氧化鋯式車用氧傳感器的原理與檢修

郭曉淼（齊齊哈爾工程學(xué)院，黑龍江齊齊哈爾　161005）

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氧化鋯式車用氧傳感器的原理與檢修

郭曉淼
（齊齊哈爾工程學(xué)院，黑龍江齊齊哈爾161005）

摘要：氧傳感器是電噴汽車上使用最普遍的傳感器之一，它的好壞不但要影響汽車的尾氣排放，還會(huì)直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的工況。另外，造成氧傳感器信號(hào)失常的原因，除了氧傳感器本身，還涉及到發(fā)動(dòng)機(jī)的工況、發(fā)動(dòng)機(jī)電腦、線路等諸多因素，從維修的角度和常規(guī)的做法，首先應(yīng)該斷定和排除氧傳感器本身是否真的存在故障。

關(guān)鍵詞：氧傳感器；故障診斷；檢修

1　汽車氧化鋯式氧傳感器工作原理

氧化鋯為固態(tài)電解質(zhì)的一種，它有一種特性就是在高溫時(shí)氧離子易于移動(dòng)。此氧傳感器將氧化鋯燒結(jié)成管狀，并與內(nèi)層與外層涂上白金（Pt），這就是氧化觸媒的作用，當(dāng)氧離子移動(dòng)時(shí)即會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，而電動(dòng)勢(shì)的大小是依氧化鋯兩側(cè)的白金所接觸到的氧而定，最外層則覆蓋一層保護(hù)殼。

內(nèi)層白金面所大氣接觸，所以氧氣濃度高，外層白金與排氣接觸，氧氣濃度低。當(dāng)混合比較高時(shí)，排放的廢氣所含的氧相對(duì)地減少，因此氧化鋯兩側(cè)的白金所接觸到的氧氣高低落差大，所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)也相對(duì)高（將近1V）；當(dāng)混合比稀時(shí)，燃燒完所多余的氧氣較多，氧化鋯兩側(cè)的白金層的氧氣落差小，因此所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)低（將近0V）。

引擎控制計(jì)算機(jī)由此電壓訊號(hào)即可偵測(cè)到當(dāng)時(shí)混合比的狀況。然而氧傳感器須在高溫才能發(fā)揮正常用作（400～900℃），因此當(dāng)引擎剛開始發(fā)動(dòng)時(shí)，氧傳感器尚未開始作用，須等到達(dá)到其作工溫度才開始有電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生，所以之后的氧傳感器皆改良成加熱型，也就是利用陶瓷加熱器來(lái)使得傳感器能也迅速地達(dá)到正常的作工狀態(tài)，因此目前的車型幾乎可以在引擎發(fā)動(dòng)30s后，汽車氧傳感器即可供給計(jì)算機(jī)正確的訊號(hào)，有些車型甚至可以達(dá)到更低的時(shí)間。

2　汽車氧傳感器的失效原因

汽車氧傳感器失效的主要原因是傳感元件老化和中毒。氧傳感器老化的主要原因是傳感元件局部表面溫度過(guò)高。氧傳感器的傳感元件受到污染而失效的現(xiàn)象稱為中毒。氧傳感器中毒主要是指鉛中毒、硅中毒、和磷中毒。

（1）汽車氧傳感器老化。在發(fā)動(dòng)機(jī)利用氧傳感器進(jìn)行閉環(huán)控制的過(guò)程中，混合氣的空燃比總是控制在理論空燃比附近，排氣中幾乎沒有過(guò)剩的燃油，但是發(fā)動(dòng)機(jī)剛剛起動(dòng)（特別是冷車起動(dòng)）之后（或大負(fù)荷狀態(tài)工作時(shí)），為了快速預(yù)熱發(fā)動(dòng)機(jī)（或增大發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率），需要供給足夠的燃油，排氣中過(guò)剩的燃油就會(huì)在氧傳感器的表面產(chǎn)生燃燒反應(yīng)，一方面是形成碳粒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(guò)高（超過(guò)1000℃）而加速傳感器老化。

（2）鉛中毒。燃油或潤(rùn)滑油添加劑中的鉛離子與氧傳感器的鉑電極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致催化劑鉑的催化性能降低的現(xiàn)象，稱為鉛中毒。雖然現(xiàn)在都使用無(wú)鉛汽油，大大減少了氧傳感器鉛中毒的機(jī)率。但是，由于燃油或潤(rùn)滑油的添加劑中含有多種鉛化合物，氧傳感器的鉛中毒也是不可避免的。

（3）硅中毒。發(fā)動(dòng)機(jī)上的硅密封膠、硅樹脂成型部件、鑄件內(nèi)的硅添加劑等都有硅離子，這些硅離子會(huì)污染氧傳感器的外側(cè)電極，氧傳感器內(nèi)部端子處密封用的硅橡膠會(huì)污染內(nèi)側(cè)電極。硅離子與氧傳感器的鉑電極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致催化劑鉑的催化性能降低的現(xiàn)象，稱為硅中毒。

（4）磷中毒。傳感器表面，磷很少以純磷狀態(tài)析出，而是以某種化合物狀態(tài)析出，這些磷化物污染氧傳感器的現(xiàn)象，稱為磷中毒。磷化物的應(yīng)用很廣，可以用作潤(rùn)滑劑、防銹劑和清洗劑。在發(fā)動(dòng)機(jī)磨合期間或活塞環(huán)磨損之后，發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油添加劑中的磷化物就會(huì)竄入氣缸中燃燒并隨排氣排出。在低溫狀態(tài)下，磷化物是以微粒子狀態(tài)析出并沉淀在傳感器保護(hù)層的表面將氣孔堵塞而導(dǎo)致傳感器中毒；在高溫狀態(tài)下，磷化物會(huì)附著在氧傳感器以及三元催化器表面使其受到污染。

3　氧傳感器的檢測(cè)

由于氧傳感器是根據(jù)半導(dǎo)體氣敏原件的

原理制作的，所以用萬(wàn)用表是無(wú)法直觀的檢查和判斷其好壞（只能檢測(cè)加熱部分的阻值）。所以如何檢測(cè)判斷其好壞，是一個(gè)修理中的難題。其最好的辦法是替代，但是大多數(shù)人沒有條件，而且替代后直接影響再銷售（假如不是傳感器本身的故障的話）。另一個(gè)方法就是模擬信號(hào)出入法，由于大多數(shù)修理廠沒有模擬信號(hào)發(fā)生器，這個(gè)方法基本上無(wú)人使用。在這里筆者介紹一個(gè)簡(jiǎn)單易行的方法，就是準(zhǔn)備一個(gè)鍺二極管和硅二極管（電子商店有售，幾分錢一個(gè)），用數(shù)字萬(wàn)用表的二極管檔測(cè)量其二極管的正向壓降，同時(shí)將萬(wàn)用表的正負(fù)表筆與電腦的氧傳感器信號(hào)端連接（注意正負(fù)極），用此作為模擬的輸出信號(hào)。當(dāng)萬(wàn)用表測(cè)的是鍺二極管時(shí)，輸出的模擬信號(hào)為03.V左右，萬(wàn)用表測(cè)的是硅二極管時(shí)，輸出的模擬信號(hào)為0.7V左右。然后在觀察數(shù)據(jù)流中氧傳感器和噴油脈寬等應(yīng)該有相應(yīng)的變化。假如數(shù)據(jù)流的變化符合要求，這就斷定是氧傳感器本身的故障了，否則為發(fā)動(dòng)機(jī)工況及電腦和線路的故障了（再按以下方法檢測(cè)）。

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)工況的檢查。

（2）線路的檢查。用萬(wàn)用表逐一檢查氧傳感器的相應(yīng)線束有無(wú)短路和開路（也可以在傳感器端和電腦端分別測(cè)量其信號(hào)電壓和加熱電壓）。假如線束無(wú)短路和開路狀況，并且氧傳感器信號(hào)電壓在電腦端測(cè)量是正常的，而在檢測(cè)儀上顯示的數(shù)據(jù)不正常，就應(yīng)該斷定是發(fā)動(dòng)機(jī)電腦內(nèi)部的故障

（3）電腦內(nèi)部的檢查。如果你有電子方面知識(shí)，就將電腦打開，用萬(wàn)用表的電壓檔（最好是示波器），根據(jù)信號(hào)在電路板上的走向，逐點(diǎn)檢測(cè)其電壓（或波形），在哪里消失或異常，故障點(diǎn)就應(yīng)該在哪里，一般的故障為電路板虛焊或負(fù)責(zé)信號(hào)放大的運(yùn)算放大器集成塊損壞，將其焊好或更換即可。

Principle and Maintenance of Zirconia type Automobile Oxygen Sensor

GUO Xiao-miao
（Qiqihar School of Engineering，Qiqihar，Heilongjiang 161005，China）

Abstract:Oxygen sensor is one of the most common sensor in EFI cars，it not only affects the car's exhaust emission，but also directly affects the engine working conditions.In addition，the causes of oxygen sensor signal abnormalityis also related to the engine's working condition，engine computer，line，and many other factors，from the point of maintenance and routine practice，first of all should judge and excludeoxygen sensorfault.

Key words:oxygen sensor；Fault diagnosis；maintenance

中圖分類號(hào)：TP212

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-980X（2016）05-0042-01

收稿日期：2016-04-15

作者簡(jiǎn)介：郭曉淼（1983-），主要研究方向：汽車工程。