氧傳感器的工作原理及檢測方法

目前汽車上使用的氧傳感器有兩種：氧化鈦(TiO2)和氧化鋯(ZrO2)。氧化鋯氧傳感器分為加熱型氧傳感器和非加熱型氧傳感器。氧化鈦氧傳感器本身有一個電加熱器。大多數(shù)汽車使用帶加熱器的氧傳感器。這款傳感器是在原有傳感器的基礎(chǔ)上，增加了一個陶瓷發(fā)熱元件來加熱傳感器。它能在發(fā)動機啟動后20~30s內(nèi)迅速將氧傳感器加熱到工作溫度，擴大了空燃比閉環(huán)控制的工作范圍，所以又叫加熱型氧傳感器。氧傳感器有四種類型：一線制、二線制、三線制和四線制，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。只有一根信號線接發(fā)動機ECU，傳感器的另一極直接接地；第二根線的兩根線接ECU，一根是信號線，一根進入ECU后接地；三線制和四線制屬于加熱型氧傳感器。因為增加了兩根加熱電阻絲，所以三線或四線制與氧傳感器信號線結(jié)合在一起。加熱電阻的兩根導(dǎo)線，一根直接接在控制繼電器或主繼電器上，接收12V加熱電源，另一根由ECU的接地端控制，控制加熱電阻的加熱時間。氧氣加熱器是一個比例系數(shù)熱敏元件。當傳感器與線束斷開時，可以通過檢測加熱器的電阻來檢測加熱器。圖1氧傳感器的結(jié)構(gòu)隨著排放法規(guī)越來越嚴格，現(xiàn)在越來越多的車輛在三元催化轉(zhuǎn)化器的前后兩端都安裝了氧傳感器，稱為雙氧傳感器系統(tǒng)。主氧傳感器或三元催化轉(zhuǎn)化器之前的上游氧傳感器用于混合氣體的反饋控制。發(fā)動機電控單元根據(jù)主氧傳感器的反饋信號增加或減少噴油量，將實際空燃比控制在理論空燃比附近；另一種位于三元催化轉(zhuǎn)化器后面，稱為二次氧傳感器或下游氧傳感器，用于監(jiān)測三元催化轉(zhuǎn)化器的催化凈化效率。當三元催化轉(zhuǎn)化器損壞時，其轉(zhuǎn)化效率會降低。此時，三元催化器前后的排氣管含氧量非常接近，幾乎相當于沒有安裝三元催化器。前后氧傳感器的信號電壓波形趨于相同，電壓波動幅度趨于相同，表明三元催化轉(zhuǎn)化器的轉(zhuǎn)化能力下降。1氧化鋯氧傳感器以日常太陽光加熱型氧傳感器為例，介紹氧化鋯氧傳感器的識別和檢測方法。(1)二氧化鋯氧傳感器的識別日產(chǎn)陽光汽車系統(tǒng)的加熱型氧傳感器位于三元催化轉(zhuǎn)化器后面，用于監(jiān)測廢氣中的氧含量。即使空燃比(A/F)傳感器的開關(guān)特性發(fā)生變化，空燃比仍可根據(jù)加熱型氧傳感器發(fā)送的信號控制在化學(xué)計量范圍內(nèi)。氧化鋯氧傳感器由氧化鋯陶瓷制成，如圖2所示。氧化鋯會產(chǎn)生電壓，氧氣充足時電壓約為1V，氧氣稀薄時電壓降至零。圖2日產(chǎn)陽光轎車加熱型氧傳感器結(jié)構(gòu)(二)氧化鋯氧傳感器檢測實例新捷達（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）轎車氧化鋯氧傳感器電路如圖3所示。端子T4C/1和T4C/2是加熱元件的插頭。T4C/1的電源來自J519，蓄電池電壓通過燃油泵繼電器J17的端子87R提供。端子T4C/2接地并連接到控制加熱時間的ECU。T4C/3和T4C/4是氧傳感器的信號端子，其中T4C/3是正信號電壓，T4C/4是負信號電壓(即接地端子)。新捷達轎車用二氧化鋯氧傳感器電路。二氧化鋯氧傳感器的檢測方法如下：01解碼器檢測到氧傳感器工作異常，會將故障碼存儲在ECU中。因此，氧傳感器故障代碼00525-氧傳感器G39和G130沒有信號，或者氧傳感器G39和G130對正極短路，這可以通過專用解碼器或通用解碼器搜索，或者氧傳感器是否有故障可以通過

如果室溫下電阻值為表示發(fā)熱元件開路，應(yīng)更換氧傳感器。03檢查氧傳感器加熱元件的電源電壓氧傳感器加熱元件的電壓就是電池電壓。當點火開關(guān)打開且燃油泵繼電器的觸點打開時，加熱元件的電源打開。測試加熱元件的電壓時，拔掉氧傳感器插頭，起動發(fā)動機，測試連接器插座上T4C/1和T4C/2端子之間的電壓。電壓值應(yīng)不低于11V。如果電壓值為零，說明保險絲S5(10A)開路或燃油泵繼電器接觸不良，可單獨修理。04測試傳感器的信號電壓因為氧傳感器工作溫度低于300時，氧傳感器達不到正常工作溫度，沒有信號輸出，所以二氧化鋯氧傳感器的輸出電壓要在300以上測量。用汽車萬用表的壓力測量法檢查二氧化鋯氧傳感器的具體方法如下：以2500r/min的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)發(fā)動機約90秒，連接插頭和插座，將數(shù)字萬用表接在連接氧傳感器端子T4C/3和T4C/4的導(dǎo)線上，當發(fā)動機供給濃混合氣時(油門踏板猛踩到底)，信號電壓應(yīng)為0.7 ~ 1.0V；向發(fā)動機供應(yīng)稀混合氣時(拔掉空氣流量傳感器與發(fā)動機之間的真空管)，信號電壓應(yīng)為0.1 ~ 0.3v；否則，氧傳感器將被損壞，應(yīng)予以更換。05檢測氧傳感器的信號變化頻率可以在傳感器T4C/3和T4C/4的端子連接的導(dǎo)線之間串聯(lián)一個發(fā)光二極管和一個300的電阻進行檢測。二極管的陽極連接到3#端子，陰極通過300電阻連接到連接器的4#端子。當發(fā)動機怠速或部分負荷運轉(zhuǎn)時，LED應(yīng)該閃爍。閃爍頻率應(yīng)不低于每分鐘10次。如果二極管不閃爍或閃爍頻率太低，則氧傳感器損壞，應(yīng)更換傳感器。06示波器檢測用示波器檢測氧傳感器輸出的信號波形，可以直觀的判斷氧傳感器的好壞。測試方法：啟動發(fā)動機，預(yù)熱傳感器至300以上。當發(fā)動機處于閉環(huán)運行時，將探針連接到傳感器連接器的信號端子T4C/2和T4C/3。當發(fā)動機怠速開始加速時，觀察氧傳感器的輸出信號波形，并與標準波形進行比較，判斷傳感器是否良好。圖4示出了在怠速和2500 rpm時氧傳感器的輸出信號波形。圖4氧傳感器在怠速和轉(zhuǎn)速為2500r/min時的輸出信號波形。2二氧化鈦氧傳感器(1)二氧化鈦氧傳感器的結(jié)構(gòu)二氧化鈦氧傳感器的結(jié)構(gòu)類似于二氧化鋯氧傳感器，主要由二氧化鈦傳感器(鈦管)、鋼殼、加熱元件、端子和護套組成，如圖5所示。圖5二氧化鈦氧傳感器的結(jié)構(gòu)二氧化鋯氧傳感器與二氧化鈦氧傳感器的主要區(qū)別在于二氧化鋯氧傳感器是將廢氣中氧含量的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化；二氧化鈦氧傳感器將廢氣中氧含量的變化轉(zhuǎn)化為電阻的變化。目前廣泛使用的二氧化鈦傳感器有兩種：片式和厚膜型。在這種芯片中，鉑金屬絲鑲嵌在二氧化鈦芯片中，鉑金屬也作為催化劑；厚膜是在半導(dǎo)體封裝工藝中由氧化鋁疊層制成的。此外，還有一個帶熱敏電阻的二氧化鈦傳感器，用于溫度補償。新型二氧化鈦氧傳感器由發(fā)動機ECU提供1V參考電壓，外觀和原理與二氧化鋯氧傳感器相似。但為了使二氧化鈦氧傳感器有和二氧化鋯氧傳感器一樣的變化，即參考電壓由5V變?yōu)?v；同時，為了減輕傳感器的重量和更換成本，將精密電阻轉(zhuǎn)移到ECU中。因此，減少了傳感器布線上的引線。其結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6一種新型二氧化鈦氧傳感器的結(jié)構(gòu)(2)二氧化鈦氧傳感器的工作原理二氧化鈦氧傳感器和二氧化鋯氧傳感器測量氧濃度的原理有很大不同：二氧化鋯氧傳感器是基于濃度差電池原理，通過濃度差產(chǎn)生的電壓來判斷混合氣體的稀釋和濃度；二氧化鈦氧傳感器是基于氣敏電阻的原理，通過氧氣濃度引起二氧化鈦電阻的變化來確定混合氣體的狀態(tài)，所以也叫電阻式氧傳感器。電子控制單元(ECU)的端子C向二氧化鈦氧傳感器的端子A施加1V的恒定電壓，傳感器的另一個端子B連接到ECU的端子D，如圖7所示。圖7二氧化鈦傳感器工作原理當廢氣中的氧濃度隨發(fā)動機混合氣濃度變化時，氧傳感器的電阻發(fā)生變化，ECU的D端電位也發(fā)生變化。當端子D處的電壓高于參考電壓時，ECU確定混合物過濃；當端子D處的電壓低于參考電壓時，電子控制單元確定混合物太稀。通過ECU的反饋控制，混合氣濃度可以保持在理論空燃比附近。在實際反饋控制過程中，連接在二氧化鈦氧傳感器和ECU之間的D端子上的電壓在0.1-0.9v之間不斷變化，與二氧化鋯氧傳感器的電壓相似。注意：氧傳感器和反饋控制系統(tǒng)在發(fā)動機運轉(zhuǎn)時并不總是工作。ECU通過開環(huán)和閉環(huán)控制發(fā)動機的噴油量。在發(fā)動機啟動、大負荷、暖機過程中，都需要一個豐富的混合氣。此時ECU處于開環(huán)控制狀態(tài)，氧傳感器不工作。因為氧傳感器只有在高溫(一般390)下才能正常工作，才能產(chǎn)生可靠的信號。只有當發(fā)動機達到正常工作溫度時，ECU才進行閉環(huán)控制，氧傳感器起反饋作用。當氧傳感器出現(xiàn)故障，輸出信號異常時，電控單元會自動切斷氧傳感器的反饋功能，發(fā)動機進入開環(huán)控制。(3)二氧化鈦氧傳感器的檢測方法。當二氧化鈦氧傳感器出現(xiàn)故障，輸出信號異常時，電控單元會自動切斷氧傳感器的反饋功能，使發(fā)動機進入開環(huán)控制工作狀態(tài)。二氧化鈦氧傳感器的檢測方法與二氧化鋯氧傳感器的檢測方法基本相同。具體檢測方法如下：01。檢查加熱器電阻用高阻抗數(shù)字萬用表測試氧傳感器的加熱電阻，拔掉氧傳感器的線束插頭，測試氧傳感器A端子和B端子之間的電阻。正常情況下，電阻為5 ~ 7。如果電阻值為，則加熱電阻燒壞，應(yīng)更換氧傳感器。02檢查氧傳感器的電源電壓打開點火開關(guān)，用萬用表電壓塊測量傳感器的電源電壓，如圖8所示。它的標準值應(yīng)該是1V。圖8檢查氧傳感器電源電壓03檢查氧傳感器加熱器電源電壓如圖9，打開點火開關(guān)，用萬用表電壓塊測量。圖9檢查氧傳感器加熱器的電源電壓04檢查氧傳感器的反饋電壓如圖10，打開點火開關(guān)，啟動發(fā)動機以正常怠速運轉(zhuǎn)。然后，用電壓表測量電子控制單元(ECU)的4號針腳與接地點之間的電壓。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速增加時，電壓值應(yīng)在0.2 ~ 0.8伏之間，否則應(yīng)更換氧傳感器。圖10檢查氧傳感器反饋電壓05動態(tài)測試讓發(fā)動機充分暖機，拔下燃油壓力調(diào)節(jié)器的真空軟管，插上歧管，加入濃混合氣(降低空燃比)。測量怠速時電子控制單元(ECU)連接器的端子電壓。氧傳感器上的電壓應(yīng)大于0.5伏，否則應(yīng)更換氧傳感器。測試傳感器的加熱電源電壓及其標準伏安