氧傳感器故障診斷案例分析

1、氧傳感器故障診斷案例分析引論 本人在泰成集團泉州轄區(qū)凱迪拉克車間做機電實習生，我們崗位的主要任務是汽車的故障診斷，包括機修跟電路。我在這里現(xiàn)在的主要任務是做汽車保養(yǎng)，其余的正在學習中，比如我也開始更換火花塞，跟師傅一起拆裝后橋洗油箱，跟換輪心總成，開始學習基本的故障診斷等等。我覺得我們要進步應該腳踏實地地做，不能自己會的東西就不想去做了，更不能不求上進，有些東西是靠自己去看去爭取的。 氧傳感器故障的排除對于我們維修人員來說也是非常重要的，前一階段我們凱迪拉克轎車CTS就是因為氧傳感器的故障導致汽車不能正常運轉。但是，我們本著認真負責的態(tài)度，最終把故障解決了。報告主體一、氧傳感器介紹1.類型及工

2、作原理現(xiàn)在汽車上 常用的氧傳感器主要有 二氧化鋯與二氧化鈦氧 傳感器，不過隨著技術的 發(fā)展，比較好的車型也 用到了新型的氧傳感器， 新型氧傳感器有平面型 氧傳感器和寬頻帶型氧 傳感器。.氧化鋯氧 傳感器是具有傳導性的 固體電解質，在氧分子濃度差的作用下產生電動勢。（如圖） .氧化鈦型氧傳感器 是高電阻半導體，當表面缺氧時，電阻變小與發(fā)動機冷卻液溫度傳感器(ECT)相似，氧化鈦氧傳感器的電阻值則隨其周圍氧含量的變化而變化。（如下圖）1V/5V搭鐵大氣O2O2O2O2O2O2HCCONOX尾氣O2.新型氧傳感器平面型傳感器(線性) .核心為陶瓷材料，兩邊有涂層。 .涂層的優(yōu)點是：對尾氣中的氧濃度更

3、敏感。 .兩邊涂層的氧濃度不同，產生電壓信號。 .外形沒有改變。（如下圖）.插腳為4個.新型氧傳感器寬頻帶型 Wide band O2 sensor .Nernst cell感應室 .Reference cell參考室 .Heater加熱組件 .Diffusion gap擴散孔 .Pump cell加壓室 .Exhaust pipe排氣管 （如下圖）.插頭為6腳。.調整更精確、更精細。.通過單元泵工作，可將尾氣中的氧吸入.測量室，單元泵工作所用電流，即為傳遞.給控制單元的電信號。.控制的電壓值在450mv附近（如下圖） 外部大氣排氣歧管單元泵測量室傳感器電壓單元泵電流擴散通道新型氧傳感器寬頻帶

4、型工作原理： 混合氣過稀時，泵在原來的轉速下會泵入較多的氧，測試室中氧的含量較多，電壓值下降。加大噴油量。同時減少單元泵的工作電流。（如下圖） 為能使電壓值盡快恢復到450mv的電壓值，減小單元泵的工作電流，使泵入測試室的氧量減少。單元泵的工作電流傳遞給控制單元，控制單元將其折算成電壓值信號。（如下圖） 混合氣過濃時， 電壓值超過450mv。單元泵以原來的工作電流工作，泵入測試室的氧量少。（如下圖） 控制單元增大單元泵的工作電流，使單元泵旋轉速度增加，增加泵氧速度。單元泵泵入測試室中的氧量增加，使電壓值恢復到450mv。（如下圖） 噴油器 氧傳感器 發(fā)動機電腦 2.作用 閉環(huán)控制的重要標志性零

5、件。 使三元催化器達到最佳的轉換效率。調整和保持理想的空燃比。閉換環(huán)控制：電腦根據(jù)氧傳感器的反饋信號不斷地調整混合氣的空燃比，使其值符合規(guī)定。燃油反饋控制補償誤差，不穩(wěn)定燃油修正觸媒監(jiān)測。（如下圖） 噴油器 氧傳感器 發(fā)動機電腦 發(fā)動機起動后的氧傳感器輸出的信號電壓波形（下圖）：系統(tǒng)進入閉環(huán)控制0.45、氧傳感器的工作溫度、急加速中高負荷、快怠速、強制怠速、水溫沒達到正常水溫、氧傳感器損壞、斷油使三元催化器達到最佳的轉換效率（如下圖） 三元催化器前后氧傳感器各自的作用我們凱迪拉克車都是分兩個缸組的，所以也就有兩個三元催化器了，但是氧傳感器是一樣的。三元催化器前的氧傳感器是五線式氧傳感器，作用是

6、通過檢測廢氣中的氧含量的多少，獲得上次噴油時間過長或不夠的信號，供ECU對本次噴油時間的修正。在發(fā)動機混合氣閉環(huán)控制過程中，氧傳感器起到了氧濃度開關的作用，根據(jù)混合氣的空燃比向ECU輸出脈沖變化的電壓脈沖信號。ECU根據(jù)氧傳感器的輸入信號控制噴油器的增減，把空燃比精確地控制在理論值空燃比附近。三元催化器后的氧傳感器是四線式的，作用是檢測經(jīng)三元催化器轉換之后排出的氣體的氧含量，從而判斷三元催化器是否工作良好。 3.信號控制及路線圖 氧傳感器是檢測廢氣中的氧濃度，并隨時向微機控制裝置反饋信號。微機則根據(jù)反饋來的信號及時調整噴油量（噴油脈寬），如果信號反饋混合氣較濃，則就縮短噴油時間；反之，如果信號

7、反饋混合氣較稀，則就延長噴油時間。這樣使混合氣的空燃比始終保持在理論值附近（14.7:1）。這就是所謂的閉環(huán)控制。氧傳感器由ECU控制，它其實就相當于是一個低電壓、低電流的小發(fā)電機，當它的內外表面所接觸的氧分子濃度不同時，便形成一個電位差，它的外表面伸入排氣管中直接與發(fā)動機排氣相接觸，它的內表面與大氣接觸，大氣中氧分子的濃度是不變的。而排氣中氧分子的濃度是隨混合氣濃度的變化而變化的。當混合氣的實際空燃比高于理論空燃比14.7：1，即稀混合氣時，廢氣中剩余的氧分子濃度相對較高，這時氧傳感器內外氧分子濃度相差較小，只能輸出大約0.1V的電壓;而當混合氣的實際空燃比小于理論空燃比，即濃混合氣時，廢氣

8、中剩余的氧分子非常少，這時氧傳感器內外表面氧分子濃度相差較大，可以輸出大約1.0V左右的電壓。這樣，電腦就可以通過氧傳感器輸出的信號了解當前混合氣濃度相對于理論值的微小偏差，于是根據(jù)這個信號相應調整噴油器的噴油脈寬，以彌補這個微小偏差，從而提高了控制的精度。下圖是凱迪拉克CTS、SRX和XLR三款車上采用的寬頻帶型氧傳感器的控制路線圖。 二、故障診斷 1.工作狀態(tài)分析 氧傳感器工作狀態(tài)參數(shù)表示由發(fā)動機排氣管上的氧傳感器所測得的排氣的濃稀狀況。有些雙排氣管的汽車將這一參數(shù)顯示為缸組1氧傳感器工作狀態(tài)和缸組2氧傳感器工作狀態(tài)兩種參數(shù)。排氣中的氧含量取決于進氣系統(tǒng)中混合氣的空燃比。氧傳感器是測量發(fā)動

9、機混合氣濃稀狀態(tài)的主要傳感器。傳感器必須被加熱至300攝氏度以上才能向微機提供正確的信號。而發(fā)動機微機必須處于閉環(huán)控制狀態(tài)下才能對氧傳感器的信號做出反應。氧傳感器工作狀態(tài)參數(shù)的類型依車型而不同，有些車型以狀態(tài)參數(shù)的形式顯示出來，其變化為濃或?。灰灿行┸囆蛯⑺詳?shù)值參數(shù)的形式顯示出來，其數(shù)值參數(shù)單位為mV。濃或稀表示排氣的總體狀態(tài)，數(shù)值表示氧傳感器的輸出電壓。該參數(shù)在發(fā)動機熱車后以中速（15002000r/min）運轉時，呈現(xiàn)濃稀的交替變化或輸出電壓在100900mV之間來回變化，每10秒內的變化次數(shù)應大于8次（0.8Hz）。若該參數(shù)變化緩慢或不變化或數(shù)值異常，則說明氧傳感器或微機內的反饋控制系

10、統(tǒng)有故障。氧傳感器工作電壓過低，一直在0.3V以下，其主要原因如下：噴油器泄露。燃油壓力過高?；钚蕴抗薜碾姶砰y常開。空氣流量計有故障。氧傳感器加熱故障或氧傳感器臟污。氧傳感器工作電壓過高，一直顯示在0.6V以上，其主要原因如下：噴油器堵塞。空氣流量計故障。燃油壓力過低?？諝饬髁坑嫼凸?jié)氣門之間的未計量的空氣。在排氣歧管墊片處的未計量的空氣。氧傳感器加熱故障或氧傳感器臟污。氧傳感器的工作電壓不正?？赡芤鸬闹饕收先缦拢杭铀俨涣?。發(fā)沖。冒黑煙。有時熄火。 2.波形分析如果用丙烷加注法檢測氧傳感器信號波形的話，一個好的氧傳感器應輸出如圖21所示的信號電壓波形，其3個參數(shù)值必須符合表22所列的值。一個

11、已損壞的氧傳感器可能輸出如圖217所示的信號電壓波形，其中，最高信號電壓下降至427mV，最低信號電壓小于0V，混合氣從濃到稀時的響應時間卻延長為237ms，所以這三個參數(shù)均不符合標準。用汽車示波器對氧傳感器進行測試時可以從顯示屏上直接讀取最高和最低信號電壓值，并且還可以用示波器游動標尺讀出信號的響應時間（這是汽車示波器特有的功能）。汽車示波器還可以同時在屏幕上顯示測試數(shù)據(jù)，這對分析波形非常有幫助。如果在關閉丙烷開關之前，發(fā)動機怠速運轉時間（即混合氣達到果農狀態(tài)的時間）超過25s，則可能是氧傳感器的溫度太低，這不僅會使信號電壓的幅值過低，而且還會使輸出信號下降的時間延長，造成氧傳感器不合格的假

12、象。因此，在檢測氧傳感器前應該將氧傳感器充分預熱（即讓發(fā)動機在2500轉每分鐘下運轉兩到三分鐘）。要不然測試的數(shù)據(jù)就會不合格，而這個并不說明氧傳感器已損壞，只是測試條件沒滿足的緣故。多數(shù)損壞的氧傳感器都可以從其信號電壓波形上明顯地分辨出來，如果從信號電壓波形上還無法準確地判斷氧傳感器的好壞，則可以用示波器上的游動標尺讀出最大和最小信號電壓值以及信號的響應時間，然后用這三個參數(shù)來判斷氧傳感器的好壞。 （圖21氧傳感器標準信號電壓波形） （表22氧傳感器信號波形參數(shù)標準）序號測量參數(shù)允許范圍1最高信號電壓（左側波形）>850mV2最低信號電壓（右側波形）75175mV3混合氣從濃到稀的最大允

13、許響應時間 （波形的中間部分）<100ms（波形中間在300600mV的下降段應該是上下垂直的） （圖23已損壞的氧傳感器信號電壓波形）3.故障現(xiàn)象如果氧傳感器出現(xiàn)故障的話，汽車主要表現(xiàn)為油耗上升，排放濃度明顯增加，導致尾氣超標。氧傳感器故障主要是由于積碳、鉛中毒、硅中毒、機油污染。積碳 無加熱棒的氧傳感器故障，通常是因為氧傳感器或陶瓷元件表面形成積碳，從而增加了氧傳感器的反映時間，并可能造成氧傳感器檢測氧氣功能的喪失。對于帶加熱棒的氧傳感器，通常的沉積物在運行過程中被燃燒掉，故障通常是緣于催化劑的損耗，原因好比電池停止產生電流。氧傳感器檢測元件錯誤地報告混合氣為稀，ECU因此增加混合氣

14、濃度，汽車尾氣中就含有更多的一氧化碳（CO）和碳氫化合物（HC），從而減少了氧傳感器的使用里程。不過現(xiàn)在的氧傳感器一般都是加熱型氧傳感器，這種故障已經(jīng)很少了。 鉛中毒 亮色的沉積物表明燃油中含鉛。鉛中毒的氧傳感器典型的特征是表面有發(fā)亮的生銹層。含鉛汽油會損害氧傳感器和三元催化器。大多數(shù)的氧傳感器經(jīng)過含鉛汽油的侵蝕后，里程數(shù)會急劇下降。經(jīng)常使用含鉛汽油的汽車，即使是新的氧傳感器，也只能工作幾千公里。這種現(xiàn)象是比較常見的，跟車子使用什么樣的汽油有直接的關系。硅中毒 另外一個造成氧傳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，潤滑劑中及防凍劑中的腐蝕抑制成分。這種情況下，氧傳感器表面的

15、沉積物呈現(xiàn)的顏色介于亮白色和顆粒狀的淺灰色之間。機油污染 機油進入了發(fā)動機燃燒室會使氧傳感器表面覆上一層油狀的沉積物，從而使氧傳感器的反應延遲或失靈。如果氧傳感器表面有厚厚的一層白色或灰色油狀沉積物，說明使用了燃油添加劑或者發(fā)動機在“燒機油”。這些燃油添加劑和機油的特殊成分會污染氧傳感器的感應元件。4.實際操作中的案例分析案例：凱迪拉克賽威10款3.0L的發(fā)動機故障燈亮，車主反映沒車子并沒有什么不良現(xiàn)象發(fā)生，只是突然就發(fā)生的。賽威的車是有雙排氣管的，就有兩組氧傳感器了。我們就用故障診斷儀Tech2診斷了下，看下有什么故障碼，結果診斷儀報的故障碼是P0053，我們查了下故障代碼表發(fā)現(xiàn)是缸組1氧傳

16、感器1內部電阻故障。我們就用故障診斷儀對氧傳感器的數(shù)據(jù)進行讀取，得到以下幾組數(shù)據(jù)：我們正常的氧傳感器電阻跟電壓在發(fā)動機啟動后都是變化的，這是由于發(fā)動機的廢氣氧含量時刻都在改變所致。我們可以從這四張截圖看出缸組1氧傳感器1的數(shù)據(jù)始終都是恒定不變的，而且電阻也比其他的幾個高很多。我們就可以初步斷定是該氧傳感器或該氧傳感器線路出現(xiàn)了問題。如果我們用測量的辦法就肯定可以達到預期的效果，而且是絕對的準確，但是工程會比較大，所以我們就用了個簡單的辦法來判斷是氧傳感器問題還是線路問題，就是直接把缸組1氧傳感器1與缸組2氧傳感器1對調，然后把故障碼清除掉去試下車。（特別注意：不能用缸組1氧傳感器1直接與缸組1

17、氧傳感器2對調，因為這兩個傳感器不一樣 就如該圖的兩個氧傳感器電路圖）跑完車回來故障燈肯定又會再亮起來，我們用故障診斷儀再診斷下，如果此時還是缸組1氧傳感器1故障的話，就說明是線路出現(xiàn)了問題；如果此時變成了缸組2氧傳感器1故障，則為氧傳感器故障，應該更換。我們用這種方法很快的就發(fā)現(xiàn)是氧傳感器中毒了，更換之后問題就解決了。如果是線路問題的話，那我們就得慢慢查了，關鍵還是要有耐心。所以說氧傳感器也不是有故障就拿個新的換上去就好了，替換法是個好方法，但是我們不能只追求修好它，而是要懂得它的原理以及是如何控制的，在汽車電控系統(tǒng)越來越復雜的情況下，我們就更應該去認真研究它的原理等；比如當故障診斷儀報出一

18、組數(shù)據(jù)時，我們卻不知道是什么意思時，那我們就落伍了。 三、由氧傳感器故障診斷引發(fā)的遐思1.簡單的汽油的介紹是指汽油辛烷值指標。93號，97號。（現(xiàn)在幾乎已經(jīng)沒有90號汽油了）所謂的97號汽油，就是97的異辛烷，3的正庚烷。在引擎壓縮比高者應采用高辛烷值汽油，若壓縮比高而用低辛烷值汽油，會引起不正常燃燒，造成震爆、耗油及行駛無力等現(xiàn)象。汽油標號的高低只是表示汽油辛烷值的大小，應根據(jù)發(fā)動機壓縮比的不同來選擇不同標號的汽油。壓縮比在8.59.5之間的中檔轎車一般應使用93號汽油；壓縮比大于9.5的轎車應使用97號汽油。目前國產轎車的壓縮比一般都在9以上，最好使用93號或97號汽油。高壓縮比的發(fā)動機如

19、果選用低標號汽油，會使汽缸溫度劇升，汽油燃燒不完全，機器強烈震動，從而使輸出功率下降，機件受損。低壓縮比的發(fā)動機硬要用高標號油，就會出現(xiàn)“滯燃”現(xiàn)象，即壓到了頭它還不到自燃點，一樣會出現(xiàn)燃燒不完全現(xiàn)象，對發(fā)動機也沒什么好處。 車輛越高檔對燃油質量的要求也越高，例如30萬元以上的中高檔車，最好是加97號汽油，而這里說的97號代表的只是汽油中的辛烷值能量的大與小，并不能說明97號汽油就比93號汽油清潔。而高檔汽車對汽油的清潔度卻要求極高，如果汽油的標號不夠，對車輛的影響很快就能表現(xiàn)出來，如加完油后馬上出現(xiàn)加速無力的現(xiàn)象；如果汽油雜質過多，對汽車的影響就要一段時間后才能反應出來，因為積碳或膠質增多到

20、一定程度才會影響汽車行駛。 國家對車用汽油有嚴格的標準。它不僅要求汽油有一定的辛烷值（俗稱汽油標號），同時對汽油各種化學成分的含量都有嚴格的規(guī)定。如果烯烴的含量過高，汽車不能完全燃燒，從而產生一種膠狀物質，聚積在進氣歧管及氣門導管部位。在發(fā)動機處于正常工作溫度時，無異常現(xiàn)象；而當發(fā)動機熄火冷卻一段時間后，這些膠質會把氣門粘在氣門導管內。這時起動發(fā)動機，就會發(fā)生頂氣門現(xiàn)象。并不是標號越高越好，要根據(jù)發(fā)動機壓縮比合理選擇汽油標號。在汽車發(fā)動機的參數(shù)中，大多數(shù)崇尚動力性的車友都只是注意到了功率和扭矩這兩個指標，但另一個重要指標卻往往被人所忽視，這就是壓縮比。壓縮比就是汽缸內活塞的最大行程容積與最小行

21、程容積的比值，也等于整個活塞的運動行程上止點和下止點在不同行程位置的容積比值。目前，絕大部分汽車采用“往復式發(fā)動機”，簡單地講，就是在發(fā)動機汽缸中，有一只活塞周而復始地做著直線往復運動，且一直循環(huán)不已，所以在這周而復始又持續(xù)不斷的工作行程之中有其一定的運動行程范圍。就發(fā)動機某個汽缸而言，當活塞的行程到達最低點，此時的位置點便稱為下止點，整個汽缸包括燃燒室所形成的容積便是最大行程容積；當活塞反向運動，到達最高點位置時，這個位置點便稱為上止點，所形成的容積為整個活塞運動行程容積最小的狀況，需計算的壓縮比就是這最大行程容積與最小容積的比值。例如壓縮比為10的發(fā)動機就是將可燃混合汽壓縮為原來體積的11

22、0。一般來說在發(fā)動機的其他設計不變的情況下，壓縮比越高的車功率越大，效率越高，燃油經(jīng)濟性方面也會好一些。但是壓縮比過高會造成穩(wěn)定性下降，發(fā)動機壽命縮短。而且壓縮比也不可能無限制地提高，因為可燃混合汽在壓縮過程中溫度會急劇提高，如果在沒有到活塞的上止點處溫度就已經(jīng)超過可燃混合汽的燃點，則可燃混合汽就會爆燃，這就是俗稱的敲缸，可以聽到明顯的金屬撞擊聲，嚴重的爆燃甚至會使發(fā)動機倒轉，給發(fā)動機造成致命的傷害。汽油發(fā)動機在運轉時，吸進來的是汽油與空氣混合而成的混合氣，在壓縮過程中活塞上行，除了擠壓混合氣使之體積縮小之外，同時也發(fā)生了渦流和紊流兩種現(xiàn)象。當密閉容器中的氣體受到壓縮時，壓力隨著溫度的升高而升

23、高。若發(fā)動機的壓縮比較高，壓縮時所產生的氣缸壓力與溫度相應提高，混合氣中的汽油汽化得更完全，加上高壓縮比的作用，當火花塞跳出火花時就能使混合氣在瞬間內完成燃燒，釋放出能量，成為發(fā)動機的動力輸出。反之，燃燒的時間延長，能量會耗費并增加發(fā)動機的溫度，而并非參與發(fā)動機動力的輸出，所以，高壓縮比的發(fā)動機就意味著具有較大的動力輸出。像凱迪拉克就屬于高端品牌的轎車，應該使用97#汽油了。2.簡單介紹混合動力在市場上的前景混合動力汽車，英文為Hybrid Power Automobile是指車上裝有兩個以上動力源：蓄電池、燃料電池、太陽能電池、內燃機車的發(fā)電機組，當前混合動力汽車一般是指內燃機車發(fā)電機，再加上蓄電池的汽車?；旌蟿恿ζ嚨姆N類目前主要有3種。一種是以