宽带氧传感器检测：宽带氧传感器原理及检测

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随着国家对汽车尾气排放标准的要求不断提高，普通的加热、开关型氧传感器已不能满足尾气排放高标准的要求，取而代之的是测量范围更广的宽带型废气氧传感器(以下简称宽带氧传感器)。本文以帕萨特领驭BGC发动机和桑塔纳志俊BK T发动机的前氧传感器为例，对宽带氧传感器的工作原理及检测进行详细介绍。
一、工作原理
  1.前氧传感器的安装位置及插头帕萨特领驭BGC发动机、桑塔纳志俊
BKT发动机的前氧传感器都采用了宽带氧传感器(BOSCH LSU4.2型)，后氧传感器为普通的加热、开关型氧传感器。前氧传感器安装在三元催化器的前方，有5根线、6个接线端子。
 2.微调电阻
帕萨特领驭BGC发动机、桑塔纳志俊BK T发动机的前氧传感器从表面上看只有5根线(2＃端子未接线)，但是传感器侧插头T6t(T6m公头)的2＃与6＃之间串联了一个微调电阻(图1)，因此前氧传感器具有6个接线端子。
图1 传感器侧插头内置微调电阻
 3.电路图修改
通过实测B GC、BK T发动机前氧传感器的微调电阻值(在传感器侧插头T6t或T6m公头上的2＃与6＃之间)，可以发现大众汽车提供的原厂电路图明显存在错误，我们对其进行修改见图2、图3。

4.工作原理
(1)结构及工作原理
宽带型氧传感器是以普通的加热、开关型二氧化锆氧传感器为基础扩展而成，其结构主要包括氧浓度差电池、泵电池、扩散室、参考室和加热器等(图4)。
  废气通过扩散孔进入扩散室(称“取样废气”)，若扩散室中取样废气的氧浓度和参考室中空气的氧浓度不同，氧浓差电池的两电极(电极C、D)间会产生氧浓度差电池电压(即Nernst电压)。
 氧化锆型氧传感器有一特性，即当氧离子移动时会产生电动势，反之，若将电动势加在氧化锆组件上，会造成氧离子的移动。根据此原理，通过宽带氧传感器的控制器(内置于发动机控制单元ECU中)改变泵电压的大小和方向可改变宽带氧传感中氧离子的扩散方向和速率(泵入或泵出扩散室)，使氧浓度差电池输出电压维持在0.45V。
 (2)控制器
  宽带氧传感器与普通氧传感器不同，必须设计专用的控制器。控制器结构见图5，控制器主要包括温度检测、加热控制、泵电流控制与测量、泵电流校正标定等功能模块。
图5 控制器结构示意图

宽带氧传感器的温度检测条件是当宽带氧传感器温度为750℃时，氧浓度差电池的内阻为8 0Ω，通过测量氧浓度差电池的内阻可以感知氧传感器的温度信息。利用氧浓度差电池的交流电压来检测内阻，通过对氧传感器的温度检测，输出占空比控制信号并驱动加热电路，使氧传感迅速达到并维持750℃的正常工作温度。宽带氧传感器的加热速度比普通氧传感器更快。
(3)信号电压
宽带氧传感器输出的信号电压是利用氧浓度差电池的直流通道信息，经过比较、计算输出的泵电压，经过61.9Ω电阻测量转换成泵电流，再经过信号处理、标定而形成的。因此，利用万用表在宽带氧传感器的6个端子上直接测量宽带氧传感器的输出电压是不可能实现的，必须通过诊断仪读取数据流(选择车型，进入发动机电控系统01、选择读取数据流08、选择组号33，以下简称01-08-33)。
二、常见故障及诊断
1.常见故障
(1)宽带氧传感器中毒。氧传感器中毒主要指铅中毒和硅中毒，会造成氧传感器性能老化甚至失效。
(2)宽带氧传感器积炭。由于发动机燃烧性变差，在氧传感器表面形成积炭，或氧传感器内部进入了油污、尘埃、沉积物，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。
(3)宽带氧传感器陶瓷碎裂。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。
(4)加热器电阻丝烧断。若宽带氧传感器加热器的电阻丝断路，其加热功能失效，发动机工作时很难达到宽带氧传感器所需的正常工作温度，传感器会失效。
(5)宽带氧传感器连接插头故障。
(6)宽带氧传感器与控制器之间的导线断路及短路故障。
2.通过宽带氧传感器外观颜色进行故障诊断从排气管上拆下氧传感器，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。另外，通过观察氧传感器顶尖部位的颜色也可以判断故障现象，宽带氧传感器的正常颜色是淡灰色，顶部颜色发生变化，氧传感器存在以下故障或故障隐患：顶尖呈黑色是积炭污染造成的，拆下清除积炭一般可以正常使用；顶尖呈棕色是铅污染造成的，顶尖呈白色是硅污染造成的，这种情况需要(输出电压值、动态系数及是否老化)及信号电压变化频率确定是否需要更换。
三、宽线路检测
1.万用表测量
(1)测量电阻值通过对B GC、BK T发动机的前氧传感器的原理分析可以看出，利用万用表能够进行特定电阻值测量，测量结果见表1。

表1 宽带氧传感器的测量
(2)测量电压值

关闭点火开关，拔下前氧传感器的插头，点火开关置于ON位，在线束侧插头测量各端子的电压值。
打开点火开关，用万用表在线束侧插头测量宽带氧传感器各端子静态电压值，能有效检查传感器至控制器的线路及控制器自身存在的故障点。线束侧测量宽带氧传感器的1＃与5＃端子之间的电压差应该为0.45V左右；2＃、6＃端子的电压值应相等；3＃端子为电源电压(注意BGC发动机由于接燃油泵继电器后电源，点火开关打开后，只有2s左右的时间有电压)，4＃端子为加热器的控制端，由控制器(ECU内)控制。
2.诊断仪测量
(1)读取故障码当宽带氧传感器及线路出现故障时，应首先用诊断仪读取故障信息。以下是利用BOSCH金德K T600诊断仪对BGC、BKT发动机读取故障码信息。
①故障码P0030
拔下前氧传感器的插头，启动发动机，只能读取到P 0 03 0故障码，其含义为“汽缸列1-传感器1加热电路断路”，此时并不能读取到有关氧浓度差电池及泵电池的故障码。
②故障码P0130当宽带氧传感器与控制器之间的导线1＃与5＃之间短路或者宽带氧传感器铁短路时，能读取到P0130故障码，其含义是“汽缸列1-传感器1电路中电气故障”。
(2)读取数据流
宽带氧传感的信号电压在传感器的6个端子上是无法直接测量的，只能利用诊断仪读取该数值。连接诊断仪，选择车型、发动机系统(01)，选择读数据流(08)，输入组号就可以读取相关的数据流。
3.宽带氧传感的信号电压异常值
发动机工作时，宽带氧传感器的信号电压值应在1～2V之间来回变化，当电压信号低于1.5V时，说明混合汽过浓；当电压信号高于1.5V时，说明混合汽过稀。当宽带氧传感器及线路出现故障时，宽带氧传感器的控制器会输出固定电压信号，发动机ECU据此诊断出故障并输出故障信息。
4.波形读取利用专用示波器或者诊断仪自带的示
波功能可以读取波形：宽带氧传感的加热控制电压波形、泵电压波形、氧浓度差电池(直流通道)电压波形、氧浓度差电池(交流通道)电压波形、在2＃、6＃端子实测电压波形(双通道)、在1＃、5＃端子实测电压波形(双通道)、在1＃端子实测波形以及在1＃与
5＃端子间实测电压波形。

宽带氧传感器检测：宽带氧传感器的工作原理与检测方法

随着汽车排放限值要求的不断提高，传统开关型氧传感器已不能满足需要，取而代之的是控制精度更高的线'陛宽带氧传感器（ UniversalExhaust Gas Oxygen Sensor，简称UEGO）。宽带氧传感器能够提供更准确的空燃比反馈信号给ECU ,ECU依此信号精确地控制喷油时间，可使发动机经济性与排放性达到更高水准。
一、宽带氧传感器的组成
宽带氧传感器是以普通加热型开关式氧化错型氧传感器为基础扩展而来，由普通加热型氧化错氧传感器和泵氧元2部分组成，如图1所示。
第一部分是普通加热型氧化错氧传感器，氧化错组件的2个电极，1个处于空气室，另一个处于测量室。空气室与外界大气相通，测量室通过单元泵与尾气相通，尾气中的氧通过单元泵输送到测量室中。由于氧化错组件内外2侧的氧含量不同，在2电极间会产生电动势，称为能斯特电池。为使氧化错组件能极早投入工作，其上加装有加热装置，加热装置的工作受ECU控制。
第二部分是泵氧元，又称为单元泵。单元泵一侧通尾气，另一侧通测量室。氧化错型氧传感器有一特性，即当氧离子移动时会产生电动势。反之，若将电动势加在氧化错组件上，则会造成氧离子的移动。单元泵是利用氧化错传感器的反作用原理来工作的。将电压施加于氧化错组件上，推动氧离子的移动，将尾气中的氧泵入测量室中。加在单元泵上的电压越高，氧离子的移动速度越快，单位时间内泵入测量室中的氧离子数量越多。
二、宽带氧传感器的工作原理
发动机正常工作时，ECU通过改变单元泵电流来调节泵氧速度，将能斯特电池的电压值维持在450mV。这种不断变化的单元泵电流经ECU处理后形成宽带氧传感器的信号，ECU依此信号对空燃比进行闭环控制，使三元催化反应器的转换效率达到理想状态。具体调节过程如下：
1．混合气过浓
混合气过浓时，尾气中的氧含量少，倘若单元泵以原来的工作电流工作，测量室的氧量将不足，能斯特电池电压值会超过450mV。此时ECU增大单元泵的工作电流，增加泵氧速度，使测量室中的氧量增加，能斯特电池电压值又恢复到450mV，如图2所示。同时，ECU根据氧传感器电压值来减少喷油量。
2．混合气过稀
混合气过稀时，排气中的氧含量多，倘若单元泵仍以原来的工作电流工作，测量室的氧量将增多，能斯特电池电压值会低于450mV。此时ECU减小单元泵的工作电流，减小泵氧速度，使测量室中的氧量减少，能斯特电池电压值又恢复到450mV，如图3所示。同时，ECU根据氧传感器信号电压值增加喷油量。
三、宽带氧传感器的检测
图4为桑塔纳3000及帕萨特领驭1.8T轿车装备的前氧（G39）与后氧（G130）传感器线路连接情况。前氧传感器G39，安装在三元催化器前方，采用了宽带氧传感器，主要是对空燃比进行精确控制。后氧传感器G130安装在三元催化器后方，仍为普通加热型开关式氧传感器，主要是监控三元催化器的转换效率。
对前氧传感器G39来说，传感器侧插头的2号与6号端子之间串联了1个微调电阻，阻值约125ω。端子3,4为加热器供电，来自油泵继电器的12V电压由3号端子输入，4号端子由ECU控制搭铁。加热器电阻约为3ω（正常值为2～5ω）。
 用万用表检测宽带氧传感器的方法：
点火开关转至OFF，拔下前氧传感器的插头，打开点火开关，在线束侧测量各插头端子的电压值。1号与5号端子之间的电压差应为0.45V左右；3号端子对地电压为12V, 2s后为变为0V，这是因为点火开关转到ON位置不启动车辆时，ECU控制油泵继电器只有2s左右的通电时间。
 用诊断仪检测宽带氧传感器的方法：
 利用万用表在宽带氧传感器端子上直接测量传感器的输出电压是不可能的，必须通过诊断仪读取数据流，帕萨特领驭轿车宽带氧传感器动态数据流组号为330宽量程氧传感器的电压规定值为1.0V～2.0V。电压值大于1.5V时混合气过稀（氧多），电压值小于1.5V时混合气过浓（氧少）。
实际检测时，可人为控制混合气过浓与过稀，以此来读取相应的数据流。从帕萨特领驭轿车进气歧管上拔掉一根真空管，使混合气变稀，此时会看到宽带氧传感器的电压值大于1.5V；从空气滤清器入口喷入发动机清洗剂，使混合气变浓，此时会看到宽带氧传感器的电压值小于1.5V 5变化非常明显。

宽带氧传感器检测：宽带氧传感器的工作原理与检测方法

描述
　　宽带氧传感器作用和结构
　　用宽带氧传感器可以在0.8～2.5之间无级地测量燃油空气比（连续的特性线）。宽带氧传感器以比常规氧传感器更低的加热功率工作。此外，宽带氧传感器可更快达到准备就绪状态。
　　宽带氧传感器的传感器机构由二氧化错陶瓷层（层压板）组成，如图1所示。嵌人层压板中的加热元件负责将工作温度快速提高到至少750℃的必要温度。宽带氧传感器有两个元件，即所谓的测量元件和参考元件。两个元件都涂有铂电极。
　　宽带氧传感器的工作原理
　　发动机正常工作时，ECU通过改变单元泵电流来调节泵氧速度，将能斯特电池的电压值维持在450mV。这种不断变化的单元泵电流经ECU处理后形成宽带氧传感器的信号，ECU依此信号对空燃比进行闭环控制，使三元催化反应器的转换效率达到理想状态。具体调节过程如下：
　　1．混合气过浓
　　混合气过浓时，尾气中的氧含量少，倘若单元泵以原来的工作电流工作，测量室的氧量将不足，能斯特电池电压值会超过450mV。此时ECU增大单元泵的工作电流，增加泵氧速度，使测量室中的氧量增加，能斯特电池电压值又恢复到450mV，如图2所示。同时，ECU根据氧传感器电压值来减少喷油量。
　　2．混合气过稀
　　混合气过稀时，排气中的氧含量多，倘若单元泵仍以原来的工作电流工作，测量室的氧量将增多，能斯特电池电压值会低于450mV。此时ECU减小单元泵的工作电流，减小泵氧速度，使测量室中的氧量减少，能斯特电池电压值又恢复到450mV，如图3所示。同时，ECU根据氧传感器信号电压值增加喷油量。
　　宽带氧传感器的检测
　　图4为桑塔纳3000及帕萨特领驭1.8T轿车装备的前氧（G39）与后氧（G130）传感器线路连接情况。前氧传感器G39，安装在三元催化器前方，采用了宽带氧传感器，主要是对空燃比进行精确控制。后氧传感器G130安装在三元催化器后方，仍为普通加热型开关式氧传感器，主要是监控三元催化器的转换效率。
　　对前氧传感器G39来说，传感器侧插头的2号与6号端子之间串联了1个微调电阻，阻值约125ω。端子3，4为加热器供电，来自油泵继电器的12V电压由3号端子输入，4号端子由ECU控制搭铁。加热器电阻约为3ω（正常值为2～5ω）。
　　用万用表检测宽带氧传感器的方法：
　　点火开关转至OFF，拔下前氧传感器的插头，打开点火开关，在线束侧测量各插头端子的电压值。1号与5号端子之间的电压差应为0.45V左右；3号端子对地电压为12V， 2s后为变为0V，这是因为点火开关转到ON位置不启动车辆时，ECU控制油泵继电器只有2s左右的通电时间。
　　用诊断仪检测宽带氧传感器的方法：
　　利用万用表在宽带氧传感器端子上直接测量传感器的输出电压是不可能的，必须通过诊断仪读取数据流，帕萨特领驭轿车宽带氧传感器动态数据流组号为330宽量程氧传感器的电压规定值为1.0V～2.0V。电压值大于1.5V时混合气过稀（氧多），电压值小于1.5V时混合气过浓（氧少）。
　　实际检测时，可人为控制混合气过浓与过稀，以此来读取相应的数据流。从帕萨特领驭轿车进气歧管上拔掉一根真空管，使混合气变稀，此时会看到宽带氧传感器的电压值大于1.5V；从空气滤清器入口喷入发动机清洗剂，使混合气变浓，此时会看到宽带氧传感器的电压值小于1.5V 5变化非常明显。
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1、宽带氧传感器的工作原理与检测方法 随着汽车排放限值要求的不断提高，传统开关型氧传感器已不能满足需要， 取而代之的是控制精度更高的线性宽带氧传感器 (Universal Exhaust Gas Oxygen Sensor,简称UEGO)宽带氧传感器能够提供准确的空燃比反馈信号给ECU, ECU 依此信号精确地控制喷油时间，使发动机经济性与排放性达到较高水准。 一、宽带型氧传感器的组成 宽带型氧传感器是以普通加热型开关式氧化锆型氧传感器为基础扩展而来。 氧化锆型氧传感器有一特性，即当氧离子移动时会产生电动势。反之，若将电 动势加在氧化锆组件上，则会造成氧离子的移动。宽带型氧传感器有两部分组 成，如

2、图 1 所示。 第一部分是普通加热型氧化锆型氧传感器， 氧化锆组件的两个电极一个处于 空气室，另一个处于测量室。空气室与外界大气相通，测量室通过单元泵与排 气相通，排气中的氧通过单元泵输送到测量室中。由于氧化锆组件内外两侧的 氧含量不同，在两电极间会产生电动势，称为能斯特电池。为使氧化锆组件能 极早投入工作，设置了加热装置，加热装置的工作受电脑控制。 第二部分是泵氧元，又称为单元泵。单元泵一侧通排气，另一侧通测量室。 单元泵是利用氧化锆传感器的反作用原理来工作的。将电压施加于氧化锆组件 上，推动氧离子的移动，将排气中的氧泵入测量室中。形象一点讲，加在单元 泵上的电压越高，氧离子的移动速度越快，

3、单位时间内泵入测量室中的氧离子 数量越多。 02Oz。2 电电电 电电 图1宽带型氧传感器的主要组成部件 二、宽带氧传感器的工作原理 发动机正常工作时，电脑通过改变单元泵电流来调节泵氧速度，将能斯特电 池的电压值维持在 450mV。这种不断变化的单元泵电流经电脑处理后形成宽带 氧传感器的信号，电脑依此信号对空燃比进行闭环控制，使三元催化反应器的 转换效率达到理想状态。具体调节过程如下： 1混合气过浓 混合气过浓时，排气中的氧含量少，倘若单元泵以原来的工作电流工作， 测量室的氧量将不足，能斯特电池电压值会超过 450mV。此时控制单元增大单 元泵的工作电流，增加泵氧速度，使测量室中的氧量增加，能

4、斯特电池电压值 又恢复到450mV，如图2所示。同时，控制单元根据氧传感器电压值来减少喷 油量。 02 02 02 02 02 02 02 02 450 (a)能 450mV 02 (b能斯特电池电压值恢复为450mV 图2混合气过浓时的调节过程 2混合气过稀 混合气过稀时，排气中的氧含量多，倘若单元泵仍以原来的工作电流工作， 测量室的氧量将增多，能斯特电池电压值会低于450mV。此时控制单元减小单 元泵的工作电流，减小泵氧速度，使测量室中的氧量减少，能斯特电池电压值 又恢复到450mV,如图3所示。同时，控制单元根据氧传感器信号电压值增加 喷油量。 0202。2 （a）电电能斯特电池电压4值

5、小于450mV 能斯特电池电压值恢复为450mV 图3混合气过稀时的调节过程 、宽带氧传感器的检测 图4为桑塔纳3000及帕萨特领驭轿车装用的前氧（G39）与后氧（G130） 传感器线路连接情况。前氧传感器G39,安装在三元催化器前方，采用了宽带型 氧传感器，主要是对空燃比进行精确控制。后氧传感器 G130安装在三元催化器 后方，仍为普通加热型开关式氧传感器，主要是监控三元催化器的转换效率。 对前氧传感器G39来说，传感器侧插头的2号与6号端子之间串联了一个 微调电阻，阻值约125Q。端子3与4为加热器供电，来自油泵继电器的 12V 电由3号端子输入，4号端子由电脑控制搭铁。加热器电阻约为 3

6、Q （正常值为 2-5 Q 图4大众车前氧与后氧传感器线路连接 宽带氧传感器的万用表检测： 点火开关OFF，拔下前氧传感器的插头，点火开关 ON,在线束侧插头测量 各端子的电压值。1号与5号端子之间的电压差应为左右；3号端子对地电压为 12V，2S后为变为0,这是因为点火开关打到 ON位置不打车，电脑控制油泵继 电器只有2S左右的通电时间。 宽带氧传感器的诊断仪检测: 利用万用表在宽带氧传感器端子上直接测量传感器的输出电压是不可能 的，必须通过诊断仪读取数据流，帕萨特领驭轿车宽带氧传感器动态数据流组 号为33。宽量程氧传感器的电压规定值为。 电压值大于时混合气过稀（氧多）， 电压值小于时混合气过浓（氧少）。 实际检测时，可人为造成混合气过浓与过稀，以此来读取相应的数据流。 从帕萨特领驭轿车进气歧管上拔掉一根真空管，使混合气变稀，此时会看到宽 带氧传感器的电压值大于；从空气滤清器入口喷入化油器清洗剂，使混合气变 浓，此时会看到宽带氧传感器的电压值小于，变化非常明显。 附作者信息： 姓名：赵锦强 工作单位：威海职业学院