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1、毕业论文作者：张 三 单 位：陕西省电子信息学校指导教师：目录摘要介绍桑塔纳2000GSi型轿车氧传感器的结构、工作原理，对该传感器的检测方法和故障诊断进行了分析，并列举了一个典型检修实例。关键词：氧传感器；工作原理；故障诊断；检修实例桑塔纳桑塔纳2000GSi型轿车氧传感器故障诊断前言现代汽车对发动机的动力性、经济性，尤其是对排放量的要求越来越高，因此在发动机上广泛采用了对排气的闭路控制，即通过检测排气中氧的含量来获得混合气空燃比的信号，通过对混合气浓度的判断，对喷油脉冲宽度进行修正，实现空燃比的闭环反馈控制，从而将混合气的空燃比控制在理论14.7附近较窄的范围内，是三元催化转换器的转换率处
2、在最高。氧传感器的基本功用就是通过检测排气中氧气的含量并以电压信号的形式输送给发动机ECU，使发动机ECU精确判断混合气的浓度变化进行喷油量的修正，降低发动机的排放污染。一 、传感器的结构及工作原理桑塔纳2000GSi型轿车装备的AJR发动机采用德国Motronic（莫特朗尼克）M3.8.2电子喷射和点火系统。其采用BOSCH公司生产的氧化锆式氧传感器，结构如图1所示。氧传感器固定在带有螺纹的固定套中，安装在排气管中。基本元件是专用陶瓷体，即氧化锆的固体电解质。在敏感元件氧化锆的内外侧都履盖有薄层锆。氧传感器内侧通大气，外侧与排气直接接触。当氧化锆内表面处的气体中氧的浓度与外表面处排气中氧的浓
3、度有较大差别时，则固体电解质内部氧离子从大气一侧向排气一侧扩散，氧化锆元件内外侧两铂电极之间将会产生一电压。当混合气稀时，排气中的氧含量高，传感器元件内侧氧浓度差别小，氧化锆元件内外侧两电极产生的电压很低（接近0V）；反之，混合气浓时，在排气中几乎没有氧，氧化锆元件内外侧氧浓度差很大，内外侧电极之间产生高电压（约1V）. 图2为氧传感器工作电压输出特性，在过量空气系数=1，即空燃比为14.7时输出电压产生突变。发动机ECU通过接受氧传感器的输入信号即可判断发动机上一工作循环的混合气的浓度，根据混合气浓度的偏低或偏稀的判断，在下一工作循环对喷油量进行减少或增加的修正。当氧传感器不工作时，信号电压
4、在0.450.50V之间；当氧传感器正常工作时，信号电压在0.01.0V之间波动，且信号电压每分钟跳变至少10次。如电压显示一直大于0.7V，表示混合气偏浓；电压显示一直小于0.3V，表示混合气偏稀。二、 动机ECU对氧传感器的故障的检测分析1 . OBD对故障存储和报警的优先设置分析OBD（第2代随车诊断系统）对汽车部件的故障诊断分为A、B、C、D等4类。A类故障为影响汽车行驶安全、影响发动机工作可靠性的故障（如ABS制动故障、空气流量传感器故障等），这类故障只要出现一次，就对故障信息进行存储并触发报警装置，为优先存储和优先报警。B类故障为影响汽车排放的故障，氧传感器故障为此类故障，这类故障
5、因为不影响汽车的行驶安全而被放在次要位置进行存储和报警。因此，在用检测仪（解码器）读取故障码时，如果没有氧传感器的故障，并不代表氧传感器没有故障，而可能以空气流量传感器的故障码进行设置。同时，氧传感器不仅要求有信号内电压的变化，而且信号电压的变化频率在一定时间内要超过一定的次数。桑塔纳2000GSi型轿车要求每分钟至少10次以上，但当次数未超过限定值而反应迟缓时，并不会产生故障代码。这时，需要利用检测仪读取测量数据块，通过进行数据流分析判断氧传感器的工作情况。2. 氧创干起信号的闭环控制工况分析氧传感器信号的闭环控制并不是在所有发动机工况下都采纳，在发动机起动时及起动后燃油增量修正工况，急减速
6、工况等工况下，发动机对混合气体浓度的反馈控制解除，这些工况下发动机性能不良一般与氧传感器无关。另外，氧传感器只有在300以上的温度时才能正常工作，故在桑塔纳2000GSi型轿车的传感器中装有加热元件，使发动机起动后氧传感器能尽快达到工作温度。三、 氧传感器的检修1.外观检查氧传感器顶尖的正常颜色问淡灰色。如顶尖为棕色，多为铅中毒，一般为误用含铅燃油、润滑油、或其他化学物品如各类添加剂所致。如顶尖为白色，多为硅中毒，汽油和硅橡胶密封垫是主要的硅中毒源，所以应按要求慎重选用。如顶尖为黑色，多为积炭，排除发动机积炭后一般能自动清除。2 .电压、电阻值检测图3为2000GSi型轿车装备的AJR发动机氧
7、传感器接线原理图。蓄电池经燃油泵继电器向氧传感器的1号脚供给+12V电压；2号脚经ECU的27号脚搭铁，并在发动机排气温度达到氧传感器能正常工作温度时，由ECU断开加热器供电电路。测量时注意，不论发动机是否运转，只要点火开关接通时，不可断开任何电气工作装置的连接件。因为在断开这类装置时，由于线圈的自感作用，可能会产生瞬间高压，使ECU和氧传感器严重损坏。测量可用V.A.G1594辅助导线和数字式万用表进行。(1) 信号电压的检查连接好导线连接器的插头和插座，用数字式万用表测插头3号与4号脚之间电压。接通点火开关时应为0.450.50V。如果没有达到规定值，检查导线的连接及导通情况，方法是拔下氧
8、传感器和ECU端的插头，检查触点有无锈蚀、脏污，并测量3号到25号脚，4号到26号脚之间导线的电阻，应不大于0.5。如达到规定值，则说明氧传感器损坏，需更换。如大于规定值，多为插头接触处脏污或锈蚀。如电阻值为，说明导线有断点存在。(2) 加热元件电阻检查测量时，拔下传感器接头，测量1号脚与2号脚之间的电阻，常温下为15。温度上升很少时阻值会显著提高。如果常温下电阻为无穷大，说明加热元件断路，应更换氧传感器。(3) 电源电压的检查氧传感器加热元件的电压即为电源电压。拔下氧传感器插头，起动发动机，测量氧传感器插头上1号脚与2号脚之间的电压应不小于11V。如果没有电压，检查氧传感器2号脚与ECU的2
9、7号脚之间连线的电阻，应不大于0.5；如大于0.5，一般为插头接触处脏污或锈蚀；如电阻值为，则该连线存在断点。如电阻值达到要求，则检查燃油泵继电器与氧传感器1号脚之间的连接是否完好，连线是否有断点，燃油泵继电器工作是否正常。如果检查结果都正常，则更换氧传感器。四、 故障实例故障现象 一辆98款桑塔纳2000GSi时代超人电喷车，行驶里程达7万km，热车后怠速抖动严重。故障诊断与排除 首先用V.A.G1552检测仪读取到故障代码00533，其含义为“空气流量计G70输出不可靠信号”。对该车所用热膜式空气流量计进行检查，并没有发现异常。继续利用检测仪对是进气数据进行检测，进入数据流02组，进气空气
10、质量怠速时为3.9g/s，扳动节气门做加速试验，随节气门开度增加，进气质量也呈增长趋势，最高可升至15.0g/s，说明空气流量计响应良好。用探针刺入空气流量计的3号脚和5号脚，用数字式万用表对空气流量计的实际输出电压进行测量，怠速时为1.62V，急加速时为3.0V，且随节气门开度变化电压呈上升趋势，即信号输出电压正常。因此可判断空气流量计并无故障因为节气门的开度直接影响发动机的进气量，接着对节气门进行检查，发现节气门拉索调节正常，节气门并无抖动情况，但节气门体有脏污，拆下节气门进行了清洗，装车后对节气门控制单元进行基本调整，并进入数据流01组第3区，检查节气门开度是否符合要求，进入98组读取节
11、气门电位计电压，显示数据皆为正常范围。节气门正常工作。分析怠速抖动可能与点火系统有关，该车采用微机控制式无分电器点火方式，检查各缸高压线完好，无损坏痕迹。通过做断火实验，发现并无缺缸现象，为慎重起见，进入数据流01组观察点火提前角的变化情况。怠速时点火提前角在715之间波动，超出正常范围，点火提前不稳定会造成怠速抖动。出现空气流量计的故障代码说明混合气的浓度控制出现问题，导致点火提前出现波动。重新运行车辆，对故障再次分析，发现发动机温度较低时故障并不明显，而热车后怠速运行时抖动严重。氧传感器是与混合气浓度的控制有关的重要传感器之一，而且ECU进行闭环控制是在热车工况下进行，冷车工况下采用开环控
12、制，恰与故障现象吻合。于是对氧传感器进行检查，进入数据流07组2区，氧传感去输出电压一直显示0.2V，做急加速试验无改变。拆下氧传感器，发现顶尖呈棕色，判断为氧传感器铅中毒失效。更换氧传感器后试车，故障消失。再次进入数据流07组2区，氧传感器信号输出正常。总结故障原因分析 由于氧传感器中毒，失去活性，输出给ECU长期偏稀的混合气浓度信号，使ECU认为是进气量的问题，优先设定空气流量计的故障码。而ECU对空燃比失控，导致怠速点火提前波动，造成热车怠速抖动。参考文献【1】李东江，张大成。大众/奥迪车系故障诊断与排除技巧【M】。北京：机械工业出版社【2】梁红传，等。发动机管理系统中OBD技术研究【J】.车用发动机，2002。【3】Dick H.King 著，谭 兴，关 文，史宗海译。发动机计算机管理系统汽车电喷技术【M】。北京：电子工业出版社，1999.致谢3
