Y拍上不錯的OBD和含氧感知器的文章 - M45

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物價飛漲，惟獨薪資不漲！老車只好繼續延役使用，但毫無疑問的，老車最為人詬病的非耗油莫屬，以2.0車型來說，一公升27.9元的92無鉛，如果只能跑6公里，真是生不如死啊!!為何當初一公升號稱10~12公里的新車，如今只剩下6公里呢?其實有一個很重要的零件被車主及修車廠所忽略了，那就是車上使用數量越來越多的含氧感應器。含氧感應器從1980年代初期開始就成為了自小客及輕型卡車所應具備的標準感應器之一，現在所有符合0BD-2規定的車子(1995年後生產的車子)，則都配備有二個含氧感應器，一個裝在觸媒轉化器之前，用來偵測引擎的燃燒效率，一個裝在觸媒轉化器之後，用來監測觸媒轉化器作用的效率。像含氧感應器這樣一個重要的零件，事實上國內車主卻幾乎忘了它的存在，更別說去了解含氧感應器在整個影響引擎效率及降低污染的功能中所扮演的關鍵角色!!國外調查發現，高達99.7%的消費者甚至不知道車子上有這麼一個所謂的廢氣氧氣測量裝置，會跟油耗有如此重大的關連。

含氧感應器的作用

含氧感應器較正式的名稱為λ(LAMBDA,音似”爛打”)感應器。第一個含氧感應器是由德國BOSCH公司所開發出，並應用在1976年VOLVO的240/260系列車種上。感應器中間是一個燒成中空管狀的陶瓷氧化鋯(zirconium ceramic bulb)，在管狀的兩面並鍍上白金層以作為反應觸媒之用(你可以想像將玻璃試管倒過來,玻璃本身即是氧化鋯，並在試管裡外各鍍上一層白金層)。氧化鋯本身是一種固態電解質，當環境溫度達到攝氏350度以上時，氧化鋯開始產生自由電子，並開始尋找外在的氧分子來結合。因為管狀氧化鋯的外層放在排氣管的廢氣中，內層則是一般的空氣，因此自由電子因為內外含氧量的不同，而有不同的電壓產生。一般說來，當噴油過濃，使廢氣中含氧量過少時，兩個白金電極會有0.8~0.9V間的電壓產生；而當噴油過稀，廢氣中含氧量過高時，兩電極間電壓則會降到0.1~0.3V之間；當空氣/燃油比例到達理論值14.7:1時，引擎燃燒後觸媒轉換廢氣的效率最高，此時兩電極間電壓則會在0.45V附近。

上圖：當空氣/燃油比率到達一個λ(即14.7:1)時，其相關數值線型成一個類似λ的字樣，因此含氧感應器又稱為λ感應器。

含氧感應器所產生的電壓值受到行車電腦的監控，並根據其電壓的變化來即時調整汽油噴射量，當電腦偵測到噴油過多時(高電壓區)，就開始減少噴油量，此時電壓值開始下降，直到偵測到的噴油量變成過低時(低電壓區)，電腦又開始增加汽油的噴射量，電壓值又開始上升；如此由電壓高到電壓低之間週而復始，從而使平均輸出的空氣/燃油比例達到最佳，進而降低了廢氣排放，並能使觸媒轉化器對於廢氣中的碳氫化合物(HC)、一氧化碳(CO)及氮氧化物(NOX)等有毒氣體的轉換效率達到最高。

含氧感應器非永不損壞

隨著感應器使用時間的增加，來自於引擎燃燒室的燃燒後化合物及油渣等的污染物質會逐漸累積在感應元件上，降低了感應器對於空氣燃油比例變化的反應速度，最後變成了反應遲鈍。同時，感應器的反應電壓值會無法達到最高值，使得電腦無法發出實際上噴油過稀時，降低噴油量的反應，而使引擎在各種狀況下運轉時，都呈現在一個比正常運轉時更濃的空氣/燃油比例，造成車輛耗油及廢氣增加。由於感應器的遲鈍是隨使用時數而逐漸增加的，因此一開始多容易為駕駛所忽略，但當使用時限到達時，引擎的效率表現就會變的很糟，不換則無法恢復原有的引擎效率。

壞的含氧感應器不換可能會讓你花更大的錢！！

除了正常使用下使用時數到達所造成的感應器損壞以外，汽油中含鉛或磷成分、洩漏出的引擎冷卻液、含矽質的引擎保養清潔劑或是引擎上所使用的墊片密封膠等物質、都會造成含氧感應器的永久性損壞。另外，環境中的柏油、鹽分及油汙等等，也都有可能造成感應失靈或錯誤。故障的含氧感應器會造成車用電腦無法針對引擎運轉時空/燃比的變化作出適當的修正，導致引擎必須在開放迴路(OPEN LOOP)下，以較濃的空燃比來行駛，結果就是更耗油、更污染空氣。另外一個結果，則是造成觸媒轉化器的燒燬，因為當車輛長期在較濃的空燃比下行駛時，會造成觸媒轉化器的作業溫度較正常狀態下為高，當溫度升高到臨界點時，觸媒轉化器內的貴金屬會開始溶化並結塊，甚至將整個觸媒堵塞，其結果就是車子在高速公路行使時，會有無力或是熄火的情形，這都是因為堵塞後，排氣系統內所形成的回壓所造成。

你知道何時該換含氧感應器嗎？

雖然有一些車種設有含氧感應器警示燈以提醒駕駛檢查，但絕大部分的車子都沒有這樣的設計，所以除非是明顯的影響到了行駛或是檢查引擎燈亮起，否則大部分的車主是無法知道車上的含氧感應器其功能是否正常。根據美國SIERRA RESEARCH，INC. 在1996年所做的調查，含氧感應器故障是噴射引擎車系中造成廢氣排放增加的最大單一源頭；美國環境保護局及加州環保署空氣資源委員會也已發現，42%~58%的受檢車輛必須更換含氧感應器，以減少廢氣中所含的高濃度碳氫化合物及一氧化碳等有毒氣體。因此，在廢氣檢測中因為過高的氮氫化合物及一氧化碳含量而未通過的車輛，第一個要檢查的項目，就應該是含氧感應器及其回饋控制系統。檢測含氧感應器功能是否正常的方法有兩種，一是利用數位式三用電錶，測量感應器能否依空燃比的變化而輸出不同的變壓值(濃時低稀時高)；另一個較好的方式則是使用示波器，能更清楚地以波型上下的連續變化，顯示出感應器的輸出電壓根據空燃比不同而改變的情形。

別等到含氧感應器故障了再換，時間到保養時就換掉它。

為了將含氧感應器故障後所造成的損害降到最低，含氧感應器製造商建議的含氧感應器使用更換間隔如下：

此外，車子出現下列癥狀時，車主應檢查含氧感應器是否已經壽終正寢：

耗油。

廢氣刺鼻、刺眼，碳氫化合物、一氧化碳及氮氧化物等有毒氣體含量過高。

油門採下加速反應遲滯或小暴衝。

怠速不穩。

觸媒轉化器掛點。
根據調查，保持含氧感應器功能的正常，平均可以節省多達10~15%的油耗，同時可以達到降低廢氣、減低損害觸媒轉化器的風險,提升引擎燃燒效率並延長引擎的壽命，所以含氧感應器應該跟火芯塞一樣，視為一個車輛保養時應加以調校或更換的項目(尤其是對於那些1990年代中期以前製造的車輛) 。

何謂通用型含氧感知器？

通用型含氧感應器跟原廠感應器之間的差異，在於通用型含氧感應器不含每一種車型都不盡相同的插座，其他無論在規格、功能原理跟外型，都跟原廠搭配的感應器一模一樣。而若以生產廠商來區分，目前世界前兩大含氧感應器生產廠商為德國BOSCH(歐系車種為主)及日本NGK/NTK(北美及日系車種為主；NTK為NGK旗下專門研究陶瓷科技的子公司，現今NGK生產的含氧感應器均以NTK品牌行銷)。

氧化鋯型含氧感應器的種類

以氧化鋯型含氧感應器來說，其作用原理都相同，而以是否內含加熱絲來區分為下列幾種不同類型：

單線型含氧感應器：

單線負責感應信號的輸出，而以本身螺紋鎖在排氣岐管附近為接地端(搭鐵)，因為感應器本身不含加熱器，所以必須藉由排氣溫度來達到作業溫度，因此位置多在排氣岐管附近，無法遠離，多為早期車型所使用。

2線型含氧感應器：

因發現許多單線型含氧感應器，以螺紋接觸歧管處為接地一段時間後，會因為髒污、生鏽等因素，而發生有接地不良的狀況，因此再將接地線獨立出來，而為2線型含氧感應器，跟單線型一樣，因為感應器本身不含加熱器，故其安裝位置無法離開排氣岐管處太遠。

三線型含氧感應器：

感應器內加入了加熱絲，使感應器在引擎發動後30秒內(最新型縮短到10秒內)立刻可以達到攝氏350度以上，三線中兩線為加熱絲端,通12V電源，加熱端電極無正負之分；另一線為感應信號線，感應接地則跟單線型一樣。

4線型含氧感應器：

為目前最為普遍使用的含氧感應器類型，4線中兩線為加熱絲所使用，以三用電表測量電阻值在6~20Ω之間(室溫20度下測量,電阻值跟溫度成正比,另新近車有2歐姆者,以達快速加熱)，另外兩線一為感應信號線，一為感應信號接地線。從3線型開始，因為本身具加熱功能，不再以引擎廢熱為反應作用的必要條件，因此其安裝位置就可以不用限制在排氣岐管附近，而隨著空污管制趨嚴，符合新型OBDII規定的車輛多安裝第二顆含氧感應器在觸媒轉化器之後，以用來回傳觸媒轉化器的轉化效率，提供行車電腦修正車輛供油狀況；雙排氣岐管車型(V型汽缸設計者)甚至多達4顆含氧感應器。

5線型空燃比感應器

由NGK所發展出的廣域型含氧感應器(WIDE RANGE OXYGEN SENSOR).傳統型氧化鋯感應電壓的限制,在于氧化鋯高溫時自由電子數不足,因此NGK將加熱溫度增加至攝氏600度以上,並在傳統的加熱型含氧感應器內再加入一個電流補償裝置,在行車電腦的感應下,將原本空燃比14.7:1時所反映的0.45V電壓值調整為約4V,低於14.7:1時由行車電腦控制變成正電壓,高於14.7:1時變成負電壓,做同等比例的線性反應,而非傳統型的上下來回平均反應,使得可感應空燃比區域擴增為9:1到16:1,相對應線性電壓0~5V,讓高馬力及稀薄然燒時的引擎供油程式設計更精確,更省油.由於可以正確的反應實際空燃比,因此這種感應器又專稱為空燃比感應器(AIR/FUEL RATIO SENSOR),傳統感應區域在0.1~1.0V的感應器則稱為含氧感應器或窄域型含氧感應器(NARROW RANGE OXYGEN SENSOR).

最新進發展

為了歐洲及美洲下一期環保法規的施行而準備,德國的SIEMENS VDO跟日本的NTK所共同發展出的氮氣感應器(NOx SENSOR),專門偵測廢氣中因燃燒不完全所產生的各種氮氣相關成分.此感應器目前還未見廣泛地商業上應用,價格也不明,原理亦不知.其他汽車大廠像DELPHI,FORD,CHRYSLER跟DENSO也都投入巨額經費在研究這種新型的氮氣感應器,以求未來能贏得市場先機.

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OBD 的由來及其發展現況

1980年代因為石油危機及空氣污染法規日趨嚴格,內燃式引擎開始採用結合各電子感應器回饋信號的行車電腦控制式噴射系統.其中全美空污法規最嚴格的加州空氣資源委員會要求所有在加州販賣的內燃式引擎汽車其行車控制電腦(ECU)都必須附加上隨車診斷系統(OnBoard Diagnostic System)功能,用以即時偵測車輛排放的廢氣是否不良.這就是一般所知的OBD I(第一代OBD診斷系統)的由來.只是這個OBD I的功能相對於現今的OBD II來說顯得非常陽春,整個系統僅負責監視含氧感知器,廢氣再循環(即EGR)系統、燃油供應系統及ECU等部位其回饋信號跟功能是否正常而已.

OBD I的設計對於機動車輛空氣污染管制方面跨出了正確的一步,但是對於不同的車輛製造商跟車型卻出現了各種不同的監測規格,欠缺統一規範.有些車輛的OBD I系統甚至只能用原廠獨一無二的掃描電腦才能解讀,因此,當加州空氣資源委員會開始思考第二代隨車診斷(OBD II)系統規格時,第一個首要規範就是”標準化”:一個標準化的16 PIN 資料連結接頭(Data Link Connector;DLC),每一PIN標準專屬分派之信號回饋功能、標準化的電子通訊協定、標準化的診斷故障代碼(DTCS)以及標準化的診斷術語等等.

OBD I 的不足不僅在於無法偵測出像觸媒轉化器掛點或是已經被拆掉這樣的硬體故障問題它也無法偵測出像火星塞點火失誤造成燃燒不全或是燃油蒸發控制系統故障這樣的問題,再者OBD I對於硬體的已發生故障只能以故障指示燈亮起來顯示,無法更進一步對於各排放控制相關的感應器進行漸進式故障前即能警示的積極性監測,因此一個更複雜的監視系統就更加顯示出它的重要

1989年加州空氣資源委員會推出了次世代隨車診斷系統就是所謂的第二代OBD(OBD II),OBD II元要求所有車廠需再1994年就要達到規範標準,但直到1996年所有在加州販售的車子才真正都符合了OBD II所要求的規格.值此同時,美國其他49州在1990年通過了聯邦空氣清淨法案,也要求所有販售的車輛在1996年開始必須符合OBD II規範,但直到1999年所有的美規車才真正地達到了OBD II的要求.並成為目前通用最廣的隨車診斷規格及標準.

如何知道我的車是否適用於OBD-∥診斷規格?

有幾個方法可以知道你的車子是否適用OBD-∥診斷規格：

1996年以後之美規車輛

美國立法規定1996年以後要在美國市場販售的輕型卡車及自小客都必須要符合OBD-∥診斷規格，這部份詳細的相關訊息可自行參考美國環境保護署網站(EPA)。

2001年以後之歐規車輛

歐盟2000年1月以後新設計之車型及2001年以後之所有車型，只要是屬於主動點火式引擎之車輛，除總毛重超過2500公斤外，凡隸屬於車輛目錄等級M1及N1，都必須要適用根據歐盟委員會指令70/220/EEC Annex I法規所規定之OBD排放控制系統規格。

這裡所謂的歐盟是指2000年時已加入歐盟之歐洲國家。

2004年以後之歐規柴油車輛

2003年1月以後新設計之車型及2004年以後之所有車型，只要是屬於壓縮式點火引擎之車輛，除：

-車輛設計搭載人數連駕駛在內超過6人；

-車輛總毛重超過2500公斤；

以外，凡隸屬於車輛目錄等級M1，都必須要適用根據歐盟委員會指令70/220/EEC Annex I法規所規定之OBD排放控制系統規格。

這裡所謂的歐盟是指2003年時已加入歐盟之歐洲國家

其他車輛

若你的車子並不屬於上列任何一項分類，則你可以將引擎蓋打開，看看引擎蓋上所貼的車輛排放控制系統訊息標籤(如下圖)就可以知道你的車子是否符合OBD-∥診斷規格。

在上圖中，這個OBD-∥認證通過的意思可能包括符合下面的任一規格：

OBD-∥規格

EOBD(歐盟OBD規格)

JOBD(日本OBD規格)

當然你也可以看你的車輛使用手冊或者是直接詢問你的經銷商，只是要注意有時候可能連經銷商也並不了解OBD跟OBD II之間的差異，甚至連OBD是什麼可能也不知道。

若你的車輛並不符合OBD II檢測標準，則你就不能用像U480這樣的檢測工具來讀取行車電腦內的診斷故障碼了。

但是我的車子有16針(16-PIN)的OBD診斷接頭,這樣也不符合OBD II的檢測標準嗎?

是的,不一定符合。許多歐洲及亞洲的車輛製造商在未換裝OBD II診斷系統前就已經使用D型的16針診斷接頭了，而由於這些接頭並未通過SAE J1979的規範，因此並不能適用OBD II的診斷規格。

在適用OBD II診斷規格的狀況下，我的車是使用哪一種通訊協定呢?

所有1996年以後在美國市場販售之車輛都必須符合OBD II的診斷規格及要求，而歐盟對OBD的立法要求則又更複雜一些。

壹台符合OBD II診斷規格之車輛可以使用下列任一通訊協定：

1. J1850 PWM

2. J1850 VPW

3. ISO9141-2

4. ISO14230-4(一般認知的2000年通訊協定)

5. ISO15765-4/SAE J2480(通稱為CAN協定；美規車在2003年前並不允許使用此通訊協定)

車上有兩種經由SAE認定的J1962診斷連結接頭。他們之間的主要差異在於接頭中間是否有校準用間隔。

DLC的位置

根據J1962的規定，診斷連結接頭的位置應在中控台中央下方，左右不超過車台中間線30公分的位置，或是在駕駛座方中控台下兩邊的位置，必須連在中控台上且從駕駛座方就可以簡單使用的地方，其約略位置請參考下圖。其中C跟A位置可能需要拆除飾版、煙灰缸或零錢盒。

一般說來，你可以透過觀察16 PIN接頭內端點分布的狀況來辨別你的車子是適用哪一種通訊協定。

下表可以用來比對適用通訊協定的類別

除上表中的接點要有之外，接頭中還要有PIN 4(車體皆地端)、PIN 5(信號接地端)及PIN 16(電池正極)等接點；也就是說：

PWM通訊協定 : PIN腳一定要有2,4,5,10跟16。

VPW通訊協定 : PIN腳一定要有2,4,5跟16,但沒有10。

ISO通訊協定 : PIN腳一定要有4,5,7跟16, PIN 15則可有可無。

CAN 通訊協定 : PIN腳一定要有4,5,6,14跟16。

附註:

OBD II故障碼的分級

在OBD II檢測系統中，所有的故障碼會根據對廢氣排放影響的程度大小分為以下四個等級：

第一級：嚴重點火失誤型(severe misfire)故障碼

即點火失誤次數超過點火總次數的15%。這一級故障碼僅此一個，其顯示方式為故障燈連續短閃爍。

第二級：單次失誤型故障碼 (one trip code).

這一類故障只要偵測到一次，故障燈就會亮起。這一等級大致包括噴油嘴、水溫感知器、空氣流量計、進氣歧管壓力感知器、節氣門位置感知器、進氣氣溫感知器、曲軸位置感知器、凸輪軸位置感知器等相關的故障。

第三級：二次失誤型故障碼(two trip code).

這一類故障第一次偵測到後，故障燈並不會亮，但會記憶在行車控制電腦(ECU)中，在引擎熄火前同樣的故障第二次再出現時，故障燈才會亮起。這一等級大致包括含氧感知器、三元觸媒轉化器、碳罐電磁閥開關、廢氣再循環閥(EGR)等相關的故障。

第四級：待驗證故障碼(pending code).

第三級的故障碼出現第一次後，在引擎熄火前沒有被重複偵測到第二次，則ECU會將其存入在記憶體中，在以後的30-80個行車過程中(依車輛製造商設定) ，如果故障沒有再現，則ECU會將其刪除。

維修後的標準規零程序-執行OBD II試駕循環

在配有OBD II 規格的車輛上,其行車電腦內的校準程式超過15000個,在已完成廢氣排放相關故障之後,必須執行所謂的OBD II試駕循環,以確定電腦內所記憶之確定及待確定故障碼已經完全消除,空污防治系統均已恢復正常.
OBD II試駕循環的目的在讓行車電腦對於維修後的空污控制狀況作一次全功能診斷.在車輛維修並將行車電腦內的故障代碼記憶及故障燈後,均應執行此一步驟.做完試駕循環才能讓車輛上的各相關感應器發現可能及潛在的故障.

OBD II試駕循環由冷車發動開始(水溫應低於華氏122度),執行下列程序：

1.引擎發動後,怠速打入D檔2分半鐘,並開啟空調及後除霧線,此時OBD II將開始檢查含樣感知器加熱器空氣幫浦及燃油蒸發排放控置系統的淨化狀況.

2.關掉空調及後除霧線,半油門開車加速至90公里,OBD II開始檢察引擎點火狀況,平均油耗及油氣碳罐淨化情形。

3.維持車速90公里3分鐘,OBD II開始檢查廢氣再循環空氣幫浦含氧感知器及碳罐淨化系統是否正常。

4.放掉油門不踩煞車或離合器讓車子減速到30公里,OBD II開始檢查廢氣再循環及碳罐淨化功能是否正常。

5.半腳加速至90-100公里,OBD II開始檢查點火情況平均油耗及油氣淨化狀況。

6.維持90 -100公里車速5分鐘,OBD II開始檢查觸媒轉化器轉化效率,點火狀況平均油耗含氧感知器及油氣淨化等功能。

7.放掉油門不踩煞車或離合器停車,OBD II進行最後一次廢氣再循環系統以及油氣碳罐淨化系統功能是否正常。

執行完試駕循環後若故障燈沒有再亮起,則表示車子已經回復正常狀況,故障已經完全排除。