氧傳感器的功能及工作原理

PAGEPAGE4氧傳感器的功能及工作原理氧傳感器的功能測定發(fā)動機排氣中氧氣含量，確定汽油與空氣是否完全燃燒。電子控制器根據(jù)這一信息實現(xiàn)以過量空氣系數(shù)λ=1為目標(biāo)的閉環(huán)控制，以確保三元催化轉(zhuǎn)化器對排氣中HC、CO和NOX三種污染物都有最大的轉(zhuǎn)化效率。

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。特點抗鉛；較少依賴于排氣溫度；起動后迅速進入閉環(huán)控制。氧傳感器的常見故障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，阻礙了氧離子的擴散，使氧傳感器失效，這時就只能更換了。

積碳由于發(fā)動機燃燒不好，在氧傳感器表面形成積碳，或氧傳感器內(nèi)部進入了油污或塵埃等沉積物，會阻礙或阻塞外部空氣進入氧傳感器內(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。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。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，就很難使傳感器達到正常的工作溫度而失去作用。氧傳感器內(nèi)部線路斷脫氧傳感器的常見故障及檢查方法在使用三元催化轉(zhuǎn)換器以減少排氣污染的發(fā)動機上，氧傳感器是必不可少的元件。由于混合氣的空燃比一旦偏離理論空燃比，三元催化劑對CO、HC和NOX的凈化能力將急劇下降，故在排氣管中安裝氧傳感器，用以檢測排氣中氧的濃度，并向ECU發(fā)出反饋信號，再由ECU控制噴油器噴油量的增減，從而將混合氣的空燃比控制在理論值附近。目前，實際應(yīng)用的氧傳感器有氧化鋯式氧傳感器和氧化鈦式氧傳感器兩種。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。氧傳感器一旦出現(xiàn)故障，將使電子燃油噴射系統(tǒng)的電腦不能得到排氣管中氧濃度的信息，因而不能對空燃比進行反饋控制，會使發(fā)動機油耗和排氣污染增加，發(fā)動機出現(xiàn)怠速不穩(wěn)、缺火、喘振等故障現(xiàn)象。因此，必須及時地排除故障或更換。一、氧傳感器的常見故障1.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，阻礙了氧離子的擴散，使氧傳感器失效，這時就只能更換了。另外，氧傳感器發(fā)生硅中毒也是常有的事。一般來說，汽油和潤滑油中含有的硅化合物燃燒后生成的二氧化硅，硅橡膠密封墊圈使用不當(dāng)散發(fā)出的有機硅氣體，都會使氧傳感器失效，因而要使用質(zhì)量好的燃油和潤滑油。修理時要正確選用和安裝橡膠墊圈，不要在傳感器上涂敷制造廠規(guī)定使用以外的溶劑和防粘劑等。2.積碳由于發(fā)動機燃燒不好，在氧傳感器表面形成積碳，或氧傳感器內(nèi)部進入了油污或塵埃等沉積物，會阻礙或阻塞外部空氣進入氧傳感器內(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。3.氧傳感器陶瓷碎裂在氧傳感器平衡(O2FB)測試中第一步就是測量氧傳感器的輸出信號。這樣做有幾個原因，首先看原因，然后再看試驗步驟。氧傳感器工作在一個有關(guān)排氣系統(tǒng)通過的極端惡劣的環(huán)境之中，一個不需加熱的氧傳感器壽命為30000至50000英哩，而加熱氧傳感器壽命比不加熱氧感器延長壽命長20000英哩。任何一種氧傳感器的時效，都是慢慢地失去的，開始它的響應(yīng)速度變慢，能夠產(chǎn)生的輸出信號幅度變低，在失效的最后階段，它產(chǎn)生一個不變化的信號或根本沒有信號輸出，這時就會出現(xiàn)故障碼，隨后發(fā)動機檢查燈或故障指示燈就亮了。除了由于使用年限和行駛里程導(dǎo)致氧傳感器正常的失效外，氧傳感器還有可能因汽油中含鉛或冷卻液中的硅膠腐蝕而導(dǎo)致提前失敗，滲漏頭墊破裂也使許多氧傳感器失效。但是，使氧傳感器提前失效的首要原因是發(fā)動機在較濃的混合比狀態(tài)下運行時所造成碳阻塞，還有各種潛在原因都可能成為使氧傳感器失效的禍?zhǔn)?，例如燃油壓力過高，噴油嘴壞損或控制電腦傳感器損壞以及操作不當(dāng)?shù)?。在把握一件事情的核心以前，為了檢查時能穩(wěn)妥一些，先暫停一下，講一個問題，在診斷燃料反饋控制系統(tǒng)(FFCS)之前，經(jīng)常被告之，應(yīng)起動發(fā)動機直至它進入“閉環(huán)”狀態(tài)。也有許多汽車修理文章也這樣寫到：“起動發(fā)動機在2500rpm下運轉(zhuǎn)2-3分鐘，直到氧傳感器產(chǎn)生可變電壓”，這恐怕是個誤導(dǎo)。許多技術(shù)人員認為氧傳感器自己會產(chǎn)生可變電壓，而事實是發(fā)動機要在穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速和負荷下氧傳感器在讀廢氣及由廢氣導(dǎo)致的電壓信號，發(fā)動機控制電腦(PCM)通過噴油脈沖寬度變化或混合比控制命令來改變排氣成份。氧傳感器安裝在排氣流中報告它的讀數(shù)，它只是一個報告者。如果只是因為氧傳感器電壓偏離，并不意味就必須更換氧傳感器，這只是因為測試氧傳感器只是O2FB試驗的第一步，如果排氣的成份不變化，不管怎樣“運轉(zhuǎn)加熱發(fā)動機”，氧傳感器的電壓也不會變。當(dāng)診斷汽車時，如果發(fā)現(xiàn)氧傳感器的輸出電壓不正常或根本不變，那可能有兩個原因，一個是由于氧傳器本身的問題造成的，而不是對排氣成份正確性測量的問題，另一個可能是由于上流動系統(tǒng)故障造成的，而不是混合比改變的問題，這是因為上流動系統(tǒng)中的一些部件有故障?，F(xiàn)在回到要接觸到的事情的要害，“要害”就是氧傳感器信號在燃料反饋控制系統(tǒng)中的地位，在汽車示波器的顯示屏上，氧傳感波形，就相當(dāng)于醫(yī)院手術(shù)室里的電起搏器(EKG)，事實上，在醫(yī)院的急救室里，最主要的判斷設(shè)備就是起搏器(EKG)，它所以看到病人脈搏的波形。汽車行駛能力和排放診斷的實際任務(wù)就是恢復(fù)汽車的脈搏(FFCS的脈搏)，而這個脈搏是就是氧傳感器波形。觀察傳感器的波形能說明什么樣的燃料反饋控制系統(tǒng)是“進入活動”或“進入閉環(huán)”狀態(tài)。起動時，傳感器輸出電壓達到450mV時開始進入濃和稀的循環(huán)。與醫(yī)院的電起搏器相似，氧傳感器波形只有當(dāng)氧傳感器是好的時才是可信的，如果裝在病人皮膚上的電起搏器的傳感器不好，那么實在不能相信它產(chǎn)生的波形，但是由于氧傳感器所處的環(huán)境要比電脈搏的傳感器在衛(wèi)生的病房里所處的環(huán)境差得多。所以在開始依靠氧傳感器工作之前，必須測試氧傳感器本身，如果將氧傳感器波形用于診斷目的，必須十分確信它的精確性。如果用一個壞的氧傳感器，那就會既不能進行有效地進行氧反饋平衡診斷，也不能讓發(fā)動機控制電腦(PCM)正常運行。這就是為什么診斷工序的第一步就要測試它的原因。2.測試氧傳感器的具體方法由兩個通用的方法可以測試氧傳感器：丙烷法和速動油門法。①用丙烷法測試氧感器一個氧傳感器有三個方面需要檢查，如果在這三個方面中任何一方面發(fā)生故障，都需要更換新的氧傳感器，并對新的氧傳感器進行檢查。這些步驟和規(guī)格適用于由世界最大的氧傳感器制造廠生產(chǎn)出來的氧化鈦傳感器，同時它也適用于汽車生產(chǎn)廠的OBD-II診斷儀所顯示的氧化鋯傳感器規(guī)格。a.連接和設(shè)置加濃丙烷工具；把加濃的丙烷接到真空管入口處(有曲軸箱強制通風(fēng)或制動助力系統(tǒng)應(yīng)連接完好的條件下工作)；b.接上并設(shè)置好汽車示波器；c.起動發(fā)動機轉(zhuǎn)速在2500rpm下運轉(zhuǎn)兩三分鐘；d.讓發(fā)動機運轉(zhuǎn)，注意必須在30秒內(nèi)完成準(zhǔn)確的振幅和反應(yīng)結(jié)果；e.慢慢加丙烷，直至氧傳感器輸出電壓升高(變濃)，一個運行正常的系統(tǒng)將在加丙烷的氧傳感器信號電壓會繼續(xù)緩慢地加注丙烷直到系統(tǒng)失去反饋過濃混合比的能力，然后繼續(xù)加注丙烷直至發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降一、二百轉(zhuǎn)，這是因為混合比濃的原因，這個步驟如果操作正確應(yīng)該在20-5秒內(nèi)完成；f．迅速把丙烷從真空管處移開，造成極大的真空，如果發(fā)動機失速是正常的，它并不影響檢測，然后關(guān)閉丙烷開關(guān)閥；g.等到波形移動到示波器屏幕上的中央位置時，定位波形，這項檢查就完成了?，F(xiàn)在通過分析波形來判斷氧傳感器是否合格了。如果氧傳感器是好的應(yīng)符合下面的結(jié)果：

氧傳感器測試--可以從顯示屏上直接讀取最大或最小電壓，并用示波器游標(biāo)讀出延遲時間。如果這三項中任何一項不符合上表要求，氧傳感器均不合格，應(yīng)更換新的并對新氧傳感器采取同樣的方法予以檢查。一個好的傳感器必須是三項要求全部符合，如果在關(guān)閉丙烷開關(guān)閥并產(chǎn)生較大真空度之前，發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)時間過長，上述測試時間超過了20-25秒，這可能是由于氧感器溫度太低，可能會使輸出電壓信號的幅值降低，并使輸出電壓信號下降沿的時間延長，這就造成氧傳感器不合格的假象。如果在關(guān)閉丙烷開關(guān)閥并造成最大真空度之前，發(fā)動機不能在怠速運轉(zhuǎn)充分長的時間。那么氧傳感器保持燃料反饋閉環(huán)控制的能力就不能適當(dāng)?shù)販y試出來，檢測氧傳感器應(yīng)充分預(yù)熱(在2500rpm運轉(zhuǎn)2-3分鐘)，如果只做5秒鐘的怠速運轉(zhuǎn)的話，那么就可能有一個或多個參數(shù)項不合格。這就是為什么要使丙烷加濃20-25秒的原因。有些汽車用真空降稀的辦法來控制氧傳感器是非常困難的，甚至是不可能的，這時就應(yīng)該換一種方法來檢測氧傳感器，這就是油門急加速方式測試氧傳感器。如果從波形上還無法準(zhǔn)確斷定氧傳感器的好壞，可以用示波器上的游標(biāo)讀出最大最小電壓和響應(yīng)時間，大多數(shù)壞的氧傳感器都可以從波形明顯地分辨出來。②用急加速油門方法測試氧傳感器對有些1988年或更新的汽車，用丙烷加濃和真空泄漏變稀法來做氧傳感器試驗是非常困難的，這是因為這里汽車已經(jīng)寫了快速補償真空泄露的功能，在一些新的汽車上安裝有速度--密度方式空氣流量計系統(tǒng)，還有一些汽車裝有質(zhì)量空氣流量計的系統(tǒng)，在這兩種系統(tǒng)中氧傳感器信號想要足夠的下降(變稀)是非常困難，甚至是不可能的。透常，比較新的發(fā)動機控制系統(tǒng)能夠非?？斓难a償比較大的真空，所以氧傳感器信號決不會變稀(在排放中氧的不同部分壓強，不足產(chǎn)生在最大的氧傳感器響應(yīng)信號)。有幾個可能的變通辦法就是在測試氧傳感器的手動真空泵使傳進壓力傳感器(MAP)的真空壓力穩(wěn)定，是用急加油門的辦法來測試氧傳感器的。用急加速油門的方法有三個步驟(示波器設(shè)定方法與丙烷測試方法相同)：a.以2500rpm預(yù)熱發(fā)動機和氧傳感器2-6分鐘，讓發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)20秒鐘；b.在兩秒內(nèi)將油門從怠速加至節(jié)氣門完全打開5-6次，注意，不要超速，沒有必要讓發(fā)動機轉(zhuǎn)速超過4000rpm，只要得到一個節(jié)氣門急加速和全減速就可以了；c.定住屏幕上的波形以便檢查，按照丙烷測試方法時的波形圖來檢查氧傳感器的最大最小電壓以及響應(yīng)時間，必要時可以用游標(biāo)測量，汽車示波器通常會自動顯示最大值和最小電壓值。d.5V氧化鈦傳感器系統(tǒng)配置氧化鈦傳感器系統(tǒng)--5V或1V可變電阻。氧化鈦傳感器與氧化鋯不同。氧化鈦傳感器的工作原理與發(fā)動要冷卻液溫度傳感器(ECT)和進氣溫度(IAT)傳感器一樣，它們包含一個可變電阻器。這個可變電阻根據(jù)條件的改變(例如：溫度)來改變電阻值。但是與發(fā)動機冷卻水溫度或進氣溫度不同的是，氧化鈦傳感器在傳感器四周空氣/燃油混合比變化時改變電阻值，而發(fā)動機控制電腦(PCM)則是讀取電阻兩端電壓降，通常要提供給氧化鈦傳感器一個工作電壓(一般是1V，但吉普4.0L直到1991年用的是5V)。然后傳感器送回一個較低的變化電壓，這個電壓是根據(jù)空氣/燃油混合比的情況回送的。大多數(shù)氧化鈦傳感器系統(tǒng)是在多點噴油系統(tǒng)中使用，在4.0L切諾基和wsanglers(1991年以前)吉普，一些3.0L的克萊斯勒Eahie，Summit，1986年以后的日產(chǎn)300ZX和Stanza4WD，1982年以后日產(chǎn)千里馬和Sentre，1983年和以后日產(chǎn)D21卡車和一些1988年更新的豐田汽車，例如4-Runner，4.0L的吉普系統(tǒng)(1991年以前)用5V電壓電源，其它用1V電壓電源。并不是所有的吉普5V氧化鈦傳感器系統(tǒng)與氧化鋯傳感器的性能相同。在吉普公司4.0L轎車上有一些統(tǒng)一差別。a.傳感器信號從0-5V變化，而不是0-1V；b.傳感器與其它傳感器的輸出信號電壓相反，濃時輸出電壓低，稀時輸出電壓高。氧化鈦和氧化鋯傳感器的響應(yīng)時間一般是一樣的。氧傳感器新產(chǎn)品新技術(shù)冷車運轉(zhuǎn)時的發(fā)動機所排放的CO和HC是最多的，這就要求氧傳感器盡快起動進入閉環(huán)控制狀態(tài)。NGK火花塞有限公司研制出一種新型氧傳感器，它能在15s內(nèi)達到閉環(huán)控制。通過縮小加熱區(qū)和降低阻抗，改進了傳感器的加熱裝置。由于采用新材料和新的溫控系統(tǒng)，使加熱器的壽命與現(xiàn)有類型相近，改善了低溫特性

根據(jù)市場需求，康達(成都)電子有限公司正在研制開發(fā)片式車用氧傳感器，近期內(nèi)將會推向市場。知識鏈接：

汽車氧傳感器是利用陶瓷敏感元件測量各類加熱爐或排氣管道中的氧電勢，由化學(xué)平衡原理計算出對應(yīng)的氧濃度，達到監(jiān)測和控制爐內(nèi)燃燒空燃比，保證產(chǎn)品質(zhì)量及尾氣排放達標(biāo)的測量元件。該裝置可廣泛應(yīng)用于各類煤燃燒、油燃燒、氣燃燒等爐體的氣氛控制。它是目前最佳的燃燒氣氛測量方式，具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)迅速、維護容易、使用方便、測量準(zhǔn)確等優(yōu)點。運用該傳感器進行燃燒氣氛測量和控制，既能穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，又可縮短生產(chǎn)周期，節(jié)約能源。

專家教你如何排除汽車氧傳感器的故障捷達王GTX型汽車采用AHP發(fā)動機，匹配德國Bosch公司Montronic

M3．8．2控制系統(tǒng)。安裝在前排氣管中的氧傳感器可監(jiān)測排氣中的氧氣含量，并將結(jié)果及時反饋給發(fā)動機控制單元（ECU），以控制噴油器的噴油量，使混合氣的濃度在怠速及部分負荷條件下，總是處于理論空燃比（A/F=14.7）附近很窄范圍內(nèi)變化。氧傳感器的工作原理。當(dāng)發(fā)動機燃燒的是稀混合氣時，則排氣中氧含量高，傳感器產(chǎn)生低電壓，約0V；當(dāng)發(fā)動機燃燒的是濃混合氣時，則排氣中氧含量低，傳感器產(chǎn)生低電壓，約1V。氧化鋯正常工作時，需要300—850℃的高溫，為此在其內(nèi)部裝有陶瓷加熱元件。該車氧傳感器最佳工作溫度600℃。發(fā)動機的檢測與故障原因的診斷經(jīng)過對故障現(xiàn)象認真分析后，我進行了以下的檢測。（一）發(fā)動機的基本檢測測量各氣缸的壓力，均在1080Kpa以上，正常；燃油系統(tǒng)壓力280Kpa，正常；測尾氣CO含量為7.5%，嚴重超標(biāo)（正常為0.35%）。說明燃油燃燒不完全。（二）讀取發(fā)動機控制系統(tǒng)故障碼使發(fā)動機怠速空負荷運行，冷卻液溫度達到發(fā)動機正常工作溫度85℃以上。我將X431與車上16針OBD-Ⅱ診斷座連接通訊。使用X431的讀取故障碼功能，讀到“氧傳感器不可靠信號”的故障內(nèi)容。說明氧傳感器本體或線路有故障。為了進一步確認這一判斷，我使用了X431的讀取動態(tài)數(shù)據(jù)流功能。（三）對動態(tài)數(shù)據(jù)流進行分析（1）經(jīng)過對數(shù)據(jù)分析后發(fā)現(xiàn)氧傳感器工作不正常。在發(fā)動機冷卻液溫度達到90℃時，氧傳感器本體加熱溫度達到了300℃以上，傳感器開始工作了。它正常工作時會產(chǎn)生0.1-0.9V的變化電壓信號輸送給ECU。但該車實測電壓為0.23V恒定不變，ECU接收這個電壓信號后，判斷發(fā)動機混合氣過稀。所以ECU控制噴油器延長噴油時間，使噴油量增加，供給變濃的混合氣。因為ECU得不到正常的變化信號電壓的反饋，因此不能自動調(diào)節(jié)混合氣空燃比，造成混合氣一直處于過濃狀態(tài)。所以可以證明是氧傳感器這一錯誤的信號電壓造成ECU不能精確地計算噴油量，導(dǎo)致發(fā)動機混合氣過濃。（2）發(fā)動機在怠速及部分負荷條件下，空氣流量、冷卻水溫、轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門角度同時都是影響空燃比的重要因素。但從數(shù)據(jù)的對比要看到它們的實測值均為正常，說明它們并沒有影響到ECU的正常工作。（3）“發(fā)動機負荷”即噴油脈寬，反映的是發(fā)動機每轉(zhuǎn)的持續(xù)噴油時間。發(fā)動機在怠速及部分負荷運行時，其正常值應(yīng)在1.3-2.5ms之間，數(shù)值越大說明噴油器持續(xù)噴油時間越長，噴油量就越多。該車實測值為3.5ms，所以證實了ECU控制噴油器增加了噴油量。在節(jié)氣門角度2∠o，空氣量3.0g/s正常情況下，噴油脈寬的增長，也說明了發(fā)動機進入的空氣量與噴油量的實際比例小于1