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- 汽車氧傳感器的故障檢檢測與維修
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2011/9/7
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和汽車保有量的急劇增加，汽車排放對大氣的污染已經(jīng)構(gòu)成了公害。它惡化了人類的生存環(huán)境，影響了人們的身體健康，已發(fā)展成為嚴(yán)重的社會(huì)問題。在有些大城市，汽車廢氣排放已經(jīng)接近或超過環(huán)境容量。為了保護(hù)日益惡化的地球環(huán)境，世界各國先后出臺了便為嚴(yán)格的汽車污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。汽車生產(chǎn)商在汽車的生產(chǎn)設(shè)計(jì)過程中，加設(shè)了減少對空氣污染的輔助裝置，如在電控燃油噴射技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用三元催化器，就可以獲得更高凈化率的排放控制，但是為了能最有效地使用三元催化器，必須精確地控制空燃比，使它始終接接理論空燃比。因此在排氣管上增加了一個(gè)氧傳感器，經(jīng)常地檢測排氣的質(zhì)量，并將其變換成電信號傳給ＥＣＵ。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元ＥＣＵ根據(jù)氧傳感器提供的信號，不斷地檢測和調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器的噴油量，使發(fā)動(dòng)機(jī)在多數(shù)情況下都工作在理論空燃比附近，實(shí)現(xiàn)了噴油的閉環(huán)控制，也有效地的提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能及整車的經(jīng)濟(jì)性，因此氧傳感器就起著至關(guān)重要的作用。
1 氧傳感器的工作原理
氧傳感器是排氣氧傳感器EGO（Exhaust Oxygen Sensor）的簡稱，其功用是通過監(jiān)測排氣中氧離子的含量來獲得混合氣的空燃比信號，并將該信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞斎隕CU。ECU根據(jù)（λ）控制在0.98~1.02之間的范圍內(nèi)。使發(fā)動(dòng)機(jī)得到最佳濃度的混合氣，從而達(dá)到降低有害氣體的排放量和節(jié)約燃油之目的。自1976年德國博世公司率先在瑞典沃爾沃（VOLVO）轎車上裝用氧傳感器之后，通用、福特、豐田、日產(chǎn)等汽車公司相繼完成了氧傳感器的開發(fā)與應(yīng)用工作。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射系統(tǒng)采用的氧傳感器分為氧化鋯（ZrO2）式和氧化鈦（TiO2） 式兩種類型，氧化鋯式氧傳感器又分為加熱型和非加熱型兩種，氧化鈦式一般都為加熱型傳感器。在實(shí)際的維修做業(yè)中通常將氧傳感器分為1線、2線、3線及4線四種類型，主要有鋼質(zhì)殼體、鋯管（或二氧化鈦傳感器元件）、加熱元件、電極引線、防水護(hù)套和線束插頭等組成。其中1線和2線沒有加熱元件，只有3線4線才有。加熱元件是受電控單元ECU控制的，它的作用是當(dāng)空氣進(jìn)氣量�。ㄅ艢鉁囟鹊停┑臅r(shí)候，ECU控制加熱元件通電加熱氧傳感器，使其工作在正常的工作溫度，從而能夠精確地檢測排氣中氧離子濃度變化。
氧傳感器安裝在汽車的排氣管上，頭部裝進(jìn)排氣管內(nèi)，尾部暴露在空氣中，空氣可以從尾部流入傳感器內(nèi)部（氧化鋯式），傳感器外部跟廢氣直接接觸，這樣當(dāng)氧離子在鋯管中擴(kuò)散時(shí)，鋯管內(nèi)外表面之間的電位差將隨可燃混合氣濃度變化而變化，即鋯管相當(dāng)于一個(gè)氧濃差電池，傳感器的信號源相當(dāng)于一個(gè)可變電源。當(dāng)可燃混合氣稀時(shí)，廢氣中氧離子含量多，因此傳感器內(nèi)、外氧離子濃度沒有多大差別，兩個(gè)鉑電極間的電位差較低，約為0.1V。相反，如果可燃混合氣很濃，排氣中的氧離子含量很少，傳感器內(nèi)、外氧離子濃度差別很大，兩個(gè)鉑電極間的電位差也大，約為0.9V。發(fā)動(dòng)機(jī)ECU根據(jù)來自氧傳感器的電動(dòng)勢信號判別可燃混合氣的濃與稀，并相應(yīng)地修正噴油時(shí)間，控制噴油量使混合氣濃度接近理論空燃比。通過閉環(huán)控制，再利用三元催化器，從而可以最大限度降低尾氣排放，此外發(fā)動(dòng)機(jī)性能也可以處于最佳狀態(tài)，并提高燃燒效率，使汽車更節(jié)能，更環(huán)保。
2 氧傳感器的失效原因
氧傳感器失效的主要原因是傳感元件老化和中毒。氧傳感器老化的主要原因是傳感元件局部表面溫度過高。氧傳感器的傳感元件受到污染而失效的現(xiàn)象稱為中毒。氧傳感器中毒主要是指鉛中毒、硅中毒、和磷中毒。
2.1 氧傳感器老化
在發(fā)動(dòng)機(jī)利用氧傳感器進(jìn)行閉環(huán)控制的過程中，混合氣的空燃比總是控制在理論空燃比附近，排氣中幾乎沒有過剩的燃油，但是發(fā)動(dòng)機(jī)剛剛起動(dòng)（特別是冷車起動(dòng)）之后（或大負(fù)荷狀態(tài)工作時(shí)），為了快速預(yù)熱發(fā)動(dòng)機(jī)（或增大發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率），需要供給足夠的燃油，排氣中過剩的燃油就會(huì)在氧傳感器的表面產(chǎn)生燃燒反應(yīng)，一方面是形成碳粒而造成氧傳感器表面的保護(hù)剝落，另一方面是使傳感元件局部表面溫度過高（超過1000oC）而加速傳感器老化。
2.2 鉛中毒
燃油或潤滑油添加劑中的鉛離子與氧傳感器的鉑電極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致催化劑鉑的催化性能降低的現(xiàn)象，稱為鉛中毒。雖然現(xiàn)在都使用無鉛汽油，大大減少了氧傳感器鉛中毒的機(jī)率。但是，由于燃油或潤滑油的添加劑中含有多種鉛化合物，氧傳感器的鉛中毒也是不可避免的。
2.3 硅中毒
發(fā)動(dòng)機(jī)上的硅密封膠、硅樹脂成型部件、鑄件內(nèi)的硅添加劑等都有硅離子，這些硅離子會(huì)污染氧傳感器的外側(cè)電極，氧傳感器內(nèi)部端子處密封用的硅橡膠會(huì)污染內(nèi)側(cè)電極。硅離子與氧傳感器的鉑電極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致催化劑鉑的催化性能降低的現(xiàn)象，稱為硅中毒。
2.4 磷中毒
在傳感器表面，磷很少以純磷狀態(tài)析出，而是以某種化合物狀態(tài)析出，這些磷化物污染氧傳感器的現(xiàn)象，稱為磷中毒。磷化物的應(yīng)用很廣，可以用作潤滑劑、防銹劑和清洗劑。在發(fā)動(dòng)機(jī)磨合期間或活塞環(huán)磨損之后，發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油添加劑中的磷化物就會(huì)竄入氣缸中燃燒并隨排氣排出。在低溫狀態(tài)下，磷化物是以微粒子狀態(tài)析出并沉淀在傳感器保護(hù)層的表面將氣孔堵塞而導(dǎo)致傳感器中毒；在高溫狀態(tài)下，磷化物會(huì)附著在氧傳感器以及三元催化器表面使其受到污染。
由于，氧傳感器的老化和中毒是不可避免的。因此當(dāng)汽車行駛一定里程（一般為80000Km）后，應(yīng)當(dāng)更換氧傳感器。
3 氧傳感器故障實(shí)例分析
在實(shí)踐修理中，會(huì)經(jīng)常遇到關(guān)于氧傳感器的故障例子，下面就結(jié)合自己在工作中遇到的一個(gè)案例，介紹氧傳感器故障的檢測與維修方法。
3.1 故障現(xiàn)象
一輛豐田L(fēng)EXUS LS400轎車，已經(jīng)跑了10萬多公里，車主反映車子加速?zèng)]有以前順暢，松油門時(shí)怠速有輕微的振動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈時(shí)亮?xí)r不亮，油耗也明顯增加。于是來到我廠進(jìn)行檢測、維修。
3.2 故障檢測與診斷
我接到車后根據(jù)車主反映的情況，先對車進(jìn)行了初步的檢查。進(jìn)行自診斷，讀取故障碼。故障代碼顯示為混合氣過濃或過稀，從而得到大概的故障部位在進(jìn)氣系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)�？赡艿闹饕收喜考䴙榭諝饬髁坑�(jì)、水溫傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、油壓調(diào)節(jié)器、點(diǎn)線圈、高壓線、火花塞及氧傳感器。本著先易后難的原則逐一進(jìn)行檢測，推斷故障所在。
因?yàn)榭諝饬髁坑?jì)、水溫傳感器、節(jié)氣門位置傳感器都有一個(gè)確定的故障碼，如有問題，都會(huì)被控制單元記錄下來，會(huì)有故障碼讀出，根據(jù)故障自診斷情況，這些部件都沒有故障代碼，基本可以確定上訴部件沒有故障。而氧傳感器是受其它因素影響較多的元件，應(yīng)該先檢測其它的元件，最后檢查氧傳感器。
a） 進(jìn)氣系統(tǒng)的檢修
進(jìn)氣系統(tǒng)中最常見的故障是空氣濾清器堵塞，這會(huì)引起進(jìn)氣量不足，使可燃混合氣過濃而引起發(fā)動(dòng)機(jī)加速無力，油耗增加等等故障現(xiàn)象。拆開檢查后，發(fā)現(xiàn)有點(diǎn)臟，但不太嚴(yán)重，把它吹干凈后裝回，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，測量怠速進(jìn)氣歧管真空度，測得為62kPa。符合要求。說明進(jìn)氣系統(tǒng)密封良好，發(fā)動(dòng)機(jī)密封性正常。排除了發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械故障的可能性。
b） 燃油供給系統(tǒng)檢修
如果燃油壓力過高或過低，噴油器工作不良，都會(huì)引起上述故障。用汽油壓力表測量燃油壓力怠速為225kPa。停車后短接電動(dòng)汽油泵兩檢查端子Fp和+B6，測得的靜態(tài)油壓為304kPa，5分鐘后燃油系統(tǒng)的保持壓力為196kPa。說明電動(dòng)汽油泵工作良好，噴油器無泄漏。拆下噴油器臺試，噴油量和噴油狀況都沒問題，故障也不在此。
c） 點(diǎn)火系統(tǒng)檢修
點(diǎn)火系統(tǒng)工作不正常會(huì)引起燃燒不充分，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力下降，油耗增加。拆下火花、分缸線、分火頭、高壓線圈進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)除了鉑金火花塞有點(diǎn)黑和電極燒蝕外，其它的都在技術(shù)要求的范圍之內(nèi)。車輛行駛了10多萬Km，火花塞燒蝕不足為奇，但發(fā)黑則為燃燒不充分或混合氣過濃引起。再進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，8個(gè)火花塞都是一樣，很均勻，這就可能是發(fā)動(dòng)機(jī)噴油量控制不好而引起的問題了。
d） 氧傳感器的檢修
根據(jù)電路圖，斷開發(fā)動(dòng)機(jī)ECU與氧傳感器的聯(lián)接，對氧傳感器進(jìn)行檢測，測量左右兩邊的主氧傳感器加熱元件的電阻，都在5.1~6.3Ω之間，沒有問題，接著測量ECU端子HTL和HTR對搭鐵的電壓在9~14V之間，也沒有問題。只有檢查氧傳感器的工作情況了。按要求裝好拆下的拆下的部件，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，并熱車到正常的工作溫度，連接診斷插座上的E1和TE1端子，用萬用表的正極表棒連接到插座的VF1和VF2端子，負(fù)極表棒連接到E1，高怠速（2500r/min）運(yùn)轉(zhuǎn)2分鐘以加熱氧傳感器，然后將發(fā)動(dòng)機(jī)速保持在2500r/min。分別計(jì)算電表在0~5V之間的波動(dòng)次數(shù)（正常應(yīng)在每10秒內(nèi)波動(dòng)8次左右），測得的波動(dòng)次數(shù)為零。始終保持在0V，問題可能是氧傳感器信號問題。再測量端子OX1、OX2端子跟E1之間的電壓在0.5V以下，只有0.1~0.2V（正常應(yīng)在0.5V以上），這就說明氧傳感器不工作，問題終于找到了。由于氧傳感器不能正常地把信號反饋給發(fā)動(dòng)機(jī)ECU，不能對噴油器的噴油肪寬進(jìn)行控制和修正，產(chǎn)生混合氣過稀、過濃現(xiàn)象，導(dǎo)致出現(xiàn)了前訴問題。最后更換2個(gè)氧傳感器和火花塞后，試車故障再也沒有出現(xiàn)。
4 總結(jié)
氧傳感器出現(xiàn)故障后，對發(fā)動(dòng)機(jī)的工作、汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性及對環(huán)境的影響很大，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題時(shí)要及早修理。在平時(shí)的工作之余要加強(qiáng)新知識新技術(shù)的學(xué)習(xí)，跟上汽車技術(shù)發(fā)展的步伐。
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