氧传感器故障诊断案例分析

氧传感器故障诊断案例分析引论本人在泰成集团泉州辖区凯迪拉克车间做机电实习生，我们岗位的主要任务是汽车的故障诊断，包括机修跟电路。我在这里现在的主要任务是做汽车保养，其余的正在学习中，比如我也开始更换火花塞，跟师傅一起拆装后桥洗油箱，跟换轮心总成，开始学习基本的故障诊断等等。我觉得我们要进步应该脚踏实地地做，不能自己会的东西就不想去做了，更不能不求上进，有些东西是靠自己去看去争取的。氧传感器故障的排除对于我们维修人员来说也是非常重要的，前一阶段我们凯迪拉克轿车CTS就是因为氧传感器的故障导致汽车不能正常运转。但是，我们本着认真负责的态度，最终把故障解决了。报告主体一、氧传感器介绍1.类型及工作原理现在汽车上常用的氧传感器主要有二氧化锆与二氧化钛氧传感器，不过随着技术的发展，比较好的车型也用到了新型的氧传感器，新型氧传感器有平面型氧传感器和宽频带型氧传感器。⑴.氧化锆氧传感器是具有传导性的固体电解质，在氧分子浓度差的作用下产生电动势。（如图）⑵.氧化钛型氧传感器是高电阻半导体，当表面缺氧时，电阻变小与发动机冷却液温度传感器(ECT)相似，氧化钛氧传感器的电阻值则随其周围氧含量的变化而变化。（如下图）⑶.新型氧传感器平面型传感器(线性)①.核心为陶瓷材料，两边有涂层。②.涂层的优点是：对尾气中的氧浓度更敏感。③.两边涂层的氧浓度不同，产生电压信号。④.外形没有改变。（如下图）⑤.插脚为4个⑷.新型氧传感器宽频带型WidebandO2sensor①.Nernstcell感应室②.Referencecell参考室③.Heater加热组件④.Diffusiongap扩散孔1V/5V搭铁大气O2O2O2O2O2O2HCCONOX尾气O2⑤.Pumpcell加压室⑥.Exhaustpipe排气管（如下图）①.插头为6脚。②.调整更精确、更精细。③.通过单元泵工作，可将尾气中的氧吸入④.测量室，单元泵工作所用电流，即为传递⑤.给控制单元的电信号。⑥.控制的电压值在450mv附近（如下图）外部大气排气歧管单元泵测量室传感器电压单元泵电流扩散通道新型氧传感器宽频带型工作原理：㈠混合气过稀时，泵在原来的转速下会泵入较多的氧，测试室中氧的含量较多，电压值下降。加大喷油量。同时减少单元泵的工作电流。（如下图）为能使电压值尽快恢复到450mv的电压值，减小单元泵的工作电流，使泵入测试室的氧量减少。单元泵的工作电流传递给控制单元，控制单元将其折算成电压值信号。（如下图）㈡混合气过浓时，电压值超过450mv。单元泵以原来的工作电流工作，泵入测试室的氧量少。（如下图）控制单元增大单元泵的工作电流，使单元泵旋转速度增加，增加泵氧速度。单元泵泵入测试室中的氧量增加，使电压值恢复到450mv。（如下图）①喷油器②氧传感器③发动机电脑2.作用①闭环控制的重要标志性零件。②使三元催化器达到最佳的转换效率。③调整和保持理想的空燃比。㈠闭换环控制：电脑根据氧传感器的反馈信号不断地调整混合气的空燃比，使其值符合规定。燃油反馈控制补偿误差，不稳定燃油修正触媒监测。（如下图）㈡发动机起动后的氧传感器输出的信号电压波形（下图）：①喷油器②氧传感器③发动机电脑系统进入闭环控制0.45①、氧传感器的工作温度②、急加速中高负荷③、快怠速④、强制怠速⑤、水温没达到正常水温⑥、氧传感器损坏⑦、断油㈢使三元催化器达到最佳的转换效率（如下图）㈣三元催化器前后氧传感器各自的作用我们凯迪拉克车都是分两个缸组的，所以也就有两个三元催化器了，但是氧传感器是一样的。三元催化器前的氧传感器是五线式氧传感器，作用是通过检测废气中的氧含量的多少，获得上次喷油时间过长或不够的信号，供ECU对本次喷油时间的修正。在发动机混合气闭环控制过程中，氧传感器起到了氧浓度开关的作用，根据混合气的空燃比向ECU输出脉冲变化的电压脉冲信号。ECU根据氧传感器的输入信号控制喷油器的增减，把空燃比精确地控制在理论值空燃比附近。三元催化器后的氧传感器是四线式的，作用是检测经三元催化器转换之后排出的气体的氧含量，从而判断三元催化器是否工作良好。3.信号控制及路线图氧传感器是检测废气中的氧浓度，并随时向微机控制装置反馈信号。微机则根据反馈来的信号及时调整喷油量（喷油脉宽），如果信号反馈混合气较浓，则就缩短喷油时间；反之，如果信号反馈混合气较稀，则就延长喷油时间。这样使混合气的空燃比始终保持在理论值附近（14.7:1）。这就是所谓的闭环控制。氧传感器由ECU控制，它其实就相当于是一个低电压、低电流的小发电机，当它的内外表面所接触的氧分子浓度不同时，便形成一个电位差，它的外表面伸入排气管中直接与发动机排气相接触，它的内表面与大气接触，大气中氧分子的浓度是不变的。而排气中氧分子的浓度是随混合气浓度的变化而变化的。当混合气的实际空燃比高于理论空燃比14.7：1，即稀混合气时，废气中剩余的氧分子浓度相对较高，这时氧传感器内外氧分子浓度相差较小，只能输出大约0.1V的电压;而当混合气的实际空燃比小于理论空燃比，即浓混合气时，废气中剩余的氧分子非常少，这时氧传感器内外表面氧分子浓度相差较大，可以输出大约1.0V左右的电压。这样，电脑就可以通过氧传感器输出的信号了解当前混合气浓度相对于理论值的微小偏差，于是根据这个信号相应调整喷油器的喷油脉宽，以弥补这个微小偏差，从而提高了控制的精度。下图是凯迪拉克CTS、SRX和XLR三款车上采用的宽频带型氧传感器的控制路线图。二、故障诊断1.工作状态分析氧传感器工作状态参数表示由发动机排气管上的氧传感器所测得的排气的浓稀状况。有些双排气管的汽车将这一参数显示为缸组1氧传感器工作状态和缸组2氧传感器工作状态两种参数。排气中的氧含量取决于进气系统中混合气的空燃比。氧传感器是测量发动机混合气浓稀状态的主要传感器。传感器必须被加热至300摄氏度以上才能向微机提供正确的信号。而发动机微机必须处于闭环控制状态下才能对氧传感器的信号做出反应。氧传感器工作状态参数的类型依车型而不同，有些车型以状态参数的形式显示出来，其变化为浓或稀；也有些车型将它以数值参数的形式显示出来，其数值参数单位为mV。浓或稀表示排气的总体状态，数值表示氧传感器的输出电压。该参数在发动机热车后以中速（1500~2000r/min）运转时，呈现浓稀的交替变化或输出电压在100~900mV之间来回变化，每10秒内的变化次数应大于8次（0.8Hz）。若该参数变化缓慢或不变化或数值异常，则说明氧传感器或微机内的反馈控制系统有故障。氧传感器工作电压过低，一直在0.3V以下，其主要原因如下：①喷油器泄露。②燃油压力过高。③活性炭罐的电磁阀常开。④空气流量计有故障。⑤氧传感器加热故障或氧传感器脏污。氧传感器工作电压过高，一直显示在0.6V以上，其主要原因如下：①喷油器堵塞。②空气流量计故障。③燃油压力过低。④空气流量计和节气门之间的未计量的空气。⑤在排气歧管垫片处的未计量的空气。⑥氧传感器加热故障或氧传感器脏污。氧传感器的工作电压不正常可能引起的主要故障如下：①加速不良。②发冲。③冒黑烟。④有时熄火。2.波形分析如果用丙烷加注法检测氧传感器信号波形的话，一个好的氧传感器应输出如图2—1所示的信号电压波形，其3个参数值必须符合表2—2所列的值。一个已损坏的氧传感器可能输出如图2—17所示的信号电压波形，其中，最高信号电压下降至427mV，最低信号电压小于0V，混合气从浓到稀时的响应时间却延长为237ms，所以这三个参数均不符合标准。用汽车示波器对氧传感器进行测试时可以从显示屏上直接读取最高和最低信号电压值，并且还可以用示波器游动标尺读出信号的响应时间（这是汽车示波器特有的功能）。汽车示波器还可以同时在屏幕上显示测试数据，这对分析波形非常有帮助。如果在关闭丙烷开关之前，发动机怠速运转时间（即混合气达到果农状态的时间）超过25s，则可能是氧传感器的温度太低，这不仅会使信号电压的幅值过低，而且还会使输出信号下降的时间延长，造成氧传感器不合格的假象。因此，在检测氧传感器前应该将氧传感器充分预热（即让发动机在2500转每分钟下运转两到三分钟）。要不然测试的数据就会不合格，而这个并不说明氧传感器已损坏，只是测试条件没满足的缘故。多数损坏的氧传感器都可以从其信号电压波形上明显地分辨出来，如果从信号电压波形上还无法准确地判断氧传感器的好坏，则可以用示波器上的游动标尺读出最大和最小信号电压值以及信号的响应时间，然后用这三个参数来判断氧传感器的好坏。（图2—1氧传感器标准信号电压波形）（表2—2氧传感器信号波形参数标准）序号测量参数允许范围1最高信号电压（左侧波形）850mV2最低信号电压（右侧波形）75~175mV3混合气从浓到稀的最大允许响应时间（波形的中间部分）100ms（波形中间在300~600mV的下降段应该是上下垂直的）（图2—3已损坏的氧传感器信号电压波形）3.故障现象如果氧传感器出现故障的话，汽车主要表现为油耗上升，排放浓度明显增加，导致尾气超标。氧传感器故障主要是由于积碳、铅中毒、硅中毒、机油污染。积碳无加热棒的氧传感器故障，通常是因为氧传感器或陶瓷元件表面形成积碳，从而增加了氧传感器的反映时间，并可能造成氧传感器检测氧气功能的丧失。对于带加热棒的氧传感器，通常的沉积物在运行过程中被燃烧掉，故障通常是缘于催化剂的损耗，原因好比电池停止产生电流。氧传感器检测元件错误地报告混合气为稀，ECU因此增加混合气浓度，汽车尾气中就含有更多的一氧化碳（CO）和碳氢化合物（HC），从而减少了氧传感器的使用里程。不过现在的氧传感器一般都是加热型氧传感器，这种故障已经很少了。铅中毒亮色的沉积物表明燃油中含铅。铅中毒的氧传感器典型的特征是表面有发亮的生锈层。含铅汽油会损害氧传感器和三元催化器。大多数的氧传感器经过含铅汽油的侵蚀后，里程数会急剧下降。经常使用含铅汽油的汽车，即使是新的氧传感器，也只能工作几千公里。这种现象是比较常见的，跟车子使用什么样的汽油有直接的关系。硅中毒另外一个造成氧传感器故障或失效的原因是硅中毒。硅化合物存在于一些密封材料，润滑剂中及防冻剂中的腐蚀抑制成分。这种情况下，氧传感器表面的沉积物呈现的颜色介于亮白色和颗粒状的浅灰色之间。机油污染机油进入了发动机燃烧室会使氧传感器表面覆上一层油状的沉积物，从而使氧传感器的反应延迟或失灵。如果氧传感器表面有厚厚的一层白色或灰色油状沉积物，说明使用了燃油添加剂或者发动机在“烧机油”。这些燃油添加剂和机油的特殊成分会污染氧传感器的感应元件。4.实际操作中的案例分析案例：凯迪拉克赛威10款3.0L的发动机故障灯亮，车主反映没车子并没有什么不良现象发生，只是突然就发生的。赛威的车是有双排气管的，就有两组氧传感器了。我们就用故障诊断仪Tech2诊断了下，看下有什么故障码，结果诊断仪报的故障码是P0053，我们查了下故障代码表发现是缸组1氧传感器1内部电阻故障。我们就用故障诊断仪对氧传感器的数据进行读取，得到以下几组数据：我们正常的氧传感器电阻跟电压在发动机启动后都是变化的，这是由于发动机的废气氧含量时刻都在改变所致。我们可以从这四张截图看出缸组1氧传感器1的数据始终都是恒定不变的，而且电阻也比其他的几个高很多。我们就可以初步断定是该氧传感器或该氧传感器线路出现了问题。如果我们用测量的办法就肯定可以达到预期的效果，而且是绝对的准确，但是工程会比较大，所以我们就用了个简单的办法来判断是氧传感器问题还是线路问题，就是直接把缸组1氧传感器1与缸组2氧传感器1对调，然后把故障码清除掉去试下车。（特别注意：不能用缸组1氧传感器1直接与缸组1氧传感器2对调，因为这两个传感器不一样就如该图的两个氧传感器电路图）跑完车回来故障灯肯定又会再亮起来，我们用故障诊断仪再诊断下，如果此时还是缸组1氧传感器1故障的话，就说明是线路出现了问题；如果此时变成了缸组2氧传感器1故障，则为氧传感器故障，应该更换。我们用这种方法很快的就发现是氧传感器中毒了，更换之后问题就解决了。如果是线路问题的话，那我们就得慢慢查了，关键还是要有耐心。所以说氧传感器也不是有故障就拿