汽車氧傳感器的工作原理及應用

摘要:本文對氧傳感器波形在電控汽車、維修檢測中的應用進行了分析。

關鍵詞:波形檢測;氧傳感囂;工作原理;應用技術

0前言

隨著汽車排放法規的逐漸嚴格和人們對汽車排污控制的日漸重視，“電噴”加三元催化器的發動機正在我國普及。這種發動機采用了混合氣成分的閉環控制和三效催化反應裝置聯合使用的技術，這是當今汽油機最有效的排氣凈化方法，氧傳感器是實現這一閉環控制必不可少的重要部件。它不但對發動機排放控制有著重要的作用，還可以通過示波器讀取其波形進而分析判斷發動機的多種故障。在汽車維修之后，還可以通過檢測氧傳感器波形判斷發動機是否真正修好，作為向客戶交車之前的一項檢驗。在維修檢測方面，氧傳感器波形某種程度上類似于人體診斷的心電圖。

1 氧傳感器的工作原理

氧化鋯是一種多孔性的固體電解質，當溫度較高時，允許滲入該固體電解質內的氧氣發生電離，電離后的氧離子能夠由氧濃度高的內側向濃度低的外側擴散，使兩電極之間產生電動勢，形成微電池，因此可以檢測出排氣中氧的含量，從而能檢測出混合氣的濃度。圖1是氧化鋯氧傳感器的工作原理示意圖。

三元催化轉化器處理能有效地全面凈化CO、HC和NOx這三種有害氣體，但其凈化效率依賴于混合氣濃度，一般要求保持在理論空燃比為(14.7)左右的狹小范圍內。一旦混合氣體濃度偏離了這個狹小的范圍，則三效催化轉化器全面凈化上述有害氣體的能力急劇下降。由于混合氣空燃比的變化會引起排氣中氧濃度相應的變化，因此，在排氣管中設置了氧傳感器，氧傳感器隨時檢測排氣中的氧濃度，并隨時向微機控制裝置反饋信號，微機則根據反饋來的信號及時調整噴油量(噴油脈寬)，如信號反映混合氣較濃，則減少噴油延續;反之，如信號反映混合氣較稀，則延長噴油延續時間，從而使混燃氣的空燃比始終保持在理論空燃比附近，這就是空燃比閉環反饋控制系統。

2 氧傳感器的波形檢測與波形分析

2.1 氧傳感器的波形檢測

氧傳感器的波形檢測方法很多，筆者用汽車示波器進行波形檢測。檢測方法是啟動發動機使氧傳感器加熱至315℃以上，且處于閉環控制狀態，利用跨接線或背針探頭連接至傳感器的連接插頭，啟動發動機由怠速開始增加轉速。

2.2 氧傳感器的波形分析

對氧傳感器進行波形分析可以從反映氧傳感器輸出信號波形的三要素進行，三要素為:最高電壓、最低電壓、反應快慢(響應時間)。正常波形允許變動的范圍分別是:最高電壓允許范圍大于850mV;最低電壓允許范圍75～175mV，從濃到稀的允許響應時間少于100ms。因此，當實測波形與氧傳感器的正常波形不相符時，說明發動機存在故障，并且可以從波形上查明故障發生的部位及產生的原因。發動機故障可導致燃燒不正常進而引起氧傳感器波形不正常，具體可表現為:

點火系統故障造成的燃燒不正常或缺火，如某缸火花塞損壞，某缸高壓分線損壞、或分電器、分電器轉子、點火線圈等損壞。這些故障可使部分氧“不經消化”即排出缸外，從而使排氣中的氧含量升高。對此，可用示波器檢測，以排除這類故障的可能性或確認這類故障。

由機械原因引起的壓縮泄漏使正常的壓縮比遭到破壞，例如，氣門燒損、活塞環斷裂或磨損過度等造成的壓縮泄漏，使點火之前的壓縮溫度、壓縮壓力不夠，造成燃燒不完全甚至缺火。這也可使部分氧“未經消化”即排出缸

外，引起排氣中的氧含量升高。

真空泄漏造成的空燃比不正常，例如，進氣道、進氣管上的真空軟管等處存在泄漏，如果真空泄漏使混合氣空燃比達到l7以上時，就可引起因混合氣過稀而發生的缺火，并造成排氣氧含量增高。

各缸噴油不均衡造成的壓縮比不正常(對于多點噴射)，個別缸噴油器的噴油量過多或過少(噴油器卡在開的位置或堵塞)，造成混合氣過濃或過稀，當個別缸的混合氣空燃比達到l3以下或l7以上時，可能引起缺火，亦可造成排氣含量異常。

3 氧傳感器波形在電控汽車維修檢測中的應用

3.1 利用氧傳感器的波形分析發動機的故障

筆者在實際工作中曾用氧傳感器的故障波形分析診斷發動機個別缸噴油器堵塞造成各缸噴油不均勻的故障。故障表現為:怠速不穩，加速遲緩，動力下降，路試加速不起來。在冷起動后或重新熱起動的開環控制期間情況好轉，一旦燃油反饋控制系統進入閑環控制，癥狀就變得顯著。用ADC2000發動機故障診斷儀的示波功能檢測氧傳感器的波形，檢測發動機在2500r/min和其他穩定轉速下的氧傳感器波形，以檢測空燃比反饋控制系統，氧傳感器在所有的轉速、負荷下都顯示出嚴重的雜波故障，分析嚴重的雜波表明排氣氧不均衡或存在缺火，這些雜波影響了燃料反饋控制系統對混合氣的控制能力。通常可以采用排除其他故障可能性的方法(即排除法)判定噴油不均衡。包括用示波器檢查，判斷點火系統和氣缸壓縮力，以排除其故障的可能性;用人為加濃或配合其他儀器等方法，排除真空泄漏的可能性。總之，對于多點噴射式發動機，如果沒有點火不良、壓縮泄漏、真空泄漏等問題引起的缺火，則可假定是噴射不均衡引起的缺火。

針對上述情況，筆者進一步檢查了點火、壓縮、真空的各方面情況，排除了這些方面問題的可能性，判斷為噴油器損壞。還應該注意到，“在冷起動后或重新啟動后的開環控制期間情況稍好”，進一步說明了個別缸噴油器存在堵塞問題。這是因為對于上述情況，噴油脈沖寬度稍長，加濃了混合氣，多少起到一些補償作用。進一步從發動機拆下噴油器后，因剛拆下來的噴油器表面很臟，先用凈化器清洗噴劑先洗一下外表，再用布擦干凈，進行密封性檢測，在噴油器關閉的情況下，加上噴油器的正常壓力的油壓檢測噴油器的密封性。一般要求在1min內噴油器不滴漏2滴以上油滴，然后進一步檢測噴油器的霧化性。不同型號的噴油器，在正常條件下噴霧形狀是不相同的，一般噴油器噴出的油霧形狀是角度較大的白色錐體，而單孔的噴油器的張角并不大，較臟的或有故障的噴油器的噴出的油霧形狀基本相同，是一根或幾根白色線，沒有霧化的噴油器是有故障或損壞的，檢查結果是2缸噴油器堵塞。進一步測量噴油器電磁線圈，便可知道它們是高阻值或是低阻值的噴油器以及線圈是否短路或斷路，高阻值為12～17Q，低阻值2～3Q，若阻值不在規定的范圍內，說明噴油器電磁線圈損壞，必須更換。檢測的噴油器數據值中，沒有發現問題，說明噴油器的電磁線圈沒有問題，所以故障為2缸噴油器堵塞。

4 結束語

氧傳感囂在電控噴汽車空氣燃油控制系統中有著非常重要的作用，對氧傳感器波形信號的分析，可以快速、準確地判斷整個空氣燃油系統的運行性能，通過用汽車示波器對氧傳感器波形進行分析、評定，可以幫助診斷分析汽車的怠速不穩、加速遲緩、功率低下、耗油量大等汽車故障及其的原因，同時還可以利用氧傳感器的波形分析來判斷三元催化器是否失效。