浅谈汽车氧传感器故障诊断
刘旭
北汽集团汽车修理分公司
摘 要
随着汽车技术的发展，世界各国对汽车尾气排放标准要求越来越严格。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，故在排气管中安装氧传感器，用以检测排气中氧的浓度，并向发动机控制单元发出反馈信号，再由控制单元控制喷油器喷油量的增与减，从而将混合气的空燃比控制在理论值附近。为了实现最佳的空燃比，关键是要保证氧传感器工作正常。氧传感器的失效会导致空燃比失准，排气状况恶化，催化转化器效率降低，长时间会减短催化转化器的使用寿命。本文主要介绍大众汽车氧传感器及引起的各种故障，氧传感器在车辆发生故障多是老化、线路故障和燃油质量问题造成，本人根据实际工作的体会，浅谈氧传感器故障的诊断。 关键词 氧传感器 空燃比 故障 诊断 引 言
汽车排放的废气特别是对人体、大气环境有影响的主要有三种：一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）、其中CO、HC只要使汽油完全的燃烧即可将这两者废气减到最低，然而当汽油达到完全燃烧时温度容易升高，也就使得NOx剧增，这部份可利用EGR来减少其发生量。但这对于废气的控制显然是不够的，要使发动机所有的运转范围皆达到其控制标准，因此加入了三元触媒转化器的控制，其内部有着极为细微的孔洞并含有大量的金属：铂、铑、钯。它能将上述三种有害的气体进行氧化及还原的作用，转化成无害的气体或是一般的废气。然而触媒转化器的使用条件相当严苛，除了需达到较高工作温度外，最重要的是它最大净化率是发生在理论混合比附近14.7: 1，也就是说发动机的燃烧须控制在14.7: 1空燃混合比之下，要达到此细微之标准并不容易，所以设计氧传感器将空燃比转换成数据信号供给发动机计算机进而调整到理论范围。
第一章 发动机氧传感器的作用及类型、结构
1.1发动机氧传感器的作用
氧传感器是排气氧传感器(Exhaust Gas Oxygen Sensor，EGOS)的简称，其作用是通过监测排气中氧离子的含量来获得混合气的空燃比信号，并将该信号转变为电信号输入ECU。ECU根据氧传感器信号，对喷油时间进行修正，实现空燃比反馈控制(闭环控制)，从而将过量空气系数λ控制在0.98～1.02范围内，使发动机得到最佳浓度的混合气，从而达
到降低有害气体的排放量和节约燃油的目的。在电控燃油喷射发动机中，氧传感器是一个重要的电子元件，用来监测废气中的氧含量。 1.2发动机氧传感器的类型、结构
实际常用的氧传感器有二氧化锆式和二氧化钛式氧传感器两种，而多用于大众汽车的是二氧化锆式氧传感器。
二氧化钛型：是高电阻半导体，当表面缺氧时，电阻变小。工作原理：与发动机冷却液温度传感器相似，二氧化钛式氧传感器的电阻值则随其周围氧含量的变化而变化。发动机电脑提供氧传感电压为5V，氧传感器变化电压为0.1～5V之间， 0～2.5V为混合气稀，2.5～5V为混合气浓。
二氧化锆（Zro2）型为固态电解质的一种，它有一种特性就是高温时氧离子易于移动。此型氧传感器将氧化锆烧结成管状，并与内层与外层涂上铂金（Pt），这就是氧化触媒的作用，当氧离子移动时即会产生电动势，而电动势的大小是依据氧化锆两侧的铂金所接触到的氧而定，最外层则覆盖一层保护壳。如下图（1）：
图
（
图1）
内层铂金层与大气接触，所以氧气浓度高。外层铂金与排气接触，氧气浓度低。当混合比较高时，排放的废气所含的氧相对地减少。因此二氧化锆两侧的铂金所接触到的氧气高低落差大，所产生的电动势也相对高（将近1V）；当混合比较稀时，燃烧后多余的氧气较多，二氧化锆两侧的铂金层的氧气落差小，因此所产生的电动势低（将近0V）.即图（2）：
喷油量少→空燃比大→废气中氧含量大→氧传感器产生电压低→ECU控制喷油量大 喷油量大→空燃比小→废气中氧含量少→氧传感器产生电压高→ECU控制喷油量少
1
（图2）
二氧化锆式氧传感器的工作温度需在350度以上其特性才能充分体现，为使氧传感器尽快达到工作温度，为其附加了一个4～10Ω的陶瓷加热器，氧传感器约30秒钟后达到正常工作温度，输出的电压信号送到ECU放大处理，ECU把高电压信号看作浓混合气，而把低电压信号看作稀混合气。根据氧传感器的电压信号，电脑按照尽可能接近14.7: 1的理论最佳空燃比来稀释或加浓混合气，此过程将不断地在稀释—加浓—稀释地空燃比进行循环调整，使氧传感器在0.1～0.9V间变换（以50次\\min左右）送给电脑，使发动机实现闭环控制。因此，氧传感器是电子控制燃油计量的关键传感器。
第二章 发动机氧传感器的组成
主氧传感器包括一根加热氧化锆元件的热棒，加热棒受（ECU）电脑控制，当空气进量小（排气温度低）电流流向加热传感器，能使精确检测氧气浓度。在试管状态化锆元素（ZRO2）的内外两侧，设置有白金电极，为了保护白金电极，用陶瓷包覆电极外侧，内侧输入氧浓度高于大气，外侧输入的氧浓度低于汽车排出气体浓度。
第三章 发动机氧传感器的工作原理
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