氧传感器如何在维修故障检测中发挥作用

在汽车排放控制上，现代轿车上普遍采取了多种排放控制系统来减少汽车的排放污染，目前汽油机最为有效的排气净化方法是在汽车上加装三元催化转换器，为了实现催化转换器的联合控制，少不了核心部件——氧传感器。氧传感器本身不仅是排放控制的关键，其波形还可以作为分析判断发动机故障的依据，并可通过检测波形判断发动机是否修复，作为交车之前的一项检验标准。本文将介绍氧传感器如何在维修故障检测中发挥作用。

1.氧传感器对维修检测发挥了哪些作用？：

三元催化转换器能够十分有效的净化尾气中的有害气体，但可燃混合气的浓度是影响三元催化器净化效果的关键因素，三元催化转换器与可燃混合气的关系如图1所示。

图1燃气比与转换效率的关系

由图1可知，当混合气浓度处于理论空燃比附近区间时，三元催化转换器对CO、HC、NOx三种污染气体的处理效果较佳，一旦混合气的浓度偏离这个范围，三元催化器的转化效率将迅速下降，尾气中有害气体的排放增加，为降低污染，提高环保效果，需要提高三元催化器的转化效率，必须要将可燃混合气的浓度控制在理论空燃比（14.7：1附近。为了有效控制混合气浓度，将氧传感器安装在发动机的排气管上，氧传感器实时监测发动机尾气中氧浓度的变化，并依据氧浓度计算空燃比，将空燃比转换为电子信号传递给发动机控制单元，该信号作为控制单元调整空燃比的主控信号，再结合其它修正信号，如冷却水温度信息，及时的调整喷油器的喷油时间，调整空燃比。当ECU判断混合气过浓时，则减小喷油器的通电时间，即减少喷油量。当ECU判定混合气过稀时，则增加喷油器的通电时间，即增加喷油量。发动机的闭环控制如图2所示。

图2发动机的闭环控制

2.氧传感器在维修检测上如何发挥作用？

发动机实行闭环控制时，氧传感器时刻监测尾气中氧浓度的变化，当可燃混合气和尾气中氧气的含量波动时，会导致氧传感器的信号发生变化。尾气中的氧含量不仅受可燃混合气空燃比的影响，同时还受气缸中燃烧状况的影响。如果混合气燃烧不充分或个别气缸断火，将会使废气中的氧浓度产生变化。氧传感器自身损坏或者电子控制装置故障也会导致氧传感器的信号异常。发动机正常燃烧需满足三个条件：

①合适的空燃比；

②足够的点火能量和适当的点火提前角；

③适当的气缸压力和温度。上述条件如不能同时满足将导致发动机燃烧不正常进而导致尾气中氧浓度异常和氧传感器波形异常。

引起氧传感器波形异常的原因主要有：

①点火系统故障导致的燃烧不正常。如果在燃烧过程中，发动机某气缸存在火花塞油污、间隙过大、点火线圈故障等，这样将使一部分可燃混合气未经燃烧即排出发动机气缸，从而使尾气中氧气的浓度增加。

②机械原因导致的可燃混合气浓度不正常。如气门由于长期磨损造成气门关闭不严，活塞环弹性性能降低，使气缸密封不严，使燃烧性能下降，一部分未经燃烧的混合气直接排出气缸，使排气中氧的浓度增加。

③各缸喷油不均衡。个别缸的喷油量过多或过少，造成可燃混合气的浓度过稀或过浓，当浓度在极限范围以外时，将会造成个别气缸断火，从而使排气中的氧浓度异常。

图3：氧化锆式氧传感器的工作原理

3.可以进行怎样的案例？

一辆别克轿车，发动机启动时偶尔抖动，起动后发动机故障指示灯点亮。我们首先要确认故障现象，试车时，发现发动机故障指示灯点亮，使用诊断仪对车辆进行检测，发现有“4809AB—混合气调节，混合气过浓”的故障码存在。故障分析：使用示波器检测氧传感器波形，测试不同阶段的发动机转速发现，发动机在2500r/min以及其它稳定转速下氧传感器的波形如图4所示。

图4氧传感器的信号波形

观察图4可知，无论发动机处于任何转速和负荷，氧传感器的波形均存在严重的杂波，表明发动机工作时废气中氧浓度不均衡，图中氧传感器信号的平均电压为672mV，该值偏离理论空燃比的基准电压450mV，表明混合气偏浓。故障排除：使用诊断仪检测，结果显示混合气过浓，首先检查氧传感器电压，发现后氧传感器的电压变化异常，一直在调节喷油量。在更换气门室盖时，发现高压燃油泵出现了泄露，燃油泵泄露的汽油进入气缸，导致混合气过浓，更换高压燃油泵后故障排除。用示波器再次检查氧传感器波形，氧传感器的波形恢复正常。

小结

氧传感器在对汽车的故障检测方面有极大的应用，可控制可燃混合气的浓度，可以对发动机的工作性能、燃油经济性及有害气体的排放等有重大的影响，因此，掌握氧传感器的结构、原理以及故障分析方法对于汽车维修检测有着重要的意义，掌握氧传感器的原理及应用非常有必要的。