汽车发动机氧传感检修浅析

朱德桥

（六盘水职业技术学院，贵州六盘水，553001）

1 氧传感的功能

氧传感器是汽油机电控系统原理与控制策略中常见的喷油量的“闭环调节”（反馈控制）主要的元器件，根据排气中氧含量的变化，间接地反映进入气缸中混合气的浓度，并反馈给ECU,测定出进入发动机燃烧室混合气的空燃比值，把它输入计算机与设定的目标空燃比值进行比较，根据差值调节电磁喷油器喷油量，使空燃比保持在设定目标值附近。

值得注意的是，喷油量的“闭环调节”可以使混合气的浓度维持在理论混合气附近，但并不是所有的工况都需要理论混合气。例如:在发动机起动、暖机、加速、大负荷等工况，需要对混合气适当加浓，以便使发动机能够顺利起动、平稳暖机、迅速加速、大负荷时输出较大功率;强制怠速工况(即节气门在怠速位置，但转速远高于怠速的工况，例如:汽车急减速、挂挡下坡等)时，需要彻底切断燃料供给。在这些工况下，ECU 会暂时终止使用氧传感器的信号，转而利用ECU 内部的记忆值或计算值来控制喷油量，即对喷油量实施“开环调节”。

2 氧传感器分类

常见氧传感器分类方式主要按材料、线数、是否存在加热等几种分类方式。按材料不同主要分为氧化钛式，氧化锆式。按照线的数量划可分为：1 线、2 线（一般2 线为氧化锆式）、3 线、4 线等。按照信号特性可划分为窄域（跃变式）、宽域（宽频带式）。按照氧传感器是否存在加热，可分为加热式和非加热式，一般只有3 线4 线及以上为加热式，氧化钛式一般都为加热型传感器。否则刚刚启动一段时间，为使氧传感器快速达到正常工作条件，符合国家规定，目前使用的全部为带加热的。常见的氧传感器有二氧化锆和二氧化钛型氧传感器两种。

2.1 二氧化锆氧传感器

二氧化锆型氧传感器由二氧化锆管、起电极作用的衬套，以及防止二氧化锆管损坏和导入汽车的带孔护罩等构成。二氧化锆的管内、外表面均涂有薄薄的一层铂，铂既起到电极的作用，又具有催化的作用。二氧化锆管内侧通大气，并且保持氧浓度不变，外侧直接与氧浓度较低的排气相抵触。工作时，在排气高温作用下，氧气发生分离，由于锆管内侧氧离子浓度高，外侧氧在两个表面电极有氧浓度差,氧离子就从浓度高的一侧向低的一侧流动，从而产生电动势，所以二氧化锆传感器实际为一种容量较小的化学电池，也称氧浓度差电池。

2.2 二氧化钛氧传感器

二氧化钛氧传感器是利用N 型半导体材料二氧化钛的电阻值，随排气中氧含量的变化而变化的特性制成的，属于电阻型氧传感器。二氧化钛氧传感器相当于可变电阻器，在常态下此传感器具有高电阻值;二氧化钛在表面缺氧时，电阻值降低。由二氧化钛传感元件、加热元件电极引线和钢质壳体等组成。

3 氧传感特性

氧传感器具有一种特性，在理论空燃比（14.7：1）附近它输出的电压有突变，以波动的电压传递给电控单元(ECU)的，因此判断氧传感器性能的主要方法是检测氧传感器输出的信号电压值及其波动的范围和波动的频率。

具体来说，对于氧化锆式氧传感器，当供给的可燃混合气较浓时(空燃比A/F<14.7 或过量空气系数λ<1)，尾气中的氧离子含量较少，和相差很大，由此可产生较大的电动势(约0.9 V)；当可燃混合气较稀时(空燃比A/F>14.7 或过量空气系数λ>1)，因尾气中氧离子含量比较多，和很接近，氧浓差很小，产生的电动势很小(约0.1V)。在混合气接近理论空燃比时，输出0.45V 电压。因此，在理论空燃比附近，固体电解质两边的氧分压之比的急剧变化将引起输出电压的急剧变化。这种特性使它非常适合应用于三元催化转化系统进行理论空燃比的控制。而在整个稀薄燃烧区内(A/F>17)，只有很低的电压信号，且信号变化很小、曲线平滑。

对于氧化钛式氧传感器在发动机工作过程中要求温度恒定不变。传感器两端均连接到ECU，其中一端将一个恒定的1V 电压加在氧化钛式氧传感器的一端上。当排出的废气中氧浓度随发动机混合气浓度变化而变化时，氧传感器的电阻随之改变，ECU 另一端子上的电压降也随着变化。当端子上的电压高于参考电压（0.4～0.6V）时，ECU 判定混合气过浓;当电压低于参考电压时，ECU 判定混合气过稀。通过ECU 的反馈控制，可保持混合气的浓度在理论空燃比附近。在实际的反馈控制过程中，电压也是在0.1～0.9V 之问不断变化，这一点与Zr02 氧传感器是相似的。

另一方面，发动机只有达到一定的温度才能激活氧传感器。因此，检测氧传感器前，必须对发动机充分预热，在氧传感器达到正常工作温度300℃～350℃以后才能进行检测，在此之前，氧传感器的电阻大，如同开路，氧传感器不产生任何电压信号;若发动机的排气温度超过800℃，氧传感器的控制也将中断。目前有的车型采用主、副2 个氧传感器（部分车型只有前氧传感器），主氧传感器(在三元催化转换器前)通常带有加热器，主要给ECU 提供空燃比反馈信号，副氧传感器不带加热器，要依靠废气预热，温度超过300℃才能正常工作，主要提供催化净化效率信号。对于加热型氧传感器，其加热电阻的阻值一般为5Ω～7Ω。如果加热电阻被烧蚀(电阻为无穷大)，氧传感器很难快速达到正常的工作温度，此时应当更换氧传感器。

特别注意，氧传感器在油门稳定，配制标准混合时较为重要的作用，而在频繁加浓或变稀混合时，（ECU）电脑将忽略氧传感器的信息，氧传感器就不能起作用。

4 氧传感器引起的故障现象

氧传感器引起的故障现象从功能的角度来看，主要是导致反馈失效，具体来说，氧传感器故障一般发动机故障灯会亮，会使发动机油耗增加、排气超标，发动机出现怠速不稳、缺火、喘抖等故障现象。

5 氧传感器故障的主要原因

氧传感器失效的主要原因是传感元件老化、中毒及电路故障。

氧传感器老化。发动机在特殊工况(启动、大负荷状态)工作时,需要供给较浓的混合气，排气中过剩的燃油就会在氧传感器的表面产生燃烧反应，一方面是形成积碳而造成氧传感器表面的保护剥落,另一方面是使传感元件局部表面温度过高(超过1000°C)而加速传感器老化、陶瓷碎裂。

氧传感器中毒。氧传感器中毒通常主要指铅中毒、硅中毒和磷中毒，是经常出现的且较难防治的一种故障。如果只是轻微的铅中毒，接着使用一箱不含铅的汽油，就能消除氧传感器表面的铅，使其恢复正常工作。但往往由于过高的排气温度，而使铅侵入其内部，阻碍了氧离子的扩散，使氧传感器失效，这时就只能更换了。

另外，氧传感器也会发生硅中毒和磷中毒，一般来说，汽油、润滑油中含有的硅化合物燃烧后生成的二氧化硅以及磷化物析出，硅橡胶密封垫圈使用不当散发出的有机硅气体，都会使氧传感器失效，因而要使用质量好的燃油和润滑油。修理时要正确选用和安装橡胶垫圈，不要在传感器上涂敷制造厂规定使用以外的溶剂和防粘剂等。

电路故障。一方面是对于加热型氧传感器，如果加热器电阻丝烧蚀，就很难使传感器达到正常的工作温度而失去作用。另一方面是氧传感器内部线路断脱。

6 氧传感器的检测

外观检查。从排气管上拆下氧传感器，检查传感器外壳上的通气孔有无堵塞，陶瓷芯有无破损。如有破损，则应更换氧传感器。

颜色初步判别。通过观察氧传感器顶尖部位的颜色判断故障， 正常颜色为淡灰色；白色由硅污染造成，此时必须更换氧传感器； 棕色由铅污染造成，如果严重，也必须更换氧传感器；黑色由积碳造成，在排除发动机积碳故障后，一般可自动清除氧传感器上的积碳。

氧传感器工况判断。氧传感器通过电压变化幅度和变化频率可来判断空燃比和氧传感器的好坏。燃烧良好电压应该在0.4～0.6V 之间变化。变化频率应该在10 次/min 以上，一般这样良好的燃烧，会在10～20 次/min。瞬间混合气过浓或过稀电压在0.1～0.9V 之间变化，但这时变化频率只有6～8 次/min，氧传感器有可能不灵敏，或者可能是喷油器泄油或者喷油器堵塞，所以发动机ECU 就对喷油量调节幅度增大。