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詳解汽車氧傳感器
一、氧傳感器的作用
上世紀(jì)90年代，汽車排放污染已日漸成為人們關(guān)注的熱門話題。隨著我國(guó)汽車排放法規(guī)的逐步規(guī)范和社會(huì)對(duì)汽車排放污染物控制的重視，電噴發(fā)動(dòng)機(jī)在我國(guó)開始普及。經(jīng)過近二十年的發(fā)展，電噴發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)已日益成熟，而汽車排放污染也得到了逐步控制，這都和發(fā)動(dòng)機(jī)上一個(gè)重要的部件—氧傳感器密不可分。
確切地說，電噴發(fā)動(dòng)機(jī)采用了混合氣成分的閉環(huán)控制和三元催化反應(yīng)裝置的聯(lián)合使用技術(shù)，這是目前為止汽油機(jī)有效的凈化排氣的方法。三元催化轉(zhuǎn)化器能有效地凈化CO,HC和NOx這三種有害氣體，但其凈化效率嚴(yán)格依賴于混合氣濃度必須保持在理論空燃比（14.7:1）附近的狹小范圍內(nèi)。一旦混合氣體濃度偏離了這個(gè)范圍，三元催化轉(zhuǎn)化器凈化排氣污染物的能力便急劇下降。正是由于空燃比的變化會(huì)引起排氣中氧濃度相應(yīng)的變化，因此，便在排氣管中設(shè)置了氧傳感器。
氧傳感器隨時(shí)檢測(cè)排氣中的氧濃度，并隨時(shí)向汽車的電控單元反饋信號(hào)。電控單元根據(jù)反饋信號(hào)及時(shí)調(diào)整噴油量，如信號(hào)反映混合氣偏濃，則減少噴油時(shí)間；反之，則增加噴油時(shí)間，從而使混合氣的空燃比始終保持在理論空燃比附近。這就是所謂的發(fā)動(dòng)機(jī)閉環(huán)控制。
氧傳感器是實(shí)現(xiàn)這一閉環(huán)控制*的重要部件，它對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制起著*的作用。現(xiàn)代電噴發(fā)動(dòng)機(jī)一般裝有前后兩只氧傳感器，三元催化轉(zhuǎn)化器效率監(jiān)測(cè)，必須使用位于三元催化轉(zhuǎn)化器后方的第二個(gè)氧傳感器。當(dāng)三元催化轉(zhuǎn)化器工作正常時(shí)，位于三元催化器前方的氧傳感器的變動(dòng)次數(shù)應(yīng)高于后方的氧傳感器，監(jiān)測(cè)器比較前／后氧傳感器的變動(dòng)次數(shù)來判定三元催化轉(zhuǎn)化器老化與否，如圖1所示。
二、氧傳感器的類型及工作原理
目前使用的氧傳感器有氧化鋯式和氧化鈦式兩種，其中應(yīng)用多的是氧化鋯式氧傳感器。
1、氧化鋯式氧傳感器
氧化鋯式氧傳感器的基本元件是氧化鋯陶瓷管，亦稱鋯管，如圖2所示。錯(cuò)管固定在帶有安裝螺紋的固定套中，內(nèi)外表面均覆蓋著一層多孔性的鉛膜，其內(nèi)表面與大氣接觸，外表面與廢氣接觸。氧傳感器的接線端有一個(gè)金屬護(hù)套，其上開有一個(gè)用于錯(cuò)管內(nèi)腔與大氣相通的孔；電線將錯(cuò)管內(nèi)表面鉑極經(jīng)絕緣套從此接線端引出。
氧化鋯在溫度超過300℃后，才能進(jìn)行正常工作。大部分汽車使用帶加熱器的氧傳感器，傳感器內(nèi)有一個(gè)電加熱元件，可在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后的10-30s內(nèi)迅速將氧傳感器加熱至工作溫度。
2、氧化鈦式氧傳感器
氧化鈦式氧傳感器是利用二氧化鈦材料的電阻值隨排氣中氧含量的變化而變化的特性制成的，故又稱電阻型氧傳感器。
二氧化鈦式氧傳感器的外形和氧化鋯式氧傳感器相似，在傳感器前端的護(hù)罩內(nèi)是一個(gè)二氧化鈦厚膜元件。純二氧化鈦在常溫下是一種高電阻的半導(dǎo)體，但表面一旦缺氧，其品格便出現(xiàn)缺陷，電阻隨之減小。由于二氧化鈦的電阻也隨溫度不同而變化，因此，在二氧化鈦式氧傳感器內(nèi)部也有一個(gè)電加熱器，以保持氧化欽式氧傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中的溫度恒定不變。
3、氧傳感器的工作原理
這里以氧化鋯式氧傳感器為例進(jìn)行說明。鋯管的陶瓷體是多孔的，滲入其中的氧氣，在溫度較高時(shí)發(fā)生電離。由于錯(cuò)管內(nèi)、外側(cè)氧含量不一致，存在濃差，因而氧離子從大氣側(cè)向排氣一側(cè)擴(kuò)散，從而使鋯管成為一個(gè)微電池，在兩電極間產(chǎn)生電壓，如圖3所示。當(dāng)混合氣的實(shí)際空燃比小于理論空燃比，即發(fā)動(dòng)機(jī)以較濃的混合氣運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，排氣中氧含量少，但CO,HC等較多。這些氣體在錯(cuò)管外表面的鉛催化作用下與氧發(fā)生反應(yīng)，將耗盡排氣中殘余的氧，使鋯管外表面氧氣濃度變?yōu)榱悖@就使得鋯管內(nèi)、外側(cè)氧濃差加大，兩鉛極間電壓陡增。因此，鋯管氧傳感器產(chǎn)生的電壓將在理論空燃比時(shí)發(fā)生突變：稀混合氣時(shí)，輸出電壓幾乎為零；濃混合氣時(shí)，輸出電壓接近1V。
要準(zhǔn)確地保持混合氣濃度為理論空燃比是不可能的。實(shí)際上反饋控制只能使混合氣在理論空燃比附近一個(gè)狹小的范圍內(nèi)波動(dòng)，故氧傳感器的輸出電壓在0.1-0.8V之間不斷變化（通常每10s內(nèi)變化8次以上）。如果氧傳感器輸出電壓變化過緩（每10s少于8次）或電壓保持不變（不論保持在高電位或低電位），則表明氧傳感器有故障，需檢修。
三、氧傳感器的常見故障
氧傳感器一旦出現(xiàn)故障，汽車電控單元就不能接收空燃比反饋信號(hào)，因而不能對(duì)空燃比進(jìn)行反饋控制，會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)油耗和排氣污染增加，發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)怠速不穩(wěn)、缺火、喘振等故障現(xiàn)象。
1、氧傳感器中毒
氧傳感器中毒是經(jīng)常出現(xiàn)并且較難防治的一種故障，氧傳感器頂部位的正常顏色為淡灰色，當(dāng)頂部位的顏色為白色則是硅中毒，顏色為棕色則是鉛中毒。
隨著環(huán)保要求的日益提高，我國(guó)已全面禁止使用含鉛汽油，這也避免了氧傳感器鉛中毒的問題。
2、積碳
積碳的氧傳感器頂部是碳黑色的。積碳粘附在氧傳感器表面，讓對(duì)氧敏感材料不能與排氣充分接觸，積碳少的情況下，可能出現(xiàn)輸出信號(hào)失準(zhǔn)，積碳過多的情況下，氧傳感器會(huì)*失效。
3、氧傳感器陶瓷碎裂
氧化鋯氧傳感器的陶瓷硬并且脆，在安裝或維修過程中要避免用較硬的工具敲擊或者是用強(qiáng)烈氣流吹洗，這樣都有可能會(huì)使陶瓷碎裂，所以要特別注意。
4、加熱器電阻絲燒斷
加熱器電阻絲是給氧傳感器進(jìn)行加熱，讓其可以提前進(jìn)入工作狀態(tài)，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。
5、氧傳感器內(nèi)部線路斷脫
氧傳感器內(nèi)部線路有很多是由線束和端子連接不良造成的，故障還可能是由于其它電系統(tǒng)干涉和機(jī)械或化學(xué)損壞所造成的，有時(shí)會(huì)因?yàn)闄z修或其它原因?qū)е缕渚€路斷路或脫落。
四、氧傳感器的檢測(cè)
1、氧傳感器加熱器電阻的檢測(cè)
將點(diǎn)火開關(guān)置于“OFF”，拔下氧傳感器的導(dǎo)線連接器，用萬用表歐姆擋測(cè)量氧傳感器接線端中加熱器端子與搭鐵端子間的電阻（具體端子請(qǐng)查閱相關(guān)車型的維修手冊(cè)），其電阻值應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)，一般為4～40Ω（具體數(shù)值參見具體車型說明書）。如不符合標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)更換氧傳感器。測(cè)量后，重新連接好氧傳感器線束，以便作進(jìn)一步的檢測(cè)。
2、氧傳感器反饋電壓的檢測(cè)
測(cè)量氧傳感器反饋電壓時(shí)，應(yīng)先拔下氧傳感器線束連接器插頭，使用汽車電路測(cè)試跨接線進(jìn)行測(cè)量，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)從引出線上測(cè)量反饋電壓。在對(duì)氧傳感器的反饋電壓進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，使用指針型的電壓表，以便直觀地反映出反饋電壓的變化情況。發(fā)動(dòng)機(jī)氧傳感器反饋電壓檢測(cè)的具體步驟：
(1)、將發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)至正常工作溫度。
(2)、把電壓表的負(fù)表筆連接搭鐵端或負(fù)極，正表筆接氧傳感器線束插頭上引出的測(cè)試線。
(3)、讓發(fā)動(dòng)機(jī)以2500r/min左右的轉(zhuǎn)速保持運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)檢查電壓表指針能否在0-1V之間來回?cái)[動(dòng)，記下10s內(nèi)電壓表指針擺動(dòng)次數(shù)。在正常情況下，隨著反饋控制的進(jìn)行，氧傳感器的反饋電壓將在0.4V上下不斷變化，10s內(nèi)反饋電壓的變化次數(shù)應(yīng)不少于8次。如果使用數(shù)字萬用表，則記錄下變化的次數(shù)。
(4)、若電壓表指針在10s內(nèi)的擺動(dòng)次數(shù)等于或多于8次，則說明氧傳感器及反饋控制系統(tǒng)工作正常；電壓表指針若在10s內(nèi)的擺動(dòng)次數(shù)少于8次，則說明氧傳感器或反饋控制系統(tǒng)工作不正常，可能是氧傳感器表面有積碳而使靈敏度降低，此時(shí)應(yīng)讓發(fā)動(dòng)機(jī)以2500r/min的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)約2min，以清除氧傳感器表面的積碳；若電壓表指針變化依舊緩慢，則為氧傳感器損壞或ECU反饋控制電路有故障。
氧傳感器是否損壞，可按下述方法檢查：用突然踩下或松開油門踏板的方法來改變混合氣濃度。在突然踩下油門踏板時(shí)，混合氣變濃，反饋電壓應(yīng)上升；突然松開油門踏板時(shí)，混合氣變稀，反饋電壓應(yīng)下降。如果在混合氣濃度變化時(shí)，氧傳感器輸出電壓不能相應(yīng)地改變，說明氧傳感器有故障。