氧化锆式车用氧传感器的原理与检修

郭晓淼（齐齐哈尔工程学院，黑龙江齐齐哈尔　161005）



氧化锆式车用氧传感器的原理与检修

郭晓淼
（齐齐哈尔工程学院，黑龙江齐齐哈尔161005）

摘要：氧传感器是电喷汽车上使用最普遍的传感器之一，它的好坏不但要影响汽车的尾气排放，还会直接影响发动机的工况。另外，造成氧传感器信号失常的原因，除了氧传感器本身，还涉及到发动机的工况、发动机电脑、线路等诸多因素，从维修的角度和常规的做法，首先应该断定和排除氧传感器本身是否真的存在故障。

关键词：氧传感器；故障诊断；检修

1　汽车氧化锆式氧传感器工作原理

氧化锆为固态电解质的一种，它有一种特性就是在高温时氧离子易于移动。此氧传感器将氧化锆烧结成管状，并与内层与外层涂上白金（Pt），这就是氧化触媒的作用，当氧离子移动时即会产生电动势，而电动势的大小是依氧化锆两侧的白金所接触到的氧而定，最外层则覆盖一层保护壳。

内层白金面所大气接触，所以氧气浓度高，外层白金与排气接触，氧气浓度低。当混合比较高时，排放的废气所含的氧相对地减少，因此氧化锆两侧的白金所接触到的氧气高低落差大，所产生的电动势也相对高（将近1V）；当混合比稀时，燃烧完所多余的氧气较多，氧化锆两侧的白金层的氧气落差小，因此所产生的电动势低（将近0V）。

引擎控制计算机由此电压讯号即可侦测到当时混合比的状况。然而氧传感器须在高温才能发挥正常用作（400～900℃），因此当引擎刚开始发动时，氧传感器尚未开始作用，须等到达到其作工温度才开始有电动势的产生，所以之后的氧传感器皆改良成加热型，也就是利用陶瓷加热器来使得传感器能也迅速地达到正常的作工状态，因此目前的车型几乎可以在引擎发动30s后，汽车氧传感器即可供给计算机正确的讯号，有些车型甚至可以达到更低的时间。

2　汽车氧传感器的失效原因

汽车氧传感器失效的主要原因是传感元件老化和中毒。氧传感器老化的主要原因是传感元件局部表面温度过高。氧传感器的传感元件受到污染而失效的现象称为中毒。氧传感器中毒主要是指铅中毒、硅中毒、和磷中毒。

（1）汽车氧传感器老化。在发动机利用氧传感器进行闭环控制的过程中，混合气的空燃比总是控制在理论空燃比附近，排气中几乎没有过剩的燃油，但是发动机刚刚起动（特别是冷车起动）之后（或大负荷状态工作时），为了快速预热发动机（或增大发动机输出功率），需要供给足够的燃油，排气中过剩的燃油就会在氧传感器的表面产生燃烧反应，一方面是形成碳粒而造成氧传感器表面的保护剥落，另一方面是使传感元件局部表面温度过高（超过1000℃）而加速传感器老化。

（2）铅中毒。燃油或润滑油添加剂中的铅离子与氧传感器的铂电极发生化学反应，导致催化剂铂的催化性能降低的现象，称为铅中毒。虽然现在都使用无铅汽油，大大减少了氧传感器铅中毒的机率。但是，由于燃油或润滑油的添加剂中含有多种铅化合物，氧传感器的铅中毒也是不可避免的。

（3）硅中毒。发动机上的硅密封胶、硅树脂成型部件、铸件内的硅添加剂等都有硅离子，这些硅离子会污染氧传感器的外侧电极，氧传感器内部端子处密封用的硅橡胶会污染内侧电极。硅离子与氧传感器的铂电极发生化学反应而导致催化剂铂的催化性能降低的现象，称为硅中毒。

（4）磷中毒。传感器表面，磷很少以纯磷状态析出，而是以某种化合物状态析出，这些磷化物污染氧传感器的现象，称为磷中毒。磷化物的应用很广，可以用作润滑剂、防锈剂和清洗剂。在发动机磨合期间或活塞环磨损之后，发动机润滑油添加剂中的磷化物就会窜入气缸中燃烧并随排气排出。在低温状态下，磷化物是以微粒子状态析出并沉淀在传感器保护层的表面将气孔堵塞而导致传感器中毒；在高温状态下，磷化物会附着在氧传感器以及三元催化器表面使其受到污染。

3　氧传感器的检测

由于氧传感器是根据半导体气敏原件的

原理制作的，所以用万用表是无法直观的检查和判断其好坏（只能检测加热部分的阻值）。所以如何检测判断其好坏，是一个修理中的难题。其最好的办法是替代，但是大多数人没有条件，而且替代后直接影响再销售（假如不是传感器本身的故障的话）。另一个方法就是模拟信号出入法，由于大多数修理厂没有模拟信号发生器，这个方法基本上无人使用。在这里笔者介绍一个简单易行的方法，就是准备一个锗二极管和硅二极管（电子商店有售，几分钱一个），用数字万用表的二极管档测量其二极管的正向压降，同时将万用表的正负表笔与电脑的氧传感器信号端连接（注意正负极），用此作为模拟的输出信号。当万用表测的是锗二极管时，输出的模拟信号为03.V左右，万用表测的是硅二极管时，输出的模拟信号为0.7V左右。然后在观察数据流中氧传感器和喷油脉宽等应该有相应的变化。假如数据流的变化符合要求，这就断定是氧传感器本身的故障了，否则为发动机工况及电脑和线路的故障了（再按以下方法检测）。

（1）发动机工况的检查。

（2）线路的检查。用万用表逐一检查氧传感器的相应线束有无短路和开路（也可以在传感器端和电脑端分别测量其信号电压和加热电压）。假如线束无短路和开路状况，并且氧传感器信号电压在电脑端测量是正常的，而在检测仪上显示的数据不正常，就应该断定是发动机电脑内部的故障

（3）电脑内部的检查。如果你有电子方面知识，就将电脑打开，用万用表的电压档（最好是示波器），根据信号在电路板上的走向，逐点检测其电压（或波形），在哪里消失或异常，故障点就应该在哪里，一般的故障为电路板虚焊或负责信号放大的运算放大器集成块损坏，将其焊好或更换即可。

Principle and Maintenance of Zirconia type Automobile Oxygen Sensor

GUO Xiao-miao
（Qiqihar School of Engineering，Qiqihar，Heilongjiang 161005，China）

Abstract:Oxygen sensor is one of the most common sensor in EFI cars，it not only affects the car's exhaust emission，but also directly affects the engine working conditions.In addition，the causes of oxygen sensor signal abnormalityis also related to the engine's working condition，engine computer，line，and many other factors，from the point of maintenance and routine practice，first of all should judge and excludeoxygen sensorfault.

Key words:oxygen sensor；Fault diagnosis；maintenance

中图分类号：TP212

文献标识码：A

文章编号：2095-980X（2016）05-0042-01

收稿日期：2016-04-15

作者简介：郭晓淼（1983-），主要研究方向：汽车工程。