氧傳感器的檢測

www.guilinhy.com 來源：互聯網作者：zhangxin66 類別：汽車電器維修時間：2006-09-26

    1、結構和工作原理
   在使用三效催化轉化器降低排放污染的發動機上，氧傳感器是必不可少的。三效催化轉化器安裝在排氣管的中段，它能凈化排氣中CO、HC和NOx三種主要的有害成分，但只在混合氣的空燃比處于接近理論空燃比的一個窄小范圍內，三效催化轉化器才能有效地起到凈化作用。故在排氣管中插入氧傳感器，借檢測廢氣中的氧濃度測定空燃比。并將其轉換成電壓信號或電阻信號，反饋給ECU。ECU控制空燃比收斂于理論值。
   目前使用的氧傳感器有氧化鋯式和氧化鈦式兩種，其中應用最多的是氧化鋯式氧傳感器。
   （1）氧化鋯式氧傳感器
   氧化鋯式氧傳感器的基本元件是氧化鋯陶瓷管（固體電解質），亦稱鋯管（圖 1）。鋯管固定在帶有安裝螺紋的固定套中，內外表面均覆蓋著一層多孔性的鉛膜，其內表面與大氣接觸，外表面與廢氣接觸。氧傳感器的接線端有一個金屬護套，其上開有一個用于鋯管內腔與大氣相通的孔；電線將鋯管內表面鉑極經絕緣套從此接線端引出。
   氧化鋯在溫度超過300℃后，才能進行正常工作。早期使用的氧傳感器靠排氣加熱，這種傳感器必須在發動機起動運轉數分鐘后才能開始工作，它只有一根接線與ECU相連（圖 2（a））。現在，大部分汽車使用帶加熱器的氧傳感器（圖 2（b）），這種傳感器內有一個電加熱元件，可在發動機起動后的20-30s內迅速將氧傳感器加熱至工作溫度。它有三根接線，一根接ECU，另外兩根分別接地和電源。
   鋯管的陶瓷體是多孔的，滲入其中的氧氣，在溫度較高時發生電離。由于鋯管內、外側氧含量不一致，存在濃差，因而氧離子從大氣側向排氣一側擴散，從而使鋯管成為一個微電池，在兩鉑極間產生電壓（圖 3）。當混合氣的實際空燃比小于理論空燃比，即發動機以較濃的混合氣運轉時，排氣中氧含量少，但CO、HC、H2等較多。這些氣體在鋯管外表面的鉛催化作用下與氧發生反應，將耗盡排氣中殘余的氧，使鋯管外表面氧氣濃度變為零，這就使得鋯管內、外側氧濃差加大，兩鉛極間電壓陡增。因此，鋯管氧傳感器產生的電壓將在理論空燃比時發生突變：稀混合氣時，輸出電壓幾乎為零；濃混合氣時，輸出電壓接近1V。
   要準確地保持混合氣濃度為理論空燃比是不可能的。實際上的反饋控制只能使混合氣在理論空燃比附近一個狹小的范圍內波動，故氧傳感器的輸出電壓在0.1-0.8V之間不斷變化（通常每10s內變化8次以上）。如果氧傳感器輸出電壓變化過緩（每1Os少于8次）或電壓保持不變（不論保持在高電位或低電位），則表明氧傳感器有故障，需檢修。
   （2）氧化鈦式氧傳感器
   氧化鈦式氧傳感器是利用二氧化鈦材料的電阻值隨排氣中氧含量的變化而變化的特性制成的，故又稱電阻型氧傳感器。二氧化鈦式氧傳感器的外形和氧化鋯式氧傳感器相似，在傳感器前端的護罩內是一個二氧化鈦厚膜元件（圖 4）。純二氧化鈦在常溫下是一種高電阻的半導體，但表面一旦缺氧，其品格便出現缺陷，電阻隨之減小。由于二氧化鈦的電阻也隨溫度不同而變化，因此，在二氧化鈦式氧傳感器內部也有一個電加熱器，以保持氧化鈦式氧傳感器在發動機工作過程中的溫度恒定不變。
   如圖 5所示，ECU 2#端子將一個恒定的1V電壓加在氧化鈦式氧傳感器的一端上，傳感器的另一端與ECU4#端子相接。當排出的廢氣中氧濃度隨發動機混合氣濃度變化而變化時，氧傳感器的電阻隨之改變，ECU4#端子上的電壓降也隨著變化。當4#端子上的電壓高于參考電壓時，ECU判定混合氣過濃；當4#端子上的電壓低于參考電壓時，ECU判定混合氣過稀。通過ECU的反饋控制，可保持混合氣的濃度在理論空燃比附近。在實際的反饋控制過程中，二氧化鈦式氧傳感器與ECU連接的4#端子上的電壓也是在0.1-0.9V之間不斷變化，這一點與氧化鋯式氧傳感器是相似的。
   2、氧傳感器的檢測
   氧傳感器的基本電路如圖 6所示。
   （1）氧傳感器加熱器電阻的檢測
   點火開關置于“OFF”，拔下氧傳感器的導線連接器，用萬用表Ω檔測量氧傳感器接線端中加熱器端子與自搭鐵端子（圖 6的端子1和2）間的電阻（圖 7），其電阻值應符合標準值（一般為4-40Ω；具體數值參見具體車型說明書）。如不符合標準，應更換氧傳感器。測量后，接好氧傳感器線束連接器，以便作進一步的檢測。
   （2）氧傳感器反饋電壓的檢測
   測量氧傳感器反饋電壓時，應先拔下氧傳感器線束連接器插頭，對照被測車型的電路圖，從氧傳感器反饋電壓輸出端引出一條細導線，然后插好連接器，在發動機運轉時從引出線上測量反饋電壓。有些車型也可以從故障診斷插座內測得氧傳感器的反饋電壓，如豐田汽車公司生產的小轎車，可從故障診斷插座內的OX1或OX2插孔內直接測得氧傳感器反饋電壓（豐田V型六缸發動機兩側排氣管上各有一個氧傳感器，分別和故障檢測插座內的OX1和OX2插孔連接）。
   在對氧傳感器的反饋電壓進行檢測時，最好使用指針型的電壓表，以便直觀地反映出反饋電壓的變化情況。此外，電壓表應是低量程（通常為2V）和高阻抗（阻抗太低會損壞氧傳感器）的。
   A、豐田V型六缸發動機氧傳感器反饋電壓的檢測
   ①將發動機熱車至正常工作溫度（或起動后以2500r/min的轉速連續運轉2min）。
   ②把電壓表的負極測筆接故障診斷插座內的E1插孔或蓄電池負極，正極測筆接故障檢測插座內的OX1或OX2插孔或接氧傳感器線束插頭上的引出線（圖 8）。
   ③讓發動機以2500r/min左右的轉速保持運轉，同時檢查電壓表指針能否在0-1V之間來回擺動，記下10s內電壓表指針擺動次數。在正常情況下，隨著反饋控制的進行，氧傳感器的反饋電壓將在0.4V上下不斷變化，1Os內反饋電壓的變化次數應不少于8次。
   ④若電壓表指針在1Os內的擺動次數等于或多于8次，則說明氧傳感器及反饋控制系統工作正常；電壓表指針若在10s內的擺動次數少于8次，則說明氧傳感器或反饋控制系統工作不正常，可能是氧傳感器表面有積炭而使靈敏度降低，此時應讓發動機以2500r/min的轉速運轉約2min，以清除氧傳感器表面的積炭；若電壓表指針變化依舊緩慢，則為氧傳感器損壞或ECU反饋控制電路有故障。
   氧傳感器是否損壞，可按下述方法檢查：拔下氧傳感器的線束插頭，使氧傳感器不再與ECU連接，將電壓表的正極測筆直接與氧傳感器反饋電壓輸出端連接（圖 9），然后，發動機正常運轉時脫開接在進氣管上的曲軸箱強制通風管或其他真空軟管，人為地形成稀混合氣，此時電壓表讀數應下降到0.1-0.3V；接上脫開的曲軸箱通風管或真空軟管，再拔下水溫傳感器接頭，且用一個4-8KΩ的電阻代替水溫傳感器（或堵住空氣濾清器的進氣口），人為地形成濃混合氣，此時，電壓表讀數應上升到0.8-1.OV。也可以用突然踩下或松開油門踏板的方法來改變混合氣濃度。在突然踩下油門踏板時，混合氣變濃，反饋電壓應上升；突然松開油門踏板時，混合氣變稀，反饋電壓應下降。
   如果在混合氣濃度變化時，氧傳感器輸出電壓不能相應地改變，說明氧傳感器有故障。此時可拆去一根大真空軟管，使發動機高速運轉，以清除氧傳感器上的鉛或積炭，然后再測試。如果氧傳感器反饋電壓能按上述規律變化，說明氧傳感器良好。否則，須更換氧傳感器。
   氧傳感器的檢測程序見圖 10。
   B、豐田COROLLA車4A-C、4A-GE和4A-FE發動機氧傳感器的檢測
   ①將發動機在2500r/min的轉速下運轉9Os以上，使發動機熱車至正常工作溫度，并將電壓表的正極測筆和4A-C發動機的故障診斷插座的OX插孔（4A-GE發動機故障診斷插座的E1插孔）連接，負極測筆和E（4A-GE發動機故障診斷插座的VF插孔）連接，如圖 11所示。
   ②對4A-C發動機，應在保持發動機轉速為2500r/min時檢測，電壓表指針若在1Os內和0-6V范圍內擺動8次以上，則氧傳感器工作正常。否則，應仔細地檢查系統的導線和接頭。
   ③對4A-GE發動機，在保持發動機2500r/min的同時，用導線跨接故障診斷插座上的T和E1插孔，然后用電壓表測量。如果電壓表指針在1Os內擺動次數等于或超過8次，則表示氧傳感器工作正常；如果電壓表指針擺動次數少于8次，但在0次以上，則應拆下連接T和E1的導線，在仍保持2500r/min轉速的情況下，讀取E1和VF之間的電壓。此電壓如果在OV以上，則更換氧傳感器；如果電壓為零，則從發動機故障指示燈上讀取故障代碼，然后根據故障代碼進一步檢查并視需要修理有關組件。
   ④對4A-FE發動機，只能使用1OMΩ的數字式電壓表，用其他型式的電壓表可能會損壞ECU或其他組件。其檢測方法如下：
   從傳感器起，順著導線找到第一個接頭，并清潔導線以便識別導線的顏色（圖 12）；然后，使發動機以1200r/min的轉速運轉2min以上，并保持這一轉速；將電壓表的正極測筆插入黑色導線接頭的背面，電壓表的負極測筆接地，此時，電壓表讀數應在O-1V之間，如果電壓不在O-1V范圍內，則脫開氧傳感器接頭，用一根跨接導線將黑色導線和地線連接起來，再用電壓表測量，讀數應小于0.2V。如果此電壓等于或小于0.2V，則是傳感器或傳感器的連接有故障；如果測試的電壓在0.2V以上，則拆去跨接導線，并將發動機熄火，隨后把點火開關轉到“ON”位而不起動發動機，重新檢查黑色導線的電壓，此電壓若為0.3-0.6V，則表明電子控制單元ECU損壞；電壓若超過0.6V，則可能是電子控制單元故障、連接不良或褐色導線內斷路；電壓小于0.6V，則可能是電子控制單元故障、連接不良或黑色導線內斷路。
   （3）北京切諾基氧傳感器的檢測
   北京切諾基采用的是帶加熱元件的氧傳感器。它與ECU的連接如圖 13所示，氧傳感器上有4條導線，其中2條是氧傳感器的信號輸出線和地線，另2條是加熱元件的電源輸入線和接地線。該傳感器可用DRBII或DRBⅢ測試儀進行測試，在沒有DRBII或DRBⅢ測試儀的情況下，可采用下述測試方法：
   A、用高阻抗數字式萬用表Ω檔對氧傳感器進行測試拔下氧傳感器線束插頭，測試傳感器A、B端子間的電阻值。正常情況下，其電阻值為5-7Ω，電阻值若為無窮大，則是加熱電阻燒斷，應更換氧傳感器。
   B、對氧傳感器的輸出電壓進行測試良好的氧傳感器，在接線正常情況下，當發動機處于正常工作溫度且穩定運轉時，氧傳感器端子C、D間的電壓值應為0-1V。
   如果測得的電壓值在0V且保持不變，則需反復開、閉節氣門，使發動機轉速變化。此時，若電壓隨節氣門的開閉而變，則表明氧傳感器良好；若電壓值仍為0V，則說明氧傳感器已經損壞。
   如果測得的電壓值在1V且保持不變，則需拆去進氣歧管上的一根真空軟管，讓混合氣變稀。此時，若電壓值開始變化，則說明氧傳感器有效，否則，說明氧傳感器已損壞，應更換。