摘要：本文从氧传感器的原理出发，对车辆氧传感器OBD报故障码机理及信号表现进行阐述，分析了市场上返回件故障原因并提出改进措施，从而预防及降低产品故障的发生。

    0 引言
    现代化的汽车为了获得高的经济性和低的排放污染，采取了多种措施，其中加装三元催化反应装置可以大幅度降低废气中CO、CH、NOx的含量，提高汽车的环保性能。在使用三元催化反应装置降低排放污染的发动机上，氧传感器是必不可少的元件。从氧传感器原理出发，对车辆氧传感器oBD报故障码机理及信号表现进行阐述，探讨了市场上汽车氧传感器常见故障原因及相应措施，进而降低产品市场故障率。

    1 氧传感器工作原理
    目前使用的氧传感器有氧化错式和氧化钦式两种，其中应用最多的是氧化错式氧传感器，安装在车辆底部排气总管上。氧传感器的基本元件是氧化错专用陶瓷体，错管表面装有透气的铂电极及接头，其内表面与大气相通，外表面与废气相通，氧传感器结构见图1。错管的陶瓷体是多孔性的固体电解质，氧传感器利用了Nernst原理，当温度较高时，允许渗入该固体电解质内的氧气发生电离，电离后的氧离子能够由氧浓度高的内侧向浓度低的外侧扩散，就会在两个铂电极表面产生电压降，形成微电池。氧传感器工作原理见图2，当空燃比较低时（浓混合气），废气中的氧较少，因此陶瓷管外侧氧离子较少，形成1.0 V左右的电动势；当空燃比等于14.7时，此时陶瓷管内外两侧产生的电动势为0.4～0.5 V，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。因此可以检测出排气中氧的含量，从而能检测出混合气的浓度。



    一旦氧传感器及其连接线路出现故障，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，出现怠速熄火、运转失准等各种故障。因此，引入的OBD系统，利用有缺陷或劣化的氧传感器替代性能良好的氧传感器或用于失效模拟的电气装置，产生各种氧传感器故障特征信号给ECU，设定响应速度或电压变化，检验ECU内的诊断算法是否能准确检测出预设的故障。

    2 氧传感器OBD系统诊断原理
    氧传感器的接头有四个针脚：加热电源正极、加热电源负极、信号负极、信号正极。任何一个线端出现接触不良、短路或断路都会使信号端输出的信号不正确，电路诊断主要针对信号电路。若信号线端开路、对地或电源短路、与加热线祸合等问题出现，则信号端输出的电压信号将有不同的表现，据此判断出电路故障。
    2.1信号线对电源对地短路故障
    信号线对电源对地短路故障诊断条件见图3，具体如下：

    （1）氧传感器电压信号正常在0.1～0.9 V之间跳动，电压低时，表示混合气偏稀，电压高时，表示混合气偏浓，据此实现对混合气的闭环调节。
    （2）当信号线对电源短路时，电压信号将一直处于高电平状态，不随混合气浓稀而跳变。
    （3）当信号线对地短路时，电压信号将一直处于低电平状态，不随混合气浓稀而跳变。

    2.2信号线开路故障
    信号线开路故障诊断条件见图4，具体如下：

    （1）信号线开路时，电压信号将一直保持在0.45 V左右，不随混合气浓稀而跳变。
    （2）该类型诊断需在氧传感器足够热、电池电压充足、转速高于最低稳定转速、无喷油器故障等的情况下，才允许进行。
    （3）若在满足上述条件后，电压信号持续（25 s左右）处于阀值范围内，即振不起来，则判定存在开路故障。

    2.3信号不合理故障
    不合理故障分为两种情况：即信号线与加热线藕合和前后氧传感器信号矛盾两类。信号不合理故障诊断条件见图5，具体如下：

    （1）该类型诊断需在氧传感器足够热、电池电压充足、转速高于最低稳定转速、无喷油器故障等情况下，才允许进行。
    （2）当信号线与加热线藕合时，电压信号在加热关闭时的增幅△将远超过正常信号的△变化，则认为存在信号线与加热线藕合故障。
    （3）若混合气偏浓时，后氧电压信号显示偏浓，但前氧信号显示偏稀，则表明前氧信号不合理，反之亦然。
    2.4氧传感器老化故障
    （1）氧传感器长期工作在高温废气的环境中，会因各种物理和化学中毒等原因而逐渐老化，致使其对混合气浓稀的监测反应越来越迟钝，进而使闭环控制越发不准确，排放恶化。
    （2）前氧老化形式主要有两种：即双边老化和单边老化。双边老化指浓稀两边反应都迟缓，以氧传感器信号周期作为诊断变量，当周期延迟时间超越阀值时即报出故障；单边老化分为浓边反应迟缓和稀边反应迟缓，周期延迟时间超越相应的阀值时即报出故障。上述老化故障的诊断阀值均以排放为依据。

[1] [2] [3]  下一页