汽油發(fā)動機中氧化鈦式傳感器原理及檢修方法分析

董大偉，李春靜

（吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 吉林 132002）

目前使用的氧傳感器有氧化鋯式和氧化鈦式兩種，氧化鈦式氧傳感器的外形與氧化鋯式氧傳感器相似，其中原理不同，氧化鈦式氧傳感器不需要與大氣壓進行比較，目前使用較多的氧化鈦傳感元件有芯片式和厚膜式兩種。芯片式將鉑金屬線埋入二氧化鈦芯片中，金屬鉑兼作催化劑用。厚膜式采用半導(dǎo)體封裝工藝中的氧化鋁層壓板工藝制成，從而使成本降低、可靠性提高。

1 氧傳感器的工作原理

1.1 氧化鈦式氧傳感器的安裝位置及原理

圖1 氧傳感器外形與安裝位置

氧化鈦式氧傳感器的信號源相當(dāng)于一個可變電阻，當(dāng)發(fā)動機的可燃混合氣濃時，二氧化鈦呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。當(dāng)發(fā)動機混合氣稀（過量空氣系數(shù)大于1）時，排氣中氧離子含量較多，傳感元件周圍的氧離子濃度較大，二氧化鈦呈現(xiàn)低阻狀態(tài)。

當(dāng)空燃比較小時，可燃混合氣中的燃油含量較多，空氣量少，排出廢氣中的氧含量少，氧傳感器外部電極在電源供電的情況下阻值增大，傳給ECU的信號電升高，反之阻值減小，信號電壓減小。注意，氧化鈦式氧傳感器的正常工作溫度是600℃左右，低于該溫度值，氧傳感器不輸出電壓，發(fā)動機電子控制系統(tǒng)處于開環(huán)控制狀態(tài)。傳感器的引出線常常有四根，如一根是供加熱使用的導(dǎo)線電壓為5V，一根是給電腦的信號線0.1～0.9V，一根是搭鐵線0V。

1.2 氧化鈦式傳感器的工作條件

必須滿足以下三個條件ECU才能根據(jù)氧化鋯式氧傳感器的信號調(diào)節(jié)可燃混合氣濃度：發(fā)動機冷卻液溫度高于60℃；氧傳感器自身溫度高于600℃；發(fā)動機工作在怠速工況和部分負(fù)荷工況。

因此，為了使氧傳感器迅速達(dá)到工作溫度（600℃）而投入工作，目前大多數(shù)氧傳感器都采用了加熱元件對鈦管進行加熱。加熱元件一般采用陶瓷加熱元件，直接由汽車電源（12～14V）通電進行加熱。

2 氧化鈦式傳感器的檢修方法

2.1 氧傳感器的基本電路如圖2所示

圖2 氧傳感器基本電路

2.2 氧傳感器各線束電壓的檢測

（1）氧傳感器搭鐵線的測量。起動發(fā)動機，使用50V的量程，分別接觸各線束，如測量電壓值為0V，則為搭鐵線。三線制加熱型氧傳感器一般有1根搭鐵線。

（2）氧傳感器加熱線電壓的測量。發(fā)動機起動后，使發(fā)動機和氧傳感器達(dá)到正常工作溫度。把萬用表轉(zhuǎn)換到電壓檔10V量程，用紅表筆連接各線束，黑表筆連接車體，如測出某線電壓為5 V則為傳感器加熱線。

（3）氧傳感器信號線電壓的測量。使用萬用表電壓檔2.5V量程，將紅表筆分別接氧傳感器除了加熱線以外的線束，黑表筆接車體。保持發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)，觀察萬用表指針能否在0.1～0.9V之間來回擺動。若指針在1min內(nèi)的擺動次數(shù)等于或多于10次，則說明氧傳感器信號線工作正常。若指針在1min內(nèi)的擺動次數(shù)少于10次，說明氧傳感器或反饋控制系統(tǒng)工作不正常，其原因可能是排氣管中氧傳感器中毒或被污染而導(dǎo)致靈敏度下降，此時進行氧傳感器表面清理，再進行測量，如果反應(yīng)不靈敏則進行更換。

2.3 氧傳感器信號線波形的測量

發(fā)動機運轉(zhuǎn)發(fā)動機進入閉環(huán)控制階段，用示波器檢測信號線波形，輕踩加速踏板，同時觀察示波器，其示波器波形應(yīng)隨節(jié)氣門開度而變化，如圖3；如無任何反映或變化過程中雜波較多則表明氧傳感器已損壞，如圖4。如果氧傳感器反饋電壓能按上述規(guī)律變化，說明氧傳感器良好，反饋控制系統(tǒng)工作不正常是其他原因造成的。

2.4 氧傳感器的外觀檢查

主要檢查氧傳感器外殼上的通氣孔是否堵塞、陶瓷心是否破損。如有損壞，應(yīng)更換氧傳感器。

圖3 氧傳感器正常波形

圖4 噴油器堵塞時氧傳感器波形

2.5 氧傳感器的顏色檢查

正常的氧傳感器的顏色為淡灰色。若為白色，則已經(jīng)發(fā)生硅污染，必須更換；若為棕色，則已經(jīng)發(fā)生了鉛污染，必須更換，注意一定要使用無鉛汽油，否則會造成三元催化轉(zhuǎn)化器損壞；若為黑色，則已經(jīng)發(fā)生了積炭，清除氧傳感器上的積炭視情況可以繼續(xù)使用。

3 結(jié)語

總之，在氧傳感器的檢查過程中，要特別注意它是否有污染。如果受到污染會直接影響發(fā)動機的性能，傳感器的壽命也會縮短，同時會降低三元催化轉(zhuǎn)化器的使用壽命，造成更大損失。另外污染后的傳感器輸出的信號欠準(zhǔn)，從而出現(xiàn)燃油消耗量過大的特征或造成更加明顯的故障現(xiàn)象。

［1］舒華.汽車電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與維修［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2010.

［2］李春明.汽車故障診斷方法與維修技術(shù)［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2009.

［3］麻有良.汽車電器與電子控制系統(tǒng)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2007.