隨著國家對汽車尾氣排放標準的要求不斷提高，普通的加熱、開關型氧傳感器已不能滿足尾氣排放高標準的要求，取而代之的是測量范圍更廣的寬帶型廢氣氧傳感器(以下簡稱寬帶氧傳感器)。本文以帕薩特領馭BGC發(fā)動機和桑塔納志俊BK T發(fā)動機的前氧傳感器為例，對寬帶氧傳感器的工作原理及檢測進行詳細介紹。

一、工作原理

       1.前氧傳感器的安裝位置及插頭帕薩特領馭BGC發(fā)動機、桑塔納志俊

BKT發(fā)動機的前氧傳感器都采用了寬帶氧傳感器(BOSCH LSU4.2型)，后氧傳感器為普通的加熱、開關型氧傳感器。前氧傳感器安裝在三元催化器的前方，有5根線、6個接線端子。

      2.微調(diào)電阻

帕薩特領馭BGC發(fā)動機、桑塔納志俊BK T發(fā)動機的前氧傳感器從表面上看只有5根線(2＃端子未接線)，但是傳感器側插頭T6t(T6m公頭)的2＃與6＃之間串聯(lián)了一個微調(diào)電阻(圖1)，因此前氧傳感器具有6個接線端子。

 圖1 傳感器側插頭內(nèi)置微調(diào)電阻

      3.電路圖修改

    通過實測B GC、BK T發(fā)動機前氧傳感器的微調(diào)電阻值(在傳感器側插頭T6t或T6m公頭上的2＃與6＃之間)，可以發(fā)現(xiàn)大眾汽車提供的原廠電路圖明顯存在錯誤，我們對其進行修改見圖2、圖3。

4.工作原理

     (1)結構及工作原理

寬帶型氧傳感器是以普通的加熱、開關型二氧化鋯氧傳感器為基礎擴展而成，其結構主要包括氧濃度差電池、泵電池、擴散室、參考室和加熱器等(圖4)。

       廢氣通過擴散孔進入擴散室(稱“取樣廢氣”)，若擴散室中取樣廢氣的氧濃度和參考室中空氣的氧濃度不同，氧濃差電池的兩電極(電極C、D)間會產(chǎn)生氧濃度差電池電壓(即Nernst電壓)。

      氧化鋯型氧傳感器有一特性，即當氧離子移動時會產(chǎn)生電動勢，反之，若將電動勢加在氧化鋯組件上，會造成氧離子的移動。根據(jù)此原理，通過寬帶氧傳感器的控制器(內(nèi)置于發(fā)動機控制單元ECU中)改變泵電壓的大小和方向可改變寬帶氧傳感中氧離子的擴散方向和速率(泵入或泵出擴散室)，使氧濃度差電池輸出電壓維持在0.45V。

      (2)控制器

       寬帶氧傳感器與普通氧傳感器不同，必須設計專用的控制器?？刂破鹘Y構見圖5，控制器主要包括溫度檢測、加熱控制、泵電流控制與測量、泵電流校正標定等功能模塊。

 圖5 控制器結構示意圖

       寬帶氧傳感器的溫度檢測條件是當寬帶氧傳感器溫度為750℃時，氧濃度差電池的內(nèi)阻為8 0Ω，通過測量氧濃度差電池的內(nèi)阻可以感知氧傳感器的溫度信息。利用氧濃度差電池的交流電壓來檢測內(nèi)阻，通過對氧傳感器的溫度檢測，輸出占空比控制信號并驅(qū)動加熱電路，使氧傳感迅速達到并維持750℃的正常工作溫度。寬帶氧傳感器的加熱速度比普通氧傳感器更快。

    (3)信號電壓

    寬帶氧傳感器輸出的信號電壓是利用氧濃度差電池的直流通道信息，經(jīng)過比較、計算輸出的泵電壓，經(jīng)過61.9Ω電阻測量轉換成泵電流，再經(jīng)過信號處理、標定而形成的。因此，利用萬用表在寬帶氧傳感器的6個端子上直接測量寬帶氧傳感器的輸出電壓是不可能實現(xiàn)的，必須通過診斷儀讀取數(shù)據(jù)流(選擇車型，進入發(fā)動機電控系統(tǒng)01、選擇讀取數(shù)據(jù)流08、選擇組號33，以下簡稱01-08-33)。

二、常見故障及診斷

    1.常見故障

(1)寬帶氧傳感器中毒。氧傳感器中毒主要指鉛中毒和硅中毒，會造成氧傳感器性能老化甚至失效。

(2)寬帶氧傳感器積炭。由于發(fā)動機燃燒性變差，在氧傳感器表面形成積炭，或氧傳感器內(nèi)部進入了油污、塵埃、沉積物，阻礙或阻塞外部空氣進入氧傳感器內(nèi)部，使氧傳感器輸出的信號失準，ECU不能及時地修正空燃比。

(3)寬帶氧傳感器陶瓷碎裂。氧傳感器的陶瓷硬而脆，用硬物敲擊或用強烈氣流吹洗都可能使其碎裂而失效。

(4)加熱器電阻絲燒斷。若寬帶氧傳感器加熱器的電阻絲斷路，其加熱功能失效，發(fā)動機工作時很難達到寬帶氧傳感器所需的正常工作溫度，傳感器會失效。

(5)寬帶氧傳感器連接插頭故障。

(6)寬帶氧傳感器與控制器之間的導線斷路及短路故障。

    2.通過寬帶氧傳感器外觀顏色進行故障診斷從排氣管上拆下氧傳感器，檢查傳感器外殼上的通氣孔有無堵塞，陶瓷芯有無破損，如有破損，則應更換氧傳感器。另外，通過觀察氧傳感器頂尖部位的顏色也可以判斷故障現(xiàn)象，寬帶氧傳感器的正常顏色是淡灰色，頂部顏色發(fā)生變化，氧傳感器存在以下故障或故障隱患：頂尖呈黑色是積炭污染造成的，拆下清除積炭一般可以正常使用；頂尖呈棕色是鉛污染造成的，頂尖呈白色是硅污染造成的，這種情況需要(輸出電壓值、動態(tài)系數(shù)及是否老化)及信號電壓變化頻率確定是否需要更換。

三、寬線路檢測

1.萬用表測量

(1)測量電阻值通過對B GC、BK T發(fā)動機的前氧傳感器的原理分析可以看出，利用萬用表能夠進行特定電阻值測量，測量結果見表1。
 

表1 寬帶氧傳感器的測量 

(2)測量電壓值

關閉點火開關，拔下前氧傳感器的插頭，點火開關置于ON位，在線束側插頭測量各端子的電壓值。

打開點火開關，用萬用表在線束側插頭測量寬帶氧傳感器各端子靜態(tài)電壓值，能有效檢查傳感器至控制器的線路及控制器自身存在的故障點。線束側測量寬帶氧傳感器的1＃與5＃端子之間的電壓差應該為0.45V左右；2＃、6＃端子的電壓值應相等；3＃端子為電源電壓(注意BGC發(fā)動機由于接燃油泵繼電器后電源，點火開關打開后，只有2s左右的時間有電壓)，4＃端子為加熱器的控制端，由控制器(ECU內(nèi))控制。

2.診斷儀測量

(1)讀取故障碼當寬帶氧傳感器及線路出現(xiàn)故障時，應首先用診斷儀讀取故障信息。以下是利用BOSCH金德K T600診斷儀對BGC、BKT發(fā)動機讀取故障碼信息。

①故障碼P0030

拔下前氧傳感器的插頭，啟動發(fā)動機，只能讀取到P 0 03 0故障碼，其含義為“汽缸列1-傳感器1加熱電路斷路”，此時并不能讀取到有關氧濃度差電池及泵電池的故障碼。

②故障碼P0130當寬帶氧傳感器與控制器之間的導線1＃與5＃之間短路或者寬帶氧傳感器鐵短路時，能讀取到P0130故障碼，其含義是“汽缸列1-傳感器1電路中電氣故障”。

(2)讀取數(shù)據(jù)流

寬帶氧傳感的信號電壓在傳感器的6個端子上是無法直接測量的，只能利用診斷儀讀取該數(shù)值。連接診斷儀，選擇車型、發(fā)動機系統(tǒng)(01)，選擇讀數(shù)據(jù)流(08)，輸入組號就可以讀取相關的數(shù)據(jù)流。

3.寬帶氧傳感的信號電壓異常值

發(fā)動機工作時，寬帶氧傳感器的信號電壓值應在1～2V之間來回變化，當電壓信號低于1.5V時，說明混合汽過濃；當電壓信號高于1.5V時，說明混合汽過稀。當寬帶氧傳感器及線路出現(xiàn)故障時，寬帶氧傳感器的控制器會輸出固定電壓信號，發(fā)動機ECU據(jù)此診斷出故障并輸出故障信息。

4.波形讀取利用專用示波器或者診斷儀自帶的示

波功能可以讀取波形：寬帶氧傳感的加熱控制電壓波形、泵電壓波形、氧濃度差電池(直流通道)電壓波形、氧濃度差電池(交流通道)電壓波形、在2＃、6＃端子實測電壓波形(雙通道)、在1＃、5＃端子實測電壓波形(雙通道)、在1＃端子實測波形以及在1＃與

5＃端子間實測電壓波形。