汽车氧传感器的故障分析

摘 要：汽车行业是目前在国际上应用传感器最大的市场之一，而氧传感器申报的专利数，居汽车传感器的首位。因而可根据氧传感器所得到的信号，把它反馈到控制系统，来微调燃料的喷射量，使A/F控制在最佳状态，既大大地降低了排污量，又节省了能源。

关键词：氧传感器； 故障； 检查

中图分类号：TP212.2 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2014）10-179-001

汽车氧传感器是电喷发动机控制系统中关键的传感部件，主要用于控制汽车尾气排放、降低汽车对环境污染、提高汽车发动机燃油燃烧质量。实际应用的氧传感器课分为三种，即氧化锆式氧传感器、氧化钛式氧传感器和新型宽带氧传感器；按引线多少可以分为单引线氧化锆式氧传感器、双引线氧化钛式氧传感器和三根引线氧化锆式加热型和非加热型氧传感器。

一、氧化锆式氧传感器的构造和工作原理

氧传感器是利用陶瓷敏感元件测量各类加热炉或排气管道中的氧电势，由化学平衡原理计算出对应的氧浓度，达到监测和控制炉内燃烧空燃比，保证产品质量及尾气排放达标的测量元件，均安装在发动机排气管上。用来控制汽车尾气排放、降低汽车对环境污染、提高汽车发动机燃油燃烧质量。氧传感器有个二氧化锆（一种陶瓷）制造的元件，其里外都镀有一层很薄的白金。陶瓷化锆体在一端用镀薄铂层来封闭。后者被插到保护套中，并安装在一个金属体内。保护套起到进一步保护作用，并使传感器得以安装到排气歧管上。陶瓷体外部暴露在排气中，而内部与环境大气相通。

氧传感器在低温时有很高的电阻，会导致电流不能通过；但高温时，由于空气中和废气中氧的浓度差异，氧离子却能通过这个元件，这就产生了电位差，再利用白金将其放大。且浓度差越大，电位差越大。如果混合气浓，传感器产生相对较强的电压（约0.9伏）。相反，如果混合气稀，大气和废气之间氧浓度差很小，传感器也就只产生相对较弱的电压（约0.1伏）。由于混合气的空燃比一旦偏离理论空燃比，三元催化剂对CO、HC和NOX的净化能力将急剧下降，故在排气管中安装氧传感器，用以检测排气中氧的浓度，并向ECU发出反馈信号，再由ECU控制喷油器喷油量的增减，从而将混合气的空燃比控制在理论值附近。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。

二、汽车氧气传感器的检查方法

1.氧传感器加热器电阻的检查

拔下氧传感器线束插头，用万用表电阻档测量氧传感器接线端中加热器接柱与搭铁接柱之间的电阻，其阻值为4-40Ω（参考具体车型说明书）。如不符合标准，应更换氧传感器。

2.氧传感器信号反馈线路的检查

断开氧传感器的信号线，用一只手去连接电脑一侧的信号，另一只手去触摸蓄电池的正极，这时应该可以从仪器中清楚地看到氧传感器的信号电压变成0.9V；利用同样的方法，用手触摸蓄电池的负极，电压应变为0.1V，出现这样的情况才是正常的。

3.氧传感器反馈电压的测量

测量氧传感器的反馈电压时，应拔下氧传感器的线束插头，对照车型的电路图，从氧传感器的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，在发动机运转中，从引出线上测出反馈电压。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）的指针型万用表。

对于氧传感器有无损坏的检查，通过拔下氧传感器的线束插头，使氧传感器不再与电脑连接，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，负表笔良好搭铁。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，表明氧传感器已损坏。

4.氧传感器外观颜色的检查

通过观察氧传感器顶尖部位的颜色也可以区分故障。通常氧传感器的顶尖如果是淡灰色就是正常的；硅污染会变成白色，此时必须更换氧传感器；铅污染会变成棕色顶尖，如果严重，也必须更换氧传感器；积碳会造成黑色，在排除发动机积碳故障后，一般可以自动清除。

三、汽车氧气传感器的运用分析

1.一辆捷达轿车，配有三元催化转化器。用户反映该车在测量尾气排放时，排放指标严重超标。根据该车的故障现象，做了以下检查项目：检查火花塞，调出故障码，检查氧传感器线路及其信号，更换氧传感器，利用燃油压力表测量喷射系统压力，检查喷油器电阻、喷油雾化状态，点火、喷油线路连接状况后，将发动机恢复后试车，故障依旧。在更换三元催化转化器，燃油，发动机电脑后也无济于事，该车故障部位很难判断。

抱着试试看的想法，拆下排气歧管进行检查，并与新的排气歧管进行比较，发现该车装氧传感器的排气取样孔偏小，换上新的排气歧管检测，各项指数显著降低，路试后，尾气排放合格。

由此可以判定故障部位就是排气歧管上的氧传感器排气取样孔。由于从气缸内排出的废气处于高速流动状态，行至氧传感器取样孔处时形成涡流，导致排出的废气不能及时在此处更新，使氧传感器不能准确地向发动机电脑反馈同步信号，造成发动机电脑不能根据实际工况对喷油脉宽进行正确修正，最终出现了发动机工作异常，尾气排放超标的故障。

2.通过废弃浓度分析以及氧传感器电压的变化分析，对诊断特定故障会大有帮助。例如有些车辆在出现故障时，CO的排放量会高于1.5%，HC的排放量会高于0.02%。此时如果氧传感器电压在0.7～0.9V以上变化，且CO超标，则说明故障不在氧传感器，因为当空气流量信号值过大、燃油压力过高及冷却液温度过低时，都会造成CO排放值过高。若氧传感器信号电压在0.1～0.3V之间变化，且CO、HC值超标时，应重点检查排气管及排气歧管是否漏气。当发动机尾气中CO偏低、HC、NOx偏高时，应认真检查发动机接地电位及氧传感器接地线电压，可能是发动机接地不良或氧传感器接地线路开路造成。而电脑在接收到浓信号后，会根据程序进行减稀控制，这样实际进入发动机的混合气也就会始终偏稀，造成怠速工作不稳。由于混合气偏稀，在发动机用简易工况法检测时，因有大量氧气存在，排放中的NOx极易超标。

氧传感器信号不正常不一定是氧传感器本身的故障，氧传感器信号故障，往往会表现出看似是氧传感器损坏的现象，但一定要认真检查与氧信号相关的诸多因素，逐一排除，才能准确判断故障。