一篇文章讲透氮氧传感器！

柴油车排放法规越来越严，而氮氧传感器作为后处理系统最贵的一个传感器，它是怎么工作的？出现故障后又该如何解决？今天我为大家详细讲解氮氧传感器的工作原理及故障。

一、传感器结构介绍

目前氮氧化合物传感器只能用于测量出口NOx的值。它通过车身总线与ECM通讯，同时在NOx传感器总成内部也有自诊断系统，传感器监测自身的工作情况并通过车身CAN总线向ECM汇报是否出现故障。整个NOx传感器总成是一个零件！

1.1. 氮氧传感器类型

● 按品牌分类：潍柴、玉柴、锡柴、上柴、重汽、康明斯等等。

● 按供电电压分类: 24V跟12V两种。

● 按插头分类：五针和四针两种。

1.2. 氮氧传感器测量的参数及范围

1.3.氮氧传感器结构组成

氮氧化合物传感器由传感器探头、控制模块、连接插头和连接电缆组成。

1.4.传感器插头

1.5.传感器探头

1.6.HD、HF型探头内部结构

1.7.Bc4型探头内部结构

二、传感器工作测量原理

2.1.监控诊断

氮氧化合物传感器在正常工作后实时的把排气中NOx值传送到ECU。ECU并不是通过监测实时的NOx值来判断排气是否合格，而是通过一套氮氧化物监测程序来对排气中的NOx值是否超标进行检测。

以下条件必须满足，以运行NOx监控

● 没有冷却水温度传感器相关故障码

● 没有环境压力传感器相关故障码

● 冷却水温度高于70摄氏度

● 海拔低于1600米

● 在第一测量室内尾气中的氧气被泵出同时在铂金 材料上HC, CO, H2 被氧化。

● 第二测量室中，NOx在催化材料上还原同时释放出O2。

● 测量第二测量室产生O2的量就代表了NOx含量。

2.2.氮氧化物监控－常规监控

氮氧化物常规监控程序工作的条件为：

● 计量喷射量在800 to 3800 ml/h 6cyl engine.

600 to 3800 ml/h 4cy engine.

● 发动机转速范围在1400 - 1700 rpm 6 cylinder engine.

1400 – 1750 rpm 4 cylinder engine.

● Nox传感器给出一个相对稳定的读值

● 最少15秒钟稳定的喷油量

● 以上条件满足后，ECU将进行两次采样，然后将两次采样的值平均，得到的平均值与设定 好的限值进行比较。如果得到的平均值低于限值，NOx常规监控完成一次。如果得到的平均值高于限值将进入附加监控程序。欧5的发动机上不会执行附加监控程序，当第一次常规NOx监控不合格ECU会再运行一次常规监控程序。

● 第一个腔室 泵出了氧气但是剩下了NO。因为第一腔室有氧，所以还原反应不能发生。

● NO 渗透进入第二个腔室并被还原成氮气和氧气。

● 测量第二个腔室中被转换出来的氧气的含量。

2.3.氮氧化物监控－附加监控

在以下条件下运行附加监控程序:

● 第一次运行常规监控程序的结果超标

● 发动机转速范围在-1500 rpm 6 缸发动机1500 rpm 4 缸发动机

● 进入排气系统的NOx（NOx in）估算值在800 to 1800 ppm, 这就意味着发动机在有一定负荷的运转条件下计量泵在喷射计量状态

● NOx 传感器读值稳定

● 在以上条件满足后，系统将监测NOx值15秒钟然后给出一个读数平均值，接下来命令计量泵停止工作，然后再监测20秒后给出另一个读值平均值。将两次取得的读值平均值进行比，如果超过设定的阈值，将确认NOX超标。

● 如果在运行监控程序时上述的条件一旦不满足将退出附加监控程序，然后等条件再一次满足后重新执行附加监控。

● 一旦附加监控程序完成，ECU将对两组数据进行比较：如果两组数据差值过小，监测器会

● 记录一次错误，如果连续两次差值过小，故障代码将被记录，MIL灯将被点亮。如果前后两次取样差值大于预设值，监控通过

注意

只有在常规监控程序超差后才会执行附加监控程序。如果常规监控合格将不执行附加监控程序。

要想清除降扭的影响，监控程序必须运行，且结果必须达标。

百分比负荷与喷射量及催化器前氮氧化物值之间的关系如下：

● 负荷大于50%时喷射量超过：800ml/h 6缸发动机，600ml/h 4缸发动机；

● 6缸发动机负荷大于60%、4缸发动机负荷大于45%时，催化器前氮氧化物值将超过800ppm.

2.4.传感器的精度

三、传感器维修指导案例

3.1.传感器问题检测

探头老化检测不达标：当探头在加热高温突然遇到水，容易膨胀冷缩导致陶瓷开裂。

电路问题：当电路承受过大的电流和电压时容易损坏元器件。

氮氧化合物传感器室内理论ppm值为：0±20ppm

3.2.传感器探头更换演示

使用尿素泵检测设备检测“确定”是否氮氧ppm超标。

1、取下故障探头，将损坏的氮氧化合物传感器电缆线的外皮退去至电路板端，并使用胶布或扎带固定住，防止退回原始位置（如下图所示）。

2、在氮氧化合物传感器电缆线的中间位置将其剪断，取新探头，将8根电缆线对应相连接（如下图所示）。

3、探头匹配：将8条电缆线连接好后，使用尿素泵检测设备将新探头跟电路板进行匹配设置，直到新的探头和电路板成功匹配为止，（如下图所示）。

4、探头匹配成功后使用热缩管套入电缆线上，并使用烙铁将连接好的8条线进行焊接，焊接完成后将热缩管加热处理（如下图所示）。

5、将焊接好的传感器外皮退回原来位置并固定好（如下图所示）。

6、将维修完成的氮氧化合物传感器再次使用尿素泵检测设备测试确认正常。

四、传感器运输和储存注意事项

4.1.氮氧化合物传感器储存条件

氮氧化合物传感器原理决定了传感器的工作温度应大于600℃，故处于高温状态下的陶瓷感应体溅入的液态或水会非常敏感，液态或水会造成瞬间收缩造成机械应力损伤。

运输箱必须在密封的环境下运输和储存，推荐客户要保证传感器在最初的密封包装箱

内储存知道使用，储存温度范围为：-40℃至+105℃（无供电条件下）。

4.2.传感器存储注意事项

氮氧化合物传感器是极为敏感的产品，为避免损坏，请严格遵守以下操作指南：

● 机械振动：避免任何对传感器产生的任何机械振动，如果不小心将传感器跌落在地上，应做报废处理，注意：保护帽是为保护感应单元隔离灰尘和污垢，不是为保护机械振动的。

● 清洁：传感器应该在干净、干燥、无污染污垢和无坏气候条件（如水、冰雪、沙尘）条件下操作和储存，在安装感应原件到排气系统前拿掉保护帽后尽量避免任何灰尘、水、液体、污垢落在感应原件上。

● 上漆：不要在传感器的任何地方喷漆或涂鸦。

● 传感器的清洗：不要使用机械性、化学性以及压缩气体对传感器任何部件进行清洗那样会使传感器中毒或老化，感应原件和内部未连接的连接器不应接触任何液体。

● 电子插头：给传感器供电后，不要拔出连接器插头，这样会造成严重损坏发动机电子控制单元。

● 供电电压：不要将供电电压反向，连接器有保护反向安装的措施。

● 防静电：操作过程必须满足防静电

● 在组装线是储存和运输：请用合适的方式对传感器储存，避免任何潜在的机械振动，请单个拿传感器，避免成捆拿（如下图所示）。

1、不要将电缆线缠绕在传感器电子控制单元上方（如下图所示）

2、不要拖拽电缆线（如下图所示）

3、不要把电缆线打结（如下图所示）

4、不要折叠电缆线（如下图所示）

5、在感应单元索环处，电缆线弯曲半径要大于20mm（如下图所示）

6、支路电缆与传感器电子控制单元纵向轴角度应小于15度（如下图所示）

7、由于环境温度变化产生的水滴（如下图所示）

五、传感器装配及安装操作指南

5.1.传感器安装及注意事项

为将氮氧化合物传感器安装至尾气系统上，请使用完好、清洁、干燥的工具，务必使用标准扭矩扳手来紧固螺丝，当发现氮氧化合物传感器有机械损伤时，请勿安装。同时请遵照以下顺序安装：

1、用螺丝将传感器的电子控制单元固定在汽车的相应位置，依据螺丝类型确定相应的扭矩，扭矩最大容许力由安装表规定（＜60N/mm2）。

2、摘去传感器探头的保护盖，并勿使任何尘土弄脏被润滑的螺纹，请勿擦拭螺纹表面的防磨剂。

3、将传感器探头插入尾气系统的排气管，用手拧紧六角螺母，在拧六角螺母时，握住传感器触头底部，接触金属卡扣的部分，防止电缆线弯曲扭转。

4、最后用标准扭力扳手（推荐扭矩在50±10Nm之间）来紧固六角螺母，紧固后线缆的最大允许转角为180°。

5、将配对的插头连接到传感器电子控制单元部分的插座上，保证插座内清洁，为防止反接插头插座均使用了接插指示标号。

注意

若有多个传感器安装于该系统，请注意将不同安装位置（上游/下游）传感器的相应插头插座标号匹配正确，对于Uninox传感器，没有相应的标号，标准传输地址由pin5开路获得，另外的传输地址由pin5短路到GND获得，获得地址在设计汽车线路时确定。

不同安装位置（上游/下游）传感器标号匹配

5.2.氮氧化物电控模块安装时

需要注意连接电缆拉伸不能过紧，同时还要考虑到应力的释放。必须要考虑保护传感器模块，安装位置应避开排气系统高温的影响。为了保证传感器背面的透气膜片不被杂质堵塞、遮蔽或污染。

5.3.传感器拆卸及注意事项

若需要从尾气系统拆卸氮氧化合物传感器，请遵照以下顺序。

1、拆除传感器的电子控制单元部分与插座相连接的接插头，在氮氧化合物传感器上电时请勿拆除，带电拆除可能导致发动机电子控制单元的严重故障。

2、将传感器电子控制单元部分拆除。

3、将排气管上的传感器探头拆除

注意

为防止探头温度过高引起烫伤，请在传感器断电至少15分钟后进行拆除，一个传感器不能使用超过2个安装拆卸周期，因为传感器探头上螺纹的防磨剂会逐渐损耗，当需要更多次安装时需在螺纹处涂抹更多的防磨剂，推荐电子控制单元连接器的插头插拔次数不超过20次。

一般氮氧化合物传感器在车身上的安装位置

典型宽带氧传感器故障码分析（以宝马汽车为例）

故障码P0130 分析

（1）故障描述　三元催化转换器前氧传感器加热器故障。

（2）故障原因　该故障为电气故障。系统诊断监控三元催化转换器前氧传感器的温度。

（3）故障生成原理　如果三元催化转换器前氧传感器在加热后仍达不到工作温度，则会识别到故障，生成故障码P0130。

（4）故障识别条件

◎ 电压识别条件：车载网络电压在9～16V之间；

◎ 温度识别条件：发动机温度高于80℃。

（5）故障存储和显示　立刻记录故障，故障指示灯点亮。

（6）故障处理措施　检查发动机控制模块和三元催化转换器前氧传感器之间的电线束；更新三元催化转换器的前氧传感器。

故障码P0131 分析

（1）故障描述　三元催化转换器前氧传感器，对地短路。

（2）故障原因　可能的故障原因：废气催化转换器前氧传感器的电线束损坏；废气催化转换器前氧传感器损坏；发动机控制模块损坏。

（3）故障生成原理　该故障为信号线对地短路，诊断监控氧传感器内部组件的信息，故障可通过自诊断识别，生成故障码P0131。

（4）故障识别条件

◎ 电压条件：无

◎ 温度条件：无

◎ 时间条件：1s

◎ 其他条件：发动机运转，未存储其他故障

（5）故障存储和显示　如果故障存在时间超过0.5s，则被记录；发动机故障指示灯点亮。

（6）故障处理措施

◎ 检测废气催化转换器前氧传感器的电线束；

◎ 更新废气催化转换器前氧传感器；

◎ 更新发动机控制模块。

故障码P0132 分析（一）

（1）故障描述　三元催化转换器前氧传感器信号线对正极短路。

（2）故障原因　可能的故障原因：废气催化转换器前氧传感器的电线束损坏；废气催化转换器前氧传感器损坏；发动机控制模块损坏。

（3）故障生成原理　诊断系统监控内部氧传感器模块的信息。故障可通过自诊断识别，生成故障码P0132。

（4）故障识别条件　未存储其他故障，总线端15接通。

◎ 电压条件：无

◎ 温度条件：无

◎ 时间条件：1s

（5）故障存储和显示

◎ 故障存储条件：如果故障存在时间超过0.5s，则被记录。

◎ 故障显示：发动机故障指示灯点亮；电子式发动机功率下降，关闭；CC 信息，1 个。

（6）故障处理措施

◎ 检测废气催化转换器前氧传感器的电线束；

◎ 更新废气催化转换器前氧传感器；

◎ 更新发动机控制模块。

故障码P0132 分析（二）

（1）故障描述　如果在废气催化转换器前氧传感器正常运行期间此氧传感器信号的原始值超出极限值（极限值为3200mV），则记录该故障。

（2）故障识别条件　在监控时以下条件必须激活：校准未激活；氧传感器加热装置已激活；在排气背压较高时，氧传感器电压可能超过极限值，因此，氧传感器安装位置处已过滤的排气背压必须低于阈值（极限值1700mbar，控制单元电压9.5～16V）。

（3）故障存储和显示　如果故障存在时间（反跳时间）超过500ms，则记录故障。

（4）故障处理措施

◎ 检查导线和插头连接；

◎ 检查排气系统是否不密封和损坏。

如果前面进行的检测都正常，则更新废气催化转换器前氧传感器。

故障码P0133 分析（一）

（1）故障描述　该诊断监控强制激励时氧传感器信号的振幅比。如果振幅比的衰减超过0.9，则识别到该故障。

（2）故障原因　可能的故障原因：三元催化转换器前氧传感器损坏；三元催化转换器后氧传感器损坏；三元催化转换器后氧传感器的电线束损坏。

（3）故障识别条件

◎ 电压条件：无；

◎ 温度条件：发动机温度大于85℃；

◎ 时间条件：无；

◎ 其他条件：在中等转速时，以50～80km/h的车速行驶；未存储其他故障；总线端KL.15接通。

（4）故障存储条件　如果故障存在时间超过400s，则被记录。

（5）故障处理措施

◎ 检测氧传感器的电线束；

◎ 更换三元催化转换器前氧传感器；

◎ 更换三元催化转换器后氧传感器。

（6）驾驶员信息

◎ ECE 排放警示灯：接通；

◎ US 排放警示灯：接通；

◎ ECE 电子发动机功率降低：关闭；

◎ US 电子发动机功率降低：关闭；

◎ CC 信息：无。

（7）服务提示：无

故障码P0133 分析（二）

（1）故障描述　本诊断将监控三元催化转换器前氧传感器的动态性。如果三元催化转换器前氧传感器对于废气中的氧含量变化反应过于迟钝，则识别到该故障。

（2）故障识别条件

◎ 电压条件：控制单元电压9～16V；

◎ 温度条件：冷却液温度高于80℃；

◎ 时间条件：无；

◎ 其他条件：采用中等发动机转速（1100～3000r/min）时定速行驶；无表明汽油混合气存在故障的故障记录；总线端KL.15 接通。

（3）故障存储条件　如果故障存在时间超过1min，则记录该故障。

（4）故障处理措施

◎ 检查是否记录有关于下列部件/ 功能的故障，如有则应首先排除这些故障：可调式凸轮轴控制装置；燃油箱排气系统；点火开关；喷射装置；曲轴传感器；凸轮轴传感器；电动节气门调节器；热膜式空气质量计。

◎ 检测下列部件之间的导线和插头连接：发动机控制单元；三元催化转换器前氧传感器。

◎ 检查三元催化转换器前和后氧传感器是否混淆。

◎ 检测曲轴箱通风装置。

◎ 更换三元催化转换器前氧传感器。

◎ 故障排除之后将混合气调校复位。

（5）用于故障后果的提示

燃油消耗增加；

发动机运行不平稳；

由于废气催化转换器的转换严重受限导致总检查/ 排放检查不合格。

（6）驾驶员信息　排放警示灯接通

（7）服务提示

检查气缸同步是否可信，如果气缸同步不可信，则在修理后执行气缸同步。

插头连接处不能接触清洁剂或溶剂，因为氧传感器可能因此被损坏

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