浅析汽车氧传感器的工作原理及故障诊断

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1、浅析汽车氧传感器的工作原理及故障诊断江苏省兴化市板桥运业有限公司225700一、汽车氧传感器的结构与工作原理1.氧传感器空燃比控制原理。燃烧过程离不开氧，对汽车发动机而言，燃料燃烧充分与否，取决于进入燃烧室的空气与燃料之比（亦即空燃比A/F）,而排出的废气中各气体成分的含量又反映了燃烧是否完全，它们和燃料入U处的NF值有一定的关系。控制汽车发动机A/F用的氧传感器，装在汽车排气管道内，用它来检测废气中的氧含量,根据氧含量与A/F的对应关系，故测出了氧的含量，也就确定了A/F之值。因而可根据氧传感器所得到的信号，把它反馈到控制系统，来微调燃料的喷射量，使A/F控制在最佳状态，既大大地

2、降低了排污量，乂节省了能源。2.氧传感器的分类。目前使用的氧传感器有氧化锆式和氧化钛式两种，其中应用最多的是氧化锆式氧传感器。3.氧化锆式氧传感器的结构及工作原理。（1）结构。氧化锆式氧传感器的基木元件是氧化锆陶瓷管（电解质）,亦称锆管（如图1所示）。锆管固定在带有安装螺纹的固定套中，内外表面均覆盖着一层多孔性的铅膜，其内表面与大气接触，外表面与废气接触。氧传感器的接线端有一个金属护套，其上开有一个用于锆管内腔与大气相通的孔；电线将锆管内表面铂极经绝缘套从此接线端引出。图1.氧化锆式氧传感器氧化锆在温度超过300°C后才能进行正常工作。早期使用的氧传感器靠排气加热，这种传感器必须在

3、发动机起动运转数分钟后才能开始工作，它只奋一根接线与ECU相连，如下页图2(a)所示。现在，大部分汽车使用带加热器的氧传感器，如下页图2(b)所示。这种传感器内有一个电加热元件，可在发动机起动后的20-30S内迅速将氧传感器加热至工作温度。它有三根接线，一根接ECU，另外两根分别接地和电源。(2)工作原理。锆管的陶瓷体是多孔的，渗入其中的氧气，在温度较高吋发生电离。由于锆管内、外侧氧含量不一致，存在浓度差，因而氧离子从大气侧向排气一侧扩散，从而使锆管成为一个微电池，在两铂极间产生电压，如下贞图3所示。图2.两种不同的氧化锆式氧传感器图3.氧传感器的工作原理当混合气的实际空燃比小于理

4、论空燃比，即发动机以较浓的混合气运转吋，排气中氧含量少，但CO、HC、H2等较多。这些气体在锆管外表面的铅催化作用下与氧发生反应，将耗尽排气中残余的氧，使锆管外表面氧气浓度变为零,这就使得锆管内、外侧氧浓差加大，两铅极间电压陡增。因此，锆管氧传感器产生的电压将在理论空燃比吋发生突变。稀混合气时，输出电压几乎为零；浓混合气时，输出电压接近IV。二、汽车氧传感器的常见故障1.諷传感器中毒。2.积炭。3.氧传感器陶瓷破裂。4.加热器电阻丝烧断。5.氧传感器的线路故障。三、汽车氧气传感器的检测方法1.氧传感器的一般检测方法。氧传感器的基本电路如图4所示：图4.氧传感器的电源(1)检查氧传感

5、器加热器电阻。点火开关置于“OFF”，拔下氧传感器的导线连接器，用万用表Ω档测量氧器接线端中加热器端子与自搭铁端子间的电阻，如图5所示。图5.测量氧传感器加热器电阻(2)检查氧传感器的反馈电压。测量氧传感器反馈电压吋，应先拔下氧传感器线束连接器插头，对照被测车型的电路图，从氧传感器反馈电压输出端引出一条细导线，然后插好连接器，在发动机运转时从引出线上测量反馈电压。有些车型也可以从故障诊断插座内测得氧传感器的反馈电压，如丰田汽车公司生产的小轿车，可从故障诊断插座内的0X1或0X2插孔内直接测得氧传感器反馈电压(丰田V型六缸发动机两侧排气管上各有一个氧传感器，分别和故障检测

6、插座内的0X1和0X2插孔连接)。1.利用示波器进行氧传感器波形分析(1)氧传感器的正常波形。汽车氧传感器冇氧化锆式和氧化钛式两种。以氧化锆式为例，正常情况下当闭环控制吋如图6所示：图6.正常的多点喷射发动机氧传感器波形(2)引起氧传感器的信号波形出现异常的原因。当氧传感器及微机控制装置无故障，而氧传感器信号波形异常，如果不是在某些特殊工况下由于发动机控制策略所引起的，一般表明发动机有故障。①点火系故障，如某缸火花塞损坏、某缸高压分线损坏或分电器、分电器转子、点火线圈等损坏。这些故障可使部分氧“不经消化”即排出缸外，从而使排气中的氧含量升高。②由机械原因引起的压缩泄漏，如气门烧损、

7、活塞环断裂或磨损过度等造成的压缩泄漏，使点火之前的压缩温度、压缩压力不够，造成燃烧不完全甚至缺火。③真空泄漏，例如进气道、进气管上的真空软管等处存在泄漏。如果真空泄漏使混合气空燃比达到17以上时，就可引起因混合气过稀而发生的缺火，造成排气氧含量增大。④喷汕系统故障,个别缸喷油器的喷汕量过多或过少(喷汕器卡在开的位置或堵塞)，造成混合气过浓或过稀。当个别缸的混合气空燃比达到13以下或17以上吋，可能引起缺火，亦可造成排气氧含量异常。(1)氧传感器波形异常的一般检查步骤。