发动机氧传感器失效故障诊断与维修

1发动机氧传感器失效故障诊断与维修摘要在使用三元催化转换器以减少排气污染的发动机上，氧传感器是必不可少的元件。本文主要介绍一辆丰田汽车氧传感器的失效让汽车不能准确检测废气中的氧含量，更加反馈错误信号给电脑控制喷油量,使发动机出现怠速不稳,发动机中高速抖动和冒黑烟的诊断与排除的过程。关键词：氧传感器失效控制前言:在使用三元催化转换器以减少排气污染的发动机上，氧传感器是必不可少的元件。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。目前，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。而常见的氧传感器又有单引线、双引线和三根引线之分，；单引线的为氧化锆式氧传感器；双引线的为氧化钛式氧传感器；三根引线的为加热型氧化锆式氧传感器，原则上三种引线方式的氧传感器是不能替代使用的。一、故障现象一辆丰田车，发动机为1ZZB61858，YK50BD电控汽油喷射系统。行驶了才三千多公里出现怠速不稳,发动机中高速抖动,冒黑烟。使用专业解码器OBD2检测,没有故障码,细看动态数据流。发现氧传感器数据流不正常。2二、氧传感器功用与工作原理氧传感器分为二氧化锆(ZrO2)和二氧化钛(TiO2)两种结构形式。此车的氧传感器为二氧化锆式图1（日立加热式氧传感器）。如图2图1图2氧传感器是实现闭环控制的电控汽油喷射系统的主要部件,它用于检测废气中氧含量,实现空燃比的闭环反馈控制。氧传感器通常安装在发动机的排气管上，用来检测排气中氧离子的含量以获得混合气的空燃比信号，并将该信号转换成电压信号输入到燃油喷射系统的控制电脑（ECU）根据氧传感器的信号，对喷油时间进行修正，使喷油量保持在最佳值，令发动机动力性.经济性.排气净化达到最佳状态。发动机工作时，废气从传感器外表面即工作面流过，因高温使氧分子3发生电离，由于锆管内外表面的两个电极之间产生一个微小的电压，正常工作时氧传感器输出电压在0.1V-0.9V之间。当发动机燃烧浓混合气时，废气中含氧量较少，锆管中氧离子移动较快，产生电压约0.8V－1V；当燃烧稀混合气时，废气便有一定量的氧分子，使锆管中氧气移动能力减弱，只产生0.1V的电压。即喷油量偏少—＞空燃比大—＞废气中氧含量大—＞氧传感器产生0.1V电压—＞ECU控制喷油量增大喷油量偏大—＞空燃比小—＞废气中氧含量少—＞氧传感器产生0.9V电压—＞ECU控制喷油量减少氧传感器就是将所检测到的电压信号传送（信息反馈）给ECU，ECU根据氧传感器的信号来不断调整喷油脉冲宽度，改变喷油量，使喷油量始终在理想值（14.7：1）附近上下波动，以达到理想空燃比的要求。计算机根据氧传感器的信号对喷油器的喷油量进行修正。它将氧传感器信号以0.5V为界进行划分,＞0.5V为混合气过浓，＜0.5V为混合气过稀。在发动机运转过程中，若混合气较浓，使实际空燃比小于理论空燃比，即反馈电压＞0.5V，计算机便控制喷油器减少喷油量。使混合气逐渐变稀，空燃比升高；反之则反。其反馈控制过程下图所示：4图3在反馈控制过程中，由于从喷油行程开始，至氧传感器检测排出的氧分子浓度止，要经过进气、压缩、做功、排气及氧传感器响应等过程,需要一定的时间。因此，要准确地保持混合气浓度在理论空燃比附近一个狭小的范围内波动，氧传感器的输出电压也要在0.1V-0.9V间不断变化,通常每10s变化8次以上。如果没有氧传感器，发动机就不知道混合气的混合情况，在进行修正喷油时也就不知道该修正多少喷油时间才合适，这就会造成混合气过浓或过稀，所以氧传器信号不良常常会造成发动机怠速不稳、加速不良、排气冒黑烟、耗油量大、发动机故障灯亮等故障现象。三、故障的原因分析一般车辆的氧传感器及线路故障，ECU会以故障代码存储记忆并控制故障警告灯闪烁。当故障代码显示为氧传感器问题时，故障原因除了氧传感器损坏外，线路短路、断路或ECU内控制电路有问题也会输出同样的故障代码，因此必须通过全面检测去查出故障的真正原因在使用氧传感过程中，会因多种因素导致其工作不良或损坏，使发动机出现怠速不稳，缺火、震抖、加速不良和油耗增加等故障。当氧传感器本身发生故障时，我们可5以通过观察其顶端工作面的颜色来判断故障。（1）顶端呈棕色。此特征是由铅污染所引起的。现在的汽油已升级没有含铅所以氧传感器铅中毒现象应不会发生。（2）顶端呈白色。此特征大多是由于发动机在维修时使用了硅密封胶所致。当硅污染导致氧传感器失效或损坏时，一般应更换氧传感器。（3）顶端呈黑色。积炭引起顶端呈黑色，属于正常现象。但积炭沉积过多，会影响信息反馈的灵敏度。对此，应定期清除积炭，并按照规定进行更换。根据氧传感器的工作原理分析，氧传感器数据反映的是发动机整个系统燃烧的情况，它的故障代码有两种含义：“自身故障码，”即氧传感器本身损坏或线路短路、断路；“他身故障码”，即混合气过浓或过稀影响到氧传感器的电压反馈。所以有氧传感器故障码存储不一定说明氧传感器就坏了，应进行数据分析。其实氧传感器的数据分析不仅可以分析其本身的故障，用它的动态数据还可以分析发动机混合气的燃烧情况。氧传感器线路故障诊断有如下几方面：（1）氧传感器电压正常。大多数车辆一般都可以通过国产通用型解码器，读出发动机的动态传输数据流，如果动态数据在0.5V左右跳动，在0.1~0.9V之间变化，且在0.5V上下跳动的频率基本相等，那么氧传感器是正常的，混合气燃烧比较好。（2）氧传感器电压过高。如果氧传感器的动态数据一直在0.5V以上跳动，说明混气太浓，发动机自诊断系统一般输出氧传感器故障或混合气过浓故障码，进入闭环工作时间长，发动机故障警告灯会亮。造成混合气6浓的故障原因有：喷油漏油、空气滤清器堵塞、点火正时不良、其他影响混合气变浓的传感器工作不良等。（3）氧传感器电压过低。如果氧传感器的动态数据一直在0.5V以下跳动，说明混合气太稀，发动机自诊断系统一般会输出氧传感器故障码或混合气过稀故障码，发动机故障警告灯亮。此时应检查造成混合气过稀的故障原因，如喷油嘴是否堵塞、进气歧管是否漏气、燃油压力是否过低等。（4）如果数据为0V。说明氧传感器已损坏或信号线路有问题，应进一步检查氧传感器本身及其线路连接。特别说明，为了防止传感器损坏，有些电喷发动机电脑专门设计了传感器替代信号。传感器的替代信号是中间固定值，它不能反应发动机的实际工况，此时发动机工作于应急状态，即处于非常状态运转。氧传感器替代信号一般为0.5V左右，如果检测电压值为0.45V且不跳动，则说明氧传感器没有信号输入，对氧传感器及其线路进行检查。四、故障的诊断与处理根据氧传感器动态数据流来分析，虽然跳动的频率符合（8次以上/10s）可一直以0.32V左右跳动,电压过低不正常。氧传感器的正常电压应在0.45V~0.65为中心跳动,在0.1~0.9V之间变化且在0.45V~0.65V上下跳动的频率基本相等。表明氧传感器的反馈信号不正常。逐步检查。拔下氧传感器线束插头，测量接线端中加热线正极与负极之间的电阻13欧（标准为＜100欧＝电压为12V。表示氧传感器正常。拆掉进气歧管上的一条真空管，以此来制造稀混合气状态，发现其信号也没有太多的改变，为0.35V左右，说明氧传感器正常。影响氧传感器信号电7压过低的故障原因。①喷油器堵塞②空气流量计故障③燃油压力太低④空气流量计和节气门之间的未计量空气⑤排气歧管衬垫处泄漏，有未计量的空气⑥氧传感器加热故障或其本身脏污。进行过路试，车加速性能良好，发动机只是间隔性抖动，不见喘、抖。理论上讲，＜0.5V－说明含氧量多－说明空燃比大－说明喷油量偏少，可为什么会冒黑烟？车冒黑烟－说明燃烧不完全－说明混合气过浓－产生＞0.5V电压。理论与实际产生了矛盾，只好集中影响氧传感器电压信号过高与过低故障的共同点，逐步排除，1从数据流上来讲看。发动机转速749.9rpm,空气流量传感器259.8mv发动机转速2026.3rpm,空气流量传感器334.0mv。看不出空气计流量计有问题。测量汽油压力，装上汽油压力表，300KPa（标准为285KPa－320KPa）说明汽油压力没问题。3拆下喷油嘴，用喷油嘴清冼机清冼，喷油嘴雾化良好，测试喷油嘴泄漏，在300KPa的汽油压力下，5分钟也没漏滴半点。表明喷油嘴良好。4只剩下氧传感器了，拆下了见到氧传感器头黑也没太多积碳，用化清剂清冼一下装上，也没见好转。只好换个新的，装上新的氧传感器一试故障立刻消失，用X431看氧传感器动态数据流一切正常8图4氧传感器输出特性曲线图看图分析浓﹤－空燃比－＞稀结束语通过上述方法终于排除了，这辆丰田车怠速发抖中高速发动机发抖的故障。从中得出结论，是氧传感器的失效，反馈错误信号给电脑，误导电脑的修正喷油量，做任何事都要具体分析，找到要点，进而解决。致谢以上是本人在汽车维修实践中对汽车排放系统故障的一点浅见，工作好干，但用文字上表达就不一定恰当，敬请各位评审专家、老师多多指教。在撰写论文过程中，得到有关专家教授、老师们的有益指导，在此表示衷心的感谢。因本人水平有限，写得不对的地方，请专家教授批评指正。谢谢！在此表示诚挚的谢意！参考资料1、广汽丰田氧传感器介绍以及故障诊断（内部维修资料）．2009.8.22、张珉豪编《电脑控制引擎系统》欧亚汽车技术有限公司2000年版3、石仓主编汽车电喷发动机维修技术资料