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，還會直接影響發動機的工況。另外，造成氧傳感器信號失常的原因，除了氧傳感器本身，還涉及到發動機的工況、發動機電腦、線路等諸多因素，從維修的角度和常規的做法，首先應該斷定和排除氧傳感器本身是否真的存在故障。

關鍵詞：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

氧化鋯為固態電解質的一種，它有一種特性就是在高溫時氧離子易于移動。此氧傳感器將氧化鋯燒結成管狀，并與內層與外層涂上白金（Pt），這就是氧化觸媒的作用，當氧離子移動時即會產生電動勢，而電動勢的大小是依氧化鋯兩側的白金所接觸到的氧而定，最外層則覆蓋一層保護殼。

內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。當混合比較高時，排放的廢氣所含的氧相對地減少，因此氧化鋯兩側的白金所接觸到的氧氣高低落差大，所產生的電動勢也相對高（將近1V）；當混合比稀時，燃燒完所多余的氧氣較多，氧化鋯兩側的白金層的氧氣落差小，因此所產生的電動勢低（將近0V）。

引擎控制計算機由此電壓訊號即可偵測到當時混合比的狀況。然而氧傳感器須在高溫才能發揮正常用作（400～900℃），因此當引擎剛開始發動時，氧傳感器尚未開始作用，須等到達到其作工溫度才開始有電動勢的產生，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使得傳感器能也迅速地達到正常的作工狀態，因此目前的車型幾乎可以在引擎發動30s后，汽車氧傳感器即可供給計算機正確的訊號，有些車型甚至可以達到更低的時間。

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高。氧傳感器的傳感元件受到污染而失效的現象稱為中毒。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。在發動機利用氧傳感器進行閉環控制的過程中，混合氣的空燃比總是控制在理論空燃比附近，排氣中幾乎沒有過剩的燃油，但是發動機剛剛起動（特別是冷車起動）之后（或大負荷狀態工作時），為了快速預熱發動機（或增大發動機輸出功率），需要供給足夠的燃油，排氣中過剩的燃油就會在氧傳感器的表面產生燃燒反應，一方面是形成碳粒而造成氧傳感器表面的保護剝落，另一方面是使傳感元件局部表面溫度過高（超過1000℃）而加速傳感器老化。

（2）鉛中毒。燃油或潤滑油添加劑中的鉛離子與氧傳感器的鉑電極發生化學反應，導致催化劑鉑的催化性能降低的現象，稱為鉛中毒。雖然現在都使用無鉛汽油，大大減少了氧傳感器鉛中毒的機率。但是，由于燃油或潤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。發動機上的硅密封膠、硅樹脂成型部件、鑄件內的硅添加劑等都有硅離子，這些硅離子會污染氧傳感器的外側電極，氧傳感器內部端子處密封用的硅橡膠會污染內側電極。硅離子與氧傳感器的鉑電極發生化學反應而導致催化劑鉑的催化性能降低的現象，稱為硅中毒。

（4）磷中毒。傳感器表面，磷很少以純磷狀態析出，而是以某種化合物狀態析出，這些磷化物污染氧傳感器的現象，稱為磷中毒。磷化物的應用很廣，可以用作潤滑劑、防銹劑和清洗劑。在發動機磨合期間或活塞環磨損之后，發動機潤滑油添加劑中的磷化物就會竄入氣缸中燃燒并隨排氣排出。在低溫狀態下，磷化物是以微粒子狀態析出并沉淀在傳感器保護層的表面將氣孔堵塞而導致傳感器中毒；在高溫狀態下，磷化物會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

由于氧傳感器是根據半導體氣敏原件的

原理制作的，所以用萬用表是無法直觀的檢查和判斷其好壞（只能檢測加熱部分的阻值）。所以如何檢測判斷其好壞，是一個修理中的難題。其最好的辦法是替代，但是大多數人沒有條件，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）。另一個方法就是模擬信號出入法，由于大多數修理廠沒有模擬信號發生器，這個方法基本上無人使用。在這里筆者介紹一個簡單易行的方法，就是準備一個鍺二極管和硅二極管（電子商店有售，幾分錢一個），用數字萬用表的二極管檔測量其二極管的正向壓降，同時將萬用表的正負表筆與電腦的氧傳感器信號端連接（注意正負極），用此作為模擬的輸出信號。當萬用表測的是鍺二極管時，輸出的模擬信號為03.V左右，萬用表測的是硅二極管時，輸出的模擬信號為0.7V左右。然后在觀察數據流中氧傳感器和噴油脈寬等應該有相應的變化。假如數據流的變化符合要求，這就斷定是氧傳感器本身的故障了，否則為發動機工況及電腦和線路的故障了（再按以下方法檢測）。

（1）發動機工況的檢查。

（2）線路的檢查。用萬用表逐一檢查氧傳感器的相應線束有無短路和開路（也可以在傳感器端和電腦端分別測量其信號電壓和加熱電壓）。假如線束無短路和開路狀況，并且氧傳感器信號電壓在電腦端測量是正常的，而在檢測儀上顯示的數據不正常，就應該斷定是發動機電腦內部的故障

（3）電腦內部的檢查。如果你有電子方面知識，就將電腦打開，用萬用表的電壓檔（最好是示波器），根據信號在電路板上的走向，逐點檢測其電壓（或波形），在哪里消失或異常，故障點就應該在哪里，一般的故障為電路板虛焊或負責信號放大的運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：TP212

文獻標識碼：A

文章編號：2095-980X（2016）05-0042-01

收稿日期：2016-04-15

作者簡介：郭曉淼（1983-），主要研究方向：汽車工程。