氧传感器的工作原理与检修

王　伟/盐城机电高等职业技术学校(身份证号：320925198312115139)

氧传感器的工作原理与检修

王伟/盐城机电高等职业技术学校(身份证号：320925198312115139)

汽车行业是目前在国际上应用传感器最大的市场之一,而氧传感器申报的专利数,居汽车传感器的首位。氧传感器装在汽车排气管道内，用它来检测废气中的氧含量。因而可根据氧传感器所得到的信号，把它反馈到控制系统，来微调燃料的喷射量，使A/F控制在最佳状态，既大大地降低了排污量，又节省了能源。

氧传感器;工作原理;检修

一．发动机氧传感器的类型

汽车发动机燃油喷射系统采用的氧传感器分为二氧化锆(zrO2)式和二氧化钛(TiO2)式两种类型。而常见的氧传感器又有单引线、双引线和三根引线之分，单引线的为氧化锆式氧传感器；双引线的为氧化钛式氧传感器；三根引线的为加热型氧化锆式氧传感器，原则上三种引线方式的氧传感器是不能替代使用的。其中应用最多的是氧化锆式氧传感器。

二．发动机氧传感器的构造

二氧化锆型氧传感器由二氧化锆管、起电极作用的衬套以及防止二氧化锆管损坏和导入汽车的带孔护罩等构成如图1所示。

图1　1.排气 2.锆管 3.电极 4.弹簧 5.电极座 6.导线 7.大气 8.气孔

三．氧传感器的工作原理

氧传感器的工作原理与干电池相似，传感器中的氧化锆元素起类似电解液的作用，其基本工作原理是：在一定条件下（高温和铂催化），利用氧化锆骨外两侧的氧浓度差，产生电位差，且浓度差越大，电位差越大。大气中氧的含量为21％，浓混合气燃烧后的废气实际上不含氧，稀混合气燃烧后生成的废气或因缺火产生的废气中含有较多的氧，但仍比大气中的氧少得多。在排气高温作用下氧气发生分离，由于锆管内侧氧离子浓度高，外侧氧在两个表面电极有氧浓度差，氧离子就从浓度高的一侧向低的一侧流动，从而产生电动势，所以二氧化锆传感器实际为一种容量较小的化学电池，也称氧浓度差电池。 当混合气稀，空燃比大时，排气中的氧含量高，传感器元件内、外侧氧浓度差小，氧化锆元件内、外侧两电极之间产生的电压很低，当混合气浓时，排气中几乎没有氧传感器内、外侧氧浓度差很大。内、外侧电极之间产生的电压高（约1V)。在理论空燃比附近，氧传感器输出电压信号值有一突变。二氧化锆管内外涂有铂起催化作用，能使排气中氧气与一氧化碳、碳化氢等发生反应，减少排气中氧含量，使外侧铂表面的氧几乎不存在，提高了传感器的灵敏度。 氧传感器的输出特性与排气温度有关，二氧化锆式氧传感器的工作温度在300℃以上。当排气温度低于一定值约时，氧传感器的输出特性不稳定，因此氧传感器一般都安装在排气温度较高的位置。为此，有些车上海装有排气温度传感器，当排气温度传感器的信号达到一定值后，控制单元才根据氧传感器的信号进行空燃比反馈修正。其特点是抗铅；较少依赖于排气温度；起动后迅速进入闭环控制。

四．氧传感器的常见故障

（一）氧传感器中毒

氧传感器中毒是经常出现的且较难防治的一种故障，尤其是经常使用含铅汽油的汽车，即使是新的氧传感器，也只能工作几千公里。如果只是轻微的铅中毒，接着使用一箱不含铅的汽油，就能消除氧传感器表面的铅，使其恢复正常工作。但往往由于过高的排气温度，而使铅侵入其内部，阻碍了氧离子的扩散，使氧传感器失效，这时就只能更换了。

（二）积碳

由于发动机燃烧不好，在氧传感器表面形成积碳，或氧传感器内部进入了油污或尘埃等沉积物，会阻碍或阻塞外部空气进入氧传感器内部，使氧传感器输出的信号失准，ECU不能及时地修正空燃比。产生积碳，主要表现为油耗上升，排放浓度明显增加。此时，若将沉积物清除，就会恢复正常工作。

（三）氧传感器陶瓷碎裂

氧传感器的陶瓷硬而脆，用硬物敲击或用强烈气流吹洗，都可能使其碎裂而失效。因此，处理时要特别小心，发现问题及时更换。

（四）加热器电阻丝烧断

对于加热型氧传感器，如果加热器电阻丝烧蚀，就很难使传感器达到正常的工作温度而失去作用。

（五）氧传感器内部线路断脱

内部线路有虚焊 松脱或者断路。找一个新的氧传感器进行检测，如果故障消失则是氧传感器的毛病，反之，则是线路的问题,需更换线路。

五．氧传感器的检修

（一）分工况检测

氧传感器输出的信号电压（指ECU 导线侧连接器端子对地的电压）应当符合下面的要求——a.点火开关位于ON 位置时，信号电压大约为0V；b.发动机冷机怠速运转时，信号电压大约为0V；c.发动机预热后怠速运转时，信号电压大约为0 V～1.0V；d.发动机预热后加速运转时，信号电压大约为0.5 V～1.0V；e.发动机预热后减速运转时，信号电压大约为0 V～0.4V。

（二）灵敏度检测

起动发动机，让发动机以2500 r/min 的转速运转3min，使氧传感器达到工作温度。发动机继续以2500r/min 的转速运转，同时测量氧传感器的信号电压，如果信号电压在0.1 V～1.0V 之间波动的次数为10 s 内大于8 次，说明氧传感器的灵敏度正常。否则，应当更换氧传感器。

（三）模拟检测

拔下一根发动机的真空软管，模拟混合气变稀，若氧传感器的信号电压下降到0.1 V～0.3V；堵住空气滤清器的进气口，模拟混合气变浓，若氧传感器的信号电压上升到0.8 V～1.0V，说明氧传感器工作正常。如果氧传感器的信号电压不发生上述变化，说明氧传感器有故障，应该予以更换。

六．氧传感器故障的案例

（一）案例

（1）故障现象

一辆丰田LEXUS LS400轿车，已经跑了10万多公里，车主反映车子加速没有以前顺畅，松油门时怠速有轻微的振动，发动机故障灯时亮时不亮，油耗也明显增加。

（2）故障的诊断

读取故障码，故障代码显示为混合气过浓或过稀，从而得到大概的故障部位在进气系统、燃油供给系统、点火系统。可能的主要故障部件为空气流量计、水温传感器、节气门位置传感器、油压调节器、点线圈、高压线、火花塞及氧传感器。本着先易后难的原则逐一进行检测，推断故障所在因为空气流量计、水温传感器、节气门位置传感器都有一个确定的故障码，如有问题，都会被控制单元记录下来，会有故障码读出，根据故障自诊断情况，这些部件都没有故障代码，基本可以确定上诉部件没有故障。而氧传感器是受其它因素影响较多的元件，应该先检测其它的元件，最后检查氧传感器。检发现其余元件没有损坏，问题则出在氧传感器上。

（3）故障的检修

根据电路图，断开发动机ECU与氧传感器的联接，对氧传感器进行检测，测量左右两边的主氧传感器加热元件的电阻，都在5.1～6.3Ω之间,没有问题，接着测量ECU端子HTL和HTR对搭铁的电压在9～14V之间，也没有问题。只有检查氧传感器的工作情况了。按要求装好拆下的拆下的部件，起动发动机，并热车到正常的工作温度，连接诊断插座上的E1和TE1端子，用万用表的正极表棒连接到插座的VF1和VF2端子，负极表棒连接到E1，高怠速（2500r/min）运转2分钟以加热氧传感器，然后将发动机速保持在2500r/min。分别计算电表在0～5V之间的波动次数（正常应在每10秒内波动8次左右），测得的波动次数为零。始终保持在0V，问题可能是氧传感器信号问题。再测量端子OX1、OX2端子跟E1之间的电压在0.5V以下，只有0.1～0.2V（正常应在0.5V以上），这就说明氧传感器不工作，问题终于找到了。由于氧传感器不能正常地把信号反馈给发动机ECU，不能对喷油器的喷油肪宽进行控制和修正，产生混合气过稀、过浓现象，导致出现了前诉问题。最后更换2个氧传感器和火花塞后，试车故障再也没有出现。

七．汽车氧传感器的发展趋势

中国开创性地提出了“新型汽车氧传感器产业” 及替代品产业概念，在此基础上，从四个维度即“以人为本”、“科技创新”、“环境友好”和“面向未来”准确地界定了“新型汽车氧传感器产业” 及替代产品的内涵。根据“新型汽车氧传感器产业” 及替代品的评价体系和量化指标体系，从全新的角度对中国汽车氧传感器产业发展进行了推演和精准预测，在此基础上，对中国的行政区划和四大都市圈的汽车氧传感器产业发展进行了全面的研究。

[1]杨邦朝,简家文,张益康.氧传感器与现代生活[J].世界产品与技术,200l .

[2]杨邦朝,简家文等.氧传感器原理与进展[J].传感器世界,2002 (8).

[3]张毅等,TiO2氧传感器的研究与进展[J].传感器技术,2005(2).