浅谈氧传感器数据流在发动机故障诊断排除中的应用

刘良 刘福华 王诗平 陈丹

摘 要：氧传感器是发动机电控系统中监测和监控发动机排放性能的重要传感器，该传感器的数据能真实反映混合气的浓度和燃烧情况是否良好，因此，在现代汽车检测与维修中，合理分析氧传感器的数据流更容易找出汽车故障原因，对诊断与排除发动机燃油控制方面的故障有比较重要的意义。

关键词：氧传感器；数据流；故障

数据流是电子控制单元（ECU）与传感器和执行器之间交流的数据参数，在某个特定时间汽车工作状况的数据块，又称保持帧。电控发动机中氧传感器随时监测着废气中的氧浓度，将电信号反馈给ECU，ECU则根据反馈来的信号及时修正喷油量（喷油脉宽），使得混合气的空燃比始终保持在理论空燃比始终保持在理论空燃比14.7附近。如果供入气缸的混合气空燃比偏浓或者偏稀，废气中的氧浓度就会偏少或者偏多，氧传感器信号就会有所变化。

除此之外，燃烧状况也会影响氧传感器的信号，氧传感器自身故障或者控制系统故障也会导致氧传感器信号异常。氧传感器信号电压是能直接反映混合气空燃比大小或者燃烧过程完善程度，因此，通过解码器读取氧传感器的数据流并加以分析，对诊断和排除电控发动机相关故障有重要意义。

1 氧传感器的结构和原理

氧传感器有氧化锆式和氧化钛式两种结构。车用的氧化锆式传感器就是一个微电池，其基本工作原理是：在一定条件下，利用氧化锆内外两侧（内侧为大气，外侧为废气）的氧浓度差，产生电位差，且浓度差越大，电位差越大。

当混合气较浓时，内外侧氧浓度差大，在电极之间产生大约为0.6～1V的高电压，ECU经过放大处理后，可得知喷油量偏多，为浓混合气；当混合气较稀时，内外侧氧浓度差较小，在电极之间产生大约为0.1～0.3V的低电压，ECU经过放大处理后，可得知喷油量偏少。

由于氧传感器只有在高温时（端部达到300℃以上）才能正常工作并输出电压，所以目前氧传感器都有加热装置以便其快速进入工作状态。

2 氧传感器数据流分析在发动机故障诊断中的应用

2.1 氧传感器数据分析

氧传感器的数据流是对废气中氧浓度的实时监测，能真实反映空燃比浓度并及时作出修正，当λ值为0.97～1.04时，废气中的氧（O2）含量在1%～2%范围内，CO2在13.8%～14.8%，正常的氧传感器信号电压应该在0.1～0.9V之间变化，并10秒内应变化8次以上。下游氧传感器的信号电压正常值一般大于0.7V，否则说明发动机处理废气的三元催化器转换装置失效。

如果λ值小于1时，混合气偏浓，导致燃烧不充分，使得废气中含有大量的HC及CO，O2含量小于1%，氧传感器信号电压大于0.45V，ECU由此判断混合气过浓，从而控制喷油器减小喷油脉宽，此时混合比λ控制值或短期燃油修正系数将为负数，部分车辆会存储混合气浓的故障码。

当λ值大于1时，混合气偏稀，燃烧较完全，使得废气中的CO及CO2含量较低，HC及O2含量高，O2含量大于2%，氧传感器信号电压小于0.45V。

ECU由此判断混合气稀，从而控制喷油器增加喷油脉宽，此时混合比λ控制值或短期燃油修正系数为正值。当混合气过稀时，燃烧速度过缓，导致燃烧过程太长，在进气门打开时进入进气管燃烧，也就是回火故障。

同时，HC在排气管中的发生二次燃烧，使排气中的O含量极低，氧传感器输出电压偏高，ECU判断出混合气过浓，从而控制喷油器减小喷油脉宽，使得实际混合气更稀的恶性状况出现。

当发动机点火系统故障造成缺火时，汽缸内的混合气燃烧不完全，废气中HC及O2含量较高，氧传感器输出电压值低于0.45V，ECU由此得知混合气偏稀，则会增加喷油器喷油脉宽，使得工作正常的汽缸混合气偏浓，发动机反而会出现工作不稳定故障。

2.2 故障诊断分析

氧传感器的工作电压不正常可能引起加速不良、发冲、冒黑烟和有时熄火等故障。在发动机水温达到正常以中速（1500～

2000r/min）运转时，氧传感器信号电压应该在0.1～0.9V之间，并10秒内应变化8次以上。若该信号电压变化缓慢或不变化或数值异常，则说明氧传感器或控制系统有故障。

如果氧传感器工作电压过高，一直显示在0.6V以上，则表明混合气一直偏浓，应该进一步检查和排除以下问题：

1）喷油器是否泄漏；

2）燃油压力是否过高；

3）活性炭罐的电磁阀是否常开；

4）空气质量计或进气压力传感器是否信号偏高；

5）传感器加热故障或氧传感器是否脏污。

如果氧传感器工作电压过高，即一直显示在0.3V以下，则表明混合气一直偏稀，应该进一步检查和排除以下问题：

1）喷油器是否堵塞；

2）空气质量计或进气压力传感器是否信号偏低；

3）燃油压力是否过低；

4）进气系统是否有漏气；

5）传感器加热故障或氧传感器是否脏污。

3 总结

氧传感器是发动机控制系统重要的传感器之一，是正确反映混合气浓度是否恰当，并闭环控制发动机控制系统进行短期燃油修正值与长期燃油修正值。氧传感器数据流分析的关键是认识数据流异常的原因，也就是说要认识数据流的本质问题。只有正确分析氧传感器的数据流，才能找到真正的故障所在，科学合理并快速查找到故障。

参考文献：

[1] 郭彬.数据流分析及在汽车故障检测诊断中的应用.江苏科学技术出版社，2008.

[2] 杨邦朝，简家文，张益康.氧传感器与现代生活[J].世界产品与技术，200l（1）.

[3] 杨邦朝，简家文等.氧传感器原理与进展[J].传感器世界，2002（8）.

[4] 王宏伟，氧传感器的结构原理与故障分析[J].内燃机，2005（1）.

作者简介：刘良（1981-），男，汉族，四川高县人，2005年6月毕业于重庆大学机械工程学院车辆工程专业，2010年12月西华大学在职研究生毕业，工程硕士，讲师，研究方向：汽车检测维修、汽车电控技术。