基于某型号商务车的氧传感器OBD系统诊断

江舟

摘 要：本论文从氧传感器的原理出发，对具体车型的氧传感器进行了OBD系统验证，预防了氧传感器故障的发生。

关键词：氧传感器;OBD;故障分析

进入21世纪以来，汽车技术获得了快速的发展，汽车由最初单纯的机械产品发展到现如今集机、电、液、气于一体的机电产品，汽车的各种性能也越来越完善，汽车在为我们带来便利之时，其所造成的大气污染也在威胁着我们的日常生活，如何降低汽车排放带来的危害，是各大汽车生产厂商近年来关注的重点课题。

目前汽车生产厂商使用最多的是加装三元催化转换器装置来降低废气中的CO、HC、NOX等有害气体，但是三元催化转换器只有在空燃比为14.7附近时有较高的转换效率，增大或减少空燃比都会降低其转换效率，一般通过加装氧传感器来修正喷油时间和喷油量，从而使空燃比保持在最佳范围内。

氧传感器是一种用来测量发动机排气系统的废气中氧气含量的装置，并向ECU发出反馈信号，使ECU控制喷油量的增减。所以氧传感器需要安装在排气系统中，三元催化转换器之前。根据内部材料的不同，氧传感器分为氧化钛式氧传感器和氧化锆式氧传感器;根据输出信号不同，氧传感器可以分为窄域式氧传感器和宽域式氧传感器两种;按照是否需要加热，氧传感器分为加热型氧传感器和非加热型氧传感器两种。但是不管那种类型的氧传感器都依赖于内部的敏感元件—陶瓷体，例如氧化锆式氧传感器中的锆管就是多缝隙的陶瓷体。由于其材质的特殊性，使得氧离子可以自由地通过陶瓷管。陶瓷体两侧分别与大气和废气相连，而稀混合气和浓混合气燃烧后的废气中含有的氧气浓度不一致，所以与氧含量为百分之二十一的大气之间存在不一样的氧浓度差，因此可以转化成不同的电压差，信号电压在理论当量空燃比（λ=1）附近发生突变，因此产生高低两种电压，氧传感器正是这样来判断混合气体的稀浓的。

在上海市崇明岛，对搭载HFC4GB3-3D发动机的某型号商务车进行氧传感器诊断，确保车载自动诊断系统能够正确诊断出氧传感器的问题点且无误报现象出现。

1 氧传感器诊断

由于使用燃油品质的问题，氧传感器会出现铅中毒或者硅中毒现象;由于燃烧品质问题，氧传感器又会出现积碳现象，更有甚者会出现陶瓷体破裂。氧传感器的种种故障肯定对其对废气中的氧气含量的检测产生严重影响，从而使得电子控制单元对实际空燃比出现错误的判断，从而影响到整机性能。氧传感器诊断就是防止这样或者那样的元件故障对整机性能带来的不利影响。

1.1 氧传感器响应诊断数据采集

本项目主要考核发动机在高温地区驾驶过程中，氧传感器诊断系统在EUDC循环过程中35公里/时、50公里/时、70公里/时和100公里/时4个常用稳态工况点的响应诊断情况，与平原地区比较是否存在差异性，为后期的排放实验及失效限值的设定积累数据。

数据采集需要在高温地区进行持续时间40分钟的3档80%全额转速行驶，到达停车场后车头紧贴停车场墙壁，让发动机水温升到最高，使蒸发到碳罐的油蒸汽量达到最大，然后驾驶车辆进行基础响应诊断，观察碳罐回油会对前氧传感器的响应状态对称性与振幅范围产生怎样的影响，采集氧传感器响应参数。待燃油蒸发处于正常状态后，再次采集氧传感器响应参数，至少记录3笔有效数据。对比分析高温以及燃油大量蒸发对氧传感器响应特性的影响。试验完成后收集的数据如表1所示。

响应诊断项目目前只观测前氧传感器的状况，而后氧传感器由于触媒的转换影响，并不会出现像前氧传感器一样的振荡状态。本报告将测试完整纪录呈现于表1，由这些数据可以看出，在热浸置使燃油蒸发量极大时，大量碳罐回油对响应诊断的影响不大;在高温地区正常行驶状态下，氧传感器基本响应诊断的平均响应时间和响应率一致性较好。

1.2 Lean in PE及Rich in DFCO诊断

Lean in PE及Rich in DFCO诊断主要考核发动机在高环境温度驾驶过程中，减速断油过浓、加速加浓过稀诊断能否正确进行诊断，有无产生误报的可能。诊断需要在国道上驾驶车辆，待水温和發动机运行时间达到诊断允许条件后，观察氧传感器减速断油过浓、加速加浓过稀能否正确进行诊断，有无产生误报的可能。

标定结果如图1所示，结果表明在进入DFCO时，氧信号最高为13.7mv，低于标定限值，进入PE时，氧信号最低为766mv，高于标定限值，诊断系统不会误报，诊断系统能够正常工作，准确报出诊断结果。

1.3 氧传感器诊断结果

待上述两项内容标定完成后方可以进行氧传感器诊断标定。该项目需要两步完成：1、安装已经确认出现质量问题的氧传感器，且质量问题要对最终的检测有一定影响，当然通过相应的试验设备模拟的形式更好，也更方便，更换的最终目标是使得废气排放量超过安全阈值，此时相应的指示灯应该被点亮;2、使用完好无任何质量问题的氧传感器，指示灯禁止被点亮。标定显示氧传感器诊断系统工作正常。

2 总结

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器件，其对发动机的工作、喷油时间和喷油量的影响很大，一旦出现故障，就会使ECU不能得到废气中氧浓度信息，造成发动机油耗和污染增大，因此，必须要进行氧传感器诊断来预防故障的发生。

参考文献：

[1]刘子强，邵 晗，李 全.氧传感器OBD系统诊断原理及故障分析[J].农机使用与维修.2018（1）：39-43.

[2]毛安.整车标定高温试验[J].汽车工程师.2016（7）：52-54.