氧传感器的结构原理与故障分析

氧传感器的结构原理与故障分析

摘要

氧传感器作为电子控制燃油喷射发动机的重要部件，对发动机正常运转和尾气排放的有效控制起着至关重要的作用，一旦氧传感器及其连接线路出现故障，不但会使排放超标，还会使发动机工况恶化，导致怠速熄火、发动机运转失准等各种故障。因此，适时地对氧传感器进行监测和观察，对保证汽车在良好状态下运行大有益处。本文着重介绍氧传感器的结构原理，及其氧传感器常见的一些故障，重点举例了上海别克的氧传感器故障的故障及其修理。本课题具有实际应用的意义，即可以深入展开讨论和分析。

关键词：氧传感器；空燃比；汽车排放

目录

1. 氧传感器的结构与原理 (1)

1.1氧化锆式氧传感器结构与原理 (1)

1.2氧化钛式氧传感器结构与原理 (2)

2. 汽车氧气传感器的检查方法 (3)

2.1氧传感器加热器电阻的检查 (3)

2.2氧传感器反馈电压的测量........................................... .. (3)

3. 氧传感器常见故障.............................................. .. (4)

3.1氧传感器铅中毒 (4)

3.2硅中毒........................................ ......................... (5)

3.3氧传感器陶瓷碎裂 (5)

3.4氧传感器表面积碳 (5)

3.5加热器电阻丝烧断 (5)

3.6氧传感器内部线路断脱 (5)

4. 别克氧传感器维修实例 (5)

4.1故障诊断与排除 (6)

4.2维修小结.............................................. . . . . . (7)

5. 总结.............................................. .............. .. (7)

参考文献........................................................ (8)

致谢 (9)

氧传感器的结构原理与故障分析氧传感器是进行闭环反馈控制的主要元件之一，用于检测发动机的燃烧状况，通过测定发动机排气管内废气中的氧含量(浓度)判定空燃比，电子控制单元ECU据此发出反馈信号不断修正喷油量,使空燃比收敛于理论值(λ=1)。现代汽车上普遍采用可以同时净化NOx、CO及HC 3种有害物质的三元催化转换装置。在此系统中占主导地位的是氧传感器, 氧传感器是使此系统最有效地发挥作用

必不可少的部件。对于氧传感器的故障分析直接影响到最佳空燃比，同时对氧传感器的研究也能直接影响汽车废气的排放。

1 氧传感器的结构与原理

1.1氧化锆氧传感器

图 1 为氧化锆氧传感器的结构。该传感器把加入少量氧化钇（Y2O3）的氧化锆固溶体，制成试管状电解质元件（锆管），内外表面覆盖一层多孔性的铂膜作为电极。锆管内侧通入氧浓度高的大气，外侧通入氧浓度低的发动机排出气体。为了保护电极，在电极外面镀上一层陶瓷。

图 2 为氧传感器的工作原理示意图。

在高温下氧气发生电离，锆管内外侧的氧气存在浓度差，氧离子从浓度较高的大气侧向浓度较低的排气侧扩散，结果在锆管内外侧之间产生一个微电动势。氧气浓度差大，电动势大；氧气浓度小，电动势小。氧传感器利用这一性质，在氧化锆管内侧通入大气（氧浓度高），外侧接触氧浓度低的排气。因此，随着排气中的氧浓度变化，其内外侧浓度比也在变化，从而锆管内外侧之间的电动势也在变化。

当浓的混合气燃烧后排出的气体与铂催化剂接触时，利用铂的催化作用将残存的低浓度氧与排气中的 CO 及 CH 再反应，铂表面的氧气几乎没有了，从而使氧传感器内外表面的氧气浓度差变大，产生约 1 V 的电动势。稀薄的混合气燃烧时，排气管中高浓度的氧与低浓度的 CO 反应后，仍有残存氧气。因此氧传感器内外表面氧浓度差小，几乎不产生电动势。当空燃比较大时，排气中氧浓度增高，氧传感器把这种状态转变为电信号输入微机，然后微机发出信号增加燃油喷射量。反之，可用微机控制减少喷油量，使之恢复最佳状态。

1.2氧化钛式传感器

）材料的电阻值随排气中氧含量的氧化钛式氧传感器是利用二氧化钛（TiO

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变化而变化的特性制成的，故又称电阻型氧传感器。二氧化钛是在室温下具有很高电阻的半导体。但当排气中氧含量少（混合气浓）时，氧分子脱离，使其晶体出现缺陷，便有更多的电子可用来递电流，材料的电阻亦随之降低。此种现象与温度和氧含量有关，因此，欲将二氧化钛在 300～900 ℃的排气温度中连续使用，必须作温度补偿。

图 3 所示即为氧化钛式氧传感器的示意图，它具有两个二氧化钛元件，一个是具有多孔性用来感测排气中氧含量的二氧化钛陶瓷，另一个则为实心二氧化钛陶瓷，用来作加热调节，补偿温度的误差。该传感器外端以具有孔槽的金属管作为防护套，一方面让废气可以进出，另一方面防止里面二氧化钛元件受到外物撞击，传感器接线端以橡胶作为密封材料，止外界气体渗入。它一般安装在排气歧管或尾管上，同时可借助排气高温将传感器加热至适当的工作温度。

氧化钛式氧传感器的优点是结构简单，造价便宜，抗腐蚀、抗污染能力强，经久耐用，可靠性高。

2汽车氧气传感器的检查方法

2.1氧传感器加热器电阻的检查

拔下氧传感器线束插头，用万用表电阻档测量氧传感器接线端中加热器接柱与搭铁接柱之间的电阻，其阻值为4-40Ω(参考具体车型说明书)。如不符合标准，应更换氧传感器。

2.2氧传感器反馈电压的测量

测量氧传感器的反馈电压时，应拔下氧传感器的线束插头，对照车型的电路图，从氧传感器的反馈电压输出接线柱上引出一条细导线，然后插好线束插头，在发动机运转中，从引出线上测出反馈电压(有些车型也可以由故障检测插座内测得氧传感器的反馈电压，如丰田汽车公司生产的系列轿车都可以从故障检测插座内的OX1或OX2端子内直接测得氧传感器的反馈电压)。

对氧传感器的反馈电压进行检测时，最好使用具有低量程(通常为2V)和高阻抗(内阻大于10MΩ)的指针型万用表。具体的检测方法如下：

1)将发动机热车至正常工作温度(或起动后以2500r/min的转速运转2min)；

2)将万用表电压档的负表笔接故障检测插座内的E1或蓄电池负极，正表笔接故障检测插座内的OX1或OX2插孔，或接氧传感器线束插头上的号|出线；

3)让发动机以2500r/min左右的转速保持运转，同时检查电压表指针能否在0-1V之间来回摆动，记下10s内电压表指针摆动的次数。在正常情况下，随着反馈控制的进行，氧传感器的反馈电压将在0.45V上下不断变化，10s内反馈电