發布日期：2022-10-09 點擊率：101
隨著汽車工業的發展和汽車保有量的急劇增加，汽車排放對大氣的污染已經構成了公害。它惡化了人類的生存環境，影響了人們的身體健康，已發展成為嚴重的社會問題。在有些大城市，汽車廢氣排放已經接近或超過環境容量。為了保護日益惡化的地球環境，世界各國先后出臺了便為嚴格的汽車污染物排放標準。汽車生產商在汽車的生產設計過程中，加設了減少對空氣污染的輔助裝置，如在電控燃油噴射技術的基礎上，采用三元催化器，就可以獲得更高凈化率的排放控制，但是為了能最有效地使用三元催化器，必須精確地控制空燃比，使它始終接接理論空燃比。因此在排氣管上增加了一個氧傳感器，經常地檢測排氣的質量，并將其變換成電信號傳給ＥＣＵ。發動機控制單元ＥＣＵ根據氧傳感器提供的信號，不斷地檢測和調整發動機噴油器的噴油量，使發動機在多數情況下都工作在理論空燃比附近，實現了噴油的閉環控制，也有效地的提高發動機性能及整車的經濟性，因此氧傳感器就起著至關重要的作用。
1 氧傳感器的工作原理
氧傳感器是排氣氧傳感器EGO（Exhaust Oxygen Sensor）的簡稱，其功用是通過監測排氣中氧離子的含量來獲得混合氣的空燃比信號，并將該信號轉變為電信號輸入ECU。ECU根據（λ）控制在0.98~1.02之間的范圍內。使發動機得到最佳濃度的混合氣，從而達到降低有害氣體的排放量和節約燃油之目的。自1976年德國博世公司率先在瑞典沃爾沃（VOLVO）轎車上裝用氧傳感器之后，通用、福特、豐田、日產等汽車公司相繼完成了氧傳感器的開發與應用工作。汽車發動機燃油噴射系統采用的氧傳感器分為氧化鋯（ZrO2）式和氧化鈦（TiO2） 式兩種類型，氧化鋯式氧傳感器又分為加熱型和非加熱型兩種，氧化鈦式一般都為加熱型傳感器。在實際的維修做業中通常將氧傳感器分為1線、2線、3線及4線四種類型，主要有鋼質殼體、鋯管（或二氧化鈦傳感器元件）、加熱元件、電極引線、防水護套和線束插頭等組成。其中1線和2線沒有加熱元件，只有3線4線才有。加熱元件是受電控單元ECU控制的，它的作用是當空氣進氣量小（排氣溫度低）的時候，ECU控制加熱元件通電加熱氧傳感器，使其工作在正常的工作溫度，從而能夠精確地檢測排氣中氧離子濃度變化。
氧傳感器安裝在汽車的排氣管上，頭部裝進排氣管內，尾部暴露在空氣中，空氣可以從尾部流入傳感器內部（氧化鋯式），傳感器外部跟廢氣直接接觸，這樣當氧離子在鋯管中擴散時，鋯管內外表面之間的電位差將隨可燃混合氣濃度變化而變化，即鋯管相當于一個氧濃差電池，傳感器的信號源相當于一個可變電源。當可燃混合氣稀時，廢氣中氧離子含量多，因此傳感器內、外氧離子濃度沒有多大差別，兩個鉑電極間的電位差較低，約為0.1V。相反，如果可燃混合氣很濃，排氣中的氧離子含量很少，傳感器內、外氧離子濃度差別很大，兩個鉑電極間的電位差也大，約為0.9V。發動機ECU根據來自氧傳感器的電動勢信號判別可燃混合氣的濃與稀，并相應地修正噴油時間，控制噴油量使混合氣濃度接近理論空燃比。通過閉環控制，再利用三元催化器，從而可以最大限度降低尾氣排放，此外發動機性能也可以處于最佳狀態，并提高燃燒效率，使汽車更節能，更環保。
2 氧傳感器的失效原因
氧傳感器失效的主要原因是傳感元件老化和中毒。氧傳感器老化的主要原因是傳感元件局部表面溫度過高。氧傳感器的傳感元件受到污染而失效的現象稱為中毒。氧傳感器中毒主要是指鉛中毒、硅中毒、和磷中毒。
2.1 氧傳感器老化
在發動機利用氧傳感器進行閉環控制的過程中，混合氣的空燃比總是控制在理論空燃比附近，排氣中幾乎沒有過剩的燃油，但是發動機剛剛起動（特別是冷車起動）之后（或大負荷狀態工作時），為了快速預熱發動機（或增大發動機輸出功率），需要供給足夠的燃油，排氣中過剩的燃油就會在氧傳感器的表面產生燃燒反應，一方面是形成碳粒而造成氧傳感器表面的保護剝落，另一方面是使傳感元件局部表面溫度過高（超過1000oC）而加速傳感器老化。
2.2 鉛中毒
燃油或潤滑油添加劑中的鉛離子與氧傳感器的鉑電極發生化學反應，導致催化劑鉑的催化性能降低的現象，稱為鉛中毒。雖然現在都使用無鉛汽油，大大減少了氧傳感器鉛中毒的機率。但是，由于燃油或潤滑油的添加劑中含有多種鉛化合物，氧傳感器的鉛中毒也是不可避免的。
2.3 硅中毒
發動機上的硅密封膠、硅樹脂成型部件、鑄件內的硅添加劑等都有硅離子，這些硅離子會污染氧傳感器的外側電極，氧傳感器內部端子處密封用的硅橡膠會污染內側電極。硅離子與氧傳感器的鉑電極發生化學反應而導致催化劑鉑的催化性能降低的現象，稱為硅中毒。
2.4 磷中毒
在傳感器表面，磷很少以純磷狀態析出，而是以某種化合物狀態析出，這些磷化物污染氧傳感器的現象，稱為磷中毒。磷化物的應用很廣，可以用作潤滑劑、防銹劑和清洗劑。在發動機磨合期間或活塞環磨損之后，發動機潤滑油添加劑中的磷化物就會竄入氣缸中燃燒并隨排氣排出。在低溫狀態下，磷化物是以微粒子狀態析出并沉淀在傳感器保護層的表面將氣孔堵塞而導致傳感器中毒；在高溫狀態下，磷化物會附著在氧傳感器以及三元催化器表面使其受到污染。
由于，氧傳感器的老化和中毒是不可避免的。因此當汽車行駛一定里程（一般為80000Km）后，應當更換氧傳感器。
3 氧傳感器故障實例分析
在實踐修理中，會經常遇到關于氧傳感器的故障例子，下面就結合自己在工作中遇到的一個案例，介紹氧傳感器故障的檢測與維修方法。
3.1 故障現象
一輛豐田LEXUS LS400轎車，已經跑了10萬多公里，車主反映車子加速沒有以前順暢，松油門時怠速有輕微的振動，發動機故障燈時亮時不亮，油耗也明顯增加。于是來到我廠進行檢測、維修。
3.2 故障檢測與診斷
我接到車后根據車主反映的情況，先對車進行了初步的檢查。進行自診斷，讀取故障碼。故障代碼顯示為混合氣過濃或過稀，從而得到大概的故障部位在進氣系統、燃油供給系統、點火系統。可能的主要故障部件為空氣流量計、水溫傳感器、節氣門位置傳感器、油壓調節器、點線圈、高壓線、火花塞及氧傳感器。本著先易后難的原則逐一進行檢測，推斷故障所在。
因為空氣流量計、水溫傳感器、節氣門位置傳感器都有一個確定的故障碼，如有問題，都會被控制單元記錄下來，會有故障碼讀出，根據故障自診斷情況，這些部件都沒有故障代碼，基本可以確定上訴部件沒有故障。而氧傳感器是受其它因素影響較多的元件，應該先檢測其它的元件，最后檢查氧傳感器。
a） 進氣系統的檢修
進氣系統中最常見的故障是空氣濾清器堵塞，這會引起進氣量不足，使可燃混合氣過濃而引起發動機加速無力，油耗增加等等故障現象。拆開檢查后，發現有點臟，但不太嚴重，把它吹干凈后裝回，起動發動機，測量怠速進氣歧管真空度，測得為62kPa。符合要求。說明進氣系統密封良好，發動機密封性正常。排除了發動機機械故障的可能性。
b） 燃油供給系統檢修
如果燃油壓力過高或過低，噴油器工作不良，都會引起上述故障。用汽油壓力表測量燃油壓力怠速為225kPa。停車后短接電動汽油泵兩檢查端子Fp和+B6，測得的靜態油壓為304kPa，5分鐘后燃油系統的保持壓力為196kPa。說明電動汽油泵工作良好，噴油器無泄漏。拆下噴油器臺試，噴油量和噴油狀況都沒問題，故障也不在此。
c） 點火系統檢修
點火系統工作不正常會引起燃燒不充分，發動機動力下降，油耗增加。拆下火花、分缸線、分火頭、高壓線圈進行檢查，發現除了鉑金火花塞有點黑和電極燒蝕外，其它的都在技術要求的范圍之內。車輛行駛了10多萬Km，火花塞燒蝕不足為奇，但發黑則為燃燒不充分或混合氣過濃引起。再進一步檢查發現，8個火花塞都是一樣，很均勻，這就可能是發動機噴油量控制不好而引起的問題了。
d） 氧傳感器的檢修
根據電路圖，斷開發動機ECU與氧傳感器的聯接，對氧傳感器進行檢測，測量左右兩邊的主氧傳感器加熱元件的電阻，都在5.1~6.3Ω之間，沒有問題，接著測量ECU端子HTL和HTR對搭鐵的電壓在9~14V之間，也沒有問題。只有檢查氧傳感器的工作情況了。按要求裝好拆下的拆下的部件，起動發動機，并熱車到正常的工作溫度，連接診斷插座上的E1和TE1端子，用萬用表的正極表棒連接到插座的VF1和VF2端子，負極表棒連接到E1，高怠速（2500r/min）運轉2分鐘以加熱氧傳感器，然后將發動機速保持在2500r/min。分別計算電表在0~5V之間的波動次數（正常應在每10秒內波動8次左右），測得的波動次數為零。始終保持在0V，問題可能是氧傳感器信號問題。再測量端子OX1、OX2端子跟E1之間的電壓在0.5V以下，只有0.1~0.2V（正常應在0.5V以上），這就說明氧傳感器不工作，問題終于找到了。由于氧傳感器不能正常地把信號反饋給發動機ECU，不能對噴油器的噴油肪寬進行控制和修正，產生混合氣過稀、過濃現象，導致出現了前訴問題。最后更換2個氧傳感器和火花塞后，試車故障再也沒有出現。
4 總結
氧傳感器出現故障后，對發動機的工作、汽車的燃油經濟性及對環境的影響很大，當發現問題時要及早修理。在平時的工作之余要加強新知識新技術的學習，跟上汽車技術發展的步伐。
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