氧传感器的检测

1、结构和工作原理
在使用三效催化转化器降低排放污染的发动机上，氧传感器是必不可少的。三效催化转化器安装在排气管的中段，它能净化排气中CO、HC和NOx三种主要的有害成分，但只在混合气的空燃比处于接近理论空燃比的一个窄小范围内，三效催化转化器才能有效地起到净化作用。故在排气管中插入氧传感器，借检测废气中的氧浓度测定空燃比。并将其转换成电压信号或电阻信号，反馈给ECU。ECU控制空燃比收敛于理论值。
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（固体电解质），亦称锆管（图 1）。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。早期使用的氧传感器靠排气加热，这种传感器必须在发动机起动运转数分钟后才能开始工作，它只有一根接线与ECU相连（图 2（a））。现在，大部分汽车使用带加热器的氧传感器（图 2（b）），这种传感器内有一个电加热元件，可在发动机起动后的20-30s内迅速将氧传感器加热至工作温度。它有三根接线，一根接ECU，另外两根分别接地和电源。
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，在两铂极间产生电压（图 3）。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、H2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。实际上的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。
（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（图 4）。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。
如图 5所示，ECU 2#端子将一个恒定的1V电压加在氧化钛式氧传感器的一端上，传感器的另一端与ECU4#端子相接。当排出的废气中氧浓度随发动机混合气浓度变化而变化时，氧传感器的电阻随之改变，ECU4#端子上的电压降也随着变化。当4#端子上的电压高于参考电压时，ECU判定混合气过浓；当4#端子上的电压低于参考电压时，ECU判定混合气过稀。通过ECU的反馈控制，可保持混合气的浓度在理论空燃比附近。在实际的反馈控制过程中，二氧化钛式氧传感器与ECU连接的4#端子上的电压也是在0.1-0.9V之间不断变化，这一点与氧化锆式氧传感器是相似的。
2、氧传感器的检测
氧传感器的基本电路如图 6所示。
（1）氧传感器加热器电阻的检测
点火开关置于“OFF”，拔下氧传感器的导线连接器，用万用表Ω档测量氧传感器接线端中加热器端子与自搭铁端子（图 6的端子1和2）间的电阻（图 7），其电阻值应符合标准值（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，接好氧传感器线束连接器，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，对照被测车型的电路图，从氧传感器反馈电压输出端引出一条细导线，然后插好连接器，在发动机运转时从引出线上测量反馈电压。有些车型也可以从故障诊断插座内测得氧传感器的反馈电压，如丰田汽车公司生产的小轿车，可从故障诊断插座内的OX1或OX2插孔内直接测得氧传感器反馈电压（丰田V型六缸发动机两侧排气管上各有一个氧传感器，分别和故障检测插座内的OX1和OX2插孔连接）。
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。此外，电压表应是低量程（通常为2V）和高阻抗（阻抗太低会损坏氧传感器）的。
A、丰田V型六缸发动机氧传感器反馈电压的检测
①将发动机热车至正常工作温度（或起动后以2500r/min的转速连续运转2min）。
②把电压表的负极测笔接故障诊断插座内的E1插孔或蓄电池负极，正极测笔接故障检测插座内的OX1或OX2插孔或接氧传感器线束插头上的引出线（图 8）。
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，1Os内反馈电压的变化次数应不少于8次。
④若电压表指针在1Os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炭而使灵敏度降低，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炭；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：拔下氧传感器的线束插头，使氧传感器不再与ECU连接，将电压表的正极测笔直接与氧传感器反馈电压输出端连接（图 9），然后，发动机正常运转时脱开接在进气管上的曲轴箱强制通风管或其他真空软管，人为地形成稀混合气，此时电压表读数应下降到0.1-0.3V；接上脱开的曲轴箱通风管或真空软管，再拔下水温传感器接头，且用一个4-8KΩ的电阻代替水温传感器（或堵住空气滤清器的进气口），人为地形成浓混合气，此时，电压表读数应上升到0.8-1.OV。也可以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。此时可拆去一根大真空软管，使发动机高速运转，以清除氧传感器上的铅或积炭，然后再测试。如果氧传感器反馈电压能按上述规律变化，说明氧传感器良好。否则，须更换氧传感器。
氧传感器的检测程序见图 10。
B、丰田COROLLA车4A-C、4A-GE和4A-FE发动机氧传感器的检测
①将发动机在2500r/min的转速下运转9Os以上，使发动机热车至正常工作温度，并将电压表的正极测笔和4A-C发动机的故障诊断插座的OX插孔（4A-GE发动机故障诊断插座的E1插孔）连接，负极测笔和E（4A-GE发动机故障诊断插座的VF插孔）连接，如图 11所示。
②对4A-C发动机，应在保持发动机转速为2500r/min时检测，电压表指针若在1Os内和0-6V范围内摆动8次以上，则氧传感器工作正常。否则，应仔细地检查系统的导线和接头。
③对4A-GE发动机，在保持发动机2500r/min的同时，用导线跨接故障诊断插座上的T和E1插孔，然后用电压表测量。如果电压表指针在1Os内摆动次数等于或超过8次，则表示氧传感器工作正常；如果电压表指针摆动次数少于8次，但在0次以上，则应拆下连接T和E1的导线，在仍保持2500r/min转速的情况下，读取E1和VF之间的电压。此电压如果在OV以上，则更换氧传感器；如果电压为零，则从发动机故障指示灯上读取故障代码，然后根据故障代码进一步检查并视需要修理有关组件。
④对4A-FE发动机，只能使用1OMΩ的数字式电压表，用其他型式的电压表可能会损坏ECU或其他组件。其检测方法如下：
从传感器起，顺着导线找到第一个接头，并清洁导线以便识别导线的颜色（图 12）；然后，使发动机以1200r/min的转速运转2min以上，并保持这一转速；将电压表的正极测笔插入黑色导线接头的背面，电压表的负极测笔接地，此时，电压表读数应在O-1V之间，如果电压不在O-1V范围内，则脱开氧传感器接头，用一根跨接导线将黑色导线和地线连接起来，再用电压表测量，读数应小于0.2V。如果此电压等于或小于0.2V，则是传感器或传感器的连接有故障；如果测试的电压在0.2V以上，则拆去跨接导线，并将发动机熄火，随后把点火开关转到“ON”位而不起动发动机，重新检查黑色导线的电压，此电压若为0.3-0.6V，则表明电子控制单元ECU损坏；电压若超过0.6V，则可能是电子控制单元故障、连接不良或褐色导线内断路；电压小于0.6V，则可能是电子控制单元故障、连接不良或黑色导线内断路。
（3）北京切诺基氧传感器的检测
北京切诺基采用的是带加热元件的氧传感器。它与ECU的连接如图 13所示，氧传感器上有4条导线，其中2条是氧传感器的信号输出线和地线，另2条是加热元件的电源输入线和接地线。该传感器可用DRBII或DRBⅢ测试仪进行测试，在没有DRBII或DRBⅢ测试仪的情况下，可采用下述测试方法：
A、用高阻抗数字式万用表Ω档对氧传感器进行测试拔下氧传感器线束插头，测试传感器A、B端子间的电阻值。正常情况下，其电阻值为5-7Ω，电阻值若为无穷大，则是加热电阻烧断，应更换氧传感器。
B、对氧传感器的输出电压进行测试良好的氧传感器，在接线正常情况下，当发动机处于正常工作温度且稳定运转时，氧传感器端子C、D间的电压值应为0-1V。
如果测得的电压值在0V且保持不变，则需反复开、闭节气门，使发动机转速变化。此时，若电压随节气门的开闭而变，则表明氧传感器良好；若电压值仍为0V，则说明氧传感器已经损坏。
如果测得的电压值在1V且保持不变，则需拆去进气歧管上的一根真空软管，让混合气变稀。此时，若电压值开始变化，则说明氧传感器有效，否则，说明氧传感器已损坏，应更换。

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