氧传感器的功能与工作原理.docx

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氧传感器的功能与工作原理

氧传感器的功能与工作原理

来源：

一大把汽车电子圈　

氧传感器的功能

　　测定发动机排气中氧气含量，确定汽油与空气是否完全燃烧。

电子控制器根据这一信息实现以过量空气系数λ=1为目标的闭环控制，以确保三元催化转化器对排气中HC、CO和NOX三种污染物都有最大的转化效率。

 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。

特点

　　抗铅；较少依赖于排气温度；起动后迅速进入闭环控制。

氧传感器的常见故障

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。

 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部，使氧传感器输出的信号失准，ECU不能与时地修正空燃比。

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。

氧传感器瓷碎裂

　　氧传感器的瓷硬而脆，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，发现问题与时更换。

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。

氧传感器部线路断脱

氧传感器的常见故障与检查方法

　　在使用三元催化转换器以减少排气污染的发动机上，氧传感器是必不可少的元件。

由于混合气的空燃比一旦偏离理论空燃比，三元催化剂对CO、HC和NOX的净化能力将急剧下降，故在排气管中安装氧传感器，用以检测排气中氧的浓度，并向ECU发出反馈信号，再由ECU控制喷油器喷油量的增减，从而将混合气的空燃比控制在理论值附近。

　　目前，实际应用的氧传感器有氧化锆式氧传感器和氧化钛式氧传感器两种。

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。

　　氧传感器一旦出现故障，将使电子燃油喷射系统的电脑不能得到排气管中氧浓度的信息，因而不能对空燃比进行反馈控制，会使发动机油耗和排气污染增加，发动机出现怠速不稳、缺火、喘振等故障现象。

因此，必须与时地排除故障或更换。

一、氧传感器的常见故障

　　1.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。

　　另外，氧传感器发生硅中毒也是常有的事。

一般来说，汽油和润滑油中含有的硅化合物燃烧后生成的二氧化硅，硅橡胶密封垫圈使用不当散发出的有机硅气体，都会使氧传感器失效，因而要使用质量好的燃油和润滑油。

修理时要正确选用和安装橡胶垫圈，不要在传感器上涂敷制造厂规定使用以外的溶剂和防粘剂等。

2.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部，使氧传感器输出的信号失准，ECU不能与时地修正空燃比。

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。

3.氧传感器瓷碎裂

　　氧传感器的瓷硬而脆，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，发现问题与时更换。

4.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。

5.氧传感器部线路断脱。

二、氧传感器的检查方法

1.氧传感器加热器电阻的检查

　　拔下氧传感器线束插头，用万用表电阻档测量氧传感器接线端中加热器接柱与搭铁接柱之间的电阻，其阻值为4-40Ω（参考具体车型说明书）。

如不符合标准，应更换氧传感器。

2.氧传感器反馈电压的测量

　　测量氧传感器的反馈电压时，应拔下氧传感器的线束插头，对照车型的电路图，从氧传感器的反馈电压输出接线柱上引出一条细导线，然后插好线束插头，在发动机运转中，从引出线上测出反馈电压（有些车型也可以由故障检测插座测得氧传感器的反馈电压，如丰田汽车公司生产的系列轿车都可以从故障检测插座的OX1或OX2端子直接测得氧传感器的反馈电压）。

　　对氧传感器的反馈电压进行检测时，最好使用具有低量程（通常为2V）和高阻抗（阻大于10MΩ）的指针型万用表。

具体的检测方法如下：

　　1）将发动机热车至正常工作温度（或起动后以2500r/min的转速运转2min）；

　　2）将万用表电压档的负表笔接故障检测插座的E1或蓄电池负极，正表笔接故障检测插座的OX1或OX2插孔，或接氧传感器线束插头上的号|出线；

　　3）让发动机以2500r/min左右的转速保持运转，同时检查电压表指针能否在0-1V之间来回摆动，记下10s电压表指针摆动的次数。

在正常情况下，随着反馈控制的进行，氧传感器的反馈电压将在0.45V上下不断变化，10s反馈电压的变化次数应不少于8次。

如果少于8次，则说明氧传感器或反馈控制系统工作不正常，其原因可能是氧传感器表面有积碳，使灵敏度降低所致。

对此，应让发动机以2500r/min的转速运转约2min，以清除氧传感器表面的积碳，然后再检查反馈电压。

如果在清除积碳可后电压表指针变化依旧缓慢，则说明氧传感器损坏，或电脑反馈控制电路有故障。

4）检查氧传感器有无损坏

　　拔下氧传感器的线束插头，使氧传感器不再与电脑连接，反馈控制系统处于开环控制状态。

将万用表电压档的正表笔直接与氧传感器反馈电压输出接线柱连接，负表笔良好搭铁。

在发动机运转中测量反馈电压，先脱开接在进气管上的曲轴箱强制通风管或其他真空软管，人为地形成稀混合气，同时观看电压表，其指针读数应下降。

然后接上脱开的管路，再拔下水温传感器接头，用一个4-8KΩ的电阻代替水温传感器，人为地形成浓混合气，同时观看电压表，其指针读数应上升。

也可以用突然踩下或松开加速踏板的方法来改变混合气的浓度，在突然踩下加速踏板时，混合气变浓，反馈电压应上升；突然松开加速踏板时，混合气变稀，反馈电压应下降。

如果氧传感器的反馈电压无上述变化，表明氧传感器已损坏。

　　另外，氧化钛式氧传感器在采用上述方法检测时，若是良好的氧传感器，输出端的电压应以2.5V为中心上下波动。

否则可拆下传感器并暴露在空气中，冷却后测量其电阻值。

若电阻值很大，说明传感器是好的，否则应更换传感器。

5）氧传感器外观颜色的检查

　　从排气管上拆下氧传感器，检查传感器外壳上的通气孔有无堵塞，瓷芯有无破损。

如有破损，则应更换氧传感器。

通过观察氧传感器顶尖部位的颜色也可以判断故障：

①淡灰色顶尖：

这是氧传感器的正常颜色；

　　 ②白色顶尖：

由硅污染造成的，此时必须更换氧传感器；

　　 ③棕色顶尖：

由铅污染造成的，如果严重，也必须更换氧传感器；

　　 ④黑色顶尖：

由积碳造成的，在排除发动机积碳故障后，一般可以自动清除氧传感器上的积碳。

氧传感器的测试方法

　1.如何测试一个氧传感器的效率

　　首先明确几个名词用语。

上流动系统指所有的传感器、执行器、发动机控制电脑与氧传感器以上的发动机系统。

换言之，上流动系统是所有产生排气与有助于加热氧传感器的机械和电子部件。

上流动系统包括发动机，连同所有的帮助系统--进气系统，排气再循环EGR、空气等、传感器、执行器、发动机控制电脑和（PCM）和电路。

下流动系统是指位于氧传感器后面的不运动的废气系统部件--也就是催化反应与它的部的全部工作容和排气系统。

　　其次，为了区别当今发动机管理系统不同的闭环控制系统，这里不使用一般的闭环控制系统、怠速控制闭环系统、废气再循环闭环控制系统等等。

一般解码器显示的闭环是燃料反馈的系统闭环控制，这里所讲的闭环则不是单指燃料反馈控制系统的闭环控制。

这是因为有一些汽车当燃料反馈控制系统不正常时，它的控制电脑（PCM）仍然告诉解码器说系统是处在闭环控制状态。

　　在氧传感器平衡（O2FB）测试中第一步就是测量氧传感器的输出信号。

这样做有几个原因，首先看原因，然后再看试验步骤。

氧传感器工作在一个有关排气系统通过的极端恶劣的环境之中，一个不需加热的氧传感器寿命为30000至50000英哩，而加热氧传感器寿命比不加热氧感器延长寿命长20000英哩。

　　任何一种氧传感器的时效，都是慢慢地失去的，开始它的响应速度变慢，能够产生的输出信号幅度变低，在失效的最后阶段，它产生一个不变化的信号或根本没有信号输出，这时就会出现故障码，随后发动机检查灯或故障指示灯就亮了。

除了由于使用年限和行驶里程导致氧传感器正常的失效外，氧传感器还有可能因汽油中含铅或冷却液中的硅胶腐蚀而导致提前失败，渗漏头垫破裂也使许多氧传感器失效。

但是，使氧传感器提前失效的首要原因是发动机在较浓的混合比状态下运行时所造成碳阻塞，还有各种潜在原因都可能成为使氧传感器失效的祸首，例如燃油压力过高，喷油嘴坏损或控制电脑传感器损坏以与操作不当等。

　　在把握一件事情的核心以前，为了检查时能稳妥一些，先暂停一下，讲一个问题，在诊断燃料反馈控制系统（FFCS）之前，经常被告之，应起动发动机直至它进入“闭环”状态。

也有许多汽车修理文章也这样写到：

“起动发动机在2500rpm下运转2-3分钟，直到氧传感器产生可变电压”，这恐怕是个误导。

许多技术人员认为氧传感器自己会产生可变电压，而事实是发动机要在稳定的转速和负荷下氧传感器在读废气与由废气导致的电压信号，发动机控制电脑（PCM）通过喷油脉冲宽度变化或混合比控制命令来改变排气成份。

　　氧传感器安装在排气流中报告它的读数，它只是一个报告者。

如果只是因为氧传感器电压偏离，并不意味就必须更换氧传感器，这只是因为测试氧传感器只是O2FB试验的第一步，如果排气的成份不变化，不管怎样“运转加热发动机”，氧传感器的电压也不会变。

　　当诊断汽车时，如果发现氧传感器的输出电压不正常或根本不变，那可能有两个原因，一个是由于氧传器本身的问题造成的，而不是对排气成份正确性测量的问题，另一个可能是由于上流动系统故障造成的，而不是混合比改变的问题，这是因为上流动系统中的一些部件有故障。

　现在回到要接触到的事情的要害，“要害”就是氧传感器信号在燃料反馈控制系统中的地位，在汽车示波器的显示屏上，氧传感波形，就相当于医院手术室里的电起搏器（EKG），事实上，在医院的急救室里，最主要的判断设备就是起搏器（EKG），它所以看到病人脉搏的波形。

汽车行驶能力和排放诊断的实际任务就是恢复汽车的脉搏（FFCS的脉搏），而这个脉搏是就是氧传感器波形。

观察传感器的波形能说明什么样的燃料反馈控制系统是“进入活动”或“进入闭环”状态。

　　起动时，传感器输出电压达到450mV时开始进入浓和稀的循环。

与医院的电起搏器相似，氧传感器波形只有当氧传感器是好的时才是可信的，如果装在病人皮肤上的电起搏器的传感器不好，那么实在不能相信它产生的波形，但是由于氧传感器所处的环境要比电脉搏的传感器在卫生的病房里所处的环境差得多。

所以在开始依靠氧传感器工作之前，必须测试氧传感器本身，如果将氧传感器波形用于诊断目的，必须十分确信它的精确性。

如果用一个坏的氧