氧传感器的结构？

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） 。其性能的好坏直接影响汽车的使用,因此,应及时检测、诊断并排除氧传感器的故障,从而保障汽车的使用性能。1 　结构与原理 空燃比一旦偏离理论空燃比, 三元催化剂对CO、HC 和NOx 的净化能力将急剧下降。为了使装有三元催化转换装置的发动机达到最佳的排气净化性能,必须把混合气的空燃比控制在理论空燃比附近很窄的范围内。氧传感器用于检测进入三元催化转换装置的排气气体状态,是使用三元催化转换装置发动机上必不可少的传感器。目前已在汽车上使用的氧传感器有氧化锆式和氧化钛式两种。 1. 1 　氧化锆式氧传感器 氧化锆式氧传感器（见图1） 的基本元件是专用图1 　氧化皓式氧传感器在排气管中的结构陶瓷体,即氧化锆（ZrO2） 固体电解质,陶瓷体制成管状（锆管） ,固定在带有安装螺纹的固定套中。锆管表面装有透气铂电极,配有护管及电接头,其内表面与大气相通,外表面与废气相通,外表面还加装了一个防护套管,套管上开有通气槽。锆管的陶瓷体是多孔的,允许氧渗入该固体电解质内,温度较高时（高于300 ℃） ,氧气发生电离,如果在陶瓷体内（大气） 外（废气） 侧的氧气浓度不同,就会在2 个铂电极表面产生电压降,含氧量高的一侧为高电位。当混合气稀时,排气中含氧多,两侧浓度小,只产生小的电压；反之,混合气浓时,产生高电压。传感器的电压输出特性如图2 所示。根据所测电压值就可测量氧传感器外表面氧气含量,而发动机废气排放中的氧含量主要取决于混合气的空燃比,因此, ECU 根据氧传感器输入的电信号分析汽油的燃烧状况,以便及时修正喷油量,使空燃比处于理想状况,即λ=1 ,所以这种传感器又称为λ传感器。图2 　氧化皓式氧传感器的电压输出特性 1. 2 　氧化钛式氧传感器 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的变化而变化的特性构成的,故又称为电阻型氧传感器。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,氧分子将脱离,使其晶体出现缺陷,便有更多的电子可用来传递电流,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 为氧化钛式氧传感器的示意图,它具有2 个二氧化钛元件,一个是具有多孔性的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,用作加热调节,补偿温度误差。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,防止外界气体渗入。它一般安装在排气歧管或尾管上,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。 图3 　氧化钛式氧传感器结构示意图 2 　氧传感器的故障原因 氧传感器的故障原因:氧传感器破碎失效；氧传感器内部进入油污或尘埃等沉积物,使传感器信号失真；使用含铅汽油使传感器中毒,而使其失效；此外,传感器橡胶垫及涂剂也会使传感器失效；电加热器故障也可能造成传感器在发动机起动及低温时不工作。氧传感器产生故障会造成其反馈信号出现异常,从而使电脑失去对混合气空燃比的调节。若混合气控制比不精确,会使排气净化恶化,因而必须及时排除故障或更换。 3 　氧传感器的检测 氧传感器一般有单线、双线、三线、四线4 种引线形式。单线为氧化锆式氧传感器；双线为氧化钛式氧传感器；三线和四线为氧化锆式氧传感器。三线和四线的区别:三线氧传感器的加热器负极和信号输出负极共用一根线,四线氧传感器的加热器负极和信号负极分别各用一根线。图4 为四线氧化锆式氧传感器与ECU 的连接电路图。 图4 　四线氧化皓式氧传感器与ECU的连接图 3. 1 　氧传感器加热电阻丝电阻的检测 点火开关置于“OFF”位置,拔下氧传感器的导线连接器,用万用表的Ω 档测量氧传感器接线端中加热器端子和搭铁端子间的电阻,应为4～40 Ω ,若过大或过小,表示加热元件已损坏,应更换传感器。 3. 2 　氧传感器反馈电压的检测拔下氧传感器插头,使发动机以2 500 r/ min 转速运转,电压应在0～1 V 变换（频率约50 次/ min） 。如电压保持在0 V 或1 V 不变,可用改变油门开度的办法人为地改变混合气浓度:突然踏下油门踏板时产生浓混合气,反馈电压应上升；突然松开油门时产生稀混合气,反馈电压应下降。如果没有变化,说明氧传感器已损坏,应更换。在检测氧传感器的反馈电压时,最好使用指针式万用表,以便直观地反应出反馈电压的变化情况,此外,电压表应是低量程和高阻抗的（阻抗太低会损坏传感器） 。氧传感器是否损坏,还可用简易方法判断:拔下氧传感器的插头,从插头处引入2 根导线,一根接线路的信号线电路,另一根接控制单元供应电压,两只手分别拿住线路两头,如果发动机的转速发生变化,即为氧传感器损坏,否则,为其它部位故障。 3. 3 　氧化钛式氧传感器的检测 在采用上述方法检测时,良好的氧化钛式氧传感器输出端电压应以2. 5 V 为中心上下波动,否则,可拆下传感器并暴露在空气中,冷却后测量其电阻值。若阻值很大,说明传感器良好；反之,则传感器已损坏,应予更换。