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1、辽宁职业学院毕业论文(设计)题 目 汽车氧传感器的故障检测 系（分院） 汽车工程系 专业班级 汽修 1034 班 姓 名 朱广乐 指导教师 姓名 于秋杰 职称 日 期 辽宁职业学院毕业论文（设计）任务书专业班级： 汽修 034 班 学生姓名： 朱广乐 题 目：汽车氧传感器的故障检测 上交论文（报告）日期： 年 月 日答辩日期： 年 月 日指导教师： 于秋杰 年 月 日辽宁职业学院毕业论文本人声明我声明，本论文及其设计工作是由本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。毕业生签名：（ ）年 月 日辽宁职业学院毕业论文I目 录本人声明 .I目 录 .II摘要

2、 .III前言 .11 汽车传感器的故障检测 .11.1 汽车氧化传感器的结构特点 .11.1.1 氧化传感器的组成 .11.1.2 氧传感器的工作原理 .21.1.3 氧化钛型氧传感器 .22.1 汽车氧传感器的技术特点 .32.1.1 氧传感器的作用 .32.2 氧传感器技术特点分析 .32.2.1 氧传感器是一种热敏电压型传感器 .32.2.2 氧传感器的故障确认采取“时域判定法”. .42.2.3 氧传感器是一种多元故障的“报警器”. .42.3 简单介绍现在氧传感器技术的发展情况 .42.3.1 摩擦电极引线方式的氧传感器 .42.3.2 新型氧传感器 .53 氧传感器故障对发动机的

3、影响分析 .53.1 氧传感器引起的故障现象 .53.2 氧传感器常见故障 .53.21 氧传感器中毒 .53.2.2 积炭 .63.2.3 氧传感器陶瓷碎裂 .63.2.4 加热器电阻丝烧断 .63.3 维修氧传感器的注意事项 .64 汽车氧传感器典型故障分析 .74.1 故障现象 .74.2 故障检修与诊断 .7参考文献 .8致 谢 .9辽宁职业学院毕业论文II摘要随着汽车技术的发展，世界各国对汽车尾气排放标准要求越来越严格，电喷汽车越来越受市场的追捧。氧传感器是现代汽车控制废气排放、提高燃油经济性的重要传感器之一，发动机的氧传感器是发动机用于调节空燃比信号，氧传感器故障会造成燃油消耗增大

4、，发动机工作异常，不但造成经济损失还会造成大气污染。而氧传感器一旦出现故障，将使电子燃油喷射系统的电脑不能得到排气管中氧浓度的信息，因而不能对空燃比进行反馈控制，会使发动机油耗和排放污染增加，发动机怠速不稳、缺火、喘振等故障现象。因此，必须及时的进行故障检测和排除故障或更换。关键词：汽车排放控制 氧传感器 故障检测辽宁职业学院毕业论文0前言随着汽车工业的发展和汽车保有量的急剧增加，汽车排放对大气的污染已经构成了公害它恶化了人类的生存环境，影响了人们的身体健康，已发展成为严重的社会问题。在有些大城市，汽车废气排放已经接近或超过环境容量。为了保护日益恶化的地球环境，世界各国先后出台了便为严格的汽车

5、污染物排放标准。汽车生产商在汽车的生产设计过程中，加设了减少对空气污染的辅助装置，如在电控燃油喷射技术的基础上，采用三元催化器，就可以获得更高净化率的排放控制，但是为了能最有效地使用三元催化器，必须精确地控制空燃比，使它始终接接理论空燃比。因此在排气管上增加了一个氧传感器，经常地检测排气的质量，并将其变换成电信号传给 ECU。发动机控制单元 ECU 根据氧传感器提供的信号，不断地检测和调整发动机喷油器的喷油量，使发动机在多数情况下都工作在理论空燃比附近，实现了喷油的闭环控制，也有效地的提高发动机性能及整车的经济性。汽车行业是目前国际上应用传感器最大市场之一，现在世界上汽车年产量在 4000 万

6、辆以上，其中日本的年产量达 1000 万辆以上。从世界各国公布的专利情况来看，各主要汽车生产厂家和电气、元件生产厂家，都很重视汽车传感器的研制和生产。而氧传感器的申报专利数，居汽车传感器的首位，这反映了该传感器的技术难度和各国的重视程度。控制汽车空燃比用的氧传感器在日本以每年 50-60的速度增长。就我国来说，仅近三年需改加氧传感器的旧车就超过 2000 万辆，每年新生产的轿车所需的氧传感器也超过 200 万个。目前，一辆普通家用轿车大约要安装几十到近百只传感器，而豪华轿车上的传感器数量可多达 200 余只。据报道，2000 年汽车传感器的市场为 61.7 亿美元 9.04 亿件产品，2005

7、 年达到 84.5 亿美元 12.68 亿件产品，增长率为 6.5按美元计和 7.0按产品件数计，所以，氧传感器的市场前景非常广阔，对氧传感器的研究也成为热点。1 汽车传感器的故障检测1.1 汽车氧传感器的结构特点1.1.1 氧传感器的组成 氧传感器利用了 Nernst 原理。 其核心元件是多孔的 ZrO2 陶瓷管，它是一种固态电解质，两侧面分别烧结上多孔铂（Pt）电极。在一定温度下，由于两侧氧浓度不同，高浓度侧陶瓷管内侧 4 的氧分子被吸附在铂电极上与电子（4e）结合形成氧离子 O2-，使该电极带正电，O2- 离子通过电解质中的氧离子空位迁移到低氧浓度侧废气侧，使该电极带负电 即产生电势差。

8、 当空燃比较低时浓混合气，废气中的氧较少，因此辽宁职业学院毕业论文1陶瓷管外侧氧离子较少，形成 1.0V 左右的电动势；当空燃比等于 14.7 时，此时陶瓷观内外两侧产生的电动势为 0.4V0.5V， 该电动势为基准电动势；当空燃比较高时（稀混合气），废气中氧含量较高，陶瓷管内外的氧离子浓度差较小，所以产生电动势很低，接近为零。 加热型氧传感器：如图 1-1 所示。加热型氧传感器抗铅能力强；对排气温度依赖少，能在负荷低、废气温度较低的情况下照常发挥作用；起动后迅速进入闭环控制。 图 1-1 加热型管式氧传感器核心元件。1.1.2 氧传感器的工作原理氧传感器是利用陶瓷敏感元件测量各类加热炉或排气

9、管道中的氧电势，由化学平衡原理计算出对应的氧浓度，达到监测和控制炉内燃烧空燃比，保证产品质量及尾气排放达标的测量元件，广泛应用于各类煤燃烧、油燃烧、气燃烧等炉体的气氛控制。它是目前最佳的燃烧气分测量方式，具有结构简单、响应迅速、维护容易、使用方便、测量准确等优点。运用该传感器进行燃烧气氛测量和控制既能稳定和提高产品质量，又可缩短生产周期，节约能源， 氧传感器的工作原理与干电池相似，传感器中的氧化锆元素起类似电解液的作用。其基本工作原理是：在一定条件下高温和铂催化，利用氧化锆内外两侧的氧浓度差，产生电位差，且浓度差越大，电位差越大。大气中氧的含量为 21，浓混合气燃烧后的废气实际上不含氧，稀混合

10、气燃烧后生成的废气或因缺火产生的废气中含有较多的氧，但仍比大气中的氧少得多。 在高温及铂的催化下，带负电的氧离子吸附在氧化锆套管的内外表面上。由于大气中的氧气比废气中的氧气多，套管上与大气相通一侧比废气一侧吸附更多的负离子，两侧离子的浓度差产生电动势。当套管废气一侧的氧浓度低时，在电极之间产生一个高电压 0。61V，这个电压信号被送到 ECU 放大处理，ECU 把高电压信号看作浓混合气，而把低电压信号看作稀混合气。根据氧传感器的电压信号，电脑按照尽可能接近 14.7：1 的理论最佳空燃比来稀释或加浓混合气。因此氧传感器是电子控制燃油计量的关键传感器。氧传感器只有在高温时端部达到 300以上其特

11、性才能充分体现，才能输出电压。它在约 800时，对混合气的变化反应最快，而在低温时这种特性会发生很大变化。1.1.3 氧化钛型氧传感器氧化钛型氧传感器 TiO2 式氧传感器是利用 TiO2 材料的电阻值随排气中的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 。TiO2 式 氧传感器的外形和 ZrO2 式氧传感器相似 ， 纯 在传感器前端的护罩内是一个 TiO2 厚膜元件。 TiO2 在常温下是一种高电阻的半导体，但表面一旦缺氧，其晶格便出现缺陷，电阻随之减少。由于 TiO2 的电阻也随温度不同而变化，因此 ，在 TiO2 式氧传感器内部也有一个电加热器 ，以保持 TiO2 式氧传感器在

12、发动机工作过程中的温度恒定不变 。ECU2 端子将一个恒定的 1 V 电压加在 TiO2 式氧传感器的一端上，传感器的另一端与 ECU4 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，ECU 4 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 辽宁职业学院毕业论文2ECU 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，TiO2 式与 ECU 连接的 4 端子上的电压也是在 0109V 之问不断变化，这一点与 Zr02 氧传感

13、器式氧传感器是相似的。 1.氧化钛式氧传感器；2.电压端子；3.ECU；4.输出电压端子。2.1 汽车氧传感器的技术特点2.1.1 氧传感器的作用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元件。由于混合气的空燃比一旦偏离理论空燃比，三元催化剂对 CO、HC 和 NOx 的净化能力将急剧下降，故在排气管中安装氧传感器，用以检测排气中氧的浓度，并向 ECU 发出反馈信号，再由 ECU 控制喷油器喷油量的增减，从而将混合气的空燃比控制在理论值附近。 电喷车为获得高排气净化率，降低排气中（ CO）一氧化碳、（HC）碳氢化合物和（NOx）氮氧化合物成份，必须利用三元催化器。但为了

14、能有效地使用三元催化器，必须精确地控制空燃比，使它始终接近理论空燃比。催化器通常装在排气歧管与消声器之间。氧传感器具有一种特性，在理论空燃比（14.7：1）附近它输出的电压有突变。这种特性被用来检测排气中氧气的浓度并反馈给电脑，以控制空燃比。当实际空燃比变高，在排气中氧气的浓度增加而氧传感器把混合气稀的状态（小电动势：OV）通知 ECU。当空燃比比理论空燃比低时，在排气中氧气的浓度降低，而氧传感器的状态（大电动势：1V）通知（ECU）电脑。ECU 根据来自氧传感器的电动势差别判断空燃比的低或高，并相应地控制喷油持续的时间。但是，如氧传器有故障使输出的电动势不正常，（ECU）电脑就不能精确控制空

15、燃比。所以氧传感器还能弥补由于机械及电喷系统其它件磨损而引起空燃比的误差。可以说是电喷系统中唯一有“智能”的传感器。2.2 氧传感器技术特点分析2.2.1 氧传感器是一种热敏电压型传感器氧传感器间接地反映进入气缸中混合气的浓度，这种信息是以波动的电压传递给电控单元（ECU）的，因此判断氧传感器性能的主要方法是检测氧传感器输出的信号电压值及其波动的范围和波动的频率。另一方面，发动机只有达到一定的温度才能激活氧传感器。因此，检测氧传感器前，必须对发动机充分预热，在 8 氧传感器达到正常工作温度 300350以后才能进行检测，在此之前，氧传感器的电阻大，如同开路，氧传感器不产生任何电压信号；若发动机

16、的排气温度超过 800，氧传感器的控制也将中断。 目前有的车型采用主、副 2 个氧传感器，主氧传感器（在前）通常带有加热器，副氧传感器不带加热器，要依靠废气预热，温度超过 300才能正常工作。对于加热型氧传感器，其加热电阻的阻值一般为 5 7。如果加热电阻被烧蚀（电阻为无穷大），氧传感器很难快速达到正常的工作温度，此时应当更换氧传感器。辽宁职业学院毕业论文32.2.2 氧传感器的故障确认采取“时域判定法”所谓“时域判定法”，是指某传感器的输出信号是否在一定的时间内发生变化以及变化的范围、频率是否符合标准值，如果不发生这种变化，自诊断系统即确认其有故障。氧传感器提供的信号电压标准为 0.1 V1

17、.0V ，并且在这个范围内快速波动，其波动频率标准为 30 次/min。当氧传感器输出的信号电压在 0.1V 0.3V 之间波动时，ECU 判定为混合气偏稀；当氧传感器的信号电压在 0.6V 0.9V 之间波动时，ECU 判定为混合气偏浓；当信号电压为 0.45V 左右时属最佳。如果氧传感器在一定的时间内没有 0.45V 左右的基准信号电压输出，或者信号电压波动的频率不符合标准，即确认氧传感器已经失效。正因为如此，检测氧传感器的反馈信号，目前没有其他设备比示波器更加快捷和有效。2.2.3 氧传感器是一种多元故障的“报警器”氧传感器及其线路发生的故障会被电控单元（ECU）存储并且报警。一旦氧传感

18、器输入 ECU 的信号电压0.45 V，或者信号电压波动的频率20 次/min 时，ECU 就判定为可燃混合气太稀，并且增加喷油量，使油耗增大，故障灯点亮，同时存储故障代码。这种故障属于氧传感器的“自生性故障”。事实上，不仅氧传感器发生自生性故障时会报警，而且发生他生性故障也会报警。所谓“他生性故障”，是指电控组件本身没有故障，是相关组件工作不良的影响而引起控制系统报警。例如电动燃油泵、燃油滤清器、喷油器、三效催化转化器等发生了脏堵，严重影响了空燃比（A / F）的大小，故障灯也点亮，故障码显示为“氧传感器故障”，此时氧传感器本身其实并没有损坏。从这个意义上说，氧传感器是发动机多元故障的“代言

19、人”。因此，当电喷发动机出现怠速不稳、缺火、喘抖或者油耗增加等故障时，都应当调取并解读故障代码，很可能显示“氧传感器故障”。但是，显示“氧传感器故障”故障代码并不一定就是氧传感器本身损坏，线路短路、断路或者 ECU 内部控制电路有问题也会输出同样的故障代码。因此，当显示“氧传感器损坏”故障码时，应当进行综合分析和判断，辨明是氧传感器的自生性故障还是他生性故障，以确定故障的具体部位。2.3 简单介绍现在氧传感器技术的发展情况2.3.1 摩擦电极引线方式的氧传感器其主要技术特点是在内电极冷端的绝缘隔套内安装有一导电铜套，在该导电铜套与内电极之间紧配合镶装有一内电极铜套，该导电铜套在内电极端部安装有

20、一顶装该内电极的压紧螺母。本实用新型涉及的氧传感器中的不锈钢内电极弹簧与内电极、该弹簧与内电极铜套、内电极铜套与导电铜套之间都有比较好的电接触，并可用导线连接接线螺丝与航空插座，实现了信号的完美输出。经长时间的现场应用测试和实验室检测证明，采用本摩擦电极引线方式的氧传感器，其输出信号稳定、信号衰减小于 辽宁职业学院毕业论文40.5，完全符合产品质量标准。2.3.2 新型氧传感器其主要技术特点是基座与接线盒为同轴一体制作，在该基座后部的接线盒部位径向安装有一工作气导入嘴及一航空插座，在基座前部的密封圈也前安装一工作气导入嘴。本实用新型针对三种不同结构的氧传感器可采用基座与接线盒一体制作的统一基座

21、，该基座系一次加工成型，提高了同心度，保证了装配质量，使氧传感器的工作气空气通路变得极为简单，减少了气路在接线盒和基座之间的过渡环节，客户可自己组装和维修，使用成本大大降低，且外型大方美观。3 氧传感器故障对发动机的影响分析3.1 氧传感器引起的故障现象氧传感器一旦出现故障，将使电子燃油喷射系统的电脑不能得到排气管中氧浓度的信息，因而不能对空燃比进行反馈控制，会使发动机油耗和排气污染增加，发动机出现怠速不稳、缺火、喘振等故障现象。装有排气氧传感器的电控燃油喷射发动机，如果在运转中出现怠速不稳、加速无力、油耗增加、尾气超标等故障而供油、点火装置又无其他故障，那么极有可能是氧传感器及相关线路出了问

22、题。 大多数发动机的电控系统都有自检功能，当氧传感器或相关部位发生故障时，电脑会自动记下故障内容，维修人员只需用专门的解码器读出故障代码即可发现问题所在。但如果没有专用设备怎么办呢？这里有几个方法可以很快检查出氧传感器的好坏。如果怀疑怠速不稳或加速不良等故障是氧传感器引起的，检修时只需拔下氧传感器接头，如果发动机的故障消失，则说明氧传感器已经损坏，必须更换，如果发动机故障依旧，那么还要从其他地方找原因。利用高阻抗的电压表也可以检查出氧传感器的好坏。实际上，氧传感器是一个相当耐用的部件，只要燃油质量过关，它可以使用三年或更长的时间。氧传感器的非正常损坏大多是由于燃油中含铅量超标造成的。这一点，驾驶员装有三元催化装置的司机务必加以重视。3.2 氧传感器常见故障3.2.1 氧传感器中毒