浅谈现代汽车氧传感器的故障检检测与维修

浅谈现代汽车氧传感器的故障检检测与维修摘要:汽车氧传感器故障会对发动机的工作、汽车运行的经济性和尾气排放造成很大的影响．叙述现代汽车氧传感器的工作原理，故障现象及检测与维修的基础知识．关键词：汽车排放控制，氧传感器，检测与维修．随着汽车工业的发展和汽车保有量的急剧增加，汽车排放对大气的污染已经构成了公害．它恶化了人类的生存环境，影响了人们的身体健康，已发展成为严重的社会问题。在有些大城市，汽车废气排放已经接近或超过环境容量。为了保护日益恶化的地球环境，世界各国先后出台了便为严格的汽车污染物排放标准。汽车生产商在汽车的生产设计过程中，加设了减少对空气污染的辅助装置，如在电控燃油喷射技术的基础上，采用三元催化器，就可以获得更高净化率的排放控制，但是为了能最有效地使用三元催化器，必须精确地控制空燃比，使它始终接接理论空燃比。因此在排气管上增加了一个氧传感器，经常地检测排气的质量，并将其变换成电信号传给ＥＣＵ。发动机控制单元ＥＣＵ根据氧传感器提供的信号，不断地检测和调整发动机喷油器的喷油量，使发动机在多数情况下都工作在理论空燃比附近，实现了喷油的闭环控制，也有效地的提高发动机性能及整车的经济性，因此氧传感器就起着至关重要的作用。氧传感器的工作原理氧传感器是排气氧传感器EGO(ExhaustOxygenSensor)的简称，其功用是通过监测排气中氧离子的含量来获得混合气的空燃比信号，并将该信号转变为电信号输入ECU。ECU根据(λ)控制在0.98~1.02之间的范围内。使发动机得到最佳浓度的混合气，从而达到降低有害气体的排放量和节约燃油之目的。自1976年德国博世公司率先在瑞典沃尔沃（VOLVO）轿车上装用氧传感器之后，通用、福特、丰田、日产等汽车公司相继完成了氧传感器的开发与应用工作。汽车发动机燃油喷射系统采用的氧传感器分为氧化锆（ZrO2）式和氧化钛（TiO2）式两种类型，氧化锆式氧传感器又分为加热型和非加热型两种，氧化钛式一般都为加热型传感器。在实际的维修做业中通常将氧传感器分为1线、2线、3线及4线四种类型，主要有钢质壳体、锆管（或二氧化钛传感器元件）、加热元件、电极引线、防水护套和线束插头等组成。其中1线和2线没有加热元件，只有3线4线才有。加热元件是受电控单元ECU控制的，它的作用是当空气进气量小（排气温度低）的时候，ECU控制加热元件通电加热氧传感器，使其工作在正常的工作温度，从而能够精确地检测排气中氧离子浓度变化。氧传感器安装在汽车的排气管上，头部装进排气管内，尾部暴露在空气中，空气可以从尾部流入传感器内部（氧化锆式），传感器外部跟废气直接接触，这样当氧离子在锆管中扩散时，锆管内外表面之间的电位差将随可燃混合气浓度变化而变化，即锆管相当于一个氧浓差电池，传感器的信号源相当于一个可变电源。当可燃混合气稀时，废气中氧离子含量多，因此传感器内、外氧离子浓度没有多大差别，两个铂电极间的电位差较低，约为0.1V。相反，如果可燃混合气很浓，排气中的氧离子含量很少，传感器内、外氧离子浓度差别很大，两个铂电极间的电位差也大，约为0.9V。发动机ECU根据来自氧传感器的电动势信号判别可燃混合气的浓与稀，并相应地修正喷油时间，控制喷油量使混合气浓度接近理论空燃比。通过闭环控制，再利用三元催化器，从而可以最大限度降低尾气排放，此外发动机性能也可以处于最佳状态，并提高燃烧效率，使汽车更节能，更环保。氧传感器的失效原因。氧传感器失效的主要原因是传感元件老化和中毒。氧传感器老化的主要原因是传感元件局部表面温度过高。氧传感器的传感元件受到污染而失效的现象称为中毒。氧传感器中毒主要是指铅中毒、硅中毒、和磷中毒。1)氧传感器老化在发动机利用氧传感器进行闭环控制的过程中，混合气的空燃比总是控制在理论空燃比附近，排气中几乎没有过剩的燃油，但是发动机刚刚起动（特别是冷车起动）之后（或大负荷状态工作时），为了快速预热发动机（或增大发动机输出功率），需要供给足够的燃油，排气中过剩的燃油就会在氧传感器的表面产生燃烧反应，一方面是形成碳粒而造成氧传感器表面的保护剥落，另一方面是使传感元件局部表面温度过高（超过1000oC）而加速传感器老化。2)铅中毒燃油或润滑油添加剂中的铅离子与氧传感器的铂电极发生化学反应，导致催化剂铂的催化性能降低的现象，称为铅中毒。虽然现在都使用无铅汽油，大大减少了氧传感器铅中毒的机率。但是，由于燃油或润滑油的添加剂中含有多种铅化合物，氧传感器的铅中毒也是不可避免的。3)硅中毒发动机上的硅密封胶、硅树脂成型部件、铸件内的硅添加剂等都有硅离子，这些硅离子会污染氧传感器的外侧电极，氧传感器内部端子处密封用的硅橡胶会污染内侧电极。硅离子与氧传感器的铂电极发生化学反应而导致催化剂铂的催化性能降低的现象，称为硅中毒。4)磷中毒在传感器表面，磷很少以纯磷状态析出，而是以某种化合物状态析出，这些磷化物污染氧传感器的现象，称为磷中毒。磷化物的应用很广，可以用作润滑剂、防锈剂和清洗剂。在发动机磨合期间或活塞环磨损之后，发动机润滑油添加剂中的磷化物就会窜入气缸中燃烧并随排气排出。在低温状态下，磷化物是以微粒子状态析出并沉淀在传感器保护层的表面将气孔堵塞而导致传感器中毒；在高温状态下，磷化物会附着在氧传感器以及三元催化器表面使其受到污染。由于，氧传感器的老化和中毒是不可避免的。因此当汽车行驶一定里程（一般为80000Km）后，应当更换氧传感器。氧传感器故障实例分析。在实践修理中，会经常遇到关于氧传感器的故障例子，下面就结合自己在工作中遇到的一个案例，介绍氧传感器故障的检测与维修方法。1)故障现象一辆丰田LEXUSLS400轿车，已经跑了10万多公里，车主反映车子加速没有以前顺畅，松油门时怠速有轻微的振动，发动机故障灯时亮时不亮，油耗也明显增加。于是来到我厂进行检测、维修。2)故障检测与诊断我接到车后根据车主反映的情况，先对车进行了初步的检查。进行自诊断，读取故障码。故障代码显示为混合气过浓或过稀，从而得到大概的故障部位在进气系统、燃油供给系统、点火系统。可能的主要故障部件为空气流量计、水温传感器、节气门位置传感器、油压调节器、点线圈、高压线、火花塞及氧传感器。本着先易后难的原则逐一进行检测，推断故障所在。因为空气流量计、水温传感器、节气门位置传感器都有一个确定的故障码，如有问题，都会被控制单元记录下来，会有故障码读出，根据故障自诊断情况，这些部件都没有故障代码，基本可以确定上诉部件没有故障。而氧传感器是受其它因素影响较多的元件，应该先检测其它的元件，最后检查氧传感器。a)进气系统的检修进气系统中最常见的故障是空气滤清器堵塞，这会引起进气量不足，使可燃混合气过浓而引起发动机加速无力，油耗增加等等故障现象。拆开检查后，发现有点脏，但不太严重，把它吹干净后装回，起动发动机，测量怠速进气歧管真空度，测得为62kPa。符合要求。说明进气系统密封良好，发动机密封性正常。排除了发动机机械故障的可能性。b)燃油供给系统检修如果燃油压力过高或过低，喷油器工作不良，都会引起上述故障。用汽油压力表测量燃油压力怠速为225kPa。停车后短接电动汽油泵两检查端子Fp和+B6，测得的静态油压为304kPa，5分钟后燃油系统的保持压力为196kPa。说明电动汽油泵工作良好，喷油器无泄漏。拆下喷油器台试，喷油量和喷油状况都没问题，故障也不在此。c)点火系统检修点火系统工作不正常会引起燃烧不充分，发动机动力下降，油耗增加。拆下火花、分缸线、分火头、高压线圈进行检查，发现除了铂金火花塞有点黑和电极烧蚀外，其它的都在技术要求的范围之内。车辆行驶了10多万Km，火花塞烧蚀不足为奇，但发黑则为燃烧不充分或混合气过浓引起。再进一步检查发现，8个火花塞都是一样，很均匀，这就可能是发动机喷油量控制不好而引起的问题了。d)氧传感器的检修根据电路图，断开发动机ECU与氧传感器的联接，对氧传感器进行检测，测量左右两边的主氧传感器加热元件的电阻，都在5.1~6.3Ω之间,没有问题，接着测量ECU端子HTL和HTR对搭铁的电压在9~14V之间，也没有问题。只有检查氧传感器的工作情况了。按要求装好拆下的拆下的部件，起动发动机，并热车到正常的工作温度，连接诊断插座上的E1和TE1端子，用万用表的正极表棒连接到插座的VF1和VF2端子，负极表棒连接到E1，高怠速（2500r/min）运转2分钟以加热氧传感器，然后将发动机速保持在2500r/min。分别计算电表在0~5V之间的波动次数（正常应在每10秒内波动8次左右），测得的波动次数为零。始终保持在0V，问题可能是氧传感器信号问题。再测量端子OX1、OX2端子跟E1之间的电压在0.5V以下，只有0.1~0.2V（正常应在0.5V以上），这就说明氧传感器不工作，问题终于找到了。由于氧传感器不能正常地把信号反馈给发动机ECU，不能对喷油器的喷油肪宽进行控制和修正，产生混合气过稀、过浓现象，导致出现了前诉问题。最后更换2个氧传感器和火花塞后，试车故障再也没有出现。总结氧传感器出现故障后，对发动机的工作、汽车的燃油经济性及对环境的影响很大，当发现问题时要及早修理。在平时的工作之余要加强新知识新技术的学习，跟上汽车技术发展的步伐。参考文献：[1]舒华姚国平，汽车电子控制技术[M]。北京：人民交通出版社，2004年3月[2]赵福堂，现代汽车检测诊断与维修[M]。北京：北京理工大学出版社，2005年1月[3]刘希恭，凌志LS400轿车维修手册[M]。沈阳：辽宁科学技术出版社，2000年6月[4]陈德宜。新型汽车电子装置结构、原理、检修[M]。福州：福建科学技术出版社，2002年