淺談氧傳感器的工作原理及檢測(cè)方法

陳良

摘要：氧傳感器作為發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)實(shí)行閉環(huán)反饋控制必備的核心部件，對(duì)節(jié)約燃料，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣質(zhì)量，保持發(fā)動(dòng)機(jī)良好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性具有重要的作用。氧傳感器主要通過檢測(cè)排氣中的氧含量，向電子控制系統(tǒng)發(fā)出調(diào)節(jié)空燃比濃稀的電壓信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)電子控制系統(tǒng)增加或減少噴油量的目的。常用的氧傳感器檢測(cè)方法主要有三種：依據(jù)氧傳感器工作面頂端顏色判斷故障原因、氧傳感器加熱器電阻的檢查以及氧傳感器反饋電壓的測(cè)量。

關(guān)鍵詞：氧傳感器；工作原理；檢測(cè)方法

氧傳感器作為控制汽車尾氣排放、提高燃油經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵零件，主要通過電子控制燃油噴射裝置的反饋控制系統(tǒng)來測(cè)算排氣系統(tǒng)氧離子的剩余量，并向電腦發(fā)出反饋信號(hào)，從而將空燃比控制在理論值附近，以達(dá)到節(jié)約燃料和減少排氣污染的目的。

一、氧傳感器的工作原理

當(dāng)前，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射系統(tǒng)采用的氧傳感主要包括三種：按固態(tài)電解質(zhì)的氧濃度差電池原理制成的氧化鋯式氧傳感器、利用氧化鈦材料的電阻值隨排氣中氧含量變化的特性制成的氧化鈦式氧傳感器以及在普通加熱型開關(guān)式氧化鋯式氧傳感器基礎(chǔ)上改進(jìn)而來的新型寬帶氧傳感器，其中氧化鋯式氧傳感器是最為常用的。

氧化鋯式氧傳感器的工作原理與電池相似。它以二氧化鋯陶瓷材料制成的氧化鋯陶瓷作為工作介質(zhì)，利用氧化鋯內(nèi)外兩側(cè)的氧濃度差探測(cè)排氣中氧的含量，達(dá)到監(jiān)測(cè)和控制爐內(nèi)燃燒空燃比的目的。陶瓷鋯管不透氣，結(jié)構(gòu)疏松多孔，但其內(nèi)外表面涂有透氣的多孔鉑，當(dāng)溫度高于3500C時(shí)，陶瓷鋯管內(nèi)外表面氧濃度相差懸殊，帶負(fù)電荷的氧離子從陶瓷鋯管的內(nèi)表面向外表面擴(kuò)散，鋯管的內(nèi)外側(cè)產(chǎn)生一個(gè)電位差，濃度差越大，電位差越大，而鋯管（固態(tài)電解質(zhì)）則成為一個(gè)微電池。但由于大氣中的含氧量較為穩(wěn)定，稀混合燃燒后生產(chǎn)的廢氣以及因缺火產(chǎn)生的廢氣中含有一定量的氧，濃混合氣燃燒后的廢氣不含氧，因此，氧傳感器輸出信號(hào)電壓的高低取決于排氣中氧的含量：當(dāng)混合氣稀時(shí)，排氣中含氧較多，陶瓷鋯管內(nèi)外表面之間氧的濃度差小，輸出的電壓較低；當(dāng)混合氣濃時(shí)，排氣含氧較少，鋯管內(nèi)外側(cè)氧濃度差變大，兩電極間的電壓增大，輸出的電壓較高。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，氧傳感器信號(hào)電壓在0-1V之間不斷變化，當(dāng)混合氣稀時(shí)，氧傳感器輸出信號(hào)電壓在0—0.45V之間；當(dāng)混合氣濃時(shí)，氧傳感器輸出信號(hào)電壓在0.5—1V之間；ECU會(huì)根據(jù)氧傳感器反饋的電壓信號(hào)值來控制噴油器的噴油時(shí)間，縮減或增加噴油量，從而使實(shí)際空燃比接近于理論空然比14.7：1附近。

氧傳感器只有在發(fā)動(dòng)機(jī)和傳感器同時(shí)達(dá)到一定溫度時(shí)，才能使氧氣電離產(chǎn)生氧離子，為迅速提高氧傳感的溫度，使其盡快投入工作，常采用加熱型二氧化鋯氧傳感（俗稱四線型氧傳感器），即附加一個(gè)電阻為4-40Ω的陶瓷加熱器，借助于汽車電源供電對(duì)鋯管進(jìn)行電加熱，發(fā)動(dòng)機(jī)工作約半分鐘，傳感器溫度就能達(dá)到3500C以上。

二、氧傳感器的檢測(cè)方法

氧傳感器在工作過程中，通常會(huì)因加熱線圈故障、信號(hào)電路故障等問題，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)怠速不穩(wěn)、缺火、油耗增加等現(xiàn)象。因此，當(dāng)氧傳感發(fā)生故障時(shí)，我們可以采用以下方法進(jìn)行檢測(cè)：

（一）依據(jù)氧傳感器頂端工作面顏色判斷故障原因。氧傳感器頂端工作面常見的顏色有黑色、白色和棕色。黑色主要是由積碳沉積過多引起的，積炭過多會(huì)影響傳感器的信息反饋靈敏度，因此，應(yīng)做好定期清除積碳工作；白色是由發(fā)動(dòng)機(jī)使用硅橡膠密封圈、汽油燃燒后生成的二氧化硅等導(dǎo)致的。實(shí)踐表明，任何硅膠都會(huì)導(dǎo)致氧傳感器中毒失效。發(fā)動(dòng)機(jī)上使用的硅膠密封圈會(huì)散發(fā)有機(jī)硅氣體，用在潤換油流動(dòng)部位的醋酸硅膠會(huì)經(jīng)排氣管排出，硅化合物燃燒后生成的二氧化硅等都會(huì)損壞氧傳感器。由于硅污染造成氧傳感損壞時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換氧傳感器；棕色是由鉛污染引起的。鉛能使氧傳感器喪失信息反饋功能，污染氧傳感器的鉛主要來自含鉛的汽油。據(jù)相關(guān)研究表明，使用含鉛汽油行駛五百公里就會(huì)使氧傳感器產(chǎn)生鉛“中毒”，對(duì)此應(yīng)盡量使用鉛含量較少的汽油。

（二）氧傳感器加熱器電阻的檢查。為使氧傳感器快速達(dá)到較高溫度并投入工作，現(xiàn)代大部分汽車使用的是帶加熱器的氧傳感器，一旦加熱器損壞，氧傳感器就無法正常工作。檢測(cè)加熱元件時(shí)，需將點(diǎn)火開關(guān)置于關(guān)閉（OFF）位置，用萬能表檢測(cè)加熱器電阻。常溫狀態(tài)下，氧傳感器加熱電阻值為4-40Ω，如果阻值無窮大，說明加熱元件斷路；如果加熱元件正常，則需要拆下氧傳感線束插頭，測(cè)量氧傳感器接線端中加熱器端子與搭鐵接柱之間的電阻，觀察電阻值是否在標(biāo)準(zhǔn)值4-40Ω之間，如不符合應(yīng)更換氧傳感器；如正常則應(yīng)檢查電熱元件的電源線路，若電壓不低于11V，說明電源線路完好；若低于11V說明可能出現(xiàn)出現(xiàn)了熔斷器斷路或油泵繼電器接觸不良，應(yīng)進(jìn)一步檢測(cè)，并分別予以處理。

（三）氧傳感器反饋電壓的測(cè)量。使用萬用表或電壓表檢測(cè)氧傳感器反饋電壓時(shí)應(yīng)先拆下線束插頭，從中引出一細(xì)導(dǎo)線，負(fù)極搭鐵，正極接氧傳感器引線，然后接好插頭；讓發(fā)動(dòng)機(jī)以2500r/min的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，觀察萬用表或電壓表指針的擺動(dòng)情況，，正常情況下，萬用表或電壓表的指針應(yīng)在0-1V之間擺動(dòng)，10s內(nèi)電壓變化次數(shù)應(yīng)在8次以上。如果反復(fù)升高或降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，萬用表或電壓表指示電壓均為0，說明氧傳感器損壞，應(yīng)更換氧傳感器；如果10s內(nèi)電壓變化次數(shù)少于8次，可采用開環(huán)控制狀態(tài)觀察氧傳感器反饋電壓，若反饋電壓大于0.45V，說明混合氣過濃，可進(jìn)一步脫開進(jìn)氣管上的制動(dòng)真空助力軟管，使混合氣變稀，若結(jié)果仍顯示電壓大于0.45V，說明氧傳感損壞，反之，電壓小于0.45V，說明氧傳感器工作正常，故障可能出現(xiàn)在燃油系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)或進(jìn)氣系統(tǒng)。如果反饋電壓小于0.45V，說明混合氣過稀，接上脫開進(jìn)氣管上的制動(dòng)真空助力軟管，再拔下水溫傳感器接頭，且用一個(gè)4-8KΩ的電阻代替水溫傳感器（或堵住空氣濾清器的進(jìn)氣口），人為形成濃混合氣，觀察其電壓變化；若電壓仍小于0.45V，說明氧傳感器損壞，應(yīng)更換氧傳感器，反之，電壓大于0.45V，則說明燃油系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)或進(jìn)氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障，氧傳感器正常。

三、結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)已步入電子精確控制時(shí)代，氧傳感器作為發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)實(shí)行閉環(huán)反饋控制必備的核心部件，對(duì)節(jié)約燃料，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣質(zhì)量，保持發(fā)動(dòng)機(jī)良好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性具有重要的作用。但由于氧傳感器原件易受高溫氣體和廢氣污染影響，因而，應(yīng)按廠家說明定期更換氧傳感器，以保證車輛在良好狀態(tài)下運(yùn)行。

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