浅论汽车氧传感器的检修

浅论汽车氧传感器的检修（共3篇）

1.浅论汽车氧传感器的检修 篇一

上世纪90年代, 汽车排放污染已日渐成为人们关注的热门话题。随着我国汽车排放法规的逐步规范和社会对汽车排放污染物控制的重视, 电喷发动机在我国开始普及。经过近二十年的发展, 电喷发动机技术已日益成熟, 而汽车排放污染也得到了逐步控制, 这都和发动机上一个重要的部件———氧传感器密不可分。

确切地说, 电喷发动机采用了混合气成分的闭环控制和三元催化反应装置的联合使用技术, 这是目前为止汽油机最有效的净化排气的方法。三元催化转化器能有效地净化CO、HC和NOx这三种有害气体, 但其净化效率严格依赖于混合气浓度必须保持在理论空燃比 (14.7:1) 附近的狭小范围内。一旦混合气体浓度偏离了这个范围, 三元催化转化器净化排气污染物的能力便急剧下降。正是由于空燃比的变化会引起排气中氧浓度相应的变化, 因此, 便在排气管中设置了氧传感器。

氧传感器随时检测排气中的氧浓度, 并随时向汽车的电控单元反馈信号。电控单元根据反馈信号及时调整喷油量, 如信号反映混合气偏浓, 则减少喷油时间;反之, 则增加喷油时间, 从而使混合气的空燃比始终保持在理论空燃比附近。这就是所谓的发动机闭环控制。

氧传感器是实现这一闭环控制必不可少的重要部件, 它对发动机排放控制起着不可或缺的作用。现代电喷发动机一般装有前后两只氧传感器, 三元催化转化器效率监测, 必须使用位于三元催化转化器后方的第二个氧传感器。当三元催化转化器工作正常时, 位于三元催化器前方的氧传感器的变动次数应高于后方的氧传感器, 监测器比较前/后氧传感器的变动次数来判定三元催化转化器老化与否, 如图1所示。

二、氧传感器的类型及工作原理

目前使用的氧传感器有氧化锆式和氧化钛式两种, 其中应用最多的是氧化锆式氧传感器。

1. 氧化锆式氧传感器

氧化锆式氧传感器的基本元件是氧化锆陶瓷管, 亦称锆管, 如图2所示。锆管固定在带有安装螺纹的固定套中, 内外表面均覆盖着一层多孔性的铅膜, 其内表面与大气接触, 外表面与废气接触。氧传感器的接线端有一个金属护套, 其上开有一个用于锆管内腔与大气相通的孔;电线将锆管内表面铂极经绝缘套从此接线端引出。

氧化锆在温度超过300℃后, 才能进行正常工作。大部分汽车使用带加热器的氧传感器, 传感器内有一个电加热元件, 可在发动机起动后的10～30s内迅速将氧传感器加热至工作温度。

1-保护套管2-内表面电极层3-氧化锆陶瓷体4-外表面铂电极层5-多孔氧化铝保护层6-线束插头

2. 氧化钛式氧传感器

氧化钛式氧传感器是利用二氧化钛材料的电阻值随排气中氧含量的变化而变化的特性制成的, 故又称电阻型氧传感器。

二氧化钛式氧传感器的外形和氧化锆式氧传感器相似, 在传感器前端的护罩内是一个二氧化钛厚膜元件。纯二氧化钛在常温下是一种高电阻的半导体, 但表面一旦缺氧, 其品格便出现缺陷, 电阻随之减小。由于二氧化钛的电阻也随温度不同而变化, 因此, 在二氧化钛式氧传感器内部也有一个电加热器, 以保持氧化钛式氧传感器在发动机工作过程中的温度恒定不变。

3. 氧传感器的工作原理

这里以氧化锆式氧传感器为例进行说明。锆管的陶瓷体是多孔的, 渗入其中的氧气, 在温度较高时发生电离。由于锆管内、外侧氧含量不一致, 存在浓差, 因而氧离子从大气侧向排气一侧扩散, 从而使锆管成为一个微电池, 在两电极间产生电压, 如图3所示。当混合气的实际空燃比小于理论空燃比, 即发动机以较浓的混合气运转时, 排气中氧含量少, 但CO、HC等较多。这些气体在锆管外表面的铅催化作用下与氧发生反应, 将耗尽排气中残余的氧, 使锆管外表面氧气浓度变为零, 这就使得锆管内、外侧氧浓差加大, 两铅极间电压陡增。因此, 锆管氧传感器产生的电压将在理论空燃比时发生突变:稀混合气时, 输出电压几乎为零;浓混合气时, 输出电压接近1V。

要准确地保持混合气浓度为理论空燃比是不可能的。实际上反馈控制只能使混合气在理论空燃比附近一个狭小的范围内波动, 故氧传感器的输出电压在0.1～0.8V之间不断变化 (通常每10s内变化8次以上) 。如果氧传感器输出电压变化过缓 (每1Os少于8次) 或电压保持不变 (不论保持在高电位或低电位) , 则表明氧传感器有故障, 需检修。

三、氧传感器的常见故障

氧传感器一旦出现故障, 汽车电控单元就不能接收空燃比反馈信号, 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增加, 发动机出现怠速不稳、缺火、喘振等故障现象。

1. 氧传感器中毒

氧传感器中毒是经常出现并且较难防治的一种故障, 氧传感器顶尖部位的正常颜色为淡灰色, 当顶尖部位的颜色为白色则是硅中毒, 颜色为棕色则是铅中毒。

随着环保要求的日益提高, 我国已全面禁止使用含铅汽油, 这也避免了氧传感器铅中毒的问题。

2. 积碳

积碳的氧传感器顶部是碳黑色的。积碳粘附在氧传感器表面, 让对氧敏感材料不能与排气充分接触, 积碳少的情况下, 可能出现输出信号失准, 积碳过多的情况下, 氧传感器会完全失效。

3. 氧传感器陶瓷碎裂

氧化锆氧传感器的陶瓷硬并且脆, 在安装或维修过程中要避免用较硬的工具敲击或者是用强烈气流吹洗, 这样都有可能会使陶瓷碎裂, 所以要特别注意。

4. 加热器电阻丝烧断

加热器电阻丝是给氧传感器进行加热, 让其可以提前进入工作状态, 如果加热器电阻丝烧蚀, 就很难使传感器达到正常的工作温度而失去作用。

5. 氧传感器内部线路断脱

氧传感器内部线路有很多是由线束和端子连接不良造成的, 故障还可能是由于其它电系统干涉和机械或化学损坏所造成的, 有时会因为检修或其它原因导致其线路断路或脱落。

四、氧传感器的检测

1. 氧传感器加热器电阻的检测

将点火开关置于“OFF”, 拔下氧传感器的导线连接器, 用万用表欧姆挡测量氧传感器接线端中加热器端子与搭铁端子间的电阻 (具体端子请查阅相关车型的维修手册) , 其电阻值应符合标准, 一般为4～40Ω (具体数值参见具体车型说明书) 。如不符合标准, 应更换氧传感器。测量后, 重新连接好氧传感器线束, 以便作进一步的检测。

2. 氧传感器反馈电压的检测

测量氧传感器反馈电压时, 应先拔下氧传感器线束连接器插头, 使用汽车电路测试跨接线进行测量, 在发动机运转时从引出线上测量反馈电压。在对氧传感器的反馈电压进行检测时, 最好使用指针型的电压表, 以便直观地反映出反馈电压的变化情况。发动机氧传感器反馈电压检测的具体步骤:

(1) 将发动机运转至正常工作温度。

(2) 把电压表的负表笔连接搭铁端或负极, 正表笔接氧传感器线束插头上引出的测试线。

(3) 让发动机以2500r/min左右的转速保持运转, 同时检查电压表指针能否在0～1V之间来回摆动, 记下10s内电压表指针摆动次数。在正常情况下, 随着反馈控制的进行, 氧传感器的反馈电压将在0.4V上下不断变化, 10s内反馈电压的变化次数应不少于8次。如果使用数字万用表, 则记录下变化的次数。

(4) 若电压表指针在10s内的摆动次数等于或多于8次, 则说明氧传感器及反馈控制系统工作正常;电压表指针若在10s内的摆动次数少于8次, 则说明氧传感器或反馈控制系统工作不正常, 可能是氧传感器表面有积碳而使灵敏度降低, 此时应让发动机以2500r/min的转速运转约2min, 以清除氧传感器表面的积碳;若电压表指针变化依旧缓慢, 则为氧传感器损坏或ECU反馈控制电路有故障。

氧传感器是否损坏, 可按下述方法检查:用突然踩下或松开油门踏板的方法来改变混合气浓度。在突然踩下油门踏板时, 混合气变浓, 反馈电压应上升;突然松开油门踏板时, 混合气变稀, 反馈电压应下降。如果在混合气浓度变化时, 氧传感器输出电压不能相应地改变, 说明氧传感器有故障。

五、总结

2.汽车氧传感器的故障分析 篇二

关键词:汽车氧传感器;故障分析;注意事项

氧传感器的主要功用是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。品质良好的氧传感器能够减少废气的排放和节省燃料,并加强引擎性能表现。

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,因而不能对空气和燃料混合比例进行反馈控制,会使引擎油耗和排氣污染增加,怠速不稳、缺火、喘振等故障现象。因此,必须及时排除故障或更换。各类汽车从90年代开始普遍装上氧传感器,而目前市场上多数车子的原装氧传感器都是德国BOSCH制造。德国BOSCH首台用在汽车的氧传感器是在1976年推出市场,距今已有30多年。

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。由于混合气的实际空燃比一旦偏离理论空燃比,三元催化剂对CO、HC和NOX的净化能力将急剧下降,故在排气管中安装氧传感器。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、双引线和三根引线之分,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;三根引线的为加热型氧化锆式氧传感器,原则上三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,必须及时地排除故障或更换。

一、氧传感器早期损坏的主要原因

1.使用含铅汽油,引起氧传感器中毒,使其作用失效。造成氧传感器中毒的决定性因素是排气温度,如果在900℃的高温下侵入铅,就好像在传感器表面上涂了一层高温漆,它堵塞了氧传感器基准侧和排气侧之间氧离子的流动,从而使氧传感器失去检测排气中氧含量的能力。国外研究结果表明,装用电控汽油喷射闭环系统的汽车,在使用含铅汽油行驶480km后,氧传感器的整个性能已基本丧失,而三元催化转换器中毒后,其催化效率也会大大降低,甚至不起净化作用。在我国氧传感器早期故障率很高的原因即在于此,使用无铅汽油后,其故障率将会大大降低。

2.发动机维修中使用了不合要求的硅密封胶或硅橡胶密封垫,引起硅中毒。任何含有醋酸(作硫化剂用)的硅胶都会损害氧传感器。硅胶也叫温室硫化胶,含醋酸的硅胶如用于发动机上有润滑油流动的部位,醋酸就会蒸发进入曲轴箱或气门区,然后经废气再循环系统被吸入进气管,在正常情况下,就会由排气管排出,损坏氧传感器。

二、氧传感器使用中常见故障分析

1.氧传感器中毒

氧传感器中毒是经常出现的且较难防治的一种故障,尤其是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。如果只是轻微的铅中毒,接着使用一箱不含铅的汽油,就能消除氧传感器表面的铅,使其恢复正常工作。但往往由于过高的排气温度,而使铅侵入其内部,阻碍了氧离子的扩散,使氧传感器失效,这时就只能更换了。

另外,氧传感器发生硅中毒也是常有的事。一般来说,汽油和润滑油中含有的硅化合物燃烧后生成的二氧化硅,硅橡胶密封垫圈使用不当散发出的有机硅气体,都会使氧传感器失效,因而要使用质量好的燃油和润滑油。修理时要正确选用和安装橡胶垫圈,不要在传感器上涂敷制造厂规定使用以外的溶剂和防粘剂等。

2.积碳

由于发动机燃烧不好,在氧传感器表面形成积碳,或氧传感器内部进入了油污或尘埃等沉积物,会阻碍或阻塞外部空气进入氧传感器内部,使氧传感器输出的信号失准,ECU不能及时地修正空燃比。产生积碳,主要表现为油耗上升,排放浓度明显增加。此时,若将沉积物清除,就会恢复正常工作。

3.氧传感器陶瓷碎裂

氧传感器的陶瓷硬而脆,用硬物敲击或用强烈气流吹洗,都可能使其碎裂而失效。因此,处理时要特别小心,发现问题及时更换。

4.加热器电阻丝烧断

对于加热型氧传感器,如果加热器电阻丝烧蚀,就很难使传感器达到正常的工作温度而失去作用。

5.氧传感器内部线路断脱

6.氧传感器外观颜色的检查

从排气管上拆下氧传感器,检查传感器外壳上的通气孔有无堵塞,陶瓷芯有无破损。如有破损,则应更换氧传感器。

通过观察氧传感器顶尖部位的颜色也可以判断故障:

①淡灰色顶尖:这是氧传感器的正常颜色;

②白色顶尖:由硅污染造成的,此时必须更换氧传感器;

③棕色顶尖:由铅污染造成的,如果严重,也必须更换氧传感器;

④黑色顶尖:由积碳造成的,在排除发动机积碳故障后,一般可以自动清除氧传感器上的积碳。

三、检修氧传感器的注意事项

1.氧传感器一般使用氧化锆(ZrO2,一种陶瓷材料)作敏感元件。因为陶瓷硬而脆,甚至强烈的吹洗都会使它碎裂,所以,在拆装时,不要用扳手或撬扛敲打,以免损坏。

2.不要在氧传感器内部喷涂防锈层或使用溶剂,以防阻碍或堵塞外部空气进入传感器内部而改变其性能,甚至完全失效。其他油液如动力转向机油和制动液也会起同样的作用。

3.汽车氧传感器的工作原理及应用 篇三

随着汽车排放法规的逐渐严格和人们对汽车排污控制的日渐重视, “电喷”加三元催化器的发动机正在我国普及。这种发动机采用了混合气成分的闭环控制和三效催化反应装置联合使用的技术, 这是当今汽油机最有效的排气净化方法, 氧传感器是实现这一闭环控制必不可少的重要部件。它不但对发动机排放控制有着重要的作用, 还可以通过示波器读取其波形进而分析判断发动机的多种故障。在汽车维修之后, 还可以通过检测氧传感器波形判断发动机是否真正修好, 作为向客户交车之前的一项检验。在维修检测方面, 氧传感器波形某种程度上类似于人体诊断的心电图。

1 氧传感器的工作原理

氧化锆是一种多孔性的固体电解质, 当温度较高时, 允许渗入该固体电解质内的氧气发生电离, 电离后的氧离子能够由氧浓度高的内侧向浓度低的外侧扩散, 使两电极之间产生电动势, 形成微电池, 因此可以检测出排气中氧的含量, 从而能检测出混合气的浓度。图1是氧化锆氧传感器的工作原理示意图。

三元催化转化器处理能有效地全面净化CO、HC和NOx这三种有害气体, 但其净化效率依赖于混合气浓度, 一般要求保持在理论空燃比为 (14.7) 左右的狭小范围内。一旦混合气体浓度偏离了这个狭小的范围, 则三效催化转化器全面净化上述有害气体的能力急剧下降。由于混合气空燃比的变化会引起排气中氧浓度相应的变化, 因此, 在排气管中设置了氧传感器, 氧传感器随时检测排气中的氧浓度, 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) , 如信号反映混合气较浓, 则减少喷油延续;反之, 如信号反映混合气较稀, 则延长喷油延续时间, 从而使混燃气的空燃比始终保持在理论空燃比附近, 这就是空燃比闭环反馈控制系统。

2 氧传感器的波形检测与波形分析

2.1 氧传感器的波形检测

氧传感器的波形检测方法很多, 笔者用汽车示波器进行波形检测。检测方法是启动发动机使氧传感器加热至315℃以上, 且处于闭环控制状态, 利用跨接线或背针探头连接至传感器的连接插头, 启动发动机由怠速开始增加转速。

2.2 氧传感器的波形分析

对氧传感器进行波形分析可以从反映氧传感器输出信号波形的三要素进行, 三要素为:最高电压、最低电压、反应快慢 (响应时间) 。正常波形允许变动的范围分别是:最高电压允许范围大于850mV;最低电压允许范围75～175mV, 从浓到稀的允许响应时间少于100ms。因此, 当实测波形与氧传感器的正常波形不相符时, 说明发动机存在故障, 并且可以从波形上查明故障发生的部位及产生的原因。发动机故障可导致燃烧不正常进而引起氧传感器波形不正常, 具体可表现为:

点火系统故障造成的燃烧不正常或缺火, 如某缸火花塞损坏, 某缸高压分线损坏、或分电器、分电器转子、点火线圈等损坏。这些故障可使部分氧“不经消化”即排出缸外, 从而使排气中的氧含量升高。对此, 可用示波器检测, 以排除这类故障的可能性或确认这类故障。

由机械原因引起的压缩泄漏使正常的压缩比遭到破坏, 例如, 气门烧损、活塞环断裂或磨损过度等造成的压缩泄漏, 使点火之前的压缩温度、压缩压力不够, 造成燃烧不完全甚至缺火。这也可使部分氧“未经消化”即排出缸外, 引起排气中的氧含量升高。

真空泄漏造成的空燃比不正常, 例如, 进气道、进气管上的真空软管等处存在泄漏, 如果真空泄漏使混合气空燃比达到l7以上时, 就可引起因混合气过稀而发生的缺火, 并造成排气氧含量增高。

各缸喷油不均衡造成的压缩比不正常 (对于多点喷射) , 个别缸喷油器的喷油量过多或过少 (喷油器卡在开的位置或堵塞) , 造成混合气过浓或过稀, 当个别缸的混合气空燃比达到l3以下或l7以上时, 可能引起缺火, 亦可造成排气含量异常。

3 氧传感器波形在电控汽车维修检测中的应用

3.1 利用氧传感器的波形分析发动机的故障

笔者在实际工作中曾用氧传感器的故障波形分析诊断发动机个别缸喷油器堵塞造成各缸喷油不均匀的故障。故障表现为:怠速不稳, 加速迟缓, 动力下降, 路试加速不起来。在冷起动后或重新热起动的开环控制期间情况好转, 一旦燃油反馈控制系统进入闲环控制, 症状就变得显著。用ADC2000发动机故障诊断仪的示波功能检测氧传感器的波形, 检测发动机在2500r/min和其他稳定转速下的氧传感器波形, 以检测空燃比反馈控制系统, 氧传感器在所有的转速、负荷下都显示出严重的杂波故障, 分析严重的杂波表明排气氧不均衡或存在缺火, 这些杂波影响了燃料反馈控制系统对混合气的控制能力。通常可以采用排除其他故障可能性的方法 (即排除法) 判定喷油不均衡。包括用示波器检查, 判断点火系统和气缸压缩力, 以排除其故障的可能性;用人为加浓或配合其他仪器等方法, 排除真空泄漏的可能性。总之, 对于多点喷射式发动机, 如果没有点火不良、压缩泄漏、真空泄漏等问题引起的缺火, 则可假定是喷射不均衡引起的缺火。

针对上述情况, 笔者进一步检查了点火、压缩、真空的各方面情况, 排除了这些方面问题的可能性, 判断为喷油器损坏。还应该注意到, “在冷起动后或重新启动后的开环控制期间情况稍好”, 进一步说明了个别缸喷油器存在堵塞问题。这是因为对于上述情况, 喷油脉冲宽度稍长, 加浓了混合气, 多少起到一些补偿作用。进一步从发动机拆下喷油器后, 因刚拆下来的喷油器表面很脏, 先用净化器清洗喷剂先洗一下外表, 再用布擦干净, 进行密封性检测, 在喷油器关闭的情况下, 加上喷油器的正常压力的油压检测喷油器的密封性。一般要求在1min内喷油器不滴漏2滴以上油滴, 然后进一步检测喷油器的雾化性。不同型号的喷油器, 在正常条件下喷雾形状是不相同的, 一般喷油器喷出的油雾形状是角度较大的白色锥体, 而单孔的喷油器的张角并不大, 较脏的或有故障的喷油器的喷出的油雾形状基本相同, 是一根或几根白色线, 没有雾化的喷油器是有故障或损坏的, 检查结果是2缸喷油器堵塞。进一步测量喷油器电磁线圈, 便可知道它们是高阻值或是低阻值的喷油器以及线圈是否短路或断路, 高阻值为12～17Q, 低阻值2～3Q, 若阻值不在规定的范围内, 说明喷油器电磁线圈损坏, 必须更换。检测的喷油器数据值中, 没有发现问题, 说明喷油器的电磁线圈没有问题, 所以故障为2缸喷油器堵塞。

4 结束语

氧传感嚣在电控喷汽车空气燃油控制系统中有着非常重要的作用, 对氧传感器波形信号的分析, 可以快速、准确地判断整个空气燃油系统的运行性能, 通过用汽车示波器对氧传感器波形进行分析、评定, 可以帮助诊断分析汽车的怠速不稳、加速迟缓、功率低下、耗油量大等汽车故障及其的原因, 同时还可以利用氧传感器的波形分析来判断三元催化器是否失效。

摘要：本文对氧传感器波形在电控汽车、维修检测中的应用进行了分析。