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1、广西职业技术学院毕业论文(设计)1起亚智跑氧传感器的诊断与维修摘要：本文对起亚汽车智跑发动机控制系统中的氧传感器作了简介，并就起亚汽车智跑发动机中的氧传感器故障产生的原因及对汽车发动机的影响， 提出了诊断、 维护方法。关键字： 起亚智跑氧传感器诊断维修前前 言言东风悦达起亚汽车有限公司系由东风汽车公司、江苏悦达投资股份有限公司、韩国起亚自动车株式会社共同组建的中外合资轿车制造企业。主产品 SOUL 秀尔、Forte 福瑞迪、赛拉图/赛拉图欧风、RIO 锐欧、索兰托、凯尊、K2、狮跑、K5、智跑系列车型均引自韩国起亚，以先进技术精心打造，竞争力极强。随着国内汽车消费市场的扩大以及人们用车理念的日
2、益多元化， 要更好地应对不断变化的市场，必须有更新、更全面的产品矩阵。2007 年 12 月 8 日，东风悦达起亚第二工厂正式投产。新工厂总投资 68 亿人民币，建筑面积 364,792 平方米，员工逾 3,100人，具备年产 30 万辆整车的产能规模。随着第二工厂的投产，东风悦达起亚至 2011 年将具备年产 43 万辆的产能，成为一家大型现代化、综合性乘用车制造企业。起亚汽车（中国）目前面向中国市场推出有：最新旗舰车型-尖端智能运动型豪华轿车 CADENZA 凯尊、09 年战略车型都市 SUV-全新索兰托 (NEW SORENTO)，实现更少油耗与排放、更强动力的柴油版全新索兰托，注重家庭
3、和实用的全新都市多功能车-新佳乐（NEW CARENS） ，高档豪华型 MPV-VQ，2010 年上市的时尚轿跑速迈（SHUMA） ，起亚豪华旗舰型 SUV-霸锐（BORREGO） 。广西职业技术学院毕业论文(设计)21氧传感器的组成及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然比，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氛测量方式， 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
4、制既能稳定和提高产品质量，又可缩短生产周期，节约能源。1.1 氧传感器的组成（图 1）氧化锆式氧传感器1、保护套管2、内表面铂电极层3、氧化锆陶瓷体4、外表面铂电极层5、多孔氧化锆保护层6、线束接头氧传感器结构图（如图 1 所示）包括一根加热氧化锆元件的热棒，加热棒受（ECU）电脑控制，当空气进量小（排气温度低）电流流向加热棒加热传感器，使能精确检测氧气浓度。在试管状态化锆元素（ZRO2）的内外两侧，设置有白金电极，为了保护白金电极，用陶瓷包覆电机外侧，内侧输入氧浓度高于大气，外侧输入的氧浓度低于汽车排出气体浓度。广西职业技术学院毕业论文(设计)3应当指出采用三元催化器后，必须使用无铅汽油，否
5、则三元催化器和氧传感器会很快失效。再注意，氧传感器在油门稳定，配制标准混合时较为重要的作用，而在频繁加浓或变稀混合时，（ECU）电脑将忽略氧传感器的信息，氧传感器就不能起作用。1.2 氧传感器的工作原理氧化锆氧传感器是利用氧化锆陶瓷敏感元件测量排气管道中的氧电势： 陶瓷材料表面多孔，能够允许空气的氧分子在其中扩散。陶瓷在温度较高时成为导电体。如果电极两面上的氧含量不一样的话，电极两侧就会有一个电压形成。当=1 时，混合气完全燃烧，外侧电极面无氧分子存在，这时输出电压就会产生一个突变。氧传感器通过探测废气中含氧量的多少，能获得上次喷油时间过长或过短的信号，并将该信号修正。氧传感器是完成混合气闭环
6、控制的重要组件， 它又称传感器， 其外侧电极面暴露在废气流中，而其内侧电极面与外界空气相接触。该传感器由一个特殊陶瓷体（ZiO2 或 TiO2）构成，在它的表面涂有透气性好的铂电极。混合气通过氧传感器闭环调节后，能将空燃比控制在=0.981.02 之间范围内，从而得到一个最佳的混合气浓度，同时也使废气中的有害物排放量大大减少。氧传感器在满足下述条件后才能进行正常调节：发动机温度60；氧传感器温度300；发动机在怠速或部分负荷下工作。为了使氧传感器迅速加热，尽早正常工作，在氧传感器中装有加热装置（图 2）氧传感器的输出电压特性当氧传感器的电动势经 ECU 内的 A/D 转换后 （如图 2 所示）
7、 ， 变为信息输入到微机广西职业技术学院毕业论文(设计)4中与判别值进行比较，当电动势高于判别值时，即空燃比较浓时，反馈控制使其变稀，当电动势低于判别值时，反馈控制使其变浓。2 氧传感器的故障与检测2.1 氧传感器的作用由于环保的要求，汽车在排气系统中装有三元催化器，以减少汽车的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)的排放量。由于三元催化器在理想空燃比（14.7:1）附近时净化率最高，所以必须控制发动机工作在理想空燃比很窄的范围内。发动机每次工作循环的喷油由装在排气管中的氧传感器反馈给发动机的 ECU，ECU 中微机根据氧传感器的反馈信号修正喷油量，达到燃烧最完全。 （如图
8、3 所示为氧传感器的电路）（图 3）氧传感器电路图由于汽车尾气及排气温度的原因，使氧传感器的工作条件极其恶劣。因此造成一般无加热器的氧传感器的寿命约为 58 万公里，而有加热器的氧传感器的寿命比无加热器长 3 万公里。氧传感器的失效过程都是缓慢进行的，首先是它的响应速度变慢，输出信号的幅度变低，最后是输出信号不变化或完全没有信号输出。这时就会有故障代码出现，发动机检查灯或故障指示灯也会亮。除了由于使用年限或行驶里程的增加而导致氧传感器的正常失效外， 氧传感器还可能因汽油中含铅或冷却液中的硅胶腐蚀而提前失效， 氧传感器的衬垫在维修过程中被拆掉所造成的尾气泄漏也会导致氧传感器提前失效。还有一些潜在
9、的因素，例如燃油压力过高、喷油器损坏、发动机电脑和传感器损坏以及操作不当等，也都可能导致氧传感器提前失效。然而，导致氧传感器提前失效的首要原因是由发动机混合气过浓所造成的炭广西职业技术学院毕业论文(设计)5堵塞。由于氧传感器的失效，微机得不到氧传感器的反馈信号，也就无法修正喷油量，使怠速时供给发动机过浓或过稀的混合气，造成发动机断火、工作不稳、加速滞后。2.2 氧传感器的常见故障2.2.1 氧传感器中毒氧传感器中毒是经常出现的且较难防治的一种故障， 尤其是经常使用含铅汽油的汽车，即使是新的氧传感器，也只能工作几千公里。如果只是轻微的铅中毒，接着使用一箱不含铅的汽油，就能消除氧传感器表面的铅，使
10、其恢复正常工作。但往往由于过高的排气温度，而使铅侵入其内部，阻碍了氧离子的扩散，使氧传感器失效，这时就只能更换了。另外，氧传感器发生硅中毒也是常有的事。一般来说，汽油和润滑油中含有的硅化合物燃烧后生成的二氧化硅，硅橡胶密封垫圈使用不当散发出的有机硅气体，都会使氧传感器失效，因而要使用质量好的燃油和润滑油。修理时要正确选用和安装橡胶垫圈，不要在传感器上涂敷制造厂规定使用以外的溶剂和防粘剂等。2.2.2 积碳由于发动机燃烧不好，在氧传感器表面形成积碳，或氧传感器内部进入了油污或尘埃等沉积物，会阻碍或阻塞外部空气进入氧传感器内部，使氧传感器输出的信号失准，ECU 不能及时地修正空燃比。产生积碳，主要
11、表现为油耗上升，排放浓度明显增加。此时，若将沉积物清除，就会恢复正常工作。2.2.3 氧传感器陶瓷碎裂氧传感器的陶瓷硬而脆，用硬物敲击或用强烈气流吹洗，都可能使其碎裂而失效。因此，处理时要特别小心，发现问题及时更换。2.2.4 加热器电阻丝烧断对于加热型氧传感器，如果加热器电阻丝烧蚀，就很难使传感器达到正常的工作温度而失去作用。2.2.5 氧传感器内部线路断脱由于各种原因，如老鼠咬断或其他原因而导致线路断脱，使发动机 ECU 无法接受到传感器的信号。2.3 氧传感器的检查方法2.3.1 氧传感器加热器电阻的检查广西职业技术学院毕业论文(设计)6拔下氧传感器线束插头， 用万用表电阻档测量氧传感器
12、接线端中加热器接柱和搭铁接柱之间的电阻，其阻值为 4-40(参考具体车型说明书)。如不符合标准，应更换氧传感器。2.3.2 氧传感器反馈电压的测量测量氧传感器的反馈电压时，应拔下氧传感器的线束插头，对照车型的电路图，从氧传感器的反馈电压输出接线柱上引出一条细导线，然后插好线束插头，在发动机运转中，从引出线上测出反馈电压(有些车型也可以由故障检测插座内测得氧传感器的反馈电压，如丰田汽车公司生产的系列轿车都可以从故障检测插座内的 OX1 或 OX2 端子内直接测得氧传感器的反馈电压)。对氧传感器的反馈电压进行检测时，最好使用具有低量程(通常为 2V)和高阻抗(内阻大于 10M)的指针型万用表。具体
13、的检测方法如下：1)将发动机热车至正常工作温度(或起动后以 2500r/min 的转速运转 2min)；2)将万用表电压档的负表笔接故障检测插座内的 E1 或蓄电池负极，正表笔接故障检测插座内的 OX1 或 OX2 插孔，或接氧传感器线束插头上的号|出线；3)让发动机以 2500r/min 左右的转速保持运转， 同时检查电压表指针能否在 0-1V 之间来回摆动，记下 10s 内电压表指针摆动的次数。在正常情况下，随着反馈控制的进行，氧传感器的反馈电压将在 0.45V 上下不断变化， 10s 内反馈电压的变化次数应不少于 8 次。如果少于 8 次，则说明氧传感器或反馈控制系统工作不正常，其原因可
14、能是氧传感器表面有积碳，使灵敏度降低所致。对此，应让发动机以 2500r/min 的转速运转约 2min，以清除氧传感器表面的积碳，然后再检查反馈电压。如果在清除积碳可后电压表指针变化依旧缓慢，则说明氧传感器损坏，或电脑反馈控制电路有故障。4)检查氧传感器有无损坏。拔下氧传感器的线束插头，使氧传感器不再和电脑连接，反馈控制系统处于开环控制状态。 将万用表电压档的正表笔直接和氧传感器反馈电压输出接线柱连接，负表笔良好搭铁。在发动机运转中测量反馈电压，先脱开接在进气管上的曲轴箱强制通风管或其他真空软管，人为地形成稀混合气，同时观看电压表，其指针读数应下降。然后接上脱开的管路，再拔下水温传感器接头，
15、用一个 4-8K的电阻代替水温传感器，人为地形成浓混合气，同时观看电压表，其指针读数应上升。也可以用突然踩下或松开加速踏板的方法来改变混合气的浓度， 在突然踩下加速踏板时， 混合气变浓，反馈电压应上升；突然松开加速踏板时，混合气变稀，反馈电压应下降。如果氧传感器广西职业技术学院毕业论文(设计)7的反馈电压无上述变化，表明氧传感器已损坏。另外，氧化钛式氧传感器在采用上述方法检测时，若是良好的氧传感器，输出端的电压应以 2.5V 为中心上下波动。否则可拆下传感器并暴露在空气中，冷却后测量其电阻值。若电阻值很大，说明传感器是好的，否则应更换传感器。5)氧传感器外观颜色的检查。从排气管上拆下氧传感器，
16、检查传感器外壳上的通气孔有无堵塞，陶瓷芯有无破损。如有破损，则应更换氧传感器。通过观察氧传感器顶尖部位的颜色也可以判断故障：淡灰色顶尖：这是氧传感器的正常颜色；白色顶尖：由硅污染造成的，此时必须更换氧传感器；棕色顶尖：由铅污染造成的，如果严重，也必须更换氧传感器；黑色顶尖：由积碳造成的，在排除发动机积碳故障后，一般可以自动清除氧传感器上的积碳。2.3.3 氧传感器的故障诊断对氧传感器的故障诊断，可从以下几方面入手：发动机冷态下怠速运转时，发动机 ECU 加热器的电源输出端端子的电压为 12V左右。如果没有加热电压，则氧传感器必然工作不良。如果 ECU 加热器的电源输出端端子的电压正常，则接下来
17、应检查氧传感器内加热电阻的好坏。拔开氧传感器的导线连接器，用电阻表检测氧传感器的端子 1 和 2 间的电阻，其电阻值应符合标准值。一般正常值为几欧姆，如电阻值无穷大或为零，则说明电阻开路或短路，则须更换氧传感器。发动机在中、高速运转时，发动机 ECU 的氧传感器的信号输入端的电压应处于01V 的跳跃状态，如长时间处于 0V 或 1V 时，可能是氧传感器故障，也可能是发动机其它部件故障。这时我们要对氧传感器的基本性能进行测试，以区分这几种可能性。测试采用示波器，方法有两种，增加空气法和增加燃料法：示波器的接法：虽然氧传感器有其作用电压，但其安培数相当小，也就很容易受到杂讯的干扰，因此在选探针时建
18、议使用 10:1 的探针。然而你也可以使用 1:1 的探针，不过很容易有杂讯的产生，再者有些车型的氧传感器本身即有些微的杂讯电压存在，容易造成误判。由于氧传感器必須与电脑保持讯号的接通，因此我們不可能拔开插头直接测量。在这里我们使用常见的:背插法，也就是利用类似大头针的针状物插入传感器背后广西职业技术学院毕业论文(设计)8的插座，由于插座与线端通常有防水橡皮，因此只要小心地延着橡胶細縫插入即可，这样並不会破坏到原线束或插座，此外在这里我们不建议使用线束穿剌法。增加空气法：首先我们利用最简单的方法拔开真空管，強迫发动机吸入更多的空气。找出一条真空管須在节气门之后，这样才有真空吸力存在。另外在选择
19、所要拆下的真空管时，須注意一点：此条真空管必須不会影响到发动机混合控制，例如燃油压力阀整阀，如果拆下此真空管的话将会造成较大的燃烧压力，使得怠速测试时混合比会有较高的現象，而造成测试的数据有所误差。当发动机处于较浓的状态，拔开真空管，这时氧传感器的电压会马上下降，当发动机原本处于较稀的状态，氧传感器的电压將维持不变。但注意一点，若是翼板式、热线式的空气流量計，当拔开真空管较不会影响到流量计的电压输出变化，因此电脑回馈反应的动作就有所延迟，虽然会將空气过量系数调整到 1，但速度较慢，所以它的曲线将维持较长时间的低电压。此时可额外地加入燃料，強迫发动机提高混合比，此方法对于氧传感器长时间低电压有极
20、佳的判断。但如何选择燃料种类呢？一般以市售的化油器清洗剂或是积碳清洗喷剂便是相当适合的选择， 由于其中含极高易燃、氧化的物质，所以能夠在短时间內增加发动机供油的浓度。我们可预先拔开一条真空管並将它塞住，这时可以观查氧传感器的反应电压，如果都一直持续在低混合的状态，这时可以利用喷剂並喷入少許的量于真空管內，此时发动机的混合比將会急速地升高，此时氧传感器电压也将立即作出反应，由于量不多，因此高混合维持的时间並不长，稍后將恢复原來的状态。这时我们即可判断氧传感器是否在作用着。广西职业技术学院毕业论文(设计)9总 结优秀的产品及服务品质成就了起亚汽车（中国）在销量上的稳步发展。面对未来，起亚汽车（中国
21、）将继续秉承“向起亚用户提供价值”的全球性理念，将不遗余力地向中国消费者提供优质的产品与周到的服务而努力， 竭尽全力把起亚汽车品牌建设成为国内知名、有较大影响力、有良好口碑的汽车品牌，也将继续致力为中国汽车工业的发展做出贡献。致 谢时光荏苒，不知不觉三年大学时光即将告别，很多熟悉的身影也许就将从身边永远的失落了。想对我的恩师、同学、朋友所有我所认识与不认识的人，对校园里的花草树木、错落有致的校园建筑对这一切的一切说声谢谢！大学时光即将结束，首先我衷心地感谢曾经指导我帮助我的老师，尤其是我的毕业设计导师李振榕老师，在李振榕老师的悉心指导和严格要求下，我顺利的完成了毕业设计，同时他严谨的治学态度和
22、谦和的为人给我留下了深刻的印象。从课题选择、方案论证到具体设计，无不凝聚着李振容老师的心血和汗水，使我始终感受着导师的精心指导和无私的关怀，本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。正是有了他们的悉心帮助和支持，才使我的毕业论文顺利完成，在此向恩师们再次表示由衷的谢意。感谢他们三年来的辛勤栽培。同时，经过制作这次毕业设计，使我的理论知识和实际操作能力都得到一个很大的提高。强化了对汽车各种传感器基本构造与工作原理的掌握，并对汽车基本故障的排除有了进一步的理解与掌握。毕业设计也是对我这三年来所学知识的一个检测。课题设计能够顺利的完成要归功于我的导师以及大学三年来我的任课老师们。在此，我再次对李振榕老师以及我所有的任课老师表示衷心的感谢和崇高的敬意。广西职业技术学院毕业论文(设计)10参考文献1宋福昌. 汽车传感器识别与检测图解.北京：电子工业出版社，2003.72刘晓岩. 汽车电器设备构造与维修.北京: 机械工业出版社，2008.63谢福泉. 汽车典型电控系统构造与维修.北京: 人民交通出版社，2005.34陈丙辰. 汽车传感器使用与检修.北京: 金盾出版,2002.75陈智明. 汽车电子解析.上海：上海教育出版社，2008.9
