淺談氧傳感器的工作原理及檢測方法

陳良

摘要：氧傳感器作為發動機電控系統實行閉環反饋控制必備的核心部件，對節約燃料，提高發動機的排氣質量，保持發動機良好的動力性、經濟性具有重要的作用。氧傳感器主要通過檢測排氣中的氧含量，向電子控制系統發出調節空燃比濃稀的電壓信號，以實現電子控制系統增加或減少噴油量的目的。常用的氧傳感器檢測方法主要有三種：依據氧傳感器工作面頂端顏色判斷故障原因、氧傳感器加熱器電阻的檢查以及氧傳感器反饋電壓的測量。

關鍵詞：氧傳感器；工作原理；檢測方法

氧傳感器作為控制汽車尾氣排放、提高燃油經濟性的關鍵零件，主要通過電子控制燃油噴射裝置的反饋控制系統來測算排氣系統氧離子的剩余量，并向電腦發出反饋信號，從而將空燃比控制在理論值附近，以達到節約燃料和減少排氣污染的目的。

一、氧傳感器的工作原理

當前，汽車發動機燃油噴射系統采用的氧傳感主要包括三種：按固態電解質的氧濃度差電池原理制成的氧化鋯式氧傳感器、利用氧化鈦材料的電阻值隨排氣中氧含量變化的特性制成的氧化鈦式氧傳感器以及在普通加熱型開關式氧化鋯式氧傳感器基礎上改進而來的新型寬帶氧傳感器，其中氧化鋯式氧傳感器是最為常用的。

氧化鋯式氧傳感器的工作原理與電池相似。它以二氧化鋯陶瓷材料制成的氧化鋯陶瓷作為工作介質，利用氧化鋯內外兩側的氧濃度差探測排氣中氧的含量，達到監測和控制爐內燃燒空燃比的目的。陶瓷鋯管不透氣，結構疏松多孔，但其內外表面涂有透氣的多孔鉑，當溫度高于3500C時，陶瓷鋯管內外表面氧濃度相差懸殊，帶負電荷的氧離子從陶瓷鋯管的內表面向外表面擴散，鋯管的內外側產生一個電位差，濃度差越大，電位差越大，而鋯管（固態電解質）則成為一個微電池。但由于大氣中的含氧量較為穩定，稀混合燃燒后生產的廢氣以及因缺火產生的廢氣中含有一定量的氧，濃混合氣燃燒后的廢氣不含氧，因此，氧傳感器輸出信號電壓的高低取決于排氣中氧的含量：當混合氣稀時，排氣中含氧較多，陶瓷鋯管內外表面之間氧的濃度差小，輸出的電壓較低；當混合氣濃時，排氣含氧較少，鋯管內外側氧濃度差變大，兩電極間的電壓增大，輸出的電壓較高。發動機工作時，氧傳感器信號電壓在0-1V之間不斷變化，當混合氣稀時，氧傳感器輸出信號電壓在0—0.45V之間；當混合氣濃時，氧傳感器輸出信號電壓在0.5—1V之間；ECU會根據氧傳感器反饋的電壓信號值來控制噴油器的噴油時間，縮減或增加噴油量，從而使實際空燃比接近于理論空然比14.7：1附近。

氧傳感器只有在發動機和傳感器同時達到一定溫度時，才能使氧氣電離產生氧離子，為迅速提高氧傳感的溫度，使其盡快投入工作，常采用加熱型二氧化鋯氧傳感（俗稱四線型氧傳感器），即附加一個電阻為4-40Ω的陶瓷加熱器，借助于汽車電源供電對鋯管進行電加熱，發動機工作約半分鐘，傳感器溫度就能達到3500C以上。

二、氧傳感器的檢測方法

氧傳感器在工作過程中，通常會因加熱線圈故障、信號電路故障等問題，導致發動機出現怠速不穩、缺火、油耗增加等現象。因此，當氧傳感發生故障時，我們可以采用以下方法進行檢測：

（一）依據氧傳感器頂端工作面顏色判斷故障原因。氧傳感器頂端工作面常見的顏色有黑色、白色和棕色。黑色主要是由積碳沉積過多引起的，積炭過多會影響傳感器的信息反饋靈敏度，因此，應做好定期清除積碳工作；白色是由發動機使用硅橡膠密封圈、汽油燃燒后生成的二氧化硅等導致的。實踐表明，任何硅膠都會導致氧傳感器中毒失效。發動機上使用的硅膠密封圈會散發有機硅氣體，用在潤換油流動部位的醋酸硅膠會經排氣管排出，硅化合物燃燒后生成的二氧化硅等都會損壞氧傳感器。由于硅污染造成氧傳感損壞時，應及時更換氧傳感器；棕色是由鉛污染引起的。鉛能使氧傳感器喪失信息反饋功能，污染氧傳感器的鉛主要來自含鉛的汽油。據相關研究表明，使用含鉛汽油行駛五百公里就會使氧傳感器產生鉛“中毒”，對此應盡量使用鉛含量較少的汽油。

（二）氧傳感器加熱器電阻的檢查。為使氧傳感器快速達到較高溫度并投入工作，現代大部分汽車使用的是帶加熱器的氧傳感器，一旦加熱器損壞，氧傳感器就無法正常工作。檢測加熱元件時，需將點火開關置于關閉（OFF）位置，用萬能表檢測加熱器電阻。常溫狀態下，氧傳感器加熱電阻值為4-40Ω，如果阻值無窮大，說明加熱元件斷路；如果加熱元件正常，則需要拆下氧傳感線束插頭，測量氧傳感器接線端中加熱器端子與搭鐵接柱之間的電阻，觀察電阻值是否在標準值4-40Ω之間，如不符合應更換氧傳感器；如正常則應檢查電熱元件的電源線路，若電壓不低于11V，說明電源線路完好；若低于11V說明可能出現出現了熔斷器斷路或油泵繼電器接觸不良，應進一步檢測，并分別予以處理。

（三）氧傳感器反饋電壓的測量。使用萬用表或電壓表檢測氧傳感器反饋電壓時應先拆下線束插頭，從中引出一細導線，負極搭鐵，正極接氧傳感器引線，然后接好插頭；讓發動機以2500r/min的轉速運轉，觀察萬用表或電壓表指針的擺動情況，，正常情況下，萬用表或電壓表的指針應在0-1V之間擺動，10s內電壓變化次數應在8次以上。如果反復升高或降低發動機轉速，萬用表或電壓表指示電壓均為0，說明氧傳感器損壞，應更換氧傳感器；如果10s內電壓變化次數少于8次，可采用開環控制狀態觀察氧傳感器反饋電壓，若反饋電壓大于0.45V，說明混合氣過濃，可進一步脫開進氣管上的制動真空助力軟管，使混合氣變稀，若結果仍顯示電壓大于0.45V，說明氧傳感損壞，反之，電壓小于0.45V，說明氧傳感器工作正常，故障可能出現在燃油系統、電子控制系統或進氣系統。如果反饋電壓小于0.45V，說明混合氣過稀，接上脫開進氣管上的制動真空助力軟管，再拔下水溫傳感器接頭，且用一個4-8KΩ的電阻代替水溫傳感器（或堵住空氣濾清器的進氣口），人為形成濃混合氣，觀察其電壓變化；若電壓仍小于0.45V，說明氧傳感器損壞，應更換氧傳感器，反之，電壓大于0.45V，則說明燃油系統、電子控制系統或進氣系統出現故障，氧傳感器正常。

三、結語

隨著科學技術的發展，汽車發動機已步入電子精確控制時代，氧傳感器作為發動機電控系統實行閉環反饋控制必備的核心部件，對節約燃料，提高發動機的排氣質量，保持發動機良好的動力性、經濟性具有重要的作用。但由于氧傳感器原件易受高溫氣體和廢氣污染影響，因而，應按廠家說明定期更換氧傳感器，以保證車輛在良好狀態下運行。

參考文獻：

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