測試博世的寬帶氧傳感器（LSU4.2）
轉自Steve Smith – Pico Technology
注意：這篇技術報告是利用Pico科技的PicoScope4425型汽車示波器作為工具，並不能作為其他任何測試設備的指導說明，不管該設備是否是由Pico科技製造的。連接其他的設備可能會導致設備損壞或車輛部件的損壞。
這份技術報告所用的博世的零部件編號如下：
0 258 007 200（被稱為7200型），
0 258 007 057（被稱為7057型）。
這個測試的目的是利用電壓下降法來評估與空燃比LSU4.2氧傳感器的效果。
注意：氧傳感器的良好性能取決於：傳感器探頭的溫度，發動機的機械狀態，燃油品質，發動機溫度，傳感器的外部環境和發動機管理系統的完整性。
以下程序中假設上面提到的條件都是良好的，並且氧傳感器能夠正常工作。氧傳感器工作識別的任何故障都不一定代表是氧傳感器本身的故障。
通常由於燃油或機械的故障，使得氧傳感器的工作性能與標準性能無法一致。因此測試結果是潛在狀況的表現而不是原因。
因此最主要的是在判定氧傳感器有故障之前一定要檢查一下發動機的機械狀況和管理系統。
在這篇幫助文檔中引用的所有的數值數據都是典型的，並不能適用於所有的發動機類型。
怎樣完成這項測試
附件PicoScope示波器設置
1:1×TA125測試引線 ChA: ×1測試引線±1V
2:1×TA126測試引線 ChB: ×1測試引線±1V
3:1×TA127測試引線 ChC: ×1測試引線±20V
4:1×TA018電流鉗 ChD :20/60 A電流鉗±2A5:1×6 路通用引線
時基：1 s/div(所需的大小可能不一樣) 採樣數量：1 MS(最少)
在採用PicoScope示波器進行任何測試之前，我們需要測量校準電阻電路及氧傳感器加熱元件的電阻值。當這兩個測量值的其中任何一個區別於額定值時。
請看這篇文章最後的“問題直擊”部分。
1、怎樣測試氧傳感器的加熱元件
1、斷開車輛電池負極。
2、斷開氧傳感器的連接器插頭並找出端子3和4.
3、利用萬用表，測量和記錄氧傳感器端子3和4之間的阻抗值（圖1）。
獲得數值：大約為3.5Ω@20℃。
圖1
- 如果能獲得正確的阻抗值，請閱讀下面2.2。
- 如果獲得的阻抗值與額定值不一致，那麼請看下面“問題直擊”部分。
2、怎樣獲得氧傳感器校準電路電阻值
校準電阻器在生產時安裝在氧傳感器連接器上，以確保所有空燃比情況下的傳感器都具有良好的精確性。因此電阻/連接器是特定於傳感器的，並且是無法替代的。
注意：端子編號印在氧傳感器的連接器上。
- 斷開車輛電池負極。
- 斷開氧傳感器的連接器插頭並接入對應的6路通用引線，利用通用引線完成氧傳感器到車輛線束的重新連接（圖2）。
- 利用萬用表，通過通用引線測量，記錄氧傳感器端子6和2之間的阻抗值。獲得數值：大約為38Ω。
- 如果能夠獲得正確的阻抗值，那麼，移開三用電表，並重新連接好車輛電池。
- 如果獲得的阻抗值與額定值不一致，那麼請看文章最後的“問題直擊”部分。
圖2
圖3
怎樣連接到PicoScope示波器4425一旦阻抗值能夠確定，示波器就可以連接到氧傳感器上來評估氧傳感器的性能：
1、連接3條測試引線到示波器的A , B , C通道。
2、連接A通道藍色的測試引線到與氧傳感器的接口端子1相連的通用引線上，黑色的接地線連接到氧傳感器的接口端子5的通用引線上（在這裡我們能夠獲得測量單元電壓） 。
3、連接B通道紅色測試引線到與氧傳感器接口端子6相連的通用引線上，並且黑色的接地線連接到氧傳感器接口端子2上（在這裡我們能夠獲得泵單元電壓）。
4、連接C通道綠色測試引線到與氧傳感器接口端子3相連的通用引線上，並且黑色的接地線連接到氧傳感器接口端子4上（在這裡我們能夠獲得氧傳感器加熱元件的控制電壓）。
5、連接20/60安的電流鉗到示波器的D通道，歸零，然後將鉗子夾在連接到氧傳感器接口端子4上的通用引線周圍（在這裡我們能夠獲得氧傳感器加熱元件的電流）。
注意：檢查一下電流鉗的正確方向，確保示波器讀到一個正的電流值。6、通過單擊鍵盤上的空格鍵或PicoScope軟件中的開始
按鈕來運行示波器軟件。7、起動發動機，並使得空轉速度達到穩定。在氧傳感器的溫度上升期間，你的波形中可能存在噪聲的干擾。這是一個工作特性而不是故障。8、當發動機處在恰當的工作溫度上時，進行多次節氣門瞬時大開的試驗，並同時監控通道B的信號（泵單元電壓）。節氣門瞬時大開測試使得空燃比瞬間增加然後下降，這表現了泵單元的轉換功能。點擊PicoScope示波器軟件的停止（ 
）按鈕，停止捕捉並進行波形的分析。示例波形1發動機從怠速到節氣門全開再到怠速
圖4
示例波形 2 結合數學通道
圖5
在示例波形中的所有數值都是典型的，並不一定適用於所有的發動機類型。通道A指示氧傳感器測量單元的電壓值。通道B指示氧傳感器泵單元的電壓。通道C指示氧傳感器加熱電路的PWM控制。通道D指示通過加熱電路的電流，此加熱電路由通道C看到的PWM控制。數學通道表示泵單元電流，可通過公式通道B /38.7Ω得到。
波形診斷
參考特定試驗條件和結果下的車輛技術數據
參考數據（發動機處在恰當的工作溫度下）
發動機怠速中：氧傳感器測量單元電壓應該保持穩定在450mV附近，不管發動機燃油條件如何。
發動機怠速中：氧傳感器泵單元電壓會增加還是下降取決於在排放系統中測量的氧含量水平。在正常的運行條件下，電壓會保持不變為0V ，這表明正確的理論計量空燃比為14.7:1 （lambda 1.0 ）。泵單元電壓和電流值有以下特性：
- Lambda<1.0(稀)泵單元電壓下降，電流增長（+）
- Lambda>1.0(濃)泵單元電壓增長，電流下降（-）
WOT （節氣門全開）瞬時試驗：在WOT（+30mV）時泵單元電壓有一段很小的上升，這是因為在加速增濃時排氣系統中氧含量下降（氧氣被泵入測量室中）。
超速斷油：表示發動機在超速斷油的條件下，泵單元電壓會發生下降（-158mV）。排氣系統中的氧含量因此也會增長。（氧氣被泵出測量室中）。 在WOT和超速過程中，泵單元電壓的高低轉換證明氧傳感器工作正常。對發動機的加速和減速反應應該接近瞬時，這可確認氧傳感器的反應時間是有效率的。泵單元的動作通常是使用毫安級的電流鉗來測量，而不是測量它的電壓。從上面第2步進行的測試中得到泵單元電路的阻抗值，我們可以利用歐姆定律（電流=電壓/阻抗）將記錄的泵單元電壓值轉換為電流值，而不需要毫安級電流鉗。
看下面第7條及示例波形2，利用數學通道進行這個計算，並用額外的波形將泵單元電流顯示出來。
發動機運行中：確認加熱器電路的最大電流（1.6安培）。加熱器電流波形應該與第6點的PWM信號成鏡像。
發動機運行中：加熱器電路電壓從0V轉換到約13.5V，這確認氧傳感器加熱元件的PWM控制功能良好（>2Hz）。氧傳感器的感應元件最低工作溫度為300 ℃，並且需要在發動機運轉過程中一直對它進行控制，以確保它的有效動作，同時保持加熱元件的可靠性。 注意：也有可能發生氧傳感器的PWM控制被PCM停止的情況（在最初節氣門大開時）。這取決於製造商和服務商，目的是減少車輛上的電力負荷，以改善燃油經濟性和排放。
在熱起動過程中，PCM可能會改變PWM的控制，來保證不同的工作環境條件下都能充分地驅散水/冷凝液。
波形捕捉已停止：上面的示例波形並不是直接測量通過泵單元的電流，而是測量與電流成比例變化的電壓值（B通道）。
測量泵單元電路的阻抗值大約為38.7Ω。我們能夠將這個值應用於第5個黑色的數學通道，並將通過B通道測得的泵單元電壓值利用歐姆定律轉換為電流值：電流=壓/阻抗。I=V/R
當示波器從通道B獲得數據後，你會發現每個捕捉屏幕的尾部會出現一個第5個黑色的數學通道。停止捕捉後（按空格鍵或停止按鈕），數學通道會出現在屏幕上。 利用波形緩衝器您可以回放捕捉到的數據，並測量來自數學通道的泵單元的電流值（其與泵單元電壓值直接成比例）。
利用電壓下降法和歐姆定律測量寬帶氧傳感器，這樣就不需要用昂貴的毫安級電流鉗來測量範圍在0.5mA到3.5mA的微小電流值。
更多信息博世（LSU）4.2寬帶氧傳感器
現代的排放法規要求發動機的管理系統在發動機轉速與負荷範圍內有更為嚴格的控制。傳統的氧傳感器能夠精確地檢測到理論空燃比為14.7:1（Lambda 1.0），此時它的輸出電壓約為450mV。然而，在理論點外，傳統的氧傳感器會輸出過濃信號（900mV）或過稀信號（100mV），但沒有任何跡象表明過濃或過稀的程度。因此發動機管理系統會通過反复（濃/稀）地調整燃油（閉環控制）來進行補償，試圖維持正確的理論空燃比。傳統的氧傳感器僅能在很小的空燃比（14.7:1）範圍內精確工作，因此命名為窄頻帶氧傳感器。
對更高精度、更快速的反應時間及穩定性的需求使得傳統的窄頻帶氧傳感器得到了再一次發展——寬帶氧傳感器。
寬帶氧傳感器經常被稱為寬頻氧傳感器或空燃比傳感器（AFR傳感器），可以安裝在汽油/柴油發動機車輛上。
命名為寬帶是因為傳感器能夠精確地探測自10:1至20:1（20:1是環境空氣）的寬頻譜的空燃比，而不像窄頻帶傳感器只能夠探測理論空燃比14.7:1。
寬帶氧傳感器的測量單元包含了窄頻帶傳感器的部分工作特性。測量單元的一側暴露在大氣空氣（參考空氣）中，另一側暴露在測量室裡的排氣氧氣中。假設測量室中的氧氣含量維持在一個指定的水平，那麼從寬帶氧傳感器測量室輸出到PCM（通道A）的電壓為450mV。
維持測量室中恰當的氧氣水平是最重要的，這樣可以確保在所有燃油條件下測量單元的輸出電壓盡可能接近450mV。
泵單元的特性是，根據通過泵單元（PCM控制）的電流值和方向，氧氣能夠被泵入或泵出測量室，從而使得測量單元的輸出電壓維持在450mV。因此，泵單元的電流可以用來直接且精確的指示排氣氧含量導致的寬頻空燃比。
寬帶氧傳感器加熱元件的控制對傳感器工作的準確性非常關鍵。氧傳感器一直不被加熱就會導致阻塞，並會被更新替換；同時傳感器內的電化學反應確保了氧氣的運輸和電壓的產生，如果不維持氧傳感器溫度，這些都不會發生。
圖6
問題直擊氧傳感器加熱元件
在步驟1中獲取的氧傳感器加熱元件的阻抗值與額定值是不同的（20℃時大約為4.5Ω），應該替換氧傳感器。
- 檢查插腳3和4之間的短路，其他插腳1、2、5和6.>1MΩ.
- 檢查插腳3和4之間的短路，並檢測氧傳感器外部金屬殼（底盤接地）阻抗值>1MΩ。如果獲得的阻抗值低於1MΩ，替換氧傳感器。
校準電阻電路
在步驟2中獲得的校準電阻值與額定值不同，移開6路通用引線（氧傳感器和車輛蓄電池都要斷開連接），在氧傳感器連接器的端子6和2間測量校準電阻的阻抗值，其值約為10到110 Ω（圖7 ）。如果獲得的值在指定範圍以外，替換氧傳感器。
如果氧傳感器的校準電阻阻抗值是正確的，那麼在發動機線束的端子6和2之間測量阻抗值，其值約為62Ω（圖8）。
如果獲得的值與額定值不同，檢測和測試氧傳感器與PCM之間的線束到底盤地面是否開路或短路，端子6、2間（斷開蓄電池）是否短路、蓄電池正極連接是否短路（重連接蓄電池並熄火）。如果獲得的結果證明發動機線束沒有問題，那麼就可能是PCM存在故障。
圖7
圖8
