汽车氧传感器（共9篇）
汽车氧传感器 篇1
一、氧传感器的作用
上世纪90年代, 汽车排放污染已日渐成为人们关注的热门话题。随着我国汽车排放法规的逐步规范和社会对汽车排放污染物控制的重视, 电喷发动机在我国开始普及。经过近二十年的发展, 电喷发动机技术已日益成熟, 而汽车排放污染也得到了逐步控制, 这都和发动机上一个重要的部件———氧传感器密不可分。
确切地说, 电喷发动机采用了混合气成分的闭环控制和三元催化反应装置的联合使用技术, 这是目前为止汽油机最有效的净化排气的方法。三元催化转化器能有效地净化CO、HC和NOx这三种有害气体, 但其净化效率严格依赖于混合气浓度必须保持在理论空燃比 (14.7:1) 附近的狭小范围内。一旦混合气体浓度偏离了这个范围, 三元催化转化器净化排气污染物的能力便急剧下降。正是由于空燃比的变化会引起排气中氧浓度相应的变化, 因此, 便在排气管中设置了氧传感器。
氧传感器随时检测排气中的氧浓度, 并随时向汽车的电控单元反馈信号。电控单元根据反馈信号及时调整喷油量, 如信号反映混合气偏浓, 则减少喷油时间;反之, 则增加喷油时间, 从而使混合气的空燃比始终保持在理论空燃比附近。这就是所谓的发动机闭环控制。
氧传感器是实现这一闭环控制必不可少的重要部件, 它对发动机排放控制起着不可或缺的作用。现代电喷发动机一般装有前后两只氧传感器, 三元催化转化器效率监测, 必须使用位于三元催化转化器后方的第二个氧传感器。当三元催化转化器工作正常时, 位于三元催化器前方的氧传感器的变动次数应高于后方的氧传感器, 监测器比较前/后氧传感器的变动次数来判定三元催化转化器老化与否, 如图1所示。
二、氧传感器的类型及工作原理
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。
1. 氧化锆式氧传感器
氧化锆式氧传感器的基本元件是氧化锆陶瓷管, 亦称锆管, 如图2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。
氧化锆在温度超过300℃后, 才能进行正常工作。大部分汽车使用带加热器的氧传感器, 传感器内有一个电加热元件, 可在发动机起动后的10～30s内迅速将氧传感器加热至工作温度。
1-保护套管2-内表面电极层3-氧化锆陶瓷体4-外表面铂电极层5-多孔氧化铝保护层6-线束插头
2. 氧化钛式氧传感器
氧化钛式氧传感器是利用二氧化钛材料的电阻值随排气中氧含量的变化而变化的特性制成的, 故又称电阻型氧传感器。
二氧化钛式氧传感器的外形和氧化锆式氧传感器相似, 在传感器前端的护罩内是一个二氧化钛厚膜元件。纯二氧化钛在常温下是一种高电阻的半导体, 但表面一旦缺氧, 其品格便出现缺陷, 电阻随之减小。由于二氧化钛的电阻也随温度不同而变化, 因此, 在二氧化钛式氧传感器内部也有一个电加热器, 以保持氧化钛式氧传感器在发动机工作过程中的温度恒定不变。
3. 氧传感器的工作原理
这里以氧化锆式氧传感器为例进行说明。锆管的陶瓷体是多孔的, 渗入其中的氧气, 在温度较高时发生电离。由于锆管内、外侧氧含量不一致, 存在浓差, 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, 在两电极间产生电压, 如图3所示。当混合气的实际空燃比小于理论空燃比, 即发动机以较浓的混合气运转时, 排气中氧含量少, 但CO、HC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时发生突变:稀混合气时, 输出电压几乎为零;浓混合气时, 输出电压接近1V。
要准确地保持混合气浓度为理论空燃比是不可能的。实际上反馈控制只能使混合气在理论空燃比附近一个狭小的范围内波动, 故氧传感器的输出电压在0.1～0.8V之间不断变化 (通常每10s内变化8次以上) 。如果氧传感器输出电压变化过缓 (每1Os少于8次) 或电压保持不变 (不论保持在高电位或低电位) , 则表明氧传感器有故障, 需检修。
三、氧传感器的常见故障
氧传感器一旦出现故障, 汽车电控单元就不能接收空燃比反馈信号, 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。
1. 氧传感器中毒
氧传感器中毒是经常出现并且较难防治的一种故障, 氧传感器顶尖部位的正常颜色为淡灰色, 当顶尖部位的颜色为白色则是硅中毒, 颜色为棕色则是铅中毒。
随着环保要求的日益提高, 我国已全面禁止使用含铅汽油, 这也避免了氧传感器铅中毒的问题。
2. 积碳
积碳的氧传感器顶部是碳黑色的。积碳粘附在氧传感器表面, 让对氧敏感材料不能与排气充分接触, 积碳少的情况下, 可能出现输出信号失准, 积碳过多的情况下, 氧传感器会完全失效。
3. 氧传感器陶瓷碎裂
氧化锆氧传感器的陶瓷硬并且脆, 在安装或维修过程中要避免用较硬的工具敲击或者是用强烈气流吹洗, 这样都有可能会使陶瓷碎裂, 所以要特别注意。
4. 加热器电阻丝烧断
加热器电阻丝是给氧传感器进行加热, 让其可以提前进入工作状态, 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. 氧传感器内部线路断脱
氧传感器内部线路有很多是由线束和端子连接不良造成的, 故障还可能是由于其它电系统干涉和机械或化学损坏所造成的, 有时会因为检修或其它原因导致其线路断路或脱落。
四、氧传感器的检测
1. 氧传感器加热器电阻的检测
将点火开关置于“OFF”, 拔下氧传感器的导线连接器, 用万用表欧姆挡测量氧传感器接线端中加热器端子与搭铁端子间的电阻 (具体端子请查阅相关车型的维修手册) , 其电阻值应符合标准, 一般为4～40Ω (具体数值参见具体车型说明书) 。如不符合标准, 应更换氧传感器。测量后, 重新连接好氧传感器线束, 以便作进一步的检测。
2. 氧传感器反馈电压的检测
测量氧传感器反馈电压时, 应先拔下氧传感器线束连接器插头, 使用汽车电路测试跨接线进行测量, 在发动机运转时从引出线上测量反馈电压。在对氧传感器的反馈电压进行检测时, 最好使用指针型的电压表, 以便直观地反映出反馈电压的变化情况。发动机氧传感器反馈电压检测的具体步骤:
(1) 将发动机运转至正常工作温度。
(2) 把电压表的负表笔连接搭铁端或负极, 正表笔接氧传感器线束插头上引出的测试线。
(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内电压表指针摆动次数。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0.4V上下不断变化, 10s内反馈电压的变化次数应不少于8次。如果使用数字万用表, 则记录下变化的次数。
(4) 若电压表指针在10s内的摆动次数等于或多于8次, 则说明氧传感器及反馈控制系统工作正常;电压表指针若在10s内的摆动次数少于8次, 则说明氧传感器或反馈控制系统工作不正常, 可能是氧传感器表面有积碳而使灵敏度降低, 此时应让发动机以2500r/min的转速运转约2min, 以清除氧传感器表面的积碳;若电压表指针变化依旧缓慢, 则为氧传感器损坏或ECU反馈控制电路有故障。
氧传感器是否损坏, 可按下述方法检查:用突然踩下或松开油门踏板的方法来改变混合气浓度。在突然踩下油门踏板时, 混合气变浓, 反馈电压应上升;突然松开油门踏板时, 混合气变稀, 反馈电压应下降。如果在混合气浓度变化时, 氧传感器输出电压不能相应地改变, 说明氧传感器有故障。
五、总结
随着电控发动机的普及和技术的不断成熟, 人们对发动机的性能及排放要求都越来越高, 而氧传感器和这两个要求有着密切的关系, 因此, 它在发动机中有着不可替代的重要作用。
氧传感器的维修 篇2
一、氧传感器概述
1.氧传感器是热敏电压型传感器
氧传感器间接地反映进入气缸中的混合气的浓度，这种信息是以波动电压的形式传递给电控单元（ECU）的。因此，判断氧传感器性能的主要方法是检测氧传感器输出的信号电压值及其波动范围和波动频率。另一方面，发动机只有达到一定的温度才能激活氧传感器。因此，检测氧传感器前，必须对发动机充分预热，在氧传感器达到正常工作温度（300℃～350℃）以后才能进行检测。在此之前，氧传感器的电阻大，如果开路，氧传感器不产生任何电压信号。若发动机的排气温度超过800℃，氧传感器的控制也将中断。
2.氧传感器是多元故障的“报警器”
氧传感器及其线路发生的故障会被电控单元（ECU）存储并且报警。一旦氧传感器输入ECU的信号电压小于0.45V，或者信号电压波动的频率小于20次/min，ECU就判定为可燃混合气太稀，并且增加喷油量，使油耗增大，故障灯点亮，同时存储故障代码，这种故障属于氧传感器的“自生性故障”。
二、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且难防治的一种故障，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，使铅侵入其内部，阻碍氧离子的扩散，使氧传感器失效，这时就只能更换了。
2.氧传感器陶瓷碎裂
氧传感器的陶瓷硬而脆，用硬物敲击或用强烈气流吹洗，都可能造成碎裂而失效。因此，处理时要特别小心，发现问题及时更换。
3.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从而失去效用。
三、 氧传感器的维修
1.外观法
通过观察氧传感器的颜色，可简易判断氧传感器的故障。淡灰色顶尖，是氧传感器的正常颜色。白色顶尖，是由硅污染造成的，必须更换氧传感器。棕色顶尖，是由铅污染所致。黑色顶尖由积炭造成。在排除发动机积炭故障后，一般可以自动清除氧传感器上的积炭。氧传感器有加热式（三线式）和非加热式（单线式）两种，对于加热式，应检查其加热器电阻。
2.氧传感器电阻的检查
检查方法：拔下氧传感器的线束插头，用万用表测量其接线端中加热器的两根接线柱之间的电阻，其值应为4～40Ω，否则应更换氧传感器。
3.氧传感器电压的检查
在接线良好时，使发动机处于工作温度并高怠速运转，用内阻大于10MΩ的数字式万用表测量氧传感器的输出电压。良好的传感器电压应在0～1V之间切换，如果电压保持0V或1V不变，则反复使发动机转速升高或下降。此时若测得的电压仍为0V，则传感器已坏；若测得电压为1V左右但不切换，可拆去制动器的真空助力软管，真空大量泄漏后混合气变稀，此时若产生电压切换则传感器良好，否则，说明氧传感器发生中毒，应予以更换。
四、维修氧传感器的其他注意事项
第一，ECU对氧传感器“混合气过稀”信号的修正范围是有限的（标准系数为1±20%），不能克服点火偏晚带来的危害。因此，对空燃比的调整不能过分依赖氧传感器，还需要对相关系统进行检查。第二，由于氧传感器所形成的电动势能量非常小，所以用普通的万用表是无法测定的，必须使用示波器或者高阻抗的数字式万用表才行。第三，一部分老车型的电控单元（ECU）在怠速状态下会忽略氧传感器的信号，只有在发动机转速达到1800r/min时，ECU才对混合气进行闭环控制。因此，对这类汽车必须先将转速提高到1800r/min，然后再对氧传感器进行检测。
（作者单位：牡丹江技师学院）
汽车氧传感器的应用研究 篇3
当今汽车工业得到了快速的发展。被称为移动烟囱的汽车尾气，其有害成分包括一氧化碳 (CO) 、碳氢化合物 (HC) 、氮氧化物 (NOx) 、硫化物 (SOx) 以及微粒物质 (铅化物、碳烟、油雾等) 、臭气 (甲醛、丙稀醛等) 等；其中CO、HC和NO是汽车污染控制的主要大气污染成分。汽车尾气净化的主要方法是利用催化剂将其有害成分CO、H C和N OX通过化学反应转化成为无害的C O2、H2O和N2。关键技术是汽车发动机电子控制燃油喷射系统 (EFI) 、氧传感器 (EGO，排气氧传感器Exhaust Gas Oxygen Sensor) 和三元催化反应器（Three Way Catalyst Converter简称TWC）及电控模块 (ECU) 组成的空燃比闭环反馈控制系统。其中，氧传感器对于提高燃烧效率、降低污染排放量和三元催化起着重要的作用。它们调节汽车发动机的空燃比（A/F，空气与汽油的质量比），精确地控制燃油的燃烧过程，既提高燃烧效率，节省能源，又能大幅降低尾气的污染。另一方面，在汽车尾气中剩留的有害气体，在外电极铂的催化作用下，可与氧相互反应，进一步达到净化的目的。汽车使用时必须安装氧传感器控制的电子喷射系统才能达到环保要求。
目前在汽车中用氧传感器控制空燃比的反馈控制系统有两种。一种是三元催化系统，它在Volvo中被首次应用，随即被日本、美国公司用来降低汽车尾气有害气体的排放量，是目前控制汽车达标的主要措施。另一个系统为稀薄燃烧系统，它是丰田公司1984年首次应用的。三元催化方式 (氧传感器、三元催化剂与电子控制供油系统，即所谓三元系统) 在降低汽车排放技术中处于主导地位。本文主要说明氧传感器在三元催化方式中的应用原理。
1. 空燃比反馈控制系统
三元催化转换器由镀有铂、锗催化剂的微孔陶瓷构成，装在排气消音器的前面，通过化学反应能把发动机排出的有害废气CO、HC和NOX转换成无害气体CO2、H2O和N2。然而，在这些催化反应中催化剂的反应特性与通过的尾气中所含的氧量有关，因此由催化反应所导致的净化效率就与发动机的空气和燃料的比例A/F有关。当发动机空燃比维持在理论空燃比 (14.7:l) 附近时，三元催化转换效率为最佳，见图1所示。
空燃比一般用来表示可燃混合气的成份，定义为空气与燃料的质量比。理论上1 kg汽油完全燃烧并生成CO2和H2O时需要14.7kg空气，比值14.7即称为理论空燃比。理论空燃比对我们理解可燃混合气如何燃烧有重要意义。混合气的浓与稀可参照参数过量空气系数：实际空气量与理论空气量的比，用λ表示。当λ=1，即实际空燃比等于理论空燃比。相对而言，混合气浓（空燃比小于理论空燃比或λ<1），所供的空气量小于理论空气量，这种混合气不足以完全燃烧，汽油浓度大，称为稠密。对完全燃烧来讲氧气过少，有利于提高发动机动力性，但燃油经济性将下降，且易生成较多的CO和HC降低排放性能；反之，当混合气稀 (空燃比大于理论空燃比或λ>1) ，对完全燃烧来讲氧气过多，有利于提高燃油经济性，但发动机动力性将受损失，且易生成较多的NOx降低排放性能。因此，有效地控制实际空燃比在理论空燃比附近，将有利于提高汽车发动机的经济性、动力性和降低排放污染。
故此，三元催化反应器通常与电子计算机控制系统结合在一起，用氧传感器检测尾气中的氧浓度并将其信号反馈到ECU，又通过ECU发出指令来控制调节燃料供给系统。这样就构成一个自动控制空燃比的闭合环路，见图2所示。为此, 利用氧传感器检测排放气体中的氧浓度及微机反馈控制来调整发动机空燃比，成为必不可少的手段；同时也表明，氧传感器是使该系统最有效地发挥作用必不可少的部件。
2. 氧传感器基本原理和在空燃比反馈控制系统中的应用
目前，市场上汽车氧传感器产品按工作原理分为浓差电压型、极限电流型、半导体电阻型（前两者通常采用掺杂稳定剂的ZrO2基电解质，以氧空位离子传导导电；后者以氧化物半导体对氧气的氧化还原产生电子导电）；按其应用分为理论空燃比传感器 (即λ传感器) 、稀薄空燃比传感器、宽范围空燃比传感器；按其结构分为套管式和平板式；按其材料分为氧化锆和二氧化钛两种氧传感器。
2.1 两种材料的氧传感器的发展
二氧化锆的离子导电性最早研究是在1900年，而真正将氧传感器应用于汽车上则是在1976年，由德国博世BOSCH公司首先在瑞典V O L V O汽车上装用了氧化锆氧传感器，实现了汽车尾气空燃比的反馈控制。之后通用、福特、丰田、日产等汽车都先后开发了氧传感器并应用于汽车上来控制汽车尾气。目前二氧化锆传感器已是应用在汽车上较成熟的氧传感器。二氧化钛（TiO2）属N型半导体材料，其阻值大小取决于材料温度及周围环境中氧离子的浓度，因此可以检测排气中的氧离子浓度。氧化物半导体表面可选择性地吸附某种气体，利用其氧化物薄膜的电阻率变化可制成气敏元件是由日本的清山哲郎在1962年发现的，而二氧化钛传感器在汽车上的应用是日本于1982年才开始使用，丰田公司于1984年研制成功了管芯式氧化钛传感器，1985年研制成功厚膜式氧化钛传感器并批量生产，并且之后在全球得到迅速的发展。氧化钛式一般都为加热型传感器，由于价格便宜，且不易受到硅离子的腐蚀，因此随着新技术，特别是纳米加工技术发展，二氧化钛传感器将更具有广阔的前景。
2.2 二氧化锆传感器的结构与工作原理
氧化锆氧传感器的基本元件是专用陶瓷体，即ZrO2固体电解质 (简称ZrO2传感元件) 。陶瓷体制成试管式的管状，亦称锆管。其内外表面都覆盖了一层多孔性的铂膜作为电极。由于在汽车上使用，环境条件苛刻，寿命要求长，为防止废气中的杂质腐蚀铂膜，在Zr O2传感元件的铂膜上覆盖一层多孔氧化铝保护层，并且还加装一个防护套管。氧化锆氧传感器外形和内部结构如图3所示。氧传感器内侧通大气，外侧直接与废气接触。由于发动机空间有限，传感器外形设计成U型，内电极为厚膜技术固定的多孔Pt (铂) 膜，外电极采用有机悬胶液涂敷Pt膜上再溅射Pt薄膜的方法制备，以提高三项界面的催化活性。为增加其机械强度，整个传感器装在不锈钢套筒内，然后固定在发动机与排气管的连接处（氧化锆氧传感器必须满足发动机温度高于60℃、氧传感器自身温度高于300℃，以及发动机工作在怠速工况或部分负荷3个条件时才能正常调节混合气浓度，因此，将其安装在温度较高的排气管上（如图4所示））。尾气温度在300～950℃之间变化，为保证传感器在稳定温度下工作，同时，为了使氧传感器迅速达到工作温度（300℃）而投入工作，经常采用加热器对锆管进行加热。为使传感器在低温条件下就投入工作，加热器的加热温度一般设定为300℃。温度对氧传感器电动势的影响如图5所示。
1）电池特性
Z r O2传感元件陶瓷体是多孔的，允许氧渗入该固体电解质内，温度较高时，氧气发生电离。ZrO2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：在一定条件下（高温和铂催化），利用氧化锆内外两侧的氧浓度差产生电位差，则在固体电解质内部氧离子从大气一侧向排气一侧扩散，使锆管形成微电池，在锆管铂极间产生电压。氧化锆氧传感器工作原理如图6所示。化学反应过程：
内电极（参比电极）O2+4 e→2 O 2-
外电极（工作电极）2O2-→O2+4e
E= (RT/4F) (lnPs-lnPr) 式中R为气体常数 (8.314J/ (mol·K) ) ；T为工作绝对温度 (T) ；F为法拉第常数 (96480C/mol) ；Pr、Ps：排出气体与大气中的氧分压，Pa起电力E与氧分压比的对数成正比，氧传感器表面的氧浓度差越大，起电力也越大。
2）开关特性
当混合气稀 (空燃比大或λ>1) 时，排气中氧的含量高，CO浓度较小，即使CO全部都与氧离子发生化学反应，锆管外表面上还是有多余的氧离子存在。因此，传感元件内外侧氧浓度差小，则内外侧两电极之间产生的电压很低 (接近0V) ；反之，混合气浓 (空燃比小或当λ<1) 时，在排气中几乎没有氧，CO、HC、H2的含量较多，这些成分在锆管外表面的铂的催化下，与氧发生反应生成CO2气体，消耗废气中残余的氧，使锆管外表面氧浓度变成零。由于锆管内表面与大气相通，氧离子浓度很大，这样使得锆管内、外两侧的氧浓度差突然增大，两极间产生的电压也增大 (约1V) 。在理论空燃比附近（即λ=1），排气中的氧离子和CO含量都很少。在铂催化剂的作用下，氧离子与CO的化学反应从缺氧状态（CO过剩、氧离子浓度为0）急剧变化为富氧状态（CO为0、氧离子过剩）。由于氧离子浓度差急剧变化，因此，铂电极之间的电位差急剧变化，使氧传感器输出电压信号有一突变，其输出特性见图7。
当λ=1.00时，废气净化率最高，此时传感器的输出电压处于临界状态。
当λ<1.00时，发动机工作在缺氧状态，输出电压接近于1.0V。
当λ>1.00时，发动机工作在富氧状态，输出电压接近于0.0V。
因此，通过氧传感器的信息反馈，使空气过剩率始终保持在以λ=1.00为中心的狭小范围内，从而将废气组分中有害气体的排出量控制在最低限，经空气净化器后，废气含量只占发动机管道内含量的1/1 0，另外通过测量净化气体前后的氧偏差，还可以监测发动机的工作是否正常。反馈控制原理参见图8。
3）响应时间
当混合气体浓度发生变化时, 氧传感器的电压输出从开始变化到最终输出的90%之间所需的时间，即为响应时间。氧传感器的响应时间一般不超过10S。响应时间越短，则其灵敏度越高。
2.3 二氧化钛传感器的结构与工作原理
1）构造
氧化钛式氧传感器（结构如图9所示）必须满足发动机温度高于60℃、氧传感器自身温度高于600℃，以及发动机工作在怠速工况或部分负荷3个条件时才能正常调节混合气浓度，因此，氧化钛式氧传感器也安装在温度较高的排气管上。同时，采用了直接加热方式使氧传感器迅速达到工作温度（600℃）而投入工作。氧化钛式氧传感器是利用二氧化钛 (Ti O2) 材料的电阻值随排气中氧含量的变化而变化的特性制成的，故又称电阻型氧传感器（阻抗特性如图10示）。二氧化钛式氧传感器的外形和氧化锆式氧传感器相似，在传感器前端的保罩内是一个二氧化钛膜元件。纯二氧化钛在常温下是一种高电阻的半导体，但表面一旦缺氧，其晶格便出现缺陷，电阻随之减小。由于二氧化钛的电阻也随温度不同而变化，因此，在二氧化钛式氧传感器内部也有一个电加热器，以保持氧化钛式氧传感器在发动机工作过程中的温度恒定不变。
R：波兹曼常数，J/K;A：常数；E：活化能，J;1/m：依赖于晶格缺陷性质的指数；
PO2：氧分压，Pa;R：气体常数，J/mol K;T：绝对温度，K
如果偏离理论空燃比，PO2则会发生逐步的变化。所以，通过测定氧分压，亦即传感器的电阻变化，就能测定与理论空燃比的偏移数值。
2）工作原理
电控单元ECU将一个恒定的1V电压加在二氧化钛氧传感器的正极，并将传感器负极上的电压降与电控单元控制程序中设定的参考电压相比较，如图11。当发动机的可燃混合气浓（A/F<14.7）时，排气中氧含量少，二氧化钛氧传感器外表面氧很少，二氧化钛呈现低电阻；当发动机的可燃混合气稀（A/F>14.7）时，排气中氧含量大，二氧化钛氧传感器外表面氧很多，二氧化钛呈现高电阻；电阻在混合气空燃比为理论空燃比14.7（即λ=1.00）时产生突变。通过这样反馈控制，使混合气的浓度保持在理论空燃比附近的狭小范围内。
2.4 两种材料氧传感器的区别
2.5 氧传感器在空燃比反馈控制系统中的作用
发动机空燃比反馈控制原理如图12所示。ECU接收到氧传感器的反馈信号后，将其信号电压与基准电压进行比较，以判定混合气的浓稀程度进行控制。空燃比反馈控制的实质就是通过氧传感器信号执行回归理论进行空的控制。在该系统中，当空燃比稀薄时，排放气体中的氧浓度增加，氧传感器把“稀薄状态”通知微机, 氧传感器输出低电位信号, ECU收到这一信号后, 使反馈修正系数增大 (先骤升, 后缓升) , 结果使喷油器延长喷油持续时间增加喷油;当空燃比较浓时, 排放气体中的氧浓度降低, 氧传感器把“较浓状况”通知微机, 则氧传感器输出高电位信号, ECU收到这一信号后, 使反馈修正系数减小 (先骤降, 后缓降) , 喷油器缩短喷油持续时间减少喷油。由于喷油量减少, 混合气随之又很快变稀。ECU根据氧传感器的输出信号对混合气空燃比进行控制的过程, 称为闭环式控制。但由于控制系统的反馈控制过程需要一定时间 (包括可燃混合气吸入汽缸、尾气流过氧传感器及氧传感器响应时间等) , 故实际控制的混合气的空燃比总是保持在理论空燃比14.7附近的一个狭窄范围内。
3. 展望
从目前情况来看，针对氧传感器材料的研究重点应在以下几个方面：
1）研究改进保护层材料，提高抗劣化性，增强透气性
汽油和机油中含有铅、硫、磷等杂质，会使传感器性能大幅度下降，而灰尘、油、硅等成分则会堵塞传感器保护层和电极。为此，需改进保护层材料使传感器元件抗劣化性能提高。
2）提高氧传感器材料的环境适应性，延长使用寿命
对于汽车用氧传感器其工作环境很恶劣，处于500℃～800℃的高温下，平时还要承受30℃左右的气候温度的影响。因此，扩大其工作温度范围，尤其是高温区工作。稳定性、耐久性，成为近年来材料改进的一个方向。同时整个元件在很大温差快速变化下，其可靠性、抗劣性的改进也是一个关键问题。
3）扩大空燃比控制测量区域
实现广域空燃比的测量控制是近年来一个热门研究方向。这样可使氧传感器能连续计量控制从过浓区域 (富油区) 到理想空燃比再到稀薄区域 (贫油区) 的整个状态，实现广域反馈控制。
4）提高测t、反馈信号的精确度，增强对瞬时变化状态的反馈控制能力。
由于西方发达国家对排放废气法规日趋严格，因而要求氧传感器测量信号的精度不断提高，以利于提高控制能力。同时对瞬时变化的排气也要求做到及时测量修正。
5）传感器的薄膜化和小型化。
用薄膜化和微机械工艺制备的小型化氧传感器具有性能优异、价格便宜等特点，且易实现集成化、全固态化以及多功能化。
4. 结语
车用氧传感器是发动机电子控制系统中关键的传感部件，也是控制汽车尾气排放、降低汽车排放物污染、提高发动机燃烧质量、节省燃油的重要部件。从世界各国公布的专利情况来看，各主要汽车生产国都很重视汽车传感器的研制和生产，氧传感器的申报专利数居汽车传感器的首位。预计汽车氧传感器市场在10年内将以每年30%的增长幅度增加到年用量10亿支左右。据估计，目前我国汽车氧传感器的年需量在500万支以上，其产值超过10亿元人民币。总之，随着我国汽车工业的迅猛发展，随着汽车技术的进步和传感器制造工艺技术的提高，汽车用氧传感器将会不断完善发展，其发展前景十分广阔。
摘要：本文讲述了氧传感器在汽车尾气净化中的作用, 两种材料氧传感器的发展, 结构、工作原理和比较, 最后提出了氧传感器的发展展望。
关键词：空燃比,汽车尾气净化,汽车尾气排放,氧传感器
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[7]杨妙梁.汽车实用电子技术与90年代市场需求[M].北京:中国物质出版社.1996.10
氧传感器的工作原理与检修 篇4
【关键词】氧传感器；工作原理；检修
一.发动机氧传感器的类型
汽车发动机燃油喷射系统采用的氧传感器分为二氧化锆（zrO2）式和二氧化钛（TiO2）式两种类型。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。其中应用最多的是氧化锆式氧传感器。
二.发动机氧传感器的构造
二氧化锆型氧传感器由二氧化锆管、起电极作用的衬套以及防止二氧化锆管损坏和导入汽车的带孔护罩等构成如图1所示。
三.氧传感器的工作原理
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。在排气高温作用下氧气发生分离，由于锆管内侧氧离子浓度高，外侧氧在两个表面电极有氧浓度差，氧离子就从浓度高的一侧向低的一侧流动，从而产生电动势，所以二氧化锆传感器实际为一种容量较小的化学电池，也称氧浓度差电池。 当混合气稀，空燃比大时，排气中的氧含量高，传感器元件内、外侧氧浓度差小，氧化锆元件内、外侧两电极之间产生的电压很低，当混合气浓时，排气中几乎没有氧传感器内、外侧氧浓度差很大。内、外侧电极之间产生的电压高（约1V）。在理论空燃比附近，氧传感器输出电压信号值有一突变。二氧化锆管内外涂有铂起催化作用，能使排气中氧气与一氧化碳、碳化氢等发生反应，减少排气中氧含量，使外侧铂表面的氧几乎不存在，提高了传感器的灵敏度。 氧传感器的输出特性与排气温度有关，二氧化锆式氧传感器的工作温度在300℃以上。当排气温度低于一定值约时，氧传感器的输出特性不稳定，因此氧传感器一般都安装在排气温度较高的位置。为此，有些车上海装有排气温度传感器，当排气温度传感器的信号达到一定值后，控制单元才根据氧传感器的信号进行空燃比反馈修正。其特点是抗铅；较少依赖于排气温度；起动后迅速进入闭环控制。
四.氧传感器的常见故障
（一）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，而使铅侵入其内部，阻碍了氧离子的扩散，使氧传感器失效，这时就只能更换了。
（二）积碳
由于发动机燃烧不好，在氧传感器表面形成积碳，或氧传感器内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内部，使氧传感器输出的信号失准，ECU不能及时地修正空燃比。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。
（三）氧传感器陶瓷碎裂
氧传感器的陶瓷硬而脆，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，发现问题及时更换。
（四）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。
（五）氧传感器内部线路断脱
内部线路有虚焊 松脱或者断路。找一个新的氧传感器进行检测，如果故障消失则是氧传感器的毛病，反之，则是线路的问题，需更换线路。
五.氧传感器的检修
（一）分工况检测
氧传感器输出的信号电压（指ECU 导线侧连接器端子对地的电压）应当符合下面的要求——a.点火开关位于ON 位置时，信号电压大约为0V；b.发动机冷机怠速运转时，信号电压大约为0V；c.发动机预热后怠速运转时，信号电压大约为0 V～1.0V；d.发动机预热后加速运转时，信号电压大约为0.5 V～1.0V；e.发动机预热后减速运转时，信号电压大约为0 V～0.4V。
（二）灵敏度检测
起动发动机，让发动机以2500 r/min 的转速运转3min，使氧传感器达到工作温度。发动机继续以2500r/min 的转速运转，同时测量氧传感器的信号电压，如果信号电压在0.1 V～1.0V 之间波动的次数为10 s 内大于8 次，说明氧传感器的灵敏度正常。否则，应当更换氧传感器。
（三）模拟检测
拔下一根发动机的真空软管，模拟混合气变稀，若氧传感器的信号电压下降到0.1 V～0.3V；堵住空气滤清器的进气口，模拟混合气变浓，若氧传感器的信号电压上升到0.8 V～1.0V，说明氧传感器工作正常。如果氧传感器的信号电压不发生上述变化，说明氧传感器有故障，应该予以更换。
六.氧传感器故障的案例
（一）案例
（1）故障现象
一辆丰田LEXUS LS400轿车，已经跑了10万多公里，车主反映车子加速没有以前顺畅，松油门时怠速有轻微的振动，发动机故障灯时亮时不亮，油耗也明显增加。
（2）故障的诊断
读取故障码，故障代码显示为混合气过浓或过稀，从而得到大概的故障部位在进气系统、燃油供给系统、点火系统。可能的主要故障部件为空气流量计、水温传感器、节气门位置传感器、油压调节器、点线圈、高压线、火花塞及氧传感器。本着先易后难的原则逐一进行检测，推断故障所在因为空气流量计、水温传感器、节气门位置传感器都有一个确定的故障码，如有问题，都会被控制单元记录下来，会有故障码读出，根据故障自诊断情况，这些部件都没有故障代码，基本可以确定上诉部件没有故障。而氧传感器是受其它因素影响较多的元件，应该先检测其它的元件，最后检查氧传感器。检发现其余元件没有损坏，问题则出在氧传感器上。
（3）故障的检修
根据电路图，断开发动机ECU与氧传感器的联接，对氧传感器进行检测，测量左右两边的主氧传感器加热元件的电阻，都在5.1～6.3Ω之间，没有问题，接着测量ECU端子HTL和HTR对搭铁的电压在9～14V之间，也没有问题。只有检查氧传感器的工作情况了。按要求装好拆下的拆下的部件，起动发动机，并热车到正常的工作温度，连接诊断插座上的E1和TE1端子，用万用表的正极表棒连接到插座的VF1和VF2端子，负极表棒连接到E1，高怠速（2500r/min）运转2分钟以加热氧传感器，然后将发动机速保持在2500r/min。分别计算电表在0～5V之间的波动次数（正常应在每10秒内波动8次左右），测得的波动次数为零。始终保持在0V，问题可能是氧传感器信号问题。再测量端子OX1、OX2端子跟E1之间的电压在0.5V以下，只有0.1～0.2V（正常应在0.5V以上），这就说明氧传感器不工作，问题终于找到了。由于氧传感器不能正常地把信号反馈给发动机ECU，不能对喷油器的喷油肪宽进行控制和修正，产生混合气过稀、过浓现象，导致出现了前诉问题。最后更换2个氧传感器和火花塞后，试车故障再也没有出现。
七.汽车氧传感器的发展趋势
中国开创性地提出了“新型汽车氧传感器产业” 及替代品产业概念，在此基础上，从四个维度即“以人为本”、“科技创新”、“环境友好”和“面向未来”准确地界定了“新型汽车氧传感器产业” 及替代产品的内涵。根据“新型汽车氧传感器产业” 及替代品的评价体系和量化指标体系，从全新的角度对中国汽车氧传感器产业发展进行了推演和精准预测，在此基础上，对中国的行政区划和四大都市圈的汽车氧传感器产业发展进行了全面的研究。
参考文献：
[1]杨邦朝，简家文，张益康.氧传感器与现代生活[J].世界产品与技术，200l .
[2]杨邦朝，简家文等.氧传感器原理与进展[J].传感器世界，2002 （8）.
汽车氧传感器的常见故障及检查 篇5
1 氧化锆式氧传感器的构造
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。氧传感器位于排气管的第一节, 在催化转化器的前面。氧传感器有个二氧化锆 (一种陶瓷) 制造的元件, 其里外都镀有一层很薄的白金。陶瓷化锆体在一端用镀薄铂层来封闭。后者被插到保护套中, 并安装在一个金属体内。保护套起到进一步保护作用并使传感器得以安装到排气歧管上。陶瓷体外部暴露在排气中, 而内部与环境大气相通。
这个元件低温时有很高的电阻, 所以温度低时不允许电流通过。但高温时, 由于空气中和废气中氧的浓度差异, 氧离子却能通过这个元件。这就产生了电位差, 白金将其放大。这样, 空燃比低于理论空燃比 (较浓) 时, 在氧传感器元件内 (废气) 外 (大气) 之间有较大的氧气浓度差。于是, 传感器产生一相对较强的电压 (约翰逊伏) 。另一方面, 如果混合气稀, 大气和废气之间氧浓度差很小, 传感器也就只产生一相对较弱的电压 (接近0伏) 。
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。
2 汽车氧传感器的常见故障
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, 必须及时地排除故障或更换。
2.1 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, 而使铅侵入其内部, 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
2.2 积碳
由于发动机燃烧不好, 在氧传感器表面形成积碳, 或氧传感器内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内部, 使氧传感器输出的信号失准, ECU不能及时地修正空燃比。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。
2.3 氧传感器陶瓷碎裂
氧传感器的陶瓷硬而脆, 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, 发现问题及时更换。
2.4 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。
3 汽车氧气传感器的检查方法
3.1 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。
3.2 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内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内的OX1或OX2端子内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 (内阻大于10MΩ) 的指针型万用表。具体的检测方法如下:
3.2.1
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) ;
3.2.2
将万用表电压档的负表笔接故障检测插座内的E1或蓄电池负极, 正表笔接故障检测插座内的OX1或OX2插孔, 或接氧传感器线束插头上的号|出线;
3.2.3
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内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内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。
3.2.4 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。
3.2.5 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, 陶瓷芯有无破损。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。
结束语:为了节能和防止汽车污染, 西方发达国家大都装有氧传感器, 对我国来说装汽车用氧传感器势在必行。我国汽车工业同国外的主要差距之一, 也表现在汽车传感器方面。因此, 可得出氧传感器推广应用的前景十分乐观。
摘要：汽车行业是目前在国际上应用传感器最大的市场之一, 而氧传感器申报的专利数, 居汽车传感器的首位。氧传感器装在汽车排气管道内, 用它来检测废气口的氧含量。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, 既大大地降低了排污量, 又节省了能源。
关键词：氧传感器,故障,检查
参考文献
[1]王银.陈丙辰.汽车传感器使用与检修.北京:金盾出版社2002.
[2]董辉.汽车电子技术与传感器.北京:北京理工大学出版社, 1995.
汽车发动机氧传感器故障维修 篇6
1 发动机氧传感器常见的故障
在汽车发动机使用的过程中,常见的故障包括铅中毒、硅中毒、氧传感器铂片表面积碳、陶瓷元件破损、加热电阻丝烧断等,一旦出现其中某些故障,就将影响发动机的正常使用功能。
1.1 氧传感器中毒
氧传感器中毒在汽车发动机的使用过程中是比较常见的一种故障,同时也是比较难以彻底维修的一些问题,尤其是使用具有铅成分燃料的机动车,就算是换上新的氧传感器,仅仅可以行驶几千公里,假如氧传感器仅仅具有一些轻微的中毒状况,只需更换汽油的种类,就能避免铅中毒的严重化,但是在高温的排气环境下,铅很容易进入排气系统的内部,阻隔氧离子的扩散,进而使得氧传感器中毒失效,此时就只有更换新的氧传感器。
另外,氧传感器发生硅中毒也是比较常见的故障,在一般情况下汽油和润滑油中含有的硅化合物燃烧之后会生成二氧化硅、硅橡胶密封垫圈在使用过程中出现不当的行为也会导致有机硅气体释放出来,都会使得氧传感器失灵,所以建议驾驶员在选择汽油和润滑油的时候,尽量选择质量好的。
1.2 氧传感器积碳
在发动机使用过程中,经常由于发动机的燃烧不充分或其他原因而导致
在氧传感器的周边会有一些积碳,或在氧传感器自身形成油污,污垢这样的沉积物质,以上沉积物质就会很大影响外面空气进到氧传感器里面,影响氧传感器传输出的反馈信号,因此影响汽车发动机电脑不能够迅速改正空燃比。氧传感器造成积碳的状况,会严重增加汽车的燃油消耗量,所排放的气体中的有害成分也会上升,因此一旦发现汽车氧传感器出现积碳,就应立刻进行处理,保证氧传感器时刻处于正确的工作状态。
1.3 陶瓷元件破损
氧传感器的陶瓷元件所具有的主要特征是很硬可是想对脆些,进行卸下以及清洗的时候因为工作者处理不正确、通过硬物敲打或者采用十分强烈的气体进行吹洗,全部有可能导致其损坏,进而失去利用的价值,因此在清洗和处理氧传感器陶瓷元件的时候,要注意修理的力度和幅度,避免人为因素对其造成的伤害。
1.4 加热器电阻丝烧断
加热电阻丝烧断,导致氧传感器升至正常工作需要的温度十分困难,因此阻碍发动机正常的进行运作,需要不定时的查看电阻丝,只要发现汽车发生加热电阻丝烧断,则需马上更换新的。
2 发动机氧传感器的故障诊断
氧传感器是电控汽油喷射发动机中重要的控制元件,主要用于燃料系统闭环控制,用以检测废弃中氧浓度,再将电压信号反馈给ECU,将空燃比控制在14.7这一标准范围之内。
2.1 氧传感器的故障检测
比较常规化的检测方式是直接观察氧传感器表面是否有积碳或覆盖物,是否由于这些覆盖而导致气体无法真正的渗透进去,导致氧离子不能正常的进行扩散,而使得发动机氧传感器失去效果。在氧传感器报警系统中,一旦氧传感出现故障就会自动出现报警信号,专业的维修人员可以读出氧传感器的故障码,从而做出对应的维修措施。
对氧传感器特性曲线进行研究,我们得到当空燃比维持在14.7时,信号基准电压应该是0.4-0.5V之间。当空燃比小于14.7时,电压会逐渐上升到0.8-1.0V之间,说明混合气体的浓度过高;档空燃比大于14.7时,电压逐渐降低至0.2V左右,表明混合气体的浓度过低。上述几组数据是判断氧传感器是否出现故障的重要依据,正确的诊断方法是:以以2500r/min的转速运转发动机2分钟,使得氧传感器达到预热的效果,然后拔下氧传感器的插线,用万用表测量反馈电压,观察10s内电压指针的摆动次数,如果摆动的次数小于8次,说明预热程度不够,需要继续预热,直到电压指针摆动的次数超过8次以上。如果在预热过程中,电压摆动的次数一直保持在10s/8次,那么就需要脱开氧传感器的线束插头,再测量反馈电压,当电压大于0.45v时,脱开进气管上某处真空管,如果电压依然大于0.45v,说明氧传感器已经损坏;当电压小于0.45v时,说明混合气体的浓度过高,应该继续对燃料、进气或控制系统进行排查。当电压小于0.45v时,拔下水温传感器插头,接上一只4-8 kΩ的电阻,如果电压仍然小于0.45v,说明传感器已经损坏,如果电压大于0.45v,说明混合气体的浓度过低。
2.2 反馈电压的检测
有些汽车可以直接从故障诊断座内的OX1或OX2插孔内直接测得氧传感器反馈电压。在我们常规的检测工作中,通常选择摆针型的电压表,便于直观的反映出反馈电压的变化情况,另外要求电压表具有低量程和高阻抗。具体的检测方法是:首先启动发动机,保持2500r/min的转速持续运转2分钟,模拟正常发动机工作的环境温度,把电压表的正极棒连接到故障诊断座内的OX 1或OX2插孔上,或者直接插入氧传感器的线束插头上,负极棒连接到故障诊断座内的EI插孔或蓄电池负极,发动机继续以2500r/min左右的转速保持运转,与此同时检查电压表指针的摆动情况,观察指针是否在0-1v之间来回摆动,并记录10s内电压指针摆动的次数。当电压表指针在10s内的摆动次数大于等于8次,说明氧传感器及其反馈控制系统的工作状态是正常的,当电压表的指针在10s内的摆动次数小于8次,说明氧传感器及其反馈系统的工作状态不正常,那么我们就需要进一步的检查故障出现在什么地方。
因此,我们需要再让发动机以2500r/min的转速运转2分钟左右,达到清除氧传感器表面积碳的效果,再次检查反馈电压。如果电压指针变化依旧很缓慢,说明氧传感器损坏或电控单元的反馈控制电路出现故障。需要我们进一步检查氧传感器是否存在损坏,检测的具体步骤如下:脱开氧传感器插头,使得发动机继续运转,反馈系统进入开环控制状态,检查电压表的反馈电压变化情况;脱开节气门体下真空软管,使进气管漏气,通过人为的操作形成稀释的混合气体,同时观察电压表的变化,正常的情况下指针应该是下降的,然后再接上脱开的真空软管,拔下水温传感器插头,用0-8 kΩ的电阻代替水温传感器,通过人为操作形成高浓度的混合气体,观察电压表的变化情况,正常情况下电压表读数应该上升。如果氧传感器在这种测试中没有显示电压变化,说明氧传感已经损坏。
2.3 氧传感器外观颜色检查
从排气管上拆下氧传感器,检查传感器外壳上的通气孔有没有堵塞的情况,陶瓷芯有没有破损的情况,如果有则应该立即更换新的氧传感器。下面介绍几种通过观察氧传感器的顶尖部位的颜色也可以判断氧传感的故障。氧传感器的正常颜色是浅灰色的,如果顶尖变成白色的,说明氧传感受到了硅污染,应该更换新的氧传感器,如果顶尖变成棕色的,说明氧传感器受到了铅污染,应该更换新的氧传感器,如果顶尖变成黑色的,说明氧传感器表面或内部积碳造成的,一般可以自动清除氧传感器上的积碳。
3 案例分析
本文在研究的后期通过对丰田COROLLA车4A-C、4A-GE、4A-FE发动机氧传感器检测为例,探究在实践使用过程中的故障维修。将发动机以2500r/min的转速持续运转2分钟以上,使得发动机达到正常的工作环境温度,将电压表的正极测笔和4A-C发动机的故障诊断座内的OX插孔连接上,负极测笔与4A-GE插孔连接,对4A-C发动机保持2500r/min转速,检测此时的电压指针的变化,如果电压表在10s内和0-6v范围内摆动8次以上,则说明氧传感器的工作处于不正常的状态。对4A-GE发动机保持2500r/min转速,用导线跨接故障诊断插座上的T和E1插孔,再测量电压,如果电压表的指针在10s内的摆动次数等于或大于8次以上,说明氧传感器的工作正常,否则说明氧传感器出现故障,应该根据发动机故障指示灯上显示的故障代码,分析故障代码判断故障的种类,从而做出相应的维修处理。
对于4A-FE发动机,只能使用10MΩ的数字式电压表检测发动机运转时候的电压变化,具体的操作步骤为:首先对发动机以2500r/min的转速持续运转2分钟以上,再将电压表的一端插入黑色的传感器上,电压表的负极接地,观察电压表的指针变化,如果电压表在0-1v之间,说明氧传感器正常,反之则不正常,可能是电子控制元件接触不良、黑色导线内断路等。
4 结语
氧传感器在汽车发动机上的应用已经越来越频繁,它能够很好的控制有效的空燃比,能够控制汽车排气中的氧浓度,对生态环境保护具有重要的意义,因此一旦氧传感器在使用的过程中出现故障,就会给驾驶员带来很大的麻烦,所以防止和控制手段就显得很重要,及时发现问题并解决问题,避免情况的进一步恶化。
摘要：在利用三元催化转换器用于降低排气污染的汽车发动机里,氧传感器属于一个十分重要的部件,有关氧传感器的检测与维修,可以通过诊断仪器对元器件进行初步检查,然后从排气系统上将元器件拆卸下来,观察氧传感器,假使外壳上面的通气孔存在堵塞,陶瓷芯是否破损,假使有损坏则需更换新件。汽车发动机氧传感器在使用的过程中,还会遇到其他很多问题,本文就将针对这些可能出现的故障进行探究。
关键词：汽车发动机,氧传感器,故障维修
参考文献
[1]解来卿,王森,袁峰.汽车电喷发动机故障诊断与维修方法探析[J].轻型汽车技术,2010,Z1:68-71.
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汽车氧传感器 篇7
关键词：氧传感器,故障,检查方法
0 引言
社会的进步人们物质生活水平的提高, 汽车的数量逐渐的增加。在汽车上有很多的传感器的应用, 其中为了响应国家节能环保的战略, 必须控制汽车发动机内部空然比。控制空燃比很大程度上依赖于汽车排气管中的氧传感器来实现反馈控制系统。所以在汽车数量与日俱增的同时, 世界上氧传感器的生产也在与日俱增。但是汽车中的氧传感器还存在有很多的故障问题, 所以在这个背景下对汽车氧传感器常见故障的认识以及检查方法的研究变得非常重要。
1 汽车氧传感器的常见故障分析
汽车氧传感器在整个汽车中占有很重要的地位, 氧传感器将尾气中的氧含量传递给发动机的电子控制系统 (ECU) , 通过反馈系统控制发动机的空燃比。一旦氧传感器发生故障, 发动机的反馈系统就处于一种瘫痪的状态, 没有办法控制空燃比, 导致汽车耗油量的增加和尾气排放的增加。严重的话还会出现发动机怠速不稳、排气管冒黑烟、功率下降以及油耗提高的问题。因此必须及时检查氧传感器是否出现故障。
1.1 汽车氧传感器的老化现象
通过氧传感器的反馈行动, 汽车的发动机可以将实际的空燃比控制在理论的空燃比附近, 使汽车排出的尾气中不会出现汽油过剩的现象。然而在汽车开始启动的时候, 因为燃油蒸汽的快速预热, 使氧传感器表面快速升温。这种启动方式会引起两种问题的产生:其一, 氧传感器表面的保护层由于碳粒的形成出现不同那个程度上的剥落现象。其次, 氧传感器的老化速度, 由于氧传感器表面的局部温度逐渐的升高, 也会出现不同程度上的提高。
1.2 氧传感器表面积碳现象
氧传感器位于汽车的尾部排气管道内, 有时候可能由于汽车发动机内部油料的不完全燃烧, 导致在排出的尾气中有很多的颗粒, 长此以往就会在氧传感器的表面形成一层厚厚的积碳, 又或者是没有燃烧完全的油渍和尘埃进入到氧传感器的内部使氧传感器的内部出现一层沉积物。这样就会对信号的传输造成影响, 导致氧传感器传输的信息出现不准的现象, 使ECU不能及时修正空燃比, 导致尾气排放的增加, 油耗的上升等问题。
1.3 加热电阻丝烧断
对于加热型氧传感器来说, 氧传感器的正常工作完全是依靠内部的加热电阻丝, 对整个传感器进行加热。一旦氧传感器内部的加热电阻丝被烧断了, 整个氧传感器就会陷入了一个瘫痪的状态, 完全失去了其作用。
1.4 氧传感器铅硅中毒现象
氧传感器中都是一件很难处理的问题。尤其是经常使用含铅的汽油的汽车车主, 轻微的铅中毒只需要更换几箱不含铅的汽油使用, 即可清除依附在氧传感器表面的铅的残留, 如果是深度的铅中毒及时是更换了新的氧传感器, 能够使用的距离也是非常有限的。排气温度的太高, 会导致铅深入到氧传感器的固体电解质的内部, 阻碍氧离子的正常扩散, 阻碍氧传感器的正常工作。
除了铅中毒以外, 另一个比较常见的汽车氧传感器的故障就是硅中毒。由于汽油和润滑油中含有的硅在燃烧后产生一系列的硅化物, 会对氧传感器造成不同程度上的损害。
2 汽车氧传感器的检查方法
汽车氧传感器在汽车的正常工作中占有很大的地位, 一旦汽车的氧传感器发生故障, 会严重的影响汽车的使用。所以有必要针对以上汽车氧传感器常见的故障问题, 进行细致的检查, 彻底排除故障隐患。
2.1 加热电阻器的检查
断开汽车的点火装置, 顺着汽车的尾气管道找到氧传感器, 拔下氧传感器的线束插头。通过万用表对氧传感器接线端中加热器接柱和搭铁接柱之间的电阻, 其测量阻值与车型的具体阻值进行比较。如果其阻值为无穷大, 则内部有线断路, 应该更换氧传感器。
2.2 氧传感器电压的测量
有很多的方法可以达到测量氧传感器内部电压的目的, 以下为所有方法中的几个:其一, 拔下氧传感器的线束接口, 通过参考车型的电路图, 从氧传感器的反馈接线柱上结出一根导线, 插好线束接口, 让发动机运转起来, 通过导线测量汽车的反馈电压。在汽车氧传感器正常的情况下, 由于反馈控制的进行, 其反馈电压将保持一个在0.45v上下的变化。其二, 车主通过“快速踩下加速踏板——马上松开”的方法使混合气的浓度发生改变。随着加速踏板的踩下, 发动机的油料喷射口喷射油料增加, 混合气浓度增加, 反馈电压上升。随着松开加速踏板的过程, 油料喷射量减少, 混合气浓度变稀, 反馈电压下降。在次过程中, 通过电压表测量得到的反馈电压的数值应该是在一个电压范围内来回跳动的, 如果电压表的指针没有发生跳动, 则表示氧传感器已经损坏。
2.3 检查氧传感器的外观颜色的变化
通过汽车的模型图, 顺着排气管道找到氧传感器的位置, 卸下氧传感器, 并检查氧传感器的外壳通气孔有无损坏。如有损坏应该及时更换氧传感器。此外通过观察氧传感器顶端颜色的变化也可以检查是否有故障的存在其中淡灰色顶端属于正常的颜色;白色顶端说明氧传感器已经被硅污染;棕色顶端说明氧传感器已经被铅污染了;黑色的顶端是由积碳造成的。
3 总结
随着社会的进步汽车产业已经成为当今制造业的一个支柱型产业, 而汽车制造使用了很多的传感器, 氧传感器就是众多传感器中的一个。氧传感器的存在无论是为了节能还是为了保护环境实行节能环保的战略都很有必要的。所以对于汽车中氧传感器的检查, 应该重视起来, 让汽车工业更上一层楼。
参考文献
[1]李飞, 许涛.发动机后氧传感器的布置方法[J].汽车工程师, 2014 (10) :37-39, 46.
[2]任继文, 成佐明.平板式汽车氧传感器冷启动热应力耦合场分析[J].仪表技术与传感器, 2014 (07) :5-8.
简析汽车氧传感器的二种检测方法 篇8
关键词：汽车,氧传感器,检测方法,丙烷气体测试法
氧传感器的上游系统指的是氧传感器上游的连接线、传感器、执行器、电脑和发动机机械系统, 包括发动机总成 (包含进气系统、废气再循环系统和空气喷射系统) 、传感器、执行器和各种连线。氧传感器的下游系统指的是氧传感器以后的不活动的元件 (通常称之为尾气净化器) 以其内部的元件和排气系统。
汽车氧传感器工作在排气气流这种极端恶劣的环境中, 一种不用加热的氧传感器的正常寿命是30000km～50000km, 需要加热的氧传感器的正常寿命在50000km～70000km。而对于这两种传感器来说, 在使用过程中其寿命在逐渐衰减, 它的反应时间逐渐变长, 产生的电压信号越来越低。在最后临近失效的阶段, 氧传感器将产生不变的电压, 或根本不产生电压。此时, 系统将产生一个故障代码, 同时, 驾驶室仪表板上的故障提示灯将闪亮。在正常的寿命或行驶里程内, 汽油中的铅、发动机冷却液中的硅酮极易使氧传感器失效。然而, 引起氧传感器过早损坏的最主要原因是被积炭堵塞。而积炭过多是由于混合气过浓, 过高的燃油压力、损坏的喷油器、损坏的传感器或PCM的不良行为都将引起混合气过浓。
在特定的发动机转速和载荷下, 氧传感器检测尾气的成分, 然后发出一种电压信号, PCM根据这种信号, 通过改变喷油嘴脉冲宽度或混合气形成命令来改变混合气的成份。
氧传感器反馈平衡的检查过程是通过安装和连接数字式动态示波器到氧传感器的线圈上来证实氧传感器是否正常工作, 进而证明车辆发动机检测和维修是否成功的关键过程, 通过对氧传感器波形的分析可以: (1) 确定什么地方需要维修; (2) 证实对反馈燃油控制系统的维修是正确的。
在数字式动态示波器上显示的氧传感器信号或信号波形是“核心问题”显示的等同物, 就如同医院操作室里的心电图一样。事实上, 在医院的急救室里, 有关装置上最具有评价价值的仪器以及其上所创造的信号波形就是病人心跳时的波形, 汽车驱动力和排放系统检测的真正任务是再现车辆的“心跳”情况, 那就是氧传感器的波形。例如, 通过观察有关氧传感器信号波形可以显示反馈燃油系统是否在工作或是否处于闭环状态, 当氧传感器的温度上升时, 在波形的左边氧传感器的输出电压开始上升, 当传感器电压达到0.45V, 反馈燃油控制系统就开始控制混合气的形成, 并使其在稀和浓之间来回切换.
但是, 汽车上的“心电感知器”, 即氧传感器, 生活在比清洁的医务室恶劣很多的环境内, 所以我们必须在对车辆全面检测前不得不针对每一个病态车辆检查氧传感器本身是否损坏, 如果想利用氧传感器的信号进行故障或性能分析, 那我们就必须确保氧传感器能正常工作。使用一个带有故障的氧传感器, PCM就不能正确地工作, 反馈燃油控制也就不能正常进行, 这就是在对车辆进行检测前为什么必须首先检测氧传感器的好坏的原因。
下面阐述如何检测氧传感器反馈的几种方法。
检测氧传感器是否损坏有两种方法:丙烷测试法和猛踩油门测试法。
1 使用丙烷气体测试法检测氧传感器的性能
检查氧传感器三个方面的性能, 如果这三种性能有一项检测失败, 就应当更换传感器, 并对新的氧传感器进行检测。
这些检测过程和相关参数主要基于世界上最大的氧传感器制造商的测试方法而确定, 对于锆式氧传感器则主要基于车辆制造厂家的OBD-Ⅱ氧传感器显示参数而定。
1.1 连接和安装CH加浓工具
连接一个CH加浓装置到一个大的进气歧管真空源上, 如曲轴箱强制通风阀和真空助力制动器等。
1.2 连接和安装示波器
(1) 连接示波器的COM检测探针到氧传感器的搭铁线或发动机的缸体上。注意:不要连接到蓄电池的负极接线柱上。
(2) 连接示波器的CH1探针到接往PCM的氧传感器的信号线上, 可以从线路手册中获得信号线的颜色或PCM的相应接口。
(3) 选择AIR/FUEL-OXYGEN O2S-O2S/VOLTS。
(3) 2500r/min的转速条件下运行发动机2min～3min, 以便暖机。
(4) 保持发动机怠速运转, 你一定要在30s内完成相关测试, 以获得准确的信号。
(5) 慢慢增加CH值, 直到氧传感器的电压变高。一般情况下, 正常工作的系统会努力将氧传感器的电压往下“拉”, 这时, 继续增加CH值, 直到反馈控制系统完全丧失混合气的补偿能力。然后继续增加CH值直到发动机的转速下降100r/min, 这主要由于混合气过浓导致的。在正常情况下, 这一步需用时20s～25s。
(6) 从真空源上快速拔下CH调节器, 以便制造大的真空泄漏。通常情况下, 会出现发动机运转不稳, 这也是正常的, 它不会影响到测试的结果, 然后关闭CH阀。
(7) 等待, 直到波形下降趋势移动到大约显示器的中央, 然后按下RUN/HOLD功能键。此时, 测试已完成了。你就可以根据示波器上显示的波形来分析氧传感器是否通过检测。
如果传感器无故障, 它应当符合下述技术参数。即氧传感器特征参数。
(1) 最大电压应大约为850mV。
(2) 最小电压应大约为175mV～75mV之间。
(3) 从稀到浓、或从浓到稀的反应时间应小于100ms。
如果在测的传感器不能满足这些技术参数的一个或多个, 可更换一个新的氧传感器, 并重新进行检测。
2 利用猛踩油门的方法测试氧传感器
在一些1998年或更新出厂的车辆上, 很难利用加浓和制造真空泄漏的方法进行氧传感器的测试, 这主要由发动机电脑控制系统很快对诱导后的真空泄漏进行补偿。
在一些新的速度密度系统中, 甚至质量流量系统, 一种氧传感器信号的明显下降是很难或者根本不可能获得的。通常情况下新的系统能在很短时间内对巨大的真空泄漏给予补偿, 以至于氧传感器的信号根本不会变弱, 这主要由于排气管中氧气浓度的变化, 还不致引起氧传感器的反应。一个可取之道就是用手持式真空泵在测试过程保持真空传感器的压力, 或者使用“猛踩油门”的方法检测氧传感器。
这种方法共分三步骤来完成。
(1) 在发动机2 5 0 0 r/m i n的时运转2min～3min, 然后让发动机怠速运转20s。
(2) 在两秒钟内, 反复猛踩油门5～6次, 从节气门全关到完全打开, 以便迅速改变发动机的转速。注意不要过度改变发动机的转速, 也就是发动机的转速不要超过4000r/min。以期得到理想的加速和减速效果。
(3) 按下数字式动态示波器控制面板上的RUN/HOLD功能键来固定显示的波形, 以便仔细进行检查。测量出最大的氧传感器的电压、最小电压及反应的时间。如果有必要, 可利用示波仪的光标, 这样示波仪就会显示出所希望要的内容。
参考文献
[1]刘艳梅.电子技术在现代汽车上的发展与应用[J].中国科技信息, 2006.
[2]别辉.过学讯.现代电子技术在汽车上的全面应用[J].北京汽车, 2006 (4) .
尤迈医用氧气传感器氧电池 篇9
医用氧电池, 又称氧气传感器 (Oxygen sensor) 、氧浓度传感器、氧电池、氧探头、氧电极等, 采用电化学原理, 主要功能是用于测量混合气体的氧浓度, 测量范围为:0%~100%氧浓度, 在恒定工作压力和恒定温度条件下, 氧电池产生的电压值与氧浓度成正比关系, 每个氧电池的输出电压在整个寿命期内基本上是稳定的。当测量到的氧浓度值与设置的氧浓度值偏差较大时, 机器将发出报警提示, 这时可以对其进行定标校准, 若仍然偏差较大, 一般都是氧电池耗尽, 需更换氧电池, 一般氧电池使用寿命约1~3年。
尤迈系列医用氧气传感器, 是委托德国专业的氧气传感器的厂家IT Gramber定牌生产, 具有性能稳定, 使用寿命长, 测量精确等特点, 产品通过CE认证及美国FDA的510 (K) , 是目前市面上最主流的兼容性氧电池的供应商, 可以替代几乎市场上主流的呼吸机, 麻醉机, 新生儿培养箱等设备中各规格型号的氧电池。产品已销往北美, 南美, 欧洲, 东南亚等, 几乎遍布全世界国家与地区。产品采用铝盒包装, 便于运输及储存, 具有较高的性能价格比, 成为各医院及设备维修工程师的首选, 同时也是多家设备厂家的OEM配置。