测出反馈电压[4]。

对氧传感器的反馈电压进行检测时，最好使用具有低量程（通常为2V）和高阻抗（内阻大于10MΩ）指针型万用表,具体的检测方法如下（图2-2）：

（1）将发动机热车至正常工作温度或起动后以2500r/min的转速运转2min。

（2）将万用表电压档的副表笔接故障检测插座内的E1或蓄电池负极；

正表笔接故障检测插座内的插孔，或接氧传感器线束插头上的引出线。

（3）让发动机以2500r/min左右的转速保持运转，同时检查电压表的指针能否在0-1V之间来回摆动，记下10s内电压表指针摆动次数。

在正常情况下，随着反馈控制的进行，氧传感器的信号电压在0.45V上下不断变化，10s内反馈电压的变化次数应不少于8次。

（4）若电压表指针在10s内的摆动次数等于或多余8次，说明氧传感器及反馈控制系统工作正常；

电压表指针在10s内的摆动次数少于8次，则说明氧传感器及反馈控制系统不正常，可能是氧传感器表面有积碳而使灵敏度降低。

（5）让发动机以2500r/min的转速运转约2min，以清除氧传感器表面的积炭，然后再检查反馈电压。

如果在清除积炭后电压指针依旧缓慢，则说明氧传感器不良，或ECU反馈控制电路有故障。

（6）检查氧传感器有无损坏。

拔下氧传感器的线束插头，使氧传感器不再与ECU连接，反馈控制系统处于开环控制状态。

将万用表电压档的正表笔直接与氧传感器反馈电压输出接线柱连接，副表笔良好搭铁。

在发动机运转中测量反馈电压，先脱开接在进气管上的曲轴箱强制通风管或其他真空软管，人为地形成稀混合气，同时观看电压表，其指针读数应该下降。

然后接上脱开的管路，再拔下水温传感器接头，用一个4～8kΩ的电阻代替水温传感器，人为地形成浓混合气，同时观看电压表，其指针读数应上升。

也可以用突然踩下或松开加速踏板的方法来改变混合气的浓度，在突然踩下加速踏板的时，混合气变浓，反馈电压应上升；

突然松开加速踏板时，混合气变稀，反馈电压应下降。

如果氧传感器的反馈电压无上述变化，表明氧传感器已坏。

以2500r/min的转数运转发动机约2min,热预氧传感器

测量氧传感器反馈电压

检查电压表在10s内摆动次数

8次或更多

少于8次

正常

再次预热氧传感器

正常（氧传感器）表面有积碳

脱开氧传感器线数插头，测量氧传感器反馈电压

大于0.45v

小于0.45v

拔下水温传感器线束

插头，接上一个4~8kΩ

脱开真空软管

仍大于0.45v

高于0.45v

仍小于0.45v

氧传感

器损坏

氧传感器正常，

混合气过浓

氧传感器正常，混合气太稀

检查燃油系统，进气系统及控制系统

图2-2氧传感器的检测程序

2.2专用仪器检测法

在许多带有自诊断系统的轿车上可以用电脑诊断仪来调取故障代码或从发动机电脑中读出各种参数值。

以下以奥迪A6为例介绍用诊断仪检测氧传感器[5]。

2.2.1氧传感器加热器的检查

（1）氧传感器加热由自由诊断监控

（2）查询故障存储器

（3）连接VAS5051或VAG1551，选择“01”发动机电控单元。

进行上述操作时，发动机应怠速运转。

显示器显示：

快速数据传递帮助

选择功能╳╳

（4）按0和8键，选择“读取测量数据块”，按Q键确认输入。

读取测量数据块

输入显示组号╳╳╳

（5）按0，2和7键，选择“显示组27”，按Q键确认输入。

怠速0.3KW87.2℃8.7Ω

（6）检查显示区4.规定值：

6～１５Ω。

（7）如果未达到规定值：

关闭点火开关，检查氧传感器加热器供电。

2.2.2氧传感器反馈电压的测量

连接VAS5051或VAG1551，选择“01”发动机电控单元

（1）读取显示组21中的测量数据块，发动机怠速运转。

760/min2.15ms34.2℃λ-Reg.EI

（2）检查显示区4的显示，规定：

λ-Reg.EIN（氧传感器接通），λ控制工作后（发动机处于暖机状态），继续检测。

（3）按C键

（4）按0和9，选择“显示组9”按Q键确认输入。

760/min-0.70%0.755V0.4%

（5）检查显示区3的显示。

规定：

读数应在0.1—1.0V之间波动。

760/min-0.70%0.185V0.4%

说明：

电压每分钟变化15—30次。

如电压波动太慢，则可能有以下故障：

1氧传感器加热器损坏

2氧传感器损坏

（6）如果显示的是0.450—0.500V之间的恒定值，显示值：

760/min-0.70%0.475V0.4%

可能有以下故障：

1氧传传感器短路

2氧传感器加热器损坏

3氧传感器损坏

（7）如果显示0.000—0.500V之间的值（混合气太稀），显示器显示：

说明λ控制已到达加浓控制极限，氧传感器总是认为“混合气太稀”，可能有以下故障：

1进气系统漏气

2燃油压力低

（8）如果显示0.5—1.0V之间的值（混合气太浓），显示器显示：

760/min-0.70%0.830V0.4%