氧傳感器的構(gòu)造原理與檢測(cè)

1、氧傳感器的構(gòu)造原理與檢測(cè)  1、結(jié)構(gòu)和工作原理   在使用三效催化轉(zhuǎn)化器降低排放污染的發(fā)動(dòng)機(jī)上，氧傳感器是必不可少的。三效催化轉(zhuǎn)化器安裝在排氣管的中段，它能凈化排氣中CO、HC和NOx三種主要的有害成分，但只在混合氣的空燃比處于接近理論空燃比的一個(gè)窄小范圍內(nèi)，三效催化轉(zhuǎn)化器才能有效地起到凈化作用。故在排氣管中插入氧傳感器，借檢測(cè)廢氣中的氧濃度測(cè)定空燃比。并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)或電阻信號(hào)，反饋給ECU。ECU控制空燃比收斂于理論值。    目前使用的氧傳感器有氧化鋯式和氧化鈦式兩種，其中應(yīng)用最多的是氧化鋯式氧傳感器。&

2、#160;   （1）氧化鋯式氧傳感器    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(zhì)），亦稱鋯管（圖1）。鋯管固定在帶有安裝螺紋的固定套中，內(nèi)外表面均覆蓋著一層多孔性的鉛膜，其內(nèi)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(gè)金屬護(hù)套，其上開(kāi)有一個(gè)用于鋯管內(nèi)腔與大氣相通的孔；電線將鋯管內(nèi)表面鉑極經(jīng)絕緣套從此接線端引出。    氧化鋯在溫度超過(guò)300后，才能進(jìn)行正常工作。早期使用的氧傳感器靠排氣加熱，這種傳感器必須在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)分鐘后才能開(kāi)始工作，它只有一根接線

3、與ECU相連（圖2（a）。現(xiàn)在，大部分汽車使用帶加熱器的氧傳感器（圖2（b），這種傳感器內(nèi)有一個(gè)電加熱元件，可在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后的20-30s內(nèi)迅速將氧傳感器加熱至工作溫度。它有三根接線，一根接ECU，另外兩根分別接地和電源。   鋯管的陶瓷體是多孔的，滲入其中的氧氣，在溫度較高時(shí)發(fā)生電離。由于鋯管內(nèi)、外側(cè)氧含量不一致，存在濃差，因而氧離子從大氣側(cè)向排氣一側(cè)擴(kuò)散，從而使鋯管成為一個(gè)微電池，在兩鉑極間產(chǎn)生電壓（圖3）。當(dāng)混合氣的實(shí)際空燃比小于理論空燃比，即發(fā)動(dòng)機(jī)以較濃的混合氣運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，排氣中氧含量少，但CO、HC、H2等較多。這些氣體在鋯管外表面的鉛催化作用下與氧發(fā)生反應(yīng)

4、，將耗盡排氣中殘余的氧，使鋯管外表面氧氣濃度變?yōu)榱悖@就使得鋯管內(nèi)、外側(cè)氧濃差加大，兩鉛極間電壓陡增。因此，鋯管氧傳感器產(chǎn)生的電壓將在理論空燃比時(shí)發(fā)生突變：稀混合氣時(shí)，輸出電壓幾乎為零；濃混合氣時(shí)，輸出電壓接近1V。    要準(zhǔn)確地保持混合氣濃度為理論空燃比是不可能的。實(shí)際上的反饋控制只能使混合氣在理論空燃比附近一個(gè)狹小的范圍內(nèi)波動(dòng)，故氧傳感器的輸出電壓在0.1-0.8V之間不斷變化（通常每10s內(nèi)變化8次以上）。如果氧傳感器輸出電壓變化過(guò)緩（每1Os少于8次）或電壓保持不變（不論保持在高電位或低電位），則表明氧傳感器有故障，需檢修。 

5、0;  （2）氧化鈦式氧傳感器    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。二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(hù)罩內(nèi)是一個(gè)二氧化鈦厚膜元件（圖4）。純二氧化鈦在常溫下是一種高電阻的半導(dǎo)體，但表面一旦缺氧，其品格便出現(xiàn)缺陷，電阻隨之減小。由于二氧化鈦的電阻也隨溫度不同而變化，因此，在二氧化鈦式氧傳感器內(nèi)部也有一個(gè)電加熱器，以保持氧化鈦式氧傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中的溫度恒定不變。    如圖5所示，ECU

6、2#端子將一個(gè)恒定的1V電壓加在氧化鈦式氧傳感器的一端上，傳感器的另一端與ECU4#端子相接。當(dāng)排出的廢氣中氧濃度隨發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣濃度變化而變化時(shí)，氧傳感器的電阻隨之改變，ECU4#端子上的電壓降也隨著變化。當(dāng)4#端子上的電壓高于參考電壓時(shí)，ECU判定混合氣過(guò)濃；當(dāng)4#端子上的電壓低于參考電壓時(shí)，ECU判定混合氣過(guò)稀。通過(guò)ECU的反饋控制，可保持混合氣的濃度在理論空燃比附近。在實(shí)際的反饋控制過(guò)程中，二氧化鈦式氧傳感器與ECU連接的4#端子上的電壓也是在0.1-0.9V之間不斷變化，這一點(diǎn)與氧化鋯式氧傳感器是相似的。     2、氧傳感器的檢測(cè)&#

7、160;   氧傳感器的基本電路如圖6所示。    （1）氧傳感器加熱器電阻的檢測(cè)   點(diǎn)火開(kāi)關(guān)置于“OFF”，拔下氧傳感器的導(dǎo)線連接器，用萬(wàn)用表檔測(cè)量氧傳感器接線端中加熱器端子與自搭鐵端子（圖6的端子1和2）間的電阻（圖7），其電阻值應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)值（一般為4-40；具體數(shù)值參見(jiàn)具體車型說(shuō)明書）。如不符合標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)更換氧傳感器。測(cè)量后，接好氧傳感器線束連接器，以便作進(jìn)一步的檢測(cè)。    （2）氧傳感器反饋電壓的檢測(cè)   測(cè)量氧傳感

8、器反饋電壓時(shí)，應(yīng)先拔下氧傳感器線束連接器插頭，對(duì)照被測(cè)車型的電路圖，從氧傳感器反饋電壓輸出端引出一條細(xì)導(dǎo)線，然后插好連接器，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)從引出線上測(cè)量反饋電壓。有些車型也可以從故障診斷插座內(nèi)測(cè)得氧傳感器的反饋電壓，如豐田汽車公司生產(chǎn)的小轎車，可從故障診斷插座內(nèi)的OX1或OX2插孔內(nèi)直接測(cè)得氧傳感器反饋電壓（豐田V型六缸發(fā)動(dòng)機(jī)兩側(cè)排氣管上各有一個(gè)氧傳感器，分別和故障檢測(cè)插座內(nèi)的OX1和OX2插孔連接）。   在對(duì)氧傳感器的反饋電壓進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，最好使用指針型的電壓表，以便直觀地反映出反饋電壓的變化情況。此外，電壓表應(yīng)是低量程（通常為2V）和高阻抗（阻抗太低會(huì)損壞氧傳

9、感器）的。    A、豐田V型六缸發(fā)動(dòng)機(jī)氧傳感器反饋電壓的檢測(cè)   將發(fā)動(dòng)機(jī)熱車至正常工作溫度（或起動(dòng)后以2500r/min的轉(zhuǎn)速連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)2min）。   把電壓表的負(fù)極測(cè)筆接故障診斷插座內(nèi)的E1插孔或蓄電池負(fù)極，正極測(cè)筆接故障檢測(cè)插座內(nèi)的OX1或OX2插孔或接氧傳感器線束插頭上的引出線（圖8）。   讓發(fā)動(dòng)機(jī)以2500r/min左右的轉(zhuǎn)速保持運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)檢查電壓表指針能否在0-1V之間來(lái)回?cái)[動(dòng)，記下10s內(nèi)電壓表指針擺動(dòng)次數(shù)。在正常情況下，隨著反饋控制的進(jìn)行，氧傳感

10、器的反饋電壓將在0.4V上下不斷變化，1Os內(nèi)反饋電壓的變化次數(shù)應(yīng)不少于8次。   若電壓表指針在1Os內(nèi)的擺動(dòng)次數(shù)等于或多于8次，則說(shuō)明氧傳感器及反饋控制系統(tǒng)工作正常；電壓表指針若在10s內(nèi)的擺動(dòng)次數(shù)少于8次，則說(shuō)明氧傳感器或反饋控制系統(tǒng)工作不正常，可能是氧傳感器表面有積炭而使靈敏度降低，此時(shí)應(yīng)讓發(fā)動(dòng)機(jī)以2500r/min的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)約2min，以清除氧傳感器表面的積炭；若電壓表指針變化依舊緩慢，則為氧傳感器損壞或ECU反饋控制電路有故障。    氧傳感器是否損壞，可按下述方法檢查：拔下氧傳感器的線束插頭，使氧傳感器不再與E

11、CU連接，將電壓表的正極測(cè)筆直接與氧傳感器反饋電壓輸出端連接（圖9），然后，發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)脫開(kāi)接在進(jìn)氣管上的曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)管或其他真空軟管，人為地形成稀混合氣，此時(shí)電壓表讀數(shù)應(yīng)下降到0.1-0.3V；接上脫開(kāi)的曲軸箱通風(fēng)管或真空軟管，再拔下水溫傳感器接頭，且用一個(gè)4-8K的電阻代替水溫傳感器（或堵住空氣濾清器的進(jìn)氣口），人為地形成濃混合氣，此時(shí)，電壓表讀數(shù)應(yīng)上升到0.8-1.OV。也可以用突然踩下或松開(kāi)油門踏板的方法來(lái)改變混合氣濃度。在突然踩下油門踏板時(shí)，混合氣變濃，反饋電壓應(yīng)上升；突然松開(kāi)油門踏板時(shí)，混合氣變稀，反饋電壓應(yīng)下降。    如果在混合氣濃

12、度變化時(shí)，氧傳感器輸出電壓不能相應(yīng)地改變，說(shuō)明氧傳感器有故障。此時(shí)可拆去一根大真空軟管，使發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，以清除氧傳感器上的鉛或積炭，然后再測(cè)試。如果氧傳感器反饋電壓能按上述規(guī)律變化，說(shuō)明氧傳感器良好。否則，須更換氧傳感器。    氧傳感器的檢測(cè)程序見(jiàn)圖10。    B、豐田COROLLA車4A-C、4A-GE和4A-FE發(fā)動(dòng)機(jī)氧傳感器的檢測(cè)   將發(fā)動(dòng)機(jī)在2500r/min的轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)9Os以上，使發(fā)動(dòng)機(jī)熱車至正常工作溫度，并將電壓表的正極測(cè)筆和4A-C發(fā)動(dòng)機(jī)的故障診斷插座的OX插孔

13、（4A-GE發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷插座的E1插孔）連接，負(fù)極測(cè)筆和E（4A-GE發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷插座的VF插孔）連接，如圖11所示。   對(duì)4A-C發(fā)動(dòng)機(jī)，應(yīng)在保持發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2500r/min時(shí)檢測(cè)，電壓表指針若在1Os內(nèi)和0-6V范圍內(nèi)擺動(dòng)8次以上，則氧傳感器工作正常。否則，應(yīng)仔細(xì)地檢查系統(tǒng)的導(dǎo)線和接頭。   對(duì)4A-GE發(fā)動(dòng)機(jī)，在保持發(fā)動(dòng)機(jī)2500r/min的同時(shí)，用導(dǎo)線跨接故障診斷插座上的T和E1插孔，然后用電壓表測(cè)量。如果電壓表指針在1Os內(nèi)擺動(dòng)次數(shù)等于或超過(guò)8次，則表示氧傳感器工作正常；如果電壓表指針擺動(dòng)次數(shù)少于8次，但在0次以上，

14、則應(yīng)拆下連接T和E1的導(dǎo)線，在仍保持2500r/min轉(zhuǎn)速的情況下，讀取E1和VF之間的電壓。此電壓如果在OV以上，則更換氧傳感器；如果電壓為零，則從發(fā)動(dòng)機(jī)故障指示燈上讀取故障代碼，然后根據(jù)故障代碼進(jìn)一步檢查并視需要修理有關(guān)組件。    對(duì)4A-FE發(fā)動(dòng)機(jī)，只能使用1OM的數(shù)字式電壓表，用其他型式的電壓表可能會(huì)損壞ECU或其他組件。其檢測(cè)方法如下：   從傳感器起，順著導(dǎo)線找到第一個(gè)接頭，并清潔導(dǎo)線以便識(shí)別導(dǎo)線的顏色（圖12）；然后，使發(fā)動(dòng)機(jī)以1200r/min的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)2min以上，并保持這一轉(zhuǎn)速；將電壓表的正極測(cè)筆插入黑

15、色導(dǎo)線接頭的背面，電壓表的負(fù)極測(cè)筆接地，此時(shí)，電壓表讀數(shù)應(yīng)在O-1V之間，如果電壓不在O-1V范圍內(nèi)，則脫開(kāi)氧傳感器接頭，用一根跨接導(dǎo)線將黑色導(dǎo)線和地線連接起來(lái)，再用電壓表測(cè)量，讀數(shù)應(yīng)小于0.2V。如果此電壓等于或小于0.2V，則是傳感器或傳感器的連接有故障；如果測(cè)試的電壓在0.2V以上，則拆去跨接導(dǎo)線，并將發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，隨后把點(diǎn)火開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)到“ON”位而不起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，重新檢查黑色導(dǎo)線的電壓，此電壓若為0.3-0.6V，則表明電子控制單元ECU損壞；電壓若超過(guò)0.6V，則可能是電子控制單元故障、連接不良或褐色導(dǎo)線內(nèi)斷路；電壓小于0.6V，則可能是電子控制單元故障、連接不良或黑色導(dǎo)線內(nèi)斷路。 

16、;   （3）北京切諾基氧傳感器的檢測(cè)    北京切諾基采用的是帶加熱元件的氧傳感器。它與ECU的連接如圖13所示，氧傳感器上有4條導(dǎo)線，其中2條是氧傳感器的信號(hào)輸出線和地線，另2條是加熱元件的電源輸入線和接地線。該傳感器可用DRBII或DRB測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試，在沒(méi)有DRBII或DRB測(cè)試儀的情況下，可采用下述測(cè)試方法：   A、用高阻抗數(shù)字式萬(wàn)用表檔對(duì)氧傳感器進(jìn)行測(cè)試拔下氧傳感器線束插頭，測(cè)試傳感器A、B端子間的電阻值。正常情況下，其電阻值為5-7，電阻值若為無(wú)窮大，則是加熱電阻燒斷，應(yīng)更換氧傳感器。   B、對(duì)氧傳感器的輸出電壓進(jìn)行測(cè)試良好的氧傳感器，在接線正常情況下，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于正常工作溫