汽車發(fā)動機(jī)氧傳感檢修淺析

朱德橋

（六盤水職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州六盤水，553001）

1 氧傳感的功能

氧傳感器是汽油機(jī)電控系統(tǒng)原理與控制策略中常見的噴油量的“閉環(huán)調(diào)節(jié)”（反饋控制）主要的元器件，根據(jù)排氣中氧含量的變化，間接地反映進(jìn)入氣缸中混合氣的濃度，并反饋給ECU,測定出進(jìn)入發(fā)動機(jī)燃燒室混合氣的空燃比值，把它輸入計算機(jī)與設(shè)定的目標(biāo)空燃比值進(jìn)行比較，根據(jù)差值調(diào)節(jié)電磁噴油器噴油量，使空燃比保持在設(shè)定目標(biāo)值附近。

值得注意的是，噴油量的“閉環(huán)調(diào)節(jié)”可以使混合氣的濃度維持在理論混合氣附近，但并不是所有的工況都需要理論混合氣。例如:在發(fā)動機(jī)起動、暖機(jī)、加速、大負(fù)荷等工況，需要對混合氣適當(dāng)加濃，以便使發(fā)動機(jī)能夠順利起動、平穩(wěn)暖機(jī)、迅速加速、大負(fù)荷時輸出較大功率;強(qiáng)制怠速工況(即節(jié)氣門在怠速位置，但轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)高于怠速的工況，例如:汽車急減速、掛擋下坡等)時，需要徹底切斷燃料供給。在這些工況下，ECU 會暫時終止使用氧傳感器的信號，轉(zhuǎn)而利用ECU 內(nèi)部的記憶值或計算值來控制噴油量，即對噴油量實(shí)施“開環(huán)調(diào)節(jié)”。

2 氧傳感器分類

常見氧傳感器分類方式主要按材料、線數(shù)、是否存在加熱等幾種分類方式。按材料不同主要分為氧化鈦式，氧化鋯式。按照線的數(shù)量劃可分為：1 線、2 線（一般2 線為氧化鋯式）、3 線、4 線等。按照信號特性可劃分為窄域（躍變式）、寬域（寬頻帶式）。按照氧傳感器是否存在加熱，可分為加熱式和非加熱式，一般只有3 線4 線及以上為加熱式，氧化鈦式一般都為加熱型傳感器。否則剛剛啟動一段時間，為使氧傳感器快速達(dá)到正常工作條件，符合國家規(guī)定，目前使用的全部為帶加熱的。常見的氧傳感器有二氧化鋯和二氧化鈦型氧傳感器兩種。

2.1 二氧化鋯氧傳感器

二氧化鋯型氧傳感器由二氧化鋯管、起電極作用的襯套，以及防止二氧化鋯管損壞和導(dǎo)入汽車的帶孔護(hù)罩等構(gòu)成。二氧化鋯的管內(nèi)、外表面均涂有薄薄的一層鉑，鉑既起到電極的作用，又具有催化的作用。二氧化鋯管內(nèi)側(cè)通大氣，并且保持氧濃度不變，外側(cè)直接與氧濃度較低的排氣相抵觸。工作時，在排氣高溫作用下，氧氣發(fā)生分離，由于鋯管內(nèi)側(cè)氧離子濃度高，外側(cè)氧在兩個表面電極有氧濃度差,氧離子就從濃度高的一側(cè)向低的一側(cè)流動，從而產(chǎn)生電動勢，所以二氧化鋯傳感器實(shí)際為一種容量較小的化學(xué)電池，也稱氧濃度差電池。

2.2 二氧化鈦氧傳感器

二氧化鈦氧傳感器是利用N 型半導(dǎo)體材料二氧化鈦的電阻值，隨排氣中氧含量的變化而變化的特性制成的，屬于電阻型氧傳感器。二氧化鈦氧傳感器相當(dāng)于可變電阻器，在常態(tài)下此傳感器具有高電阻值;二氧化鈦在表面缺氧時，電阻值降低。由二氧化鈦傳感元件、加熱元件電極引線和鋼質(zhì)殼體等組成。

3 氧傳感特性

氧傳感器具有一種特性，在理論空燃比（14.7：1）附近它輸出的電壓有突變，以波動的電壓傳遞給電控單元(ECU)的，因此判斷氧傳感器性能的主要方法是檢測氧傳感器輸出的信號電壓值及其波動的范圍和波動的頻率。

具體來說，對于氧化鋯式氧傳感器，當(dāng)供給的可燃混合氣較濃時(空燃比A/F<14.7 或過量空氣系數(shù)λ<1)，尾氣中的氧離子含量較少，和相差很大，由此可產(chǎn)生較大的電動勢(約0.9 V)；當(dāng)可燃混合氣較稀時(空燃比A/F>14.7 或過量空氣系數(shù)λ>1)，因尾氣中氧離子含量比較多，和很接近，氧濃差很小，產(chǎn)生的電動勢很小(約0.1V)。在混合氣接近理論空燃比時，輸出0.45V 電壓。因此，在理論空燃比附近，固體電解質(zhì)兩邊的氧分壓之比的急劇變化將引起輸出電壓的急劇變化。這種特性使它非常適合應(yīng)用于三元催化轉(zhuǎn)化系統(tǒng)進(jìn)行理論空燃比的控制。而在整個稀薄燃燒區(qū)內(nèi)(A/F>17)，只有很低的電壓信號，且信號變化很小、曲線平滑。

對于氧化鈦式氧傳感器在發(fā)動機(jī)工作過程中要求溫度恒定不變。傳感器兩端均連接到ECU，其中一端將一個恒定的1V 電壓加在氧化鈦式氧傳感器的一端上。當(dāng)排出的廢氣中氧濃度隨發(fā)動機(jī)混合氣濃度變化而變化時，氧傳感器的電阻隨之改變，ECU 另一端子上的電壓降也隨著變化。當(dāng)端子上的電壓高于參考電壓（0.4～0.6V）時，ECU 判定混合氣過濃;當(dāng)電壓低于參考電壓時，ECU 判定混合氣過稀。通過ECU 的反饋控制，可保持混合氣的濃度在理論空燃比附近。在實(shí)際的反饋控制過程中，電壓也是在0.1～0.9V 之問不斷變化，這一點(diǎn)與Zr02 氧傳感器是相似的。

另一方面，發(fā)動機(jī)只有達(dá)到一定的溫度才能激活氧傳感器。因此，檢測氧傳感器前，必須對發(fā)動機(jī)充分預(yù)熱，在氧傳感器達(dá)到正常工作溫度300℃～350℃以后才能進(jìn)行檢測，在此之前，氧傳感器的電阻大，如同開路，氧傳感器不產(chǎn)生任何電壓信號;若發(fā)動機(jī)的排氣溫度超過800℃，氧傳感器的控制也將中斷。目前有的車型采用主、副2 個氧傳感器（部分車型只有前氧傳感器），主氧傳感器(在三元催化轉(zhuǎn)換器前)通常帶有加熱器，主要給ECU 提供空燃比反饋信號，副氧傳感器不帶加熱器，要依靠廢氣預(yù)熱，溫度超過300℃才能正常工作，主要提供催化凈化效率信號。對于加熱型氧傳感器，其加熱電阻的阻值一般為5Ω～7Ω。如果加熱電阻被燒蝕(電阻為無窮大)，氧傳感器很難快速達(dá)到正常的工作溫度，此時應(yīng)當(dāng)更換氧傳感器。

特別注意，氧傳感器在油門穩(wěn)定，配制標(biāo)準(zhǔn)混合時較為重要的作用，而在頻繁加濃或變稀混合時，（ECU）電腦將忽略氧傳感器的信息，氧傳感器就不能起作用。

4 氧傳感器引起的故障現(xiàn)象

氧傳感器引起的故障現(xiàn)象從功能的角度來看，主要是導(dǎo)致反饋失效，具體來說，氧傳感器故障一般發(fā)動機(jī)故障燈會亮，會使發(fā)動機(jī)油耗增加、排氣超標(biāo)，發(fā)動機(jī)出現(xiàn)怠速不穩(wěn)、缺火、喘抖等故障現(xiàn)象。

5 氧傳感器故障的主要原因

氧傳感器失效的主要原因是傳感元件老化、中毒及電路故障。

氧傳感器老化。發(fā)動機(jī)在特殊工況(啟動、大負(fù)荷狀態(tài))工作時,需要供給較濃的混合氣，排氣中過剩的燃油就會在氧傳感器的表面產(chǎn)生燃燒反應(yīng)，一方面是形成積碳而造成氧傳感器表面的保護(hù)剝落,另一方面是使傳感元件局部表面溫度過高(超過1000°C)而加速傳感器老化、陶瓷碎裂。

氧傳感器中毒。氧傳感器中毒通常主要指鉛中毒、硅中毒和磷中毒，是經(jīng)常出現(xiàn)的且較難防治的一種故障。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(kuò)散，使氧傳感器失效，這時就只能更換了。

另外，氧傳感器也會發(fā)生硅中毒和磷中毒，一般來說，汽油、潤滑油中含有的硅化合物燃燒后生成的二氧化硅以及磷化物析出，硅橡膠密封墊圈使用不當(dāng)散發(fā)出的有機(jī)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。

電路故障。一方面是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(dá)到正常的工作溫度而失去作用。另一方面是氧傳感器內(nèi)部線路斷脫。

6 氧傳感器的檢測

外觀檢查。從排氣管上拆下氧傳感器，檢查傳感器外殼上的通氣孔有無堵塞，陶瓷芯有無破損。如有破損，則應(yīng)更換氧傳感器。

顏色初步判別。通過觀察氧傳感器頂尖部位的顏色判斷故障， 正常顏色為淡灰色；白色由硅污染造成，此時必須更換氧傳感器； 棕色由鉛污染造成，如果嚴(yán)重，也必須更換氧傳感器；黑色由積碳造成，在排除發(fā)動機(jī)積碳故障后，一般可自動清除氧傳感器上的積碳。

氧傳感器工況判斷。氧傳感器通過電壓變化幅度和變化頻率可來判斷空燃比和氧傳感器的好壞。燃燒良好電壓應(yīng)該在0.4～0.6V 之間變化。變化頻率應(yīng)該在10 次/min 以上，一般這樣良好的燃燒，會在10～20 次/min。瞬間混合氣過濃或過稀電壓在0.1～0.9V 之間變化，但這時變化頻率只有6～8 次/min，氧傳感器有可能不靈敏，或者可能是噴油器泄油或者噴油器堵塞，所以發(fā)動機(jī)ECU 就對噴油量調(diào)節(jié)幅度增大。