吳偉平

【摘 要】由目前來看，在排氣管上增加一個氧傳感器，經(jīng)常性地檢測排氣的質(zhì)量，并將其轉(zhuǎn)換成電信號傳給ECU；ECU根據(jù)氧傳感器提供的信號，不斷檢測和調(diào)整發(fā)動機噴油器的噴油量，使發(fā)動機在多數(shù)情況下都工作在理論空燃比附近，實現(xiàn)了噴油的閉環(huán)控制，也有效地提高了發(fā)動機性能及整車的經(jīng)濟性?？梢哉f，氧傳感器起著至關(guān)重要的作用。介紹了氧傳感器的結(jié)構(gòu)類型和功用，并對氧傳感器的工作特性進行了簡要分析。對氧傳感器在故障診斷中的應(yīng)用進行了原因分析。

【關(guān)鍵詞】電控汽車；氧傳感器；故障診斷

1 氧傳感器的結(jié)構(gòu)和功用

1.1 氧傳感器的概述

氧傳感器是排氣氧傳感器EGO （Exhaust Oxygen Sensor）的簡稱，其功能是通過檢測排氣中氧離子的含量來獲得混合氣的空燃比信號，并將該信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞斎隕CU。ECU根據(jù)（入）控制在0.98-1.02之間的范圍內(nèi)，使發(fā)動機得到最佳濃度的混合氣，從而達到降低有害氣體排放量和節(jié)約燃油之目的。

氧傳感器安裝在汽車的排氣管上，頭部裝進排氣管內(nèi)，尾部暴露在空氣中?？諝饪梢詮奈膊苛魅雮鞲衅鲀?nèi)部 （氧化錯式），傳感器外部跟廢氣直接接觸，這樣當(dāng)氧離子在錯管中擴散時，錯管內(nèi)外表面之間的電位差將隨可燃混合氣濃度變化而變化，即錯管相當(dāng)于一個氧濃差電池，傳感器的信號源相當(dāng)于一個可變電源。在有的電控汽車上安裝有兩個氧傳感器，位于三元催化轉(zhuǎn)換器的前后，分別稱為前氧傳感器和后氧傳感器。其目的是通過前后兩個氧傳感器所反映的氧含量（ 即信號電壓值） 的對比，來監(jiān)測三元催化轉(zhuǎn)化器對于尾氣中的 HC、CO和 NOx 的轉(zhuǎn)化凈化能力，進而判斷三元催化轉(zhuǎn)換器工作性能是否良好。前氧傳感器將其獲得的空燃比信號轉(zhuǎn)換為電壓信號輸送給發(fā)動機 ECU，ECU 根據(jù)此信號來判斷混合氣的濃與稀的程度是否適合發(fā)動機此時的運行工況，及時修正噴油器的噴油脈寬、節(jié)氣門的開啟角度和點火提前角等參數(shù)，以滿足發(fā)動機對動力性、燃油經(jīng)濟性和環(huán)保的要求。

1.2 氧傳感器的工作特性

氧傳感器是以電壓信號的形式向 ECU 傳遞信號數(shù)據(jù)的。氧傳感器的特性曲線如圖1所示，由圖1可知，當(dāng)混合氣在理論空燃比14.7∶1（即過量空氣系數(shù)λ=1）附近時，氧傳感器的輸出電壓發(fā)生急劇性突變，輸出電壓值在 450 mV上下跳動； 當(dāng)過量空氣系數(shù) λ<1（即空燃比較小，混合氣偏濃）時，排氣中的氧含量較少，氧傳感器“感知”出一個較高的電壓信號進行輸出； 當(dāng)過量空氣系數(shù)λ>1（即空燃比較大，混合氣偏稀）時，排氣中的氧含量較多，氧傳感器此時會“感知”出一個較低的電壓信號進行輸出。

氧傳感器的輸出信號存在兩個極值點： 當(dāng)過量空氣系數(shù)過小（ 混合氣過濃）時，氧傳感器感知到最高信號電壓值，大約 900mV左右；當(dāng)過量空氣系數(shù)過大（ 混合氣過稀）時，氧傳感器感知到的信號電壓值臨近100mV左右的最小值。不論混合氣是過稀還是過濃，都對發(fā)動機的正常運行和尾氣排放造成不利影響。在電控系統(tǒng)中，要準確地保證混合氣濃度為理想值是不可能的，實際上的反饋閉環(huán)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。該參數(shù)在發(fā)動機熱車后以中速（1500-2000r/min）運動時，呈現(xiàn)濃稀的交替變化或輸出電壓在 100-900mV之間來回變化，每10s內(nèi)變化次數(shù)應(yīng)大于8次（0.8Hz）。

2 氧傳感器在故障診斷中的作用

2.1 氧傳感器在故障診斷中的作用

首先有時突然熄火現(xiàn)象的發(fā)生；現(xiàn)代轎車點火系統(tǒng)多采用無觸點的電子控制點火系統(tǒng)。這種點火系統(tǒng)是由發(fā)動機 ECU 根據(jù)與點火控制系統(tǒng)有關(guān)的各傳感器輸入信號對點火時刻、點火能量進行控制的。氧傳感器就是與電子控制點火系統(tǒng)有關(guān)的傳感器之一。當(dāng)氧傳感器的工作電壓不穩(wěn)或者是工作不正常，就會向發(fā)動機 ECU 輸送錯誤的混合氣濃或稀的反饋信號，發(fā)動機 ECU 接收到此信號后，會結(jié)合其他相關(guān)傳感器的輸入信號進行綜合分析、計算并做出判斷，就會導(dǎo)致對點火時刻、點火能量發(fā)出錯誤的控制指令，使點火系統(tǒng)出現(xiàn)點火時刻異常甚至紊亂、點火能量不足等嚴重故障，最終導(dǎo)致發(fā)動機運行過程中突然熄火。

其次氧傳感器安裝在電噴發(fā)動機的排氣管上，位于三元催化轉(zhuǎn)化器的前面，用來檢測排氣中的氧濃度。當(dāng)發(fā)動機開始運轉(zhuǎn)后，氧傳感器不斷地向發(fā)動機電控單元（ECU）輸人反饋信號，ECU便依據(jù)此信號修正電磁噴油器的噴油量，使混合氣的濃度保持在最佳范圍內(nèi)。例如，如果ECU根據(jù)氧傳感器的反饋信號判斷出混合氣過濃，則發(fā)出指令使噴油器減少噴油量，這樣就對發(fā)動機的供給和排放系統(tǒng)實現(xiàn)了閉環(huán)控制，極大地減少了排氣污染。

多數(shù)的電噴發(fā)動機在三元催化轉(zhuǎn)化器的后面還裝著一個氧傳感器，兩個氧傳感器分別稱為主、副氧傳感器。電控單元依據(jù)副氧傳感器的反饋信號來修正主氧傳感器的信號誤差，此外副氧傳感器還可“監(jiān)視”三元催化轉(zhuǎn)化器的工作狀態(tài)。一旦它輸出的信號電壓與主氧傳感器的相似或同步，則意味著三元催化轉(zhuǎn)化器工作不良或已經(jīng)失效。

2.2 氧傳感器故障的檢測

當(dāng)氧傳感器出現(xiàn)故障后，可以使用電腦檢測儀，通過故障診斷接口讀取氧傳感器的故障代碼或其它有關(guān)信息。此外也可利用其它的方法進行檢測、診斷，根據(jù)故障現(xiàn)象分析，該發(fā)動機可能是燃油供給系統(tǒng)出現(xiàn)了故障。

首先，用燃油壓力表對燃油壓力進行了檢測，從檢測結(jié)果來看，并未發(fā)現(xiàn)異常情況，燃油系統(tǒng)油壓正常，那么有可能是電控系統(tǒng)出現(xiàn)了問題。沒有故障碼存在，如何對電控系統(tǒng)進行診斷分析呢？ 當(dāng)遇到這樣的情況時，對于很多汽車維修人員來說就遇到了難題。在這個時候，不要忘記發(fā)動機綜合智能分析儀還有一個很重要的功能——動態(tài)數(shù)據(jù)流分析。所謂數(shù)據(jù)流，就是電控發(fā)動機在現(xiàn)實運行中，反映傳感器和執(zhí)行器工況的一系列數(shù)值所組成的數(shù)據(jù)塊。由于是分別顯示各個數(shù)值，因此，習(xí)慣上把它稱作“數(shù)據(jù)流”。當(dāng)然，它本身不具備分析和判斷數(shù)據(jù)流變化情況是否正常這種能力，但它可以提供給我們多組很重要的動態(tài)變化的數(shù)據(jù)流，維修人員可以根據(jù)其中幾組可能與故障有關(guān)的數(shù)據(jù)流進行綜合分析，以縮小診斷范圍，對可能的故障點做出一個判斷。

其次，緩慢勻速踩下加速踏板，發(fā)動機轉(zhuǎn)速和點火提前角均隨節(jié)氣門開大而均勻增加，信號反應(yīng)和數(shù)據(jù)值都正常，卻發(fā)現(xiàn)在節(jié)氣門開度增加的過程中，氧傳感器信號電壓卻始終在0.4V左右波動，即使是節(jié)氣門全開的情況下也從未超過0.5V，點火提前角的數(shù)值也偏小一些。在快速踩下油門踏板時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速和點火提前角數(shù)據(jù)值均正常，氧傳感器信號數(shù)據(jù)值依然如故。根據(jù)數(shù)據(jù)流的關(guān)聯(lián)分析可以判斷，由于氧傳感器的工作特性發(fā)生了變化，不能隨著節(jié)氣門的開大而信號值升高。因而 ECU 接收到錯誤的反饋信號，發(fā)出錯誤的指令，導(dǎo)致不能及時地對噴油脈寬進行準確修正，導(dǎo)致在發(fā)動機起動時，噴油量過多，混合氣過濃，而出現(xiàn)啟動困難；在發(fā)動機怠速時，由于反饋信號失真，ECU 不能及時地對發(fā)動機轉(zhuǎn)速進行修正，導(dǎo)致發(fā)動機在怠速時發(fā)抖。更換了氧傳感器，再進行測試，故障現(xiàn)象消失。

最后，通常采用一種快速試驗方法。它是檢查混合氣電磁控制閥的動作，以取代直接測量傳感器的輸出電壓。快怠速凸輪以高速運轉(zhuǎn)3m，此時混合氣控制線圈閉合接線接地；然后接線脫開接地，接上閉合角測試儀。關(guān)閉阻風(fēng)門，怠速運轉(zhuǎn)。閉合角原先如不在55度，應(yīng)在2s內(nèi)增至55度。接著，拆去制動助力器處的真空軟管，閉合角應(yīng)在2s內(nèi)降為6，如果傳感器響應(yīng)此過程，就是良好的。

3 案例分析

（1）故障現(xiàn)象。一輛捷達GTX電噴發(fā)動機轎車，在使用過程中出現(xiàn)排氣管冒黑煙、油耗高、怠速不穩(wěn)等故障。

（2）故障排除過程。用專用儀器VAG1552檢查發(fā)動機電控系統(tǒng)，顯示空氣流量計有故障，但測量空氣流量計的線路及電阻都正常，進一步檢查“08讀取測量數(shù)據(jù)塊”中的顯示組033的第二區(qū)，檢查氧傳感器的電壓值在0.1～0.2V之間變動（正常情況應(yīng)該在0.1～0.9V間變動）電壓變動范圍很小說明氧傳感器未起作用。拆卸后發(fā)現(xiàn)氧傳感器頂尖部位的顏色為棕色。

（3）故障檢修：起動發(fā)動機，發(fā)動機轉(zhuǎn)速在 800-900r/min 之間變化，路試加速至 90km/h 時松開加速踏板，感覺發(fā)動機抖動了一下就熄火了，但是車速在 80km/h 以下時松開加速踏板發(fā)動機不熄火。連接示波器對氧傳感器信號電壓波形進行檢測，如圖2所示，說明混合氣過濃，初步判定是氧傳感器失效所致。 拔下氧傳感器 4 線插頭，用萬用表測量灰色信號線電壓是0.45V不變化， 測量 2 根白色的加熱電阻線阻值是 4Ω 正常，電源線也正常，因此確定氧傳感器已經(jīng)失效。 更換氧傳感器后，故障排除。

（4）故障原因分析。這種現(xiàn)象是氧傳感器中毒，經(jīng)常使用含鉛汽油的汽車更容易出現(xiàn)這種情況，所以即使更換了新的氧傳感器，汽車行駛幾千公里后還需要再次更換氧傳感器。根本原因是：由于過高的排氣溫度，使鉛侵入氧傳感器內(nèi)部，阻礙了氧離子的擴散，使氧傳感器失效，失效后的氧傳感器不能把真實的混合氣濃度信號傳給發(fā)動機控制單元，造成噴油量不準確，就會導(dǎo)致上述故障現(xiàn)象。

4 結(jié)論

氧傳感器老化、線路故障和燃油質(zhì)量引起的綜合性故障，對發(fā)動機的工作、汽車的燃油經(jīng)濟性及環(huán)保影響很大。維修人員在維修前要先分析車輛的使用運行情況，更重要的是要借助儀器、結(jié)合原理進行分析判斷，以此來提高維修效率，節(jié)省維修時間及費用。相信隨著汽車維修條件的改善、汽車維修人員素質(zhì)的提高， 氧傳感器波形分析法必將在汽車維修與故障診斷中占據(jù)重要的地位。

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