談談前氧傳感器的檢測

摘 要：闡述前氧傳感器的結構、工作原理、作用和分類，重點介紹前氧傳感器的檢測方法。

關鍵詞：前氧傳感器；結構；作用；分類；工作原理；檢測方法

現在汽車是越來越多，但人民對汽車的環保節能要求也越來越高，簡單說的話，前氧傳感器對汽車就是起到環保節能的作用。前氧傳感器安裝在汽車排氣管上，通過對尾氣中氧含量的檢測，信號傳給ECU，ECU就能判斷剛燃燒完的混合氣是濃是稀，來修正下次噴油量，使混合氣空燃比無限接近最佳空燃比。

一、 前氧傳感器安裝位置

一般車型都有兩個氧傳感器，安裝在汽車的排氣管上，具體是安裝在排氣管的三元催化器前面，稱作前氧傳感器（又稱上游氧傳感器），在三元催化器后面的，稱作后氧傳感器（又稱下游氧傳感器）。前、后氧傳感器結構是一樣，但起得作用完全不一樣。

二、前氧傳感器的作用

前氧傳感器的作用是檢測汽車尾氣中氧的含量，將信號反饋給給ECU，ECU根據此信號（前氧傳感器信號屬于反饋信號）判斷混合氣過濃（電壓0.45～0.9V）或者過稀（0.10～0.45V），如果混合氣過濃則修正下次噴油偏稀，混合氣過稀則修正下次噴油偏濃，使混合氣盡可能接近最佳空燃比。

三、氧傳感器的類型

氧傳感器有氧化鋯式和氧化鈦式2種類型，其中應用最多的是氧化鋯式氧傳感器。

四、氧傳感器的結構和工作原理

1、氧化鋯式氧傳感器

①、結構

氧化鋯式氧傳感器的基本元件是氧化鋯陶瓷管（固體電解質），也稱鋯管，如圖一所示。鋯管固定在帶有安裝螺紋的固定套中，內外表面均覆蓋著一層多孔性的鉛膜，其內表面與大氣接觸，外表面與廢氣接觸。氧傳感器的接線端有一個金屬護套，其上開有一個用于鋯管內腔與大氣相通的孔，導線將鋯管內表面鉑電極經絕緣套管從此接線引出。

②、工作原理

氧化鋯式氧傳感器在溫度超過300℃的工作原理，如圖二所示。鋯管的陶瓷體是多孔的，滲入其中的氧氣，在溫度較高時會發生電離。由于鋯管內（連通大氣）、外側（排氣流過）含氧量不同，存在氧的濃度差，因而氧離子從大氣側向排氣一側擴散，使鋯管成為一個微電池，在兩鉑極間產生電壓。混合氣過濃時，排氣中的氧含量偏少，使得鋯管內、外側的氧濃度差大，產生的電壓為0.45～0.9V；混合氣過稀時，排氣中的氧含量偏多，使得鋯管內、外側的氧濃度差小，產生的電壓為0.10～0.45V。

2、氧化鈦式氧傳感器

①、結構

氧化鈦式氧傳感器是利用二氧化鈦材料的電阻值隨排氣中氧含量的變化而變化的特性制成的，故又稱電阻型氧傳感器。氧化鈦式氧傳感器的外形和氧化鋯式氧傳感器相似，在傳感器前端的護罩內是一個二氧化鈦厚膜元件，如圖三所示。

②、工作原理

純二氧化鈦在常溫下是一種高電阻的半導體，但表面一旦缺氧，就會出現缺陷，電阻隨之變小。由于二氧化鈦的電阻也隨溫度變化而變化，因此，在二氧化鈦式氧傳感器內部也有一個電加熱器，以保持氧化鈦式氧傳感器在發動機工作過程中的溫度恒定不變。如圖四所示，ECU的1V電壓端子2將一個恒定的1V電壓加在氧化鈦式氧傳感器的一端，傳感器的另一端與ECU的輸出電壓端子4相接。當排出的廢氣中氧濃度隨發動機混合氣濃度變化而變化時，氧傳感器的電阻隨之變化，ECU的輸出電壓端子上的電壓也隨著變化。當輸出電壓端子上的電壓高于參考電壓（0.45V），ECU判斷混合氣過濃（0.45～0.9V）；當輸出電壓端子上的電壓高低于參考電壓（0.45V），ECU判斷混合氣過稀（0.1～0.45V）；

五、前氧傳感器的檢測

1、前氧傳感器的端子

以前汽車的前氧傳感器一般是2個端子，即信號電壓正極、信號電壓負極，而現在大部分汽車的前氧傳感一般都是四個端子，除了信號電壓正極、信號電壓負極外，還有加熱器正極、加熱器負極。那前氧傳感器為什么要帶有加熱器呢？因為氧化鋯式氧傳感器需要在超過溫度300℃才開始工作，如果沒有加熱器，前氧傳感器單靠排氣加熱，會使前氧傳感器在發動機工作后數分鐘才工作，導致發動機屬于開環控制，而帶有加熱器的前氧傳感器在發動機起動后20～30s就可以開始工作。氧化鈦式的前氧傳感器也需要安裝加熱器，才可以保持氧化鈦式氧傳感器在發動機工作后溫度恒定不變。

2、區別前氧傳感器端子

汽車擰到ON檔，用萬用表20V電壓檔檢測前氧傳感器插頭端子，有12V電壓的是加熱器正、負極，另外兩個端子是信號正、負極；用萬用表200Ω電阻檔檢測前氧傳感器本身端子，有電阻（一般為1～40Ω，不同車型數值有區別）的兩個端子是加熱器正、負極，電阻無窮大的兩個端子是信號正、負極。

3、前氧傳感器的檢測方法

①、用萬用表檢測

用萬用表檢測，主要是檢測前氧傳感器加熱器的端子，判斷其好壞。汽車擰到ON檔，用萬用表20V電壓檔檢測前氧傳感器的加熱器插頭端子，數值約12V（與蓄電池電壓相同），前氧傳感器的加熱器線路正常，如果電壓為0V，說明有一根電線斷路。負極接在發動機上檢測，能測出12V，則是加熱器的負極線斷路，如果都是0V，則是加熱器的正極線斷路。用萬用表200Ω電阻檔檢測前氧傳感器本身的加熱器端子，有電阻（一般為1～40Ω，不同車型數值有區別），說明前氧傳感器加熱器正常，如果電阻無窮大，說明加熱器本身線圈斷路。前氧傳感器加熱器損壞，則發動機起動后，前氧傳感器工作滯后，發動機剛起動前幾分鐘屬于開環控制。

②、診斷儀檢測

用診斷儀檢測，主要是檢測前氧傳感器的信號工作狀態，是否正常。先連接好診斷儀，汽車擰到ON檔，打開診斷儀，讀取前傳感器的數據流（電壓值）。起動汽車約1分鐘后，觀察前氧傳感器數據變化，前氧傳感器輸出的電壓會在0.1～0.9V之間不斷變化（通常每10s內變化8次以上），并且一般是以0.45V作為中間線不斷的上下變化。讀取前氧傳感器的波形，如圖五所示。

如果信號電壓一直在0.45～0.9V之間變化或者一直在0.1～0.45V之間變化，都說明前氧傳感器損壞，更換前氧傳感器。如果前氧傳感器損壞，會導致汽車加速不良或者耗油等故障出現。

參考文獻：

1、 任惠珠、羌春曉. 汽車電控發動機構造與維修 中國勞動社會保障出版社，2009

2、 解國林、呂江毅.汽車發動機電控系統結構檢修 天津科學技術出版社，2011

3、 譚本忠 汽車波形與數據流分析 機械工業出版社 2011

作者簡介：林敏，海南省技師學院講師，畢業于東北大學，作者單位：海南省技師學院車輛工程系。