氧传感器的故障诊断与排除

（吉利汽车研究院（宁波） 有限公司 浙江 宁波 315336）

引言

氧传感器在发动机控制系统中有着极其重要的作用，它可以检测发动机燃烧情况，对空燃比进行闭环控制，它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。它能自动修复由于机械及电喷系统小故障而引起空燃比的误差。可以说是电喷系统中具有“智能”的传感器。

1 故障现象

发动机运转时，出现排气管冒黑烟，发动机怠速抖动，熄火，同时伴随着发动机故障灯常亮[1]。

2 氧传感器工作原理

氧传感器通过检测废气中的氧气含量，来计算混合气浓度，以便实施监控混合气的空燃比（理论空燃比为14.7 ∶1 时燃烧最充分）。一般通过将φat（过量空气系数）控制在1 附近，使得燃油能够得到充分的燃烧。这里讨论的前氧传感器采用宽裕氧传感器，以便更好地监控空燃比表现，后氧传感器采用窄域氧传感器，与前氧传感器共同作用，主要用于监控催化器的老化状态。ECU 有效利用氧传感器的特性，时刻监控混合气的状态，使得φat时刻控制在1±0.02，当φat＞1 时，代表空燃比偏稀，当φat＜1 时，代表空燃比偏浓。氧传感器反馈控制只在闭环控制期间进行，其闭环控制原理框图如图1 所示，在开环控制期间则解除[2-3]。

图1 氧传感器工作原理

3 氧传感器线束回路框图

氧传感器线束回路框图如图2、3 所示。

图2 前氧传感器线束回路框图

图3 后氧传感器线束回路框图

4 故障原因分析鱼骨图

故障原因分析鱼骨图如图4 所示。

图4 故障原因分析鱼骨图

5 故障诊断与排除

通过发动机管理系统EMS 的诊断，能够快速定位氧传感器故障及故障类型，但是由于氧传感器与发动机EMS 系统之间通过线束连接成一套系统，在氧传感器故障发生时，系统中的任何一个环节故障都有可能导致故障的产生，并非一定是氧传感器本身的故障，也可能是由于线束虚接，端子退针，线束断裂，EMS 针脚变形以及EMS 自身芯片故障导致的问题。涉及到氧传感器的故障存在以下几种：当单体损坏时，可以通过更换氧传感器快速地解决问题，但排查的时候，需要锁定具体的问题点，才会让故障不再复发，对此，我们详细介绍P013600 的排查思路，以此为契机，来更好地理解问题排查及系统性研究的思想，端子退针导致的故障现象具体排查如表1所示[4]。

表1 端子退针导致的故障现象

5.1 电阻检测

检查加热器两端子之间的电阻。点火开关置于“OFF”，拔下氧传感器的线束插头，用万用表欧姆挡测量氧传感器接线端中加热电源正极接柱和加热电源负极接柱之间的电阻，在常温下，万用表检测结果显示为13 Ω（标准值：常温下为0～40Ω），其加热器电阻值符合标准值。

5.2 电压检测

1）诊断仪读取故障码，P013600 后氧传感器信号开路历史故障。

2）起动后发动机故障灯亮，通过inca 连接EMS先读取故障车原始数据，确定异常参数。b-atmtpk（路点标注位）变true，ushk-w（后氧电压）1.5～1.6 V 未降低到0.1～0.9 V 并报故障，确定是后氧电压异常导致报故障码（PS：采用对比排除法，通过正常车辆与故障车的区别，确认数据的合理性，进行逐渐剔除）。

3）诊断仪再次读取故障码，P013600 后氧传感器信号开路当前故障。熄火再上电后清除故障码，连接inca 后起动，加油门升温，b-atmtpk（路点标注位）变true，ushk-w（后氧电压）1.5～1.6 V 未降低到0.1～0.9 V 并报故障，诊断仪读取P013600 后氧传感器信号开路当前故障，确认故障复现。

4）熄火上电清除故障码，下电后拆掉负极。拆掉后氧传感器接插件，检查两端无退针、退片等异常。

5）装回后氧传感器接插件，装回负极，上电后连接inca 后起动，加油门升温读取数据，b-atmtpk（路点标注位）变true，ushk-w（后氧电压）1.5～1.6 V 未降低到0.1～0.9 V 并报故障，诊断仪读取P013600 当前故障。

6）熄火上电后清除故障码，下电后拆掉负极。拆下ECU，检查设备端及线束端插件无退针、退片等异常。

7）装回ECU 接插件，装回负极，上电后连接inca 后起动，加油门升温读取数据，b-atmtpk（路点标注位）变true，ushk-w（后氧电压）1.5～1.6 V 未降低到0.1～0.9 V 并报故障，诊断仪读取P013600 当前故障。

8）拆掉后氧和ECU 两处线束接插件，测量整段线路通断。后氧pin1 至ECU 端K62 通路（信号正）；后氧pin2 至ECU 端K33 断路（信号地线）；后氧pin3 至ECU 端K29 通路（加热地线）；保险丝至电源正极通路。初步确定前舱线束与发动机线束对接的插件存在问题。

9）装回后氧及ECU 接插件再装回负极，上电后连接inca 后起动，加油门升温读取数据，b-atmtpk（路点标注位）变true，ushk-w（后氧电压）1.5～1.6 V未降低到0.1～0.9 V 并报故障，诊断仪读取P013600当前故障。

10）拆掉负极更换ECU 后，装回负极，上电后连接inca 后起动，加油门升温读取数据，b-atmtpk（路点标注位）变true，ushk-w（后氧电压）1.5～1.6 V 未降低到0.1～0.9 V 并报故障，诊断仪读取P013600 当前故障。

11）拆掉负极换回原车ECU，装上负极上电后连接inca 后起动，加油门升温读取数据，b-atmtpk（路点标注位）变true，ushk-w（后氧电压）1.5～1.6 V 未降低到0.1～0.9 V 并报故障，诊断仪读取P013600 当前故障，排除ECU 故障导致车辆故障。

12）拆掉负极，更换新的后氧传感器后装回负极，上电后连接inca 后起动，加油门升温读取数据，batmtpk（路点标注位）变true，ushk-w（后氧电压）1.5～1.6 V 未降低到0.1～0.9 V 并报故障，诊断仪读取P013600 当前故障，同时检查原车拆下后氧传感器无异常，排除后氧传感器故障导致车辆故障。

13）熄火、上电清除故障码，拆掉负极，拆除前舱与发动机线束对接插件进行检查，前舱线束端第8针脚（与K33 对接回路）退针。发动机线束端无异常。修复前舱线束第8 针脚端子卡片后复装线束，装回负极，上电后连接inca 后起动，加油门升温读取数据，b-atmtpk（路点标注位）变true，ushk-w（后氧电压）1.5～1.6 V 降低到0.1～0.9 V 且未报故障，诊断仪未读取到故障，再次进行20 km路试验证，未报故障，故障灯未点亮。

最后，针对没有工具，无法读取EMS 内部数据及故障码的情况下，也可以采用上述的排查过程，针对故障码的报码机制，国五3 次驾驶循环，点亮发动机故障灯；国六2 次驾驶循环点亮发动机故障灯；同时在故障修复后，均能在3 次驾驶循环后熄灭发动机故障灯，通过此机理便能确定故障是否得到有效的解决，开展逐步排查工作。排查步骤如下：

1）确认故障码并复现故障。

2）排查氧传感器与发动机线束接插件。

3）排查前舱线束与保险丝接插件。

4）排查前舱线束与ECU 接插件。

5）排查ECU 是否损坏。

6）排查氧传感器与ECU 之间线束。

7）排查氧传感器。

8）排查发动机线束与前舱线束插件。

9）排查发动机线束。

10）排查前舱线束。

6 结论与建议

一般氧传感器问题，在新车里程较少时，多半出现在线束问题及ECU 针脚变形，对于拥有较大里程的车辆则是油品等原因导致的氧传感器中毒，前者排查需要逐步排查，同时生产工艺上进行规避，有如下建议：

1）端子退针故障时常发生，退针原因主要涉及到组装过程中是否插接到位，电检过程是否100%可以检测出故障件。

2）建议在分装工位增加接插诱导系统，电检台增加推力测试holder。

3）公端子变形故障主要涉及运输和保存环境，容易受外物碰撞损伤端子。

4）建议采用专用工装包装或增加气包袋防护。

5）公母插件装配不到位或异常导致端子接触不良导致报故障。

6）建议完善SOP 资料及现场装配指导教学。

7）建议在基地商检线增加故障码读取拦截程序。

8）排查过程需要遵守先后顺序，维护现场环境状态，逐步缩小故障范围，经过模拟验证最终锁定故障原因。