空燃比传感器
空燃比传感器说明
• Five wire Type A／F Sensor （泵氧式） 这种A/F传感器是：连接器的传感器侧有五个接线 头，在ECM/PC侧有七个接线头。在传感器侧的连 接器处有一个电阻（是制造时，用于识别个体差 异），主要用于V6车，它与Four wire Type 相比， 在浓度低一侧精度很高，因此价格也较贵。
图10 Four wire Type A／F 传感器 工作原理
车载诊断系统 资料
观察此断面 排出气体
电流 AFS-
扩大
扩散层 排气检测室
AFS+
O2
氧化锆元件
大气检测室
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汽车技术培训
空燃比(A/F)传感器介绍与说明
3. 此时，可以利用检测流过IP元件的氧气量来检测 A/F。由于这个量也与流过IP元件的电流值是成比例 的，这样传感器就通过检测IP电流从而得到A/F值。
其特性如图16所示，由于是利用流过Vcent的电流来进 行检测，就可以检测出浓度高时的负电流，浓度底时的 正电流。
图16 Five wire Type A／F Sensor Construction 4
图3 A/F 传感器与氧传感器
四线制A/F传感器
氧传感器
车载诊断系统 资料
图1 氧传感器的输出特性（转换特性）
浓度高
理论空燃比
浓度低
丰田卡罗拉车发动机空燃比传感器的原理与检修
为适应日益严格的汽车尾气排放要求，传统的氧化锆式氧传感器状态型监测精度已远远不能满足要求，监测范围更大、性能更优越的宽带型氧传感器应用越来越多。
本文以2010款丰田卡罗拉车1ZR-FE 发动机空燃比传感器为例，详细介绍其工作原理及检测方法。
1 空燃比传感器的工作原理空燃比传感器的工作原理与普通氧化锆型氧传感器的工作原理基本相同，都采用锆元件，但是进行了优化升级，充分应用氧浓差及泵氧原理。
根据氧化锆这种固体电解质的特性，当氧化锆两侧铂电极的含氧量存在差别时，在正、负铂电极上会产生相应的电动势；反之，当在氧化锆两侧的铂电极上加上一定驱动电压时，内部氧离子就会产生规律性运动，在正、负极之间重新分配，从而改变输出电流和电压。
1.1 空燃比传感器的作用及安装位置与传统氧传感器相比，空燃比传感器信号既满足准确性又满足快速性要求，能够随时调节空燃比大小始终保持在理论值区域，特别是在汽车某些典型工况下（如冷机起动、暖机、急加速、急减速等），能有效控制所需空燃比，克服传统氧传感器监测缺陷，极大降低了有害气体的产生，获得了良好的排放性。
在丰田卡罗拉车发动机双氧传感器的排放系统中，上游氧传感器选用空燃比传感器，下游氧传感器选用加热型的氧化锆式氧传感器。
1.2 空燃比传感器的基本结构丰田卡罗拉车发动机采用4线制空燃比传感器，氧化锆元件结构为平面型，属临界电流型宽带氧传感器。
外观上与传统氧化锆型传感器极为相似，注意不要混淆、错误使用和安装。
空燃比传感器本体的两侧设置铂电极，正极设在封闭的空气腔一侧，负极与尾气间填充多孔性的扩散阻力层和多孔氧化铝层，区别于传统氧传感器。
尾气中的氧分子要到达负极侧，需要依次通过多孔性氧化铝层及扩散阻力层，反之亦然。
空燃比传感器的基本结构如图1所示。
1.3 空燃比传感器控制原理及信号输出特性发动机控制单元（ECM ）内部有特殊设计的稳压电路，其主要作用是在空燃比传感器空气腔侧铂电极（正极）提供3.3 V 恒定电压，同时在尾气侧铂电丰田卡罗拉车发动机空燃比传感器的原理与检修淄博市技师学院 孙长新1—陶瓷涂层；2—多孔氧化铝；3—扩散阻力层；4—氧化铝；5—空气；6—加热器；7—铂电极。
全范围空燃比传感器
７.４全范围空燃比传感器应用举例Chapter4 压力传感器 ４
• 为实现发动机整个工作范围的最佳控制可以选用全范围空燃比传感器。 为实现发动机整个工作范围的最佳控制可以选用全范围空燃比传感器。
一.检测催化剂的老化
• 在三元催化剂的前后装设全范围空燃比传感器（ＵＥＧＯ）和带加热 在三元催化剂的前后装设全范围空燃比传感器（ＵＥＧＯ） 器的氧传感器（ＨＥＧＯ） 分别比较催化剂前后的HC,CO,NOx HC,CO,NOx的浓度 器的氧传感器（ＨＥＧＯ），分别比较催化剂前后的HC,CO,NOx的浓度 输出波形的振幅对比，来判定催化剂的净化效率， 输出波形的振幅对比，来判定催化剂的净化效率，从而判别催化剂老 化情况。 化情况。 • 从图中可得：在净化效率高于７０％的范围内，用ＨＥＧＯ可以检测 从图中可得：在净化效率高于７０ 的范围内， ＨＥＧＯ可以检测 ７０％ 催化剂是否老化，但在净化效率高于５０ ６０％的范围内， ５０－ 催化剂是否老化，但在净化效率高于５０－６０％的范围内，就难以 判定。 判定。
一、浓差电池型传感器
与之前的氧气传感器完全相同,利用工业用氧分析计的原理制成的 为了改 与之前的氧气传感器完全相同 利用工业用氧分析计的原理制成的.为了改 利用工业用氧分析计的原理制成的 进接册结果对压力与温度的影响,GM公司将二氧化锆氧传感器掺入了少 进接册结果对压力与温度的影响 公司将二氧化锆氧传感器掺入了少 量的Fe2O3. 量的
二、临界电流型传感器
Chapter4 压力传感器
电压升高,就会产生与电压成正比的电流 当高于某一电压时 电流将达到饱和,此电流 电压升高 就会产生与电压成正比的电流,当高于某一电压时 电流将达到饱和 此电流 就会产生与电压成正比的电流 当高于某一电压时,电流将达到饱和 为临界电流.临界电流与尾气中的氧浓度或空燃比 临界电流与尾气中的氧浓度或空燃比A/F大致成正比例关系 大致成正比例关系. 为临界电流 临界电流与尾气中的氧浓度或空燃比 大致成正比例关系 通过控制气孔直径,可以减小温度的影响 可以减小温度的影响. 通过控制气孔直径 可以减小温度的影响
空燃比传感器
•
ECM内的平衡监控电路控制泵电流的
大小，通过改变两极之间的电压差，使泵
电流达到饱和状态。
•
达到饱和状态时的泵电流的大小取
决于氧向扩散腔的扩散速率，并与排气中
的氧分子浓度成正比，或与混合气的空燃
比数值成反比。
a
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•
此电流的大小在ECM内部被转换成
与混合气空燃比数值成正比的电压信号。
•
实际的空燃比信号电压值在2.4～
a
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•
单元件空燃比传感器的功能也可以
用万用表检测，其方法如下。
• ① 运转发动机使之达到正常工作温度。
• ② 在传感器线束插头连接良好的状态下， 用万用表测量两条信号线间的电压差。在 发动机正常运转时两信号线的电压差应为 0.3V。
a
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• ③ 人为地改变混合气浓度，此时两信号线 的电压差会像传统的氧传感器那样在0～ 1.0V变化。当混合气变浓时（可向进气管内 喷入少许丙烷），两信号线的电压差会减 小；反之，当混合气变稀时（如拔下某根 真空管使之产生真空泄漏），两信号线的 电压差会增加。如果没有这种变化，说明 传感器有故障，应更换。
a
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•
双元件空燃比传感器也可以用万用表
和示波器来检测，其方法如下。
• ① 检测加热器电路。可按照与单元件空燃 比传感器相同的方法，检测其加热器电路。
a
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• ② 分开传感器线束接头。用万用表检查泵 元件输出和输入线路之间的修正电阻，其电 阻值应该为30～300。
• ③ 把传感器的接头插上，用万用表检查参 考接地端的电压，其值应该为2.4～2.7V。
a
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空燃比传感器的工作原理
空燃比传感器的工作原理
空燃比传感器是现代汽车发动机控制系统中非常重要的一个传感器，在控制发动机燃油混合物的配比和达到最佳燃烧状态方面发挥着重要的作用。
那么，空燃比传感器的工作原理是什么呢？
空燃比传感器工作原理的核心是利用了周围空气中含氧量的变化来感知发动机的空燃比。
传感器的外部构造看起来很简单，它包括一个外壳、一个O型密封圈、一个氧气传感层、一个产生电流的电极、引出线以及一个固定在传感器上的加热器。
在实际工作过程中，加热器可以提高整个传感器的温度，增加氧气传感层中的氧气浓度，并达到快速响应的目的。
在发动机工作时，空气和燃料进入发动机燃烧室，形成混合气体，接着汽车在进行燃烧反应时，需要提供足够量的氧气，才能让燃料完全燃烧，并且达到最优的燃烧状态。
在化学反应发生的同时，空燃比传感器会在周围空气中自动检测出氧气的浓度。
接着传感器中的电极就会测量氧气泵入后残留的氧气浓度，也就是断言当前空气中氧气的含量，并告诉控制单元当前发动机的空燃比是多少。
一般来说，汽车制造商会基于加速度、负载和转速之类的变量对燃油的浓度进行控制和调节。
然而，如果空燃比过高或过低，就可能使发
动机的性能不佳、油耗增加，排放物更多。
传感器的工作目的在于帮
助发动机控制系统实现稳定、高效的控制。
当空燃比传感器检测到发
动机的空燃比异常时，会立即通知控制单元，让系统采取适当的措施。
总而言之，空燃比传感器的工作原理非常简单，但是对于发动机控制
系统的性能却至关重要。
准确测量空气中氧气的浓度，能够为发动机
提供最佳的空燃比，确保劣质燃油、低质量空气和不削减氧气的状况下，始终完成燃烧工作，从而保证了燃油经济性和环保性。
氧传感器和空燃比传感器
泵电池
氧浓差电池
功用和类型
工作原理
信号特征
检测方法
故障诊断
感应室两侧的电极，上
面一侧的电极暴露在扩散通
道的尾气中作为信号端，下
2、 面一侧电极暴露在参考空气
空 中作参考电极，在氧浓差效
功用和类型
工作原理
信号特征
检测方法
故障诊断
（1） 氧 化 锆 氧 传 感 器
氧化锆氧传感器常见引脚数：
⑴单引线：氧传感器只有一根信号线，以外壳做搭铁 回路。该种氧传感器依靠排气管散发的热量才能正常 工作，当发动机怠速工作达不到正常工作温度时， ECU会以一固定值代替氧传感器信号值。 ⑵两线式：一条为信号线，另一条则为搭铁线。 ⑶三线式：使用在加热型的氧传感器上，其中两条引 线同上述，第三条线为来自继电气（或点火开关）的 12V加热电源线。 ⑷四线式：信号线与加热线各自有搭铁回路，即有两 条搭铁线。
检测方法
故障诊断
空
然
比
１、空燃比氧传感器的工作温度接近
传 650℃，比氧传感器的工作温度400℃高得多；
感
2、空燃比氧传感器的泵送电流与废气中
器 氧的含量成正比，且泵送电流的方向也随空燃
与 氧 传
比而变化，当空燃比小于14.7：1时，泵送电 流方向为负向，当空燃比大于14.7：1时，泵
感 送电流的方向为正向。
燃
电流方向和大小是变化的。由于空燃比传感器
比
内部有集成电路，就不能直接用万用表或示波
传
器检测该传感器的信号。检测空燃比传感器的
空燃比传感器监测
发动机油中的金属添加剂 劣质燃料中的不纯物 重复加热，冷却 重复加热，冷却 重复加热，冷却
保护器堵塞
油添加物，碳氧化所造成 的保护器的变形
加热器不升温 信号线绝缘下降 传感器偏离
重复加热，冷却 线束表皮破损 冲击，紧固转矩
各线的断线短路
配线线束，连接器，传感 器等的机械损伤
根本原因
指定外的发动机油添加剂 指定外的劣质燃料 老化，A/F异常，水分的混入 老化，A/F异常 老化，A/F异常
项目
1
发动机转速
2
发动机水温
3
吸入空气温度
4
速度
5
发动机负荷变化
6
反馈状态
检测范围
3250rpm以下 68.8℃以上 -25℃以上 41 km/h以上
应无剧烈的负荷变动 反馈中
车载诊断系统 资料
6-3.亮灯，熄灯条件 亮灯条件 2D/C检测： 在某一D/C被判定为故障时，临时DTC被存储，当下一个D/C之后的监测条件成立后被判定为故障 时，具有DTC，MIL点灯。
V6车型之例
传感器输出（mA）
倾斜大
正常范围
0
倾斜小
理论空燃比 减速断油时
浓度高
浓度低
排气气体中的氧气浓度（A/F）
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空燃比(A/F)传感器 监测
6-2. 监测条件 以06年雅阁机型为例,被设定为在暖机后的常速巡航行驶状态的减速时进行检测。 常速巡航行驶10秒左右后减速5秒左右检测结束,1D/C进行一次。
五线制A/F传感器
故障代 码 Bank1
空燃比传感器PPT幻灯片课件
此电流的大小在ECM内部被转换成 与混合气空燃比数值成正比的电压信号。
实际的空燃比信号电压值在2.4～4.0V 变化，见图b。幻灯片 10
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单元件空燃比传感器和氧传感器一样， 有4根接线［见图a］，其中2根为氧化锆的2 个电极，之间的电压差约为0.4V；另外2根为 加热器的接线。 幻灯片 10
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图b 双元件空燃比传感器原理
1—扩散孔 2—扩散腔 3—空气腔 4—微调电阻
ECM根据此时泵氧电流（即输入泵电 流）的大小和方向计算出相应的混合气浓 度。
双元件空燃比传感器有5根接线端子， 其中2根是加热器的接线，1根是泵氧单元 和电池单元共用的参考接地线，1根为电池 单元的信号线，另1根是泵氧单元泵电流的 输入线。
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2)双元件空燃比传感器的检测
双元件空燃比传感器的工作性能可以 采用解码器和废气分析仪相配合的方法来 检测。
其方法如下。 ① 将解码器与发动机ECU连接。 ② 运转发动机至正常工作温度，在读取解 码器上显示的空燃比信号参数的同时，用 废气分析仪检测发动机的排气。
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③ 通过人为的手段使混合气变浓或变稀， 将解码器显示的空燃比数值与废气分析仪 的检测结果相比较，如果两个检测结果不 匹配，说明传感器或控制系统有故障，需 要进行进一步的检查。
空燃比传感器有两种结构形式：单元件和 双元件。
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1）单元件空燃比传感器
单元件空燃比传感器的氧化锆元件 采用平面型结构，两侧有铂电极，其中 正极通过空气腔与大气相通，负极与排 气之间有一多孔性的扩散障碍层和多孔 氧化铝层，排气管中的氧分子可以通过 多孔性氧化铝层和扩散障碍层到达阴极 表面。
空燃比传感器的工作原理
空燃比传感器的工作原理1. 空燃比传感器的概述2. 空燃比的定义和意义3. 空燃比传感器的分类3.1 压力式空燃比传感器3.2 氧传感器3.3 端子电位传感器4. 空燃比传感器的工作原理4.1 压力式空燃比传感器的工作原理4.1.1 压力传感器的结构和工作原理4.1.2 空燃比传感器的工作原理4.2 氧传感器的工作原理4.2.1 氧传感器的结构和工作原理4.2.2 空燃比传感器的工作原理4.3 端子电位传感器的工作原理4.3.1 端子电位传感器的结构和工作原理4.3.2 空燃比传感器的工作原理5. 空燃比传感器的应用领域6. 空燃比传感器的发展趋势1. 空燃比传感器的概述空燃比传感器是一种用于测量内燃机燃烧室中混合气的空气和燃料的比例的传感器。
它能提供有关燃烧状况的信息，帮助引擎控制系统调整燃料喷射量，以保持最佳的燃烧效率和排放控制。
2. 空燃比的定义和意义空燃比是指燃烧室中混合气的空气和燃料的化学计量比。
空气燃料混合物的空燃比过高或过低都会导致燃烧不完全、能量损失和尾气排放增加。
因此，准确测量和控制空燃比对于发动机性能和排放控制非常重要。
3. 空燃比传感器的分类空燃比传感器主要有三种类型，分别是压力式空燃比传感器、氧传感器和端子电位传感器。
3.1 压力式空燃比传感器压力式空燃比传感器通过测量进气歧管中的绝对压力和大气压力的差异来确定空燃比。
根据压力变化与空燃比的关系，系统可以精确计算出当前的空燃比数值。
3.2 氧传感器氧传感器通过测量进气歧管中的氧气浓度来确定空燃比。
氧传感器利用氧离子在高温下与氧离子传导体上的氧化物之间的反应作用，产生电压信号来指示空燃比的富瘤燃。
3.3 端子电位传感器端子电位传感器是利用燃烧过程中热电效应产生的电势差来测量空燃比。
它基于氧化物线性电导的原理，通过测量燃烧室内壁和燃烧室内混合气体之间的电势差，来从数值上确定燃烧室内的空燃比。
4. 空燃比传感器的工作原理4.1 压力式空燃比传感器的工作原理4.1.1 压力传感器的结构和工作原理压力式空燃比传感器通常由一个压力传感器和一个温度传感器组成。
空燃比传感器说明
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空燃比(A/F)传感器介绍与说明
2. Review An O2 ( Oxigen ) Sensor
首先，在学习A/F传感器前，我们先复习一下氧传感器。 氧传感器的结构如右图3所示，其外侧与排出气接触，而内侧则 有大气。 传感器的中心部位由在筒状氧化锆元件内外贴上白金电极膜的 元件以及用于早期活化的加热器构成。 氧化锆元件的二个电极间由于存在氧气浓度差，因此在电极之 间会产生电动势。 其电压特性如右图4所示，排出气体侧在浓度高时，会产生近1V 的电压，浓度低时输出则几乎是0V。由于在理论空燃比附近， 其输出值会发生极大变化，因此只能判断出排出气体的浓度是 高还是低。
现在本田车上所使用的A/F传感器有二种。 • Four wire Type A／F Sensor （极限电流式) 这种A/F传感器的连结器处有四个接线头，其主要 用于L4车，从外观上看与氧传感器基本没有变化， 因此比较难以区分。
• Five wire Type A／F Sensor （泵氧式） 这种A/F传感器是：连接器的传感器侧有五个接线 头，在ECM/PC侧有七个接线头。在传感器侧的连 接器处有一个电阻（是制造时，用于识别个体差 异），主要用于V6车，它与Four wire Type 相比， 在浓度低一侧精度很高，因此价格也较贵。
3. 此时，可以利用检测流过IP元件的氧气量来检测 A/F。由于这个量也与流过IP元件的电流值是成比例 的，这样传感器就通过检测IP电流从而得到A/F值。
其特性如图16所示，由于是利用流过Vcent的电流来进 行检测，就可以检测出浓度高时的负电流，浓度底时的 正电流。
图16 Five wire Type A／F Sensor Construction 4
空燃比(A/F)传感器介绍与说明 4. Four wire Type A／F Sensor Construction
汽车用传感器：车身传感技术 第7章《全范围空燃比传感器》PPT教学课件
问题：
在=1~1.5稀燃范围，Pq =10-14~10-1atm，E仅约50mV
工业用的氧量分压计：温度稳定，再测量输出电压
汽车用：尾气温度、流量都是变化着的
办法：用温度传感器去修正车用氧量传感器的输出 实例：78年GM在二氧化锆传感元件中掺入少量Fe2O3，可以
UEGO
净化效率与输出振幅变化比呈线性 能正确检测出催化剂是否老化 浓侧输出振幅变化比与总HC净化效率也呈线性 能测出OBDII（第二代车载电子诊断系统）所要求的HC从
50~60%的净化效率
车身传感技术
24
7.4.2 用全范围空燃比传感器检测断火
试验
1.5L 4缸发动机催化剂上下游装UEGO和HEGO，记录输出信号 发动机本身的反馈控制装置上，按正规位置装HEGO 工作条件：转速1200~3000r/min，进气负压-53.4kPa (-400mmHg) 用断火率发生器使火花塞按1.5%比例断火
7.3 阻值变化型传感器
最大缺点：阻值随温度T成指数 函数变化
RT A exp(E / kT )(PO2 )n
式中，A、E、n—传感器常数， k —玻尔兹曼常数
极端变化场合：阻值变化>1000倍， 与温度关系可解决
稀燃状况变化非常小时，电阻变化 幅度也变小，与温度关系不能忽视
车身传感技术
车身传感技术
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7.2.3 泵电池型传感器
特性具有一定的杂散性：
15%左右，电路修正可<1% 相当于带扩散孔的多孔性材料杂散性 相当于流入尾气扩散腔数量的杂散性 理论空燃比点的杂散量非常小
泵电流与温度（加热器电压）关系
泵电流与压力比例关系没有问题 可根据发动机工作条件推测修正 穿过扩散孔气体的扩散机理与分子扩散，努森扩散规
氧传感器与空燃比传感器详解
氧传感器和空燃比传感器都安装在发动 机的排气管上，与排气管中的废气接触，用 来检测排气中氧气分子的浓度，并将其转换 成电压信号。
ECM根据这一信号对喷油量进行调整， 以实现对可燃混合气浓度的精确控制，改善 发动机的燃烧过程，达到即降低排放污染， 又减少燃油消耗的目的。 只能在理论空燃比附近工作的传感器称 为氧传感器，可以在整个稀薄燃烧区范围内 工作的传感器称为空燃比传感器。
假设计算机供给氧传感器5V的参考电压，当混合 比浓时电阻低所得到电压较高(将近5V)，若混 合比较稀时电阻高所得到的电压较低(将近0V) ，因此由电阻的变化即可得知当时混合比的状 况，不过近来的车型为了使氧化钛型氧传感器 有着与氧化锆型相同的变化，即将参考电压改 成1V，所以其电压即成了0~1V的范围内。另 外由于高温下电阻容易产生变化，因此氧化钛 型氧传感器会设一温度补偿电路，以反应温度 高低所产生误差。
图2.56 氧传感器的安装位置
1—氧传感器（左前） 2—进气管 3—氧传感器（右前） 4—三元催化转化器 5—氧传感器（后） 6—排气管 7—预热式三元催化转换器
氧传感器通常和安装在排气管中段 的三元催化反应器一同使用，以保证混 合气的空燃比处于接近理论空燃比的一 个窄小范围内，从而使三元催化反应器 能充分发挥其净化作用。
发动机运转时，锆管两侧存在氧浓度差， 使锆管形成微电池，在锆管两个铂电极间产生 一个微小的电压［见图2.58（a）］。
当混合气的实际空燃比小于理论空燃 比，即发动机以较浓的混合气运转时，排 气中缺氧，锆管中氧离子移动较快，并产 生0.6～0.9V的电压；当混合气的实际空燃 比大于理论空燃比，即发动机以较稀的混 合气运转时，废气中有一定的氧分子，使 锆管中氧离子的移动能力减弱，只产生0.对于氧化锆型的氧传感器是以产生电压的 讯号，氧化钛(TiO2 氧化钛型氧传感器)型则 是利用电阻的变化来判别其中的含氧量。在某 个温度以上钛与氧的结合微弱，在氧气极少的 情况下就必须放弃氧气，因此缺氧而形成低电 阻的氧化半导体。相反的，若氧气较多，则形 成高电阻的状态。就像水温度传感器一样，有 着电阻高低的变化，这时只要供给一参考电压 ，即可由电压来可知冷却水的温度。
第七章 全范围空燃比传感器
主要介绍全范围空燃比传感器的发展过程及种类，及其传感器的工作原理与应用。 重点阐述：
（1）固体电解质型传感器原理与应用 （2）阻值变化型传感器原理与应用
难点与疑点 （1）固体电解质型传感器原理 （2）阻值变化型传感器原理
全范围空燃比传感器的概述及定义
氧量传感器已经介绍了，通过氧量传感器器与三元催化剂的组合，在确保油耗、运转特性 的同时，可以得到优异的尾气净化特性。我们再看看空燃比控制的的原点：如下图，从扭矩来 看，浓侧好些；从油耗、CO及NOX来看，稀混合气体优越。要想在λ=1的左右两边及 λ ＜1或 λ ＞1时，在整个运行范围内实行空燃比反馈控制，在各个区域上实现最佳油耗、最佳排放以及最 佳运转性能，我们必须学习——全范围空燃比传感器的结构与工作原理
临界电流与尾气中的氧浓度或空燃比大致成正比例关系， 利用这一特性这种部件可以用作空燃比传感器。
图7-2临界电流型传感器的特性
临界电流型传感器与压力、温度的关系：
图7-3 临界电流型传感器与压力、温度的关系
特性：当气孔直径较大时，临界电流与压力无关；
与温度的0.75次平方成正比；
当气孔直径较小时，临界电流与压力成正比；
全范围空燃比传感器的种类 7.2.固体电解质型传感器 浓差电池型传感器：这种传感器与氧量传感器完全相同，只不过用于稀燃区域。装有二氧 化锆元件的氧浓差电池的输出电压，用下式表示：
E =（RT/4F）Ln Ps/P’q 式中：R为气体常数；T为绝对温度；F为法拉第常数；Ps、P’q为基准极、测试极的氧分压。 但在用于汽车上，尾气的温度、流量都是变化着的，所以测量输出的电压有一定局限性。1978 年通用汽车公司发表了在二氧化锆传感器元件掺入少量的Fe2O3后，可以较少温度的变化引起 的传感器性能的变化。这种做法的原理是基于上式中二氧化锆陶瓷中氧离子的移动。掺入Fe后， Fe呈现电子传导性，使公式中的输出电压下降。缺点是铁不能稳定的溶于二氧化锆中，在使用 过程中铁会析出，所以没有得到批量生产。
高效车辆维修服务方案空燃比传感器故障的修复技巧
高效车辆维修服务方案空燃比传感器故障的修复技巧高效车辆维修服务方案：空燃比传感器故障的修复技巧一、引言车辆维修服务的高效性对于车主和维修师来说都至关重要。
其中空燃比传感器故障是常见的问题之一，本文将介绍修复这类故障的技巧。
二、了解空燃比传感器空燃比传感器是车辆发动机管理系统中的重要组成部分。
它的主要功能是测量发动机内燃烧室内空气与燃料的混合比例，确保燃料的供应符合理想的空燃比（理想的空燃比是14.7:1）。
传感器的读数提供给发动机控制单元（ECU），以保持发动机在最佳工作状态。
三、常见的空燃比传感器故障1. 传感器损坏：传感器内部部件故障或损坏，导致读数不准确或完全无法工作。
2. 电气问题：电路连接不良、传感器与ECU之间的电缆故障等都可能导致故障。
3. 污染和积碳：传感器接触到污染物或燃烧室内积聚的碳残留物会影响其正常工作。
4. 供电问题：传感器供电电压不稳定或低于正常范围。
四、修复技巧1. 检查传感器连接：首先，检查传感器与ECU之间的连接是否稳固，并确保电缆连接良好。
如果发现有松动或损坏的电缆，应及时更换。
2. 清洁传感器：使用专用的传感器清洁剂，对传感器进行清洁。
避免使用任何化学溶剂或清洁剂，因为这可能会损坏传感器。
清洁后，使用压缩空气将残留物彻底吹干。
3. 检查供电电压：使用多用途表或特定的电压测试仪器，检查传感器的供电电压。
如果电压低于正常范围，应检查电路是否存在问题，并进行修复。
4. 更换传感器：如果经过上述步骤故障仍未解决，可能需要更换空燃比传感器。
确保选择适合车型的原厂或经过认证的传感器，并按照制造商提供的指导进行更换。
五、维修前的建议在进行维修之前，建议车主采取以下预防措施：1. 定期保养：定期进行车辆保养，包括更换车辆运行所需的空气滤清器和燃油滤清器等。
2. 清洁燃烧室：定期清洁发动机燃烧室，避免碳残留物积聚，以减少对空燃比传感器的负面影响。
3. 注意燃料质量：选择高质量的燃料，并避免加入低质量的燃料或杂质。
第7章 汽车全范围空燃比传感器
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7.2 固体电解质型传感器
临界电流与尾气中的氧浓度或空燃比A/F大致成正比例关系， 大致成正比例关系， 临界电流与尾气中的氧浓度或空燃比 大致成正比例关系 即这种部件可以用作空燃比传感器。再升高电压时， 即这种部件可以用作空燃比传感器。再升高电压时，负极附 近的氧气离解，形成电子导电，由此显示出电流增加， 近的氧气离解，形成电子导电，由此显示出电流增加，这就 意味着二氧化锆陶瓷自身出现老化，即陶瓷黑化， 意味着二氧化锆陶瓷自身出现老化，即陶瓷黑化，因为这里 是作为空燃比传感器使用的， 是作为空燃比传感器使用的，所以要在不产生黑化的区域中 使用。 使用。 临界电流与气体的扩散系数也成正比。 临界电流与气体的扩散系数也成正比。
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7.2 固体电解质型传感器
但在用于汽车上时，尾气温度、流量都是变化着的， 但在用于汽车上时，尾气温度、流量都是变化着的，所以这 种方法有一定局限性。对此， 种方法有一定局限性。对此，有人研究了用温度传感器去修 正车用氧传感器的输出， 正车用氧传感器的输出，同时分析了由此而带来对压力与温 度的影响。 度的影响。 温度越低，这种趋向就越显著。 温度越低，这种趋向就越显著。它可以对二氧化锆传感器的 低温稀输出的杂散起到补偿作用。 低温稀输出的杂散起到补偿作用。从而可以获得与温度关系 不密切的A/F 16一18传感器，这种传感器的缺点是 不 传感器， 不密切的 一 传感器 这种传感器的缺点是Fe不 能稳定地固溶在二氧化锆中，在使用过程中Fe会析出 会析出， 能稳定地固溶在二氧化锆中，在使用过程中 会析出，所以 还没有实现批量生产。 还没有实现批量生产。
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7.3 阻值变化型传感器
随氧化物种类的不同，其与氧的亲和性也不同，所以， 随氧化物种类的不同，其与氧的亲和性也不同，所以，在可 实用的空燃比传感器工作范围里，往往是用N型半导体或 型半导体或P 实用的空燃比传感器工作范围里，往往是用 型半导体或 型半导体。二氧化钛是典型的是N型半导体 型半导体， 型半导体。二氧化钛是典型的是 型半导体，一般可用于氧 传感器。 传感器。 N型传感器在稀薄领域里的电阻很高，难以得到应用。有人 型传感器在稀薄领域里的电阻很高， 型传感器在稀薄领域里的电阻很高 难以得到应用。 尝试将部分二氧化钛保持在高温中，想用于氧量分析仪上。 尝试将部分二氧化钛保持在高温中，想用于氧量分析仪上。 一般来说， 型半导体制作稀燃传感器方便得多. 一般来说，用P型半导体制作稀燃传感器方便得多 型半导体制作稀燃传感器方便得多 阻值变化型传感器的最大缺点是:其阻值随温度 其阻值随温度T成指数函数 阻值变化型传感器的最大缺点是 其阻值随温度 成指数函数 变化。 变化。
实测丰田凯美瑞空燃比传感器
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空燃比传感器又叫宽范围氧传感器，宽带氧传感器，线性氧传感器，稀混合比氧传感器等。它们基于两种设计：单单元和双单元。单单元传感器产生的电压类似于传统的氧传感器。它们通过PCM内的平衡监控电路控制电流的流量。.w9LJ
丰田车采用的是单单元线性空燃比传感器。丰田车的空燃比传感器看起来像传统的氧传感器，两者都是4条线，并且形状一样。两者也可以安装得上去，但无法工作。6Dq4Q|C
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单元件空燃比传感器的功能也可以用 万用表检测，其方法如下。 ① 运转发动机使之达到正常工作温度。 ② 在传感器线束插头连接良好的状态下， 用万用表测量两条信号线间的电压差。在 发动机正常运转时两信号线的电压差应为 0.3V。
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③ 人为地改变混合气浓度，此时两信号线 的电压差会像传统的氧传感器那样在0～ 1.0V变化。当混合气变浓时（可向进气管 内喷入少许丙烷），两信号线的电压差会 减小；反之，当混合气变稀时（如拔下某 根真空管使之产生真空泄漏），两信号线 的电压差会增加。如果没有这种变化，说 明传感器有故障，应更换。
空燃比传感器有两种结构形式：单元件和 双元件。
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单元件空燃比传感器的氧化锆元件 采用平面型结构，两侧有铂电极，其中 正极通过空气腔与大气相通，负极与排 气之间有一多孔性的扩散障碍层和多孔 氧化铝层，排气管中的氧分子可以通过 多孔性氧化铝层和扩散障碍层到达阴极 表面。
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Page 27ຫໍສະໝຸດ ④ 分别检查泵氧元件和电池元件信号。用 一个双通道示波器，将示波器的地线与传感 器的参考接地端连接，将一个通道连接电池 元件的电压差信号线，另一个通道连接泵氧 单元的输入泵电流线。电池单元的信号电压 应该一直保持在0.45V。
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输入泵电流线上的电压会以0.5～0.6V的 幅度波动，在混合气从最浓变为最稀时，输 入泵电流线上的电压变化幅度将大于1.0V。
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双元件空燃比传感器的工作性能可以 采用解码器和废气分析仪相配合的方法来 检测。
其方法如下。 ① 将解码器与发动机ECU连接。 ② 运转发动机至正常工作温度，在读取解 码器上显示的空燃比信号参数的同时，用 废气分析仪检测发动机的排气。
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③ 通过人为的手段使混合气变浓或变稀， 将解码器显示的空燃比数值与废气分析仪 的检测结果相比较，如果两个检测结果不 匹配，说明传感器或控制系统有故障，需 要进行进一步的检查。
实际的空燃比信号电压值在2.4～4.0V 变化，见图b。幻灯片 10
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单元件空燃比传感器和氧传感器一样， 有4根接线［见图a］，其中2根为氧化锆的2 个电极，之间的电压差约为0.4V；另外2根为 加热器的接线。 幻灯片 10
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单元件空燃比传感器
1—陶瓷涂层 2—多孔氧化铝 3—扩散障碍层 4—氧化铝 5—空气 6—加热器 7—铂电极
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ECM监测电池单元B的电压差信号端的电 压值，并控制施加于泵氧单元A上的电压，以 改变其泵电流，造成氧离子的移动，以改变扩 散腔内的氧分子浓度，使电池单元B的电压差 信号值维持在0.45V。
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图b 双元件空燃比传感器原理
1—扩散孔 2—扩散腔 3—空气腔 4—微调电阻
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图a 单元件空燃比传感器的控制电路
双元件空燃比传感器由2个氧化锆单 元组成（见图2.62），其中靠近排气侧的 是一个泵氧单元A，另一个靠近大气的是 电池单元B。
B的一面与大气接触而另一面是扩散 腔2，通过扩散孔1与排气接触，由于两侧 的氧含量不同，因此在两电极之间产生一 个电动势。幻灯片 13
ECM内的平衡监控电路控制泵电流的 大小，通过改变两极之间的电压差，使泵 电流达到饱和状态。
达到饱和状态时的泵电流的大小取决 于氧向扩散腔的扩散速率，并与排气中的 氧分子浓度成正比，或与混合气的空燃比 数值成反比。
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此电流的大小在ECM内部被转换成 与混合气空燃比数值成正比的电压信号。
如检测结果与上述不符，说明传感器或 其控制电路有故障，应更换传感器或检修控 制电路。
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二 空燃比传感器的检测
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（1）单元件空燃比传感器加热器的检测。 ① 关闭点火开关，拔下空燃比传感器的 线束插头。
② 参照维修手册和电路图的指示，用数 字万用表从传感器插头上检测空燃比传 感器加热器的电阻，其阻值标准为1.8～ 3.4（丰田车型标准），如不相符，应 更换传感器。
空燃比传感器
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一 、 空燃比传感器的结构与工作原理
空燃比传感器又叫宽带氧传感器（ 或宽范围氧传感器、线性氧传感器、稀 混合比氧传感器等）。
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它能连续检测出稀薄燃烧区的空燃比，可 正常工作的空燃比范围大约为12∶1～20∶1， 使得ECM在非理论空燃比区域范围内实现喷油 量的反馈控制成为可能。
ECM根据此时泵氧电流（即输入泵电 流）的大小和方向计算出相应的混合气浓 度。
双元件空燃比传感器有5根接线端子， 其中2根是加热器的接线，1根是泵氧单元 和电池单元共用的参考接地线，1根为电池 单元的信号线，另1根是泵氧单元泵电流的 输入线。
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为了补偿制造误差，制造厂在每个 传感器的泵电流电路上增加一个微调电 阻，使5根接线的空燃比传感器变为有6 根接线。
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可用万用表的电压挡测量两根信号线， 在发动机正常运转中，一条信号线的电压值 应该是3.0V，另一条信号线的电压值应该是 3.3V。如果电压值不正确，可能是线路开路 或短路或者是ECM故障。
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（3）单元件空燃比传感器功能的检测。 单元件空燃比传感器的功能可以用汽车 制造厂家提供的专用解码器检测。通常 是通过解码器向发动机ECU发出让混合 气以一定比例加浓或变稀的指令，同时 读取空燃比传感器的信号变化，并据此 判定氧传感器是否工作正常。
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双元件空燃比传感器也可以用万用 表和示波器来检测，其方法如下。 ① 检测加热器电路。可按照与单元件空 燃比传感器相同的方法，检测其加热器 电路。
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② 分开传感器线束接头。用万用表检查泵元 件输出和输入线路之间的修正电阻，其电阻 值应该为30～300。 ③ 把传感器的接头插上，用万用表检查参考 接地端的电压，其值应该为2.4～2.7V。
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（2）单元件空燃比传感器控制电路的检测。 ① 检查加热器电路
加热器电路有两条线，一条电源线，另一 条控制线。
打开点火开关后，电源线上的电压，应为 12V。
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在发动机运转中，控制线上的电压 应低于12V；用电流钳测量，该控制线上 应有最大可达6A的电流；用示波器测量 该控制线，应有脉冲电压信号。