浅谈氧传感器故障的诊断与排除

浅谈氧传感器故障的诊断与排除 黎法杰 珠海众大利物资车业有限公司 摘 要：本文主要介绍一辆昌河浪迪车，由于氧传感器的失效,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 不能正确控制喷油量 诊断与排除 在提倡环保节能的今天。世界各国对汽车尾气排放要求越来 越严格,电喷汽车越来越受市场的追棒。氧传感器是现代汽车控制废 气排放?提高燃油经济性的重要传感器之一。氧传感器是闭环燃油控 制系统的一个重要标志性零件，它调整和保持理想的空燃比，使三元 催化器达到最佳的转换效率。使得发动机排气中的三种主要有毒成 份，碳氢化合物HC，一氧化碳CO和氮氧化合物NOx都能在三元催化器中得到最大的转化和净化。 一、故障现象 一辆昌河铃木浪迪车，发动机为K14B，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。来我厂维修。使用X431解码器检测,没有故障码,细看动态数据流。发现氧传感器数据流不正常。 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 1 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 2 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： 图3 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。 4 （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。 5 （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、故障的诊断与排除 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。 我反复研究有关氧传感器工作原理和保养资料。为了判断氧传感 器是否本身出现问题，还是其他原因影响氧传感器信号电压过低。只 能逐步检查。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 6 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 响氧传感器信号电压过低的故障原因。?喷油器堵塞?空气流量计故 障?燃油压力太低?空气流量计和节气门之间的未计量空气?排气 歧管衬垫处泄漏，有未计量的空气?氧传感器加热故障或其本身脏 污。我进行过路试，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 ，看 图 分 析 浓?－ 空燃比 －＞ 稀 图4 氧传感器输出特性曲线图 ＜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。 7 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。 五、结束语 通过上述方法终于排除了，这辆浪迪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错误。 参 考 文 献 1、服务部技术支持室，昌河浪迪车技术资料。日立汽车部件（苏 州）有限公司开发技术部。 2、 石仓 主编 汽车电喷发动机维修技术资料.江西昌河铃木有限责任公司。 8