第四章 气体浓度传感器

动机，如果在运转中出现怠速不稳、加速
无力、油耗增加、尾气超标等故障而供油、
点火装臵又无其他故障，那么极有可能是
氧传感器及相关线路出了问题。

氧化锆式氧传感器的信号电压范围
是0.1V～0.9V。
信号电压小于0.45V，氧传感器反馈
给ECU的是混合气稀信号，ECU接到此信
号将增加喷油器的喷油脉宽来补偿混合
氧分压如果偏离理论空燃比，则呈阶
跃变化。所以利用测定的氧气分压，即传
感器的电阻变化，就能测得空燃比的偏离
差值。与空燃比相对应的传感器电阻值的
变化特性如图4-3c所示，图中以理论空燃
比为界，电阻值产生跃变。

当周围气体介质中的氧元素多时，
二氧化钛的电阻值增大； 反之，氧元素少时，电阻值减小。 与氧化锆式氧传感器相同，由于在
4.1 作用
CO、HC、NOX
排放性能
三元催化
氧传感器
空燃比14.7
采用氧传感器的最终目的是为了提高发动机的排放性能
安装位臵：发动机排气管上
如何将空燃比控制为14.7？
ECU如何获得 空燃比信号？
气 → 油 空燃比 → 修正油
空燃比 喷 油
氧传感器
氧
氧传感器作用：检测空燃比，实现空燃比闭环控制
低频脉冲 直流电压档， 观察信号跳动
氧传感器的信号波形（2500r/min）
结论2
氧传感器 ECU 喷油器
空燃比闭环控制的条件：
怠速和部分负荷
发动机温度高于60℃
氧传感器温度高于300 ℃
结论3
• 氧传感器信号的影响因素分析：
氧 传 感 器 信 号
内因：氧传感器 空燃比 外因：O2浓度差 燃烧过程 排气管漏气
微电池：
氧浓度差 — 电压
无源（参考电压0.45V）
2.氧传感器信号 空燃比14.7：1？
14.4：1
15：1
氧传感器高电平
空燃比14.7：1
喷油器减油 氧传感器低电平
喷油器加油
结论1
评价氧传感器性能的三大指标： • 最大：1V • 最小：0V • 变化次数：每10秒不小于8次（2500r/min）
③冷却液漏进燃烧室会污染氧传感器。
④测试氧传感器必须使用数字电压表。
一定不要用模拟电压表检查氧传感器的电压，
因为这类仪表会吸收较大的电流，以至损坏
传感器。
⑤在安装之前，传感器的螺纹表面应 涂上防粘结剂，否则，下次要拆除传感器 会很困难。
结论
作用： 检测空燃比的变化， 实现空燃比闭环控制
结构：锆管+加热器

纯净的二氧化钛在常温下是一种电阻
很高的半导体，在它的表面一旦缺氧，其
晶体出现空缺，产生更多的电子，使电阻
大大降低。
氧化钛式氧传感器正是利用这一特性
来检测排气中的氧含量。
该传感器的输出特性，如图4-5所示。当 发动机的可燃混合气浓（A/F小于14.7）时， 排气中氧含量少，氧化钛管外表面氧很少， 二氧化钛呈现低电阻；
氧传感器信号不仅反映氧传感器性能，同时反映发动机的工作状况
实践技能 4.5 故障分析 4.6 检修
4.5 故障分析
氧传感器失效
铅中毒
ECU点亮故障灯， 解除闭环控制
硅中毒 积碳
破碎
污染增大， 怠速不稳， 油耗增大
通气孔脏堵 其他
4.6 检测（桑塔纳AJR发动机）
～
？！ 步骤5：排除
步骤4：判断
传感器外面套有带孔槽的金属防护套。 传感器接线端用橡胶作密封材料，防止外 界气体渗入，它一般安装在排气歧管或尾 管上。
氧化钛式氧传感器是利用二氧化钛 （TiO2）材料的电阻值随排气中氧含量变化 的特性制成的，所以又称电阻型氧传感器。
由于二氧化钛半导体材料的电阻会随排 气中氧浓度的变化而变化，所以氧化钛式氧 传感器的信号源相当于 一个可变电阻。
体（陶瓷）的削端，装有一TiO2热敏电
阻元件，从其两电极与两元件的中点共引
出3根导线。同时，在绝缘体的表面缠绕
着钨丝加热圈，从中又引出两根导线。
二氧化钛氧传感器的工作原理同氧化
锆式氧传感器的工作原理有很大不同，它
是利用导体二氧化钛（TiO2），依周围氧
气分压的不同而进行氧化或者还原反应，
使电阻发生变化。
拆下传感器，在加热器的接线端上连一只欧姆表 (图4-2)，如果加热器没有正常的电阻值，应更换传 感器。
（4）氧传感器使用与检测的注意事项
①使用某些室温硫化密封剂会污染氧
传感器，应使用汽车制造厂家推荐的室温
硫化密封剂。
②如果含铅汽油用于装有氧传感器的 发动机中，氧传感器上很快会出现铅沉积 层，这样，传感器信号不会令人满意，很 可能要更换传感器。所以应使用无铅汽油。

测试时，将一数字式电压表连在氧传感器的信
号线与接地端之间，如图4-1所示。当发动机怠速且
温度正常时，典型的氧传感器电压从0.3V到0.8V周期 地变化。

若电压读数过高，可能是混合气过浓，
或是传感器被污染。氧传感器可能被室温 硅密封胶或防冻剂污染，也可能被含铅汽 油中的铅污染。

若电压读数过低，可能是混合气过稀，
的特性，检测出理论空燃比附近空燃比的浓稀情 况。

稀薄混合气传感器与普通氧化锆式氧传感器
在工作原理上有区分。

为使排气净化，除采用三元催化转化
器方式净化排气外，也可用稀薄燃烧法降
氧传感器失效， 更换，故障排除
技能一：故障分析
作用
技能二：检修方法
结构、原理
学习目的和要求
• 掌握传感器故障分析及检修方法 • 理解传感器的作用、结构、原理
学习内容
理论知识 4.1 作用 4.2 类型 4.3 结构 4.4 原理
实践技能 4.5 故障 4.6 检修
理论知识
4.4 原理 4.3 结构 4.2 类型 4.1 作用
信号线 信号线
3线氧传感器
信号线
ECU
ECU
不同类型的氧传感器，检测方法不同。
4.3 结构
• 加热器：预热，300℃ • 锆管：敏感元件
ECU
加 热
废气
大气
4.4 原理
1.氧浓度 v 电压信号？
混合气浓， 空燃比小于14.7， 约0.9V
混合气稀， 空燃比大于 14.7，约0.1V 电压在空燃 比14.7跃变
汽车传感器 使用与检修
主讲人：马丽娟
学习传感器的知识要点
• 作用
• 安装位置
• 结构
• 工作原理
• 电路图 • 故障现象 • 检测方法
第四章 气体浓度传感器
现 场 教 学
听课环节
故 障 案 例
理 论 知 识
实 践 技 能
结 论
实训环节
捷达轿车
怠速不稳；尾气排放值升高， 同时部分负荷和加速工况排气管冒黑烟； 有的车在怠速工况时易熄火
当发动机混合气稀（A/F大于14.7） 时，排气中氧含量多，氧化钛管外表面氧 浓度大，二氧化钛呈现高电阻。
从图4-5可知，氧化钛式氧传感器的 电阻在混合气空燃比14.7（过量空气系数λ 约为1）时产生突变。

氧化钛式氧传感器有两个电极，一个
是信号正极，一个是信号负极。 为了使氧化钛式氧传感器能迅速达到
万用表 示波器 解码器
步骤3：检测方法
（1）检测加热器
加热器电阻：室温 1~5Ω
N
更换
Y
良好 线路电压：起动 12V
Y
良好
Ω
V
N
线路
N
维修
Y
ECU
（2）检测信号电路
连线动态测量（万用表）：
变化范围
0~1V
波动次数 过浓
过稀
10s内不少于8次
0.7V～1.0V 0.1V～0.3V
如何？ V ~
连线动态测量（示波器）：
？
步骤3：检测
步骤2：分析 步骤1：资料
步骤1：读资料，读图，识别电路
信 信 号 号 线 线 路 路
加热器电源
氧传感器连接器图
加热器控制
AJR发动机氧传感器原理图
步骤2：分析故障点
ECU
线路
氧传感器
信 信 号 号 线 线 路 路
步骤3：检测方法
氧传感器检测 信号电路 加热器
加热器
连线动态测量 断线动态测量
它的工作温度（300℃）而投入工作，在 氧传感器内部有热敏电阻加热元件对它进
行加热，以保持氧化钛式氧传感器在发动
机工作过程中的温度保持恒定。
二、稀薄混合气传感器
稀薄混合气传感器应用在发动机稀薄燃 烧领域空燃比反馈控制系统中。这种传感器 也和氧传感器一样，利用氧化锆元件测定排 气中的氧浓度，从而测定空燃比。 该传感器在稀薄燃烧领域进行反馈控制 时，与氧化催化剂相结合，可以降低燃油消 耗。
信号电压 持续偏低
信号电压 持续偏高
氧传感器动态信号
变化慢幅值低
氧传感器失灵
0.45V
氧传感器故障
步骤5：排除故障
拆下氧传感器 观察、判断 淡灰 正常 白色 硅污 棕色 铅污 更换 排除 破损 黑色 积碳 排除积碳故障 更换
重查
更换，排 除原因
找根本，排故障
氧传感器的检修总结
装有排气氧传感器的电控燃油喷射发
压应该接近1V，而把敏感元件从火焰中拿出时， 输出电压应立刻降至0V。如果传感器输出电压 没有按上述变化，应予更换。
(2)由氧传感器导线诊断 如果怀疑氧传感信号线有故障，在发动
机处于怠速时，在控制单元和传感器两处用
探针刺破导线测量电压。传感器和控制单元
两处电压差不应超出汽车制造厂家给的规定
值。这两者间的标准平均压差为0.2V。
故障： 污染增大， 怠速不稳， 油耗增大
原理： 排气O2 — 氧传感器 — ECU — 喷油器
检修：资料、分析、 检测、判断、排除
二氧化钛（TiO2）型氧传感器
二氧化钛式氧传感器采用TiO2 N型
半导体元件制成，该传感器也与氧化锆式
氧传感器一样，可通过检测排气中氧浓度
控制空燃比。
图4-3所示为二氧化钛式氧传感器的 结构，TiO2元件为一圆板状电极在绝缘
超过0.2V，修理接搭铁线或传感器在
排气管处的接搭铁线。
(3)由氧传感器上的加热器诊断 如果氧传感器上的加热器不工作，
传感器的预热时间就要延长，控制单元 处在开环状态的时间也延长，控制单元 将误传出一个浓混合气指令。

拆下传感器接线器，在加热器供电
wenku.baidu.com
导线和搭铁线之间接上数字式电压表。 在点火开关接通时，这段导线间应为12V 电压，如果电压不足12V，应检查电源线 或熔断器。
理论空燃比附近电阻值急剧变化，故其 输出电压也急剧变化。
二氧化钛式氧传感器的三个端子分别 是基准电源、传感器输出端和接地端。由 于二氧化钛的电阻随温度变化，故串联热
敏电阻后具有温度补偿作用。在低温状态
下，二氧化钛电阻值增大，影响其正常的
性能，为使其快速升温以活化其性能，可
装有加热线圈。
二氧化钛式氧传感器虽然比氧化锆式
气过稀的状况。

信号电压大于0.45V，反馈信号表示
浓混合气，ECU接到此信号将减少喷油
器的喷油脉宽来改变混合气过浓的状况。
所以氧传感器信号应在0.45V上下变
动，变动率一般每10s四次以上。
(1)由电压信号诊断 在测试氧传感器之前，发动机必须处
在正常的工作温度范围内。必须用数字式 电压表测试氧传感器，如果使用其他类型 的电压表，可能损坏传感器。
它的工作原理是利用传感器电极两端施加一定 的外加电压时其电流与排气中氧浓度成正比这一特性， 可以连续地检测出稀薄燃烧区域的空燃比，该传感器 的输出特性如图4-7所示。

前面讲述的氧化锆式氧传感器是在氧化锆元
件的两端装有铂电极，以该电极上产生的电位差
作为输出电压信号， 又利用在理论空燃比附近输出电压急剧变化
热机，2500r/min
最高信号电压 >850mV
氧传感器的信号波形（2500r/min）
从浓到稀的最 大允许响应时 间<100ms
最低信号电压 75~175mV
频率———转速
连线动态测量（解码器）：同万用表
断线动态测量：过浓或过稀，信号电压是否有变化。
步骤4：判断 “虚假”
混合气过浓、过稀 氧传感器故障
氧传感器结构简单、体积小、便宜，但电
阻随温度的变化大。因此，需要加设温度
修正回路，内装加热器，以便使高温下的
二氧化钛式氧传感器检测特性比较稳定。
氧化钛式氧传感器的结构如图4-4所示。 它的内部有两个氧化钛元件。
• 一个是多孔性的二氧化钛陶瓷，用来感测排气中 的氧含量；
• 另一个是实心的二氧化钛陶瓷，用来作加热调节， 补偿温度的误差。
或是传感器故障，或是传感器与控制单元 之间导线电阻过大等原因。 如果电压信号保持为一个中间值，可能 是控制单元回路不通或传感器损坏。

把氧传感器从发动机上拆下，将氧传感器
的敏感元件放到丙烷焊枪的火焰上加热。丙烷
火焰可以使敏感元件与氧气隔离，这样，将导 致传感器产生电压。 传感器的敏感元件处在火焰中时，输出电
4.2 类型
按检测范围分：窄型氧传感器、宽型氧传感器 按功能分：上游氧传感器、下游氧传感器
按材料和结构分：氧化锆式、氧化钛式
按氧传感器是否有加热来分：加热型、非加热型
按传感器接线分：
1 – 2线：非加热型
3 – 4线：加热型
1线氧传感器
信号线
2线氧传感器
信号线 信号线
ECU
ECU 4线氧传感器