浅谈氧传感器的故障分析与诊断

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1、浅谈氧传感器的故障分析与诊断默认分类  2008-03-2910:42  阅读464   评论4 字号：大大 中中 小小 作者：王和平时间：2007年6月2日[摘要]本文首先阐述了氧传感器在电控发动机排放控制中的重要性，然后介绍了氧传感器的种类及影响氧传感器的因素。接着结合氧传感器的波形对氧传感器的技术状况进行了分析，并列举出了故障实例。主题词：氧传感器、空燃比、氧传感器的故障诊断论文主题：1、氧传感器在电控发动机排放控制中的重要性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，三元催化器对CO、HC和NOX的净化能力将急剧下降

2、，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。2、氧传感器的种类及氧传感器在汽车上安装的重要性目前，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、三引线及四引线之分，；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；三引线和四引线的为加热型氧化锆式氧传感器，原则上四种引线方式的氧传感器是不能替代使用的。氧传感器一旦出现故障，将使电子燃油喷射系统的电脑不能得到排气管中氧浓度的信息，因而不能对空燃比进行反馈控制，会使发动机油耗和排气污染

3、增加，发动机出现怠速不稳、缺火、喘振等故障现象。因此，必须及时的排除故障或更换。空燃比对排气中碳氢化合物（HC）和一氧化碳（CO）的含量有很大影响，在空燃比低于14.7：1时，HC及CO含量降低；如果空燃比高于14.7：1时，HC及CO含量迅速上升。但是，降低空燃比会导致燃烧温度升高，排气中的氮氧化合物（NOX）升高。所以，理想的空燃比应在接近14.7：1的很小范围内。另外三元催化转化器的转化效率只有在空气系数为1的很小范围内最高。如图1所示三元催化转化器对发动机的排放控制具有极其重要的意义。没有三元催化转化器就不可能满足欧洲排放法规。第二代车载故障诊断系统(OBD-Ⅱ)具1有对三元催化转

4、化器进行故 障诊断的功能。            图1三元催化转换效率图                             而为了对三元催化转化器进行故障诊断，必须在它的前和后各装一个氧传感器(图2)。                      图2发动机闭环控制系统正常运行的三元催化转化器因其储氧能力而使后氧传感器的动态响应与前氧传感器相比明显差，后氧传感器动态响应曲线的振幅非常小(图3a)。反之，如果后氧传感器信号电压的波形非常接近前氧传感器，只不过相位略滞后(图3b)，则ECU认为三元催化转化器效率过低。因此通过观察前氧传感器和后氧传感器的波形就能判断三元催化转化器是否失效。 

5、            图3a正常图形                                                图3b非正常图形3、氧传感器的故障诊断3.1前氧传感器信号电压超出可能范围氧传感器信号电压在空气过量因数λ=1处发生阶跃。如图4所示，ECU为氧传感器提供了一个450mV电压。在稳定工况下，如果λ＜1，则氧传感器信号电压约为1000mV；如果λ＞1，则此信号电压约为100mV。如前所述，当ECU进入闭环控制后，氧传感器信号电压应在1000mV和100mV之间不断地波动(图5a)。在加速和减速工况下退出闭环控制，加速工况下混合气加浓，该信 号电压应接近1000

6、mV；减速工况下混合气变稀，该信号电压应按近100mV。如果在ECU进入闭环控制后该信号电压保持低于175mV达15s，或者在加速工况下该信号电压保持低于600mV达15s，则ECU认为该传感器信号电压偏低，不可信。如果在ECU进入闭环控制后信号电压保持高于800mV达15s，或者在减速工况下该信号电压保持高于110mV达15s，则ECU认为该传感器信号电压偏高，不可信。此时，在满足下列条件的情况下ECU将设置前氧传感器信号电压超出可能范围的故障信息记录：没有节气门位置传感器、燃油蒸发排放控制系统、缺火、进气温度传感器、进气歧管绝对压力传感器、燃油调节、喷油器、废气再循环阀位置传感器、冷却

7、液温度传感器、曲轴位置传感器和空气流量传感器的故障信息记录。            图4氧传感器电压输出特性图 3.2前氧传感器信号电压响应速度过低如图5b和图5c所示，随着氧传感器的老化，其信号电压响应速度越来越低，表现为动态响应曲线趋于平缓。在ECU进入闭环控制的情况下，ECU连续监测氧传感器一段时间(例如100s)，记录其信号电压，每次从低于300mV到高于600mV(混合气从稀到浓)和从高于600mV到低于300