OBD-Ⅱ后氧传感器故障诊断

OBD-Ⅱ后氧传感器故障诊断

摘要：后氧传感器是为满足OBD-Ⅱ新增的传感器，其三个作用：监测前氧传感器、监测三元催化器、对老化的前氧传感器进行空燃比修正。现对后氧传感器的相关故障进行解释。

在使用三元催化转换器以减少排气污染的发动机上，氧传感器是必不可少的元件。由于混合气的空燃比一旦偏离理论空燃比，三元催化剂对CO、HC和NOx 的净化能力将急剧下降，故在排气管中安装氧传感器，用以检测排气中氧的浓度，并向ECU发出反馈信号，再由ECU控制喷油器喷油量的增减，从而将混合气的空燃比控制在理论值附近。一般情况下，电喷车分前，后两个氧传感器。前氧传感器的作用就是在“闭环控制”的时候，向发动机电脑反馈排放废气中氧含量，发动机电脑根据此信号修正喷油量。后氧传感器安装在三元催化转换器的后方，后氧传感将三元催化转换器后方的氧含量反馈给发动机电脑，发动机电脑将两个氧传感器的信号进行对比，判断三元催化转化器的转化效率。空燃比对排气中碳氢化合物（HC）和一氧化碳（CO）的含量有很大影响，在空燃比低于14.7：1时，HC及CO含量降低；如果空燃比高于14.7：1时，HC及CO含量迅速上升。但是，降低空燃比会导致燃烧温度升高，排气中的氮氧化合物（NOX）升高。所以，理想的空燃比应在接近14.7：1的很小范围内。另外三元催化转化器的转化效率只有在空气系数为1的很小范围内最高。如图1所示三元催化转化器对发动机的排放控制具有极其重要的意义。第二代车载故障诊断系统(OBD-Ⅱ)具有对三元催化转化器进行故障诊断的功能。

图1 三元催化转换效率图

正常运行的三元催化转化器因其储氧能力而使后氧传感器的动态响应与前氧传感器相比明显差，后氧传感器动态响应曲线的振幅非常小(图2a)。反之，如果后氧传感器信号电压的波形非常接近前氧传感器，只不过相位略滞后(图2b)，则ECU认为三元催化转化器效率过低。因此通过观察前氧传感器和后氧传感器的波形就能判断三元催化转化器是否失效。

图2a正常图形图2b 非正常图形

氧传感器一旦出现故障，将使电子燃油喷射系统的电脑不能得到排气管中氧浓度的信息，因而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，发动机出现怠速不稳、缺火、喘振等故障现象。因此，必须及时的排除故障或更换。现对后氧传感器的相关故障进行解释：

一、P0137/P0138/P0140部分

运行条件：

a.发动机运转并经过充分热机

b.排气温度在300~800℃范围内

c.氧传感器处于全功率加热状态下

修复条件：

a. 满足上述运行条件

b.氧传感器信号电路电压正常

c.无任何相关故障发生

A. P0137后氧传感器信号电路电压过低（图3）

图3后氧传感器电压过低的判断

故障条件：

a.发动机经过充分冷却后进行重新起动时，系统发现后氧传感器信号电路电压<0.1V

b.闭环控制时，系统发现后氧传感器信号电路电压长时间<0.1V

故障原因：后氧传感器电路对地短路等。

B. P0138后氧传感器信号电路电压过高（图4）

图4 后氧传感器电压过高的判断

故障条件：

后氧传感器信号电路电压>1V

故障原因：后氧传感器电路对电源短路等

C. P0140后氧传感器信号电路故障（图5）

故障条件：后氧传感器信号电路电压一直限制在0.4~0.6V的“不工作区域”内故障原因：后氧传感器电路断路或陶瓷体破裂等

后氧传感器P0137/P0138/P0140的失效保护模式

a. 关闭后氧传感器控制功能

b. 关闭后氧传感器老化诊断功能

c. 关闭TWC转化效率的相关诊断功能

图5后氧传感器不工作（左图正常，右图有故障）

二、P2270/P2271部分

系统为了实现对后氧传感器老化进行监测，在限定的时间段内观察氧传感器信号电压是否至少围绕目标值变化一次。如果传感器电压一直保持高于或低于目标值并且超过了限定时间，系统就会自动启动“波动检查”。系统通过加浓或减稀操作，观察传感器电压是否按照期望的方向变化，从而实现故障诊断。

A.P2271后氧传感器老化-稀偏移（图6）

图6后氧传感器稀偏移诊断（左图正常，右图有故障）

B. P2270后氧传感器老化-浓偏移

运行条件：发动机在稳定工况下运转，且无后氧传感器信号电路故障故障条件：在“波动检查”时，系统通过减稀混合气后仍发现传感器信号电压过高故障原因：后氧传感器陶瓷体受到污染或自身故障等。

图7后氧传感器浓偏移诊断（左图正常，右图有故障）

P2270/P2271失效保护模式

a.关闭后氧传感器控制功能

b.关闭三元催化器转化效率的相关诊断功能