氧傳感器的工作原理與檢修

王偉

【摘 要】汽車行業(yè)是目前在國際上應(yīng)用傳感器最大的市場之一，而氧傳感器申報的專利數(shù)，居汽車傳感器的首位。氧傳感器裝在汽車排氣管道內(nèi)，用它來檢測廢氣中的氧含量。因而可根據(jù)氧傳感器所得到的信號，把它反饋到控制系統(tǒng)，來微調(diào)燃料的噴射量，使A/F控制在最佳狀態(tài)，既大大地降低了排污量，又節(jié)省了能源。

【關(guān)鍵詞】氧傳感器；工作原理；檢修

一.發(fā)動機(jī)氧傳感器的類型

汽車發(fā)動機(jī)燃油噴射系統(tǒng)采用的氧傳感器分為二氧化鋯（zrO2）式和二氧化鈦（TiO2）式兩種類型。而常見的氧傳感器又有單引線、雙引線和三根引線之分，單引線的為氧化鋯式氧傳感器；雙引線的為氧化鈦式氧傳感器；三根引線的為加熱型氧化鋯式氧傳感器，原則上三種引線方式的氧傳感器是不能替代使用的。其中應(yīng)用最多的是氧化鋯式氧傳感器。

二.發(fā)動機(jī)氧傳感器的構(gòu)造

二氧化鋯型氧傳感器由二氧化鋯管、起電極作用的襯套以及防止二氧化鋯管損壞和導(dǎo)入汽車的帶孔護(hù)罩等構(gòu)成如圖1所示。

三.氧傳感器的工作原理

氧傳感器的工作原理與干電池相似，傳感器中的氧化鋯元素起類似電解液的作用，其基本工作原理是：在一定條件下（高溫和鉑催化），利用氧化鋯骨外兩側(cè)的氧濃度差，產(chǎn)生電位差，且濃度差越大，電位差越大。大氣中氧的含量為21%，濃混合氣燃燒后的廢氣實際上不含氧，稀混合氣燃燒后生成的廢氣或因缺火產(chǎn)生的廢氣中含有較多的氧，但仍比大氣中的氧少得多。在排氣高溫作用下氧氣發(fā)生分離，由于鋯管內(nèi)側(cè)氧離子濃度高，外側(cè)氧在兩個表面電極有氧濃度差，氧離子就從濃度高的一側(cè)向低的一側(cè)流動，從而產(chǎn)生電動勢，所以二氧化鋯傳感器實際為一種容量較小的化學(xué)電池，也稱氧濃度差電池。 當(dāng)混合氣稀，空燃比大時，排氣中的氧含量高，傳感器元件內(nèi)、外側(cè)氧濃度差小，氧化鋯元件內(nèi)、外側(cè)兩電極之間產(chǎn)生的電壓很低，當(dāng)混合氣濃時，排氣中幾乎沒有氧傳感器內(nèi)、外側(cè)氧濃度差很大。內(nèi)、外側(cè)電極之間產(chǎn)生的電壓高（約1V）。在理論空燃比附近，氧傳感器輸出電壓信號值有一突變。二氧化鋯管內(nèi)外涂有鉑起催化作用，能使排氣中氧氣與一氧化碳、碳化氫等發(fā)生反應(yīng)，減少排氣中氧含量，使外側(cè)鉑表面的氧幾乎不存在，提高了傳感器的靈敏度。 氧傳感器的輸出特性與排氣溫度有關(guān)，二氧化鋯式氧傳感器的工作溫度在300℃以上。當(dāng)排氣溫度低于一定值約時，氧傳感器的輸出特性不穩(wěn)定，因此氧傳感器一般都安裝在排氣溫度較高的位置。為此，有些車上海裝有排氣溫度傳感器，當(dāng)排氣溫度傳感器的信號達(dá)到一定值后，控制單元才根據(jù)氧傳感器的信號進(jìn)行空燃比反饋修正。其特點是抗鉛；較少依賴于排氣溫度；起動后迅速進(jìn)入閉環(huán)控制。

四.氧傳感器的常見故障

（一）氧傳感器中毒

氧傳感器中毒是經(jīng)常出現(xiàn)的且較難防治的一種故障，尤其是經(jīng)常使用含鉛汽油的汽車，即使是新的氧傳感器，也只能工作幾千公里。如果只是輕微的鉛中毒，接著使用一箱不含鉛的汽油，就能消除氧傳感器表面的鉛，使其恢復(fù)正常工作。但往往由于過高的排氣溫度，而使鉛侵入其內(nèi)部，阻礙了氧離子的擴(kuò)散，使氧傳感器失效，這時就只能更換了。

（二）積碳

由于發(fā)動機(jī)燃燒不好，在氧傳感器表面形成積碳，或氧傳感器內(nèi)部進(jìn)入了油污或塵埃等沉積物，會阻礙或阻塞外部空氣進(jìn)入氧傳感器內(nèi)部，使氧傳感器輸出的信號失準(zhǔn)，ECU不能及時地修正空燃比。產(chǎn)生積碳，主要表現(xiàn)為油耗上升，排放濃度明顯增加。此時，若將沉積物清除，就會恢復(fù)正常工作。

（三）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(qiáng)烈氣流吹洗，都可能使其碎裂而失效。因此，處理時要特別小心，發(fā)現(xiàn)問題及時更換。

（四）加熱器電阻絲燒斷

對于加熱型氧傳感器，如果加熱器電阻絲燒蝕，就很難使傳感器達(dá)到正常的工作溫度而失去作用。

（五）氧傳感器內(nèi)部線路斷脫

內(nèi)部線路有虛焊 松脫或者斷路。找一個新的氧傳感器進(jìn)行檢測，如果故障消失則是氧傳感器的毛病，反之，則是線路的問題，需更換線路。

五.氧傳感器的檢修

（一）分工況檢測

氧傳感器輸出的信號電壓（指ECU 導(dǎo)線側(cè)連接器端子對地的電壓）應(yīng)當(dāng)符合下面的要求——a.點火開關(guān)位于ON 位置時，信號電壓大約為0V；b.發(fā)動機(jī)冷機(jī)怠速運轉(zhuǎn)時，信號電壓大約為0V；c.發(fā)動機(jī)預(yù)熱后怠速運轉(zhuǎn)時，信號電壓大約為0 V～1.0V；d.發(fā)動機(jī)預(yù)熱后加速運轉(zhuǎn)時，信號電壓大約為0.5 V～1.0V；e.發(fā)動機(jī)預(yù)熱后減速運轉(zhuǎn)時，信號電壓大約為0 V～0.4V。

（二）靈敏度檢測

起動發(fā)動機(jī)，讓發(fā)動機(jī)以2500 r/min 的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)3min，使氧傳感器達(dá)到工作溫度。發(fā)動機(jī)繼續(xù)以2500r/min 的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，同時測量氧傳感器的信號電壓，如果信號電壓在0.1 V～1.0V 之間波動的次數(shù)為10 s 內(nèi)大于8 次，說明氧傳感器的靈敏度正常。否則，應(yīng)當(dāng)更換氧傳感器。

（三）模擬檢測

拔下一根發(fā)動機(jī)的真空軟管，模擬混合氣變稀，若氧傳感器的信號電壓下降到0.1 V～0.3V；堵住空氣濾清器的進(jìn)氣口，模擬混合氣變濃，若氧傳感器的信號電壓上升到0.8 V～1.0V，說明氧傳感器工作正常。如果氧傳感器的信號電壓不發(fā)生上述變化，說明氧傳感器有故障，應(yīng)該予以更換。

六.氧傳感器故障的案例

（一）案例

（1）故障現(xiàn)象

一輛豐田L(fēng)EXUS LS400轎車，已經(jīng)跑了10萬多公里，車主反映車子加速沒有以前順暢，松油門時怠速有輕微的振動，發(fā)動機(jī)故障燈時亮?xí)r不亮，油耗也明顯增加。

（2）故障的診斷

讀取故障碼，故障代碼顯示為混合氣過濃或過稀，從而得到大概的故障部位在進(jìn)氣系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)、點火系統(tǒng)。可能的主要故障部件為空氣流量計、水溫傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、油壓調(diào)節(jié)器、點線圈、高壓線、火花塞及氧傳感器。本著先易后難的原則逐一進(jìn)行檢測，推斷故障所在因為空氣流量計、水溫傳感器、節(jié)氣門位置傳感器都有一個確定的故障碼，如有問題，都會被控制單元記錄下來，會有故障碼讀出，根據(jù)故障自診斷情況，這些部件都沒有故障代碼，基本可以確定上訴部件沒有故障。而氧傳感器是受其它因素影響較多的元件，應(yīng)該先檢測其它的元件，最后檢查氧傳感器。檢發(fā)現(xiàn)其余元件沒有損壞，問題則出在氧傳感器上。

（3）故障的檢修

根據(jù)電路圖，斷開發(fā)動機(jī)ECU與氧傳感器的聯(lián)接，對氧傳感器進(jìn)行檢測，測量左右兩邊的主氧傳感器加熱元件的電阻，都在5.1～6.3Ω之間，沒有問題，接著測量ECU端子HTL和HTR對搭鐵的電壓在9～14V之間，也沒有問題。只有檢查氧傳感器的工作情況了。按要求裝好拆下的拆下的部件，起動發(fā)動機(jī)，并熱車到正常的工作溫度，連接診斷插座上的E1和TE1端子，用萬用表的正極表棒連接到插座的VF1和VF2端子，負(fù)極表棒連接到E1，高怠速（2500r/min）運轉(zhuǎn)2分鐘以加熱氧傳感器，然后將發(fā)動機(jī)速保持在2500r/min。分別計算電表在0～5V之間的波動次數(shù)（正常應(yīng)在每10秒內(nèi)波動8次左右），測得的波動次數(shù)為零。始終保持在0V，問題可能是氧傳感器信號問題。再測量端子OX1、OX2端子跟E1之間的電壓在0.5V以下，只有0.1～0.2V（正常應(yīng)在0.5V以上），這就說明氧傳感器不工作，問題終于找到了。由于氧傳感器不能正常地把信號反饋給發(fā)動機(jī)ECU，不能對噴油器的噴油肪寬進(jìn)行控制和修正，產(chǎn)生混合氣過稀、過濃現(xiàn)象，導(dǎo)致出現(xiàn)了前訴問題。最后更換2個氧傳感器和火花塞后，試車故障再也沒有出現(xiàn)。

七.汽車氧傳感器的發(fā)展趨勢

中國開創(chuàng)性地提出了“新型汽車氧傳感器產(chǎn)業(yè)” 及替代品產(chǎn)業(yè)概念，在此基礎(chǔ)上，從四個維度即“以人為本”、“科技創(chuàng)新”、“環(huán)境友好”和“面向未來”準(zhǔn)確地界定了“新型汽車氧傳感器產(chǎn)業(yè)” 及替代產(chǎn)品的內(nèi)涵。根據(jù)“新型汽車氧傳感器產(chǎn)業(yè)” 及替代品的評價體系和量化指標(biāo)體系，從全新的角度對中國汽車氧傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行了推演和精準(zhǔn)預(yù)測，在此基礎(chǔ)上，對中國的行政區(qū)劃和四大都市圈的汽車氧傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行了全面的研究。

參考文獻(xiàn)：

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