基于某型號商務車的氧傳感器OBD系統診斷

江舟

摘 要：本論文從氧傳感器的原理出發，對具體車型的氧傳感器進行了OBD系統驗證，預防了氧傳感器故障的發生。

關鍵詞：氧傳感器;OBD;故障分析

進入21世紀以來，汽車技術獲得了快速的發展，汽車由最初單純的機械產品發展到現如今集機、電、液、氣于一體的機電產品，汽車的各種性能也越來越完善，汽車在為我們帶來便利之時，其所造成的大氣污染也在威脅著我們的日常生活，如何降低汽車排放帶來的危害，是各大汽車生產廠商近年來關注的重點課題。

目前汽車生產廠商使用最多的是加裝三元催化轉換器裝置來降低廢氣中的CO、HC、NOX等有害氣體，但是三元催化轉換器只有在空燃比為14.7附近時有較高的轉換效率，增大或減少空燃比都會降低其轉換效率，一般通過加裝氧傳感器來修正噴油時間和噴油量，從而使空燃比保持在最佳范圍內。

氧傳感器是一種用來測量發動機排氣系統的廢氣中氧氣含量的裝置，并向ECU發出反饋信號，使ECU控制噴油量的增減。所以氧傳感器需要安裝在排氣系統中，三元催化轉換器之前。根據內部材料的不同，氧傳感器分為氧化鈦式氧傳感器和氧化鋯式氧傳感器;根據輸出信號不同，氧傳感器可以分為窄域式氧傳感器和寬域式氧傳感器兩種;按照是否需要加熱，氧傳感器分為加熱型氧傳感器和非加熱型氧傳感器兩種。但是不管那種類型的氧傳感器都依賴于內部的敏感元件—陶瓷體，例如氧化鋯式氧傳感器中的鋯管就是多縫隙的陶瓷體。由于其材質的特殊性，使得氧離子可以自由地通過陶瓷管。陶瓷體兩側分別與大氣和廢氣相連，而稀混合氣和濃混合氣燃燒后的廢氣中含有的氧氣濃度不一致，所以與氧含量為百分之二十一的大氣之間存在不一樣的氧濃度差，因此可以轉化成不同的電壓差，信號電壓在理論當量空燃比（λ=1）附近發生突變，因此產生高低兩種電壓，氧傳感器正是這樣來判斷混合氣體的稀濃的。

在上海市崇明島，對搭載HFC4GB3-3D發動機的某型號商務車進行氧傳感器診斷，確保車載自動診斷系統能夠正確診斷出氧傳感器的問題點且無誤報現象出現。

1 氧傳感器診斷

由于使用燃油品質的問題，氧傳感器會出現鉛中毒或者硅中毒現象;由于燃燒品質問題，氧傳感器又會出現積碳現象，更有甚者會出現陶瓷體破裂。氧傳感器的種種故障肯定對其對廢氣中的氧氣含量的檢測產生嚴重影響，從而使得電子控制單元對實際空燃比出現錯誤的判斷，從而影響到整機性能。氧傳感器診斷就是防止這樣或者那樣的元件故障對整機性能帶來的不利影響。

1.1 氧傳感器響應診斷數據采集

本項目主要考核發動機在高溫地區駕駛過程中，氧傳感器診斷系統在EUDC循環過程中35公里/時、50公里/時、70公里/時和100公里/時4個常用穩態工況點的響應診斷情況，與平原地區比較是否存在差異性，為后期的排放實驗及失效限值的設定積累數據。

數據采集需要在高溫地區進行持續時間40分鐘的3檔80%全額轉速行駛，到達停車場后車頭緊貼停車場墻壁，讓發動機水溫升到最高，使蒸發到碳罐的油蒸汽量達到最大，然后駕駛車輛進行基礎響應診斷，觀察碳罐回油會對前氧傳感器的響應狀態對稱性與振幅范圍產生怎樣的影響，采集氧傳感器響應參數。待燃油蒸發處于正常狀態后，再次采集氧傳感器響應參數，至少記錄3筆有效數據。對比分析高溫以及燃油大量蒸發對氧傳感器響應特性的影響。試驗完成后收集的數據如表1所示。

響應診斷項目目前只觀測前氧傳感器的狀況，而后氧傳感器由于觸媒的轉換影響，并不會出現像前氧傳感器一樣的振蕩狀態。本報告將測試完整紀錄呈現于表1，由這些數據可以看出，在熱浸置使燃油蒸發量極大時，大量碳罐回油對響應診斷的影響不大;在高溫地區正常行駛狀態下，氧傳感器基本響應診斷的平均響應時間和響應率一致性較好。

1.2 Lean in PE及Rich in DFCO診斷

Lean in PE及Rich in DFCO診斷主要考核發動機在高環境溫度駕駛過程中，減速斷油過濃、加速加濃過稀診斷能否正確進行診斷，有無產生誤報的可能。診斷需要在國道上駕駛車輛，待水溫和發動機運行時間達到診斷允許條件后，觀察氧傳感器減速斷油過濃、加速加濃過稀能否正確進行診斷，有無產生誤報的可能。

標定結果如圖1所示，結果表明在進入DFCO時，氧信號最高為13.7mv，低于標定限值，進入PE時，氧信號最低為766mv，高于標定限值，診斷系統不會誤報，診斷系統能夠正常工作，準確報出診斷結果。

1.3 氧傳感器診斷結果

待上述兩項內容標定完成后方可以進行氧傳感器診斷標定。該項目需要兩步完成：1、安裝已經確認出現質量問題的氧傳感器，且質量問題要對最終的檢測有一定影響，當然通過相應的試驗設備模擬的形式更好，也更方便，更換的最終目標是使得廢氣排放量超過安全閾值，此時相應的指示燈應該被點亮;2、使用完好無任何質量問題的氧傳感器，指示燈禁止被點亮。標定顯示氧傳感器診斷系統工作正常。

2 總結

在使用三元催化轉換器以減少排氣污染的發動機上，氧傳感器是必不可少的器件，其對發動機的工作、噴油時間和噴油量的影響很大，一旦出現故障，就會使ECU不能得到廢氣中氧濃度信息，造成發動機油耗和污染增大，因此，必須要進行氧傳感器診斷來預防故障的發生。

參考文獻：

[1]劉子強，邵 晗，李 全.氧傳感器OBD系統診斷原理及故障分析[J].農機使用與維修.2018（1）：39-43.

[2]毛安.整車標定高溫試驗[J].汽車工程師.2016（7）：52-54.