氧傳感器的故障檢查及排除

王 惠

（山西機電職業技術學院，長治 046011）

0 引言

在電控發動機的電控系統中，氧傳感器的地位不容忽視，它是實現發動機閉環控制的一個重要環節。若氧傳感器有所損壞，勢必會產生發動機的排放超標、加速無力等故障現象。但氧傳感器的檢測卻是一個比較棘手的問題，本文就以上問題針對常用的氧化鋯式氧傳感器的故障檢查及排除，介紹一些自己在實踐中的經驗體會。

1 氧化鋯式氧傳感器的工作原理

氧化鋯式氧傳感器的基本元件是專用陶瓷體(二氧化鋯（ZrO2）固體電解質),該陶瓷體制成試管式的管狀，故稱鋯管。鋯管內外表面均覆蓋著一層多孔性的鉑膜作為電極，它被固定在帶有安裝螺釘的固定套中。鋯管內表面電極與大氣相通，外表面則與廢氣接觸。因為鋯管的陶瓷體為多孔體，這樣氧氣便可以滲入該多孔體固體電解質內 。排氣管中溫度較高時，導致氧氣發生電離，只要鋯管內外側氧含量不一樣，存在氧濃度差，則氧離子將在固體電解質內部從大氣一側向廢氣一側擴散，在鋯管鉑極間產生電壓，形成鋯管微電池。混合氣稀時（排氣中氧含量高），內外兩側氧濃度差小，所以產生的電壓較低；當混合氣濃時（排氣中氧含量低），此時排氣中CO、HO、H2的含量較多，這些成分由于鋯管外表面鉑的催化作用，與氧氣發生反應，使鋯管外側氧濃度幾乎變成零，從而使得鋯管內、外兩側的氧濃度差迅速增大，鋯管兩極間產生的電壓也隨之突然增大。

氧化鋯式氧傳感器產生的電壓在過量空氣系數λ＝1(理論混合氣)時產生突變，λ＞1（稀混合氣）時，輸出電壓接近零，λ＜1（濃混合氣）時， 輸出電壓接近1V。因此氧傳感器在發動機混合氣閉環控制過程中，就相當于一個濃度開關，可以將混合氣空燃比的變化轉化為寬度變化的電脈沖信號輸入ECU，ECU則根據氧傳感器反饋信號，控制噴油量，使排氣中有害氣體的成分減到最少。

2 檢查氧傳感器的加熱線電壓

通常情況下氧傳感器有1線、2線、3線、4線4種。目前大多數電控汽車中都采用3線或4線加熱式氧傳感器。所以，首先要檢查加熱線的電壓是否正常，也就是在點火開關接通時或在發動機起動后應得到12V的加熱電壓。若沒有測得加熱電壓，就必須對照電路圖檢查氧傳感器的實際電路。

3 檢查氧傳感器的內加熱電阻

若測得正常加熱線電壓，下一步就應檢查其內加熱電阻的好壞。正常值通常應為幾歐姆，若測得加熱電阻為無窮大或為零，說明電阻出現了斷路或短路，則需更換新的氧傳感器。

4 檢查接地線

對于1線式的氧傳感器，它可以靠本身與排氣管構成接地回路，而2線式的氧傳感器，通常接地線為黑色，測量它的接地電壓降時，應取小于l00mV為佳，3線式和2線式的接地電壓檢測方法相同。針對4線式氧傳感器，因為有兩根接地線，其中一根為加熱線的接地線，另一根則為信號線的接地線，故應分別測量兩根接地線，以確定其是否正常。

5 測試氧傳感器信號

常用的氧傳感器測試方法有兩種：即丙烷加注法與急加速法。

1）最高信號電壓、最低信號電壓、混合氣濃度從濃到稀的信號響應時間是丙烷加注法測試氧傳感器信號中需要檢測的3個參數，只要其中之一不符合規定，就必須更換氧傳感器。更換新的氧傳感器之后還需對這3個參數重新進行檢測，用以判斷該氧傳感器是否完好。具體步驟如下：

（1）安裝連接丙烷加注的工具；

（2）把丙烷接到真空管入口處（對于有PCV系統或制動助力系統的汽車應在其連接完好的條件下進行測試）；

（3）連接設置示波器；

（4）發動機起動后在轉速2500r/min下運轉2～3min；

（5）使發動機怠速運轉；

（6）打開丙烷開關，緩慢加入丙烷，直到氧傳感器的輸出信號電壓上升（混合氣變濃），此刻運行正常的燃油反饋控制系統將會試圖把氧傳感器的信號電壓向減小（混合氣變稀）的趨勢拉回，之后繼續緩慢加入丙烷，直至系統喪失使混合氣變稀的能力。繼續加注丙烷，直至發動機的轉速由于混合氣濃度過高而下降到100～200r/min。整個操作過程必須完成在20～25s內；

（7）使丙烷輸入端迅速移離真空管，從而形成極大的瞬時真空泄漏（這時會出現發動機失速現象，屬正常現象，不會影響測試結果），隨后關閉丙烷開關；

（8）等示信號電壓波形移動至示波器顯示屏的中央位置顯示時鎖定該波形，完成測試。接下來便可根據分析信號電壓波形結果來判斷氧傳感器是否合格；

合格氧傳感器輸出信號電壓波形應如圖1所示，其3個參數數據必須符合表1所列參數值。而已損壞氧傳感器的輸出信號電壓波形則可能如圖2所示，由圖可知，最高信號電壓和最低信號電壓分別下降至427mV和-130mV，而混合氣濃度從濃到稀時的信號響應時間卻延長至237ms，故3個參數均不符合規定。測試時，我們可以從汽車示波器顯示屏上直接讀取到氧傳感器最高和最低信號電壓值，信號的響應時間也可以由示波器游動標尺讀出（汽車示波器特有的功能）。同時還會在汽車示波器屏幕上顯示測試數據值，這對波形分析非常有益。

圖1 合格氧傳感器的信號電壓標準波形

圖2 不合格氧傳感器的信號電壓波形

表1 氧傳感器信號測試參數標準

若關閉丙烷開關之前，發動機的怠速運轉時間（即混合氣濃度至過濃狀態的時間）超過25s，原因可能是氧傳感器的溫度偏低，這就會導致信號電壓的幅值偏低，同時還會延長輸出信號下降的時間，帶來氧傳感器不合格的假象。所以，在檢測前需充分預熱氧傳感器（即發動機在轉速為2500r/min下運轉2～3min )。若發動機僅怠速運轉5s，就可能有1個或2個以上參數不合格，但這種情況并不說明氧傳感器已損壞，原因只是沒有滿足測試條件。

2）急加速法

（1）發動機以2500r/min的轉速運轉2～6min，充分預熱發動機和氧傳感器，之后讓發動機繼續怠速運轉20s。

（2）將發動機節氣門在2s內從全閉（怠速）至全開1次，共進行5～6次。注意不要使發動機的空轉轉速超過4000r/min，只需用節氣門進行急加速和全減速就可以了。

（3）鎖定顯示屏上的波形，接下來便可根據氧傳感器的最高、最低信號電壓值和信號的響應時間三參數數據來判別氧傳感器合格與否。在信號電壓波形中，升高段是由于急加速造成的，而下降段則是由急減速造成的。

6 氧傳感器檢測方法應用實例

某捷達王CTX型轎車，出現排氣管冒黑煙故障。用故障診斷儀V.A.G1551檢測發現一個故障碼：氧傳感器信號不良。進行數據流分析，進人08功能，監測到氧傳感器信號電壓變化緩慢，冷卻液溫度正常，經檢測氧傳感器加熱線電壓、內加熱電阻值及接地電壓均符合標準。用示波器檢測顯示氧傳感器信號電壓一直變化在0.25 - 0.33 V之間，氧傳感器信號電壓低于0.45 V，檢測結果說明混合氣濃度過稀，但現在排氣管冒黑煙，顯然說明氧傳感器已損壞。更換氧傳感器后，試車故障排除。

7 結束語

本文所介紹的氧傳感器檢測方法，簡單方便，步驟明確，易于掌握，經實踐檢驗，基本能解決氧傳感器常見故障并予以排除，達到有效控制噴油量，減少排氣中有害氣體成分，從而減少環境污染的目的。

[1] 王遂雙.汽車電子控制系統的原理與檢修[M].北京:北京理工大學出版社.

[2] 嵇偉.自動變速器故障診斷與檢測[M].北京:機械工業出版社.