汽车氧传感器手册

汽车氧传感器手册                                   倍速智能氧传感器部门制作                                                            2015年8月 目录  INDEX 1、什么是汽车氧传感器 2、汽车氧传感器的作用 3、汽车氧传感器的分类 4、汽车氧传感器易出现的问 5、汽车氧传感器的维修保养 6、汽车氧传感器的市场状况               一、什么是汽车氧传感器   汽车氧传感器也称气体浓度传感器，一般安装在排气歧管、前排气管内、后排气管上，是发动机电控系统中一个非常重要的的传感器，其功能是通过监测排气中氧离子的含量来获得混合气的空燃比信号，并将空燃比信号转变成电子信号输入发动机ECU。ECU根据氧传感器信号对喷油时间进行修正，实现空燃比反馈控制（闭环控制），从而将空燃比控制在14.7左右（过量空气系数为0.98~1.02），使发动机得到最佳浓度的混合气，从而达到降低有害气体排放和节油的目的。             二、汽车氧传感器的作用 汽车氧传感器对汽车电喷系统的正常工作起着非常重要的作用。汽车电子控制燃油喷射发动机正常运转和尾气排放的有效控制起着至关重要的作用，一旦氧传感器及其连接线路出现故障，不但会使排放超标，还会使发动机工况恶化，导致怠速熄火、发动机运转失准等各种故障。因此，适时地对氧传感器进行监测和观察，对保证汽车在良好状态下运行很重要。                        三、汽车氧传感器的分类 目前，汽车发动机燃油喷射系统采用的氧传感器分为氧化锆型传感器和氧化钛型传感器俩中。氧化锆型传感器又分为加热型和非加热型，氧化钛型传感器一般都为加热型。由于氧化锆型传感器价格便宜，且不易受到硅离子的腐蚀，因此大多汽车都采用氧化锆型传感器。     氧化锆和氧化钛等敏感材料在高温时与废气中的氧发生反应，输出微弱的电压信号。随着废气中含氧量的不同，产生和输出的电压值不同，从而对废气中氧的含量进行监测。     以氧化锆式传感器为例，传感器内侧通大气，外侧暴露在排气管中，高温时(400℃以上)，若氧化锆内表面处气体中所含氧的浓度，与外表面处气体所含氧的浓度有很大差别，氧化锆元件内、外侧两极间就产生一个电压。         当混合气浓度较稀时，排气中氧的含量较高，传感器元件内、外侧浓度差别很小，氧化锆传感器产生的电压低(接近0伏);反之，混合气过浓，在排气中几乎没有氧，传感器内、外两侧氧的浓度相差很大，氧化锆元件就产生高电压(约1.0伏)。     这样，通过监测废气中氧的含量，进而监测到可燃混合气中空气与汽油浓度的比例变化。 ECU就可以根据氧气浓度的大小，决定混合气体的配比。　     废气中氧气浓度高。废气中氧气的百分比很大时，ECU将据此判定空燃比大，即混合气很稀。ECU内氧传感器不断得到空燃比的信息，并要据实际空燃比操纵EBCU（电控进气阀）调节进入化油器进气口的空气量。如果混合气太浓，就允许较多空气进入，使其变稀：如果混合气太稀，就允许较少空气进入，使其变浓些。如此往复循环，ECU以这种方式，不断地增减空燃比，使实际空燃比接近理论空燃比。       氧化锆传感器基本结构 。氧化锆型传感器的结构主要由钢质        护管、钢制壳体、锆管、加热元件、电极引线、防水护管、线束插头等组成，如图。     图氧化锆式氧传感器的结构 1一防护置；2一氧化锆体；3一壳体；4～输出接头；5一外套；6一导线；7一电动势；8一大气一侧的白金电极；9一固态电解质(氧化锆元素)；10一排气一侧的白金电极 锆管是在二氧化锆固体粉末中添加电解质，经过加压成形，再烧结而成的，其加工工艺与火花塞绝缘体的加工工艺完全相同。锆管制作成试管形状，以便氧离子能均匀地扩散与渗透。高管的内表面通进气，外表面同排气。     高管强度很低，而且安装在排气管上承受排气压力冲击，为了防止其受排气压力冲击而破碎，因此将锆管装在钢制护管内。护管上有若干个小孔，以便排气流通。在钢质壳体上只有六角螺母和螺纹，以便安装和拆卸。     低挡轿车大都采用非加热型氧传感器，其线束插头只有一个或俩个接线端子；中高档轿车采用加热型氧传感器，其线束插头有三个或四个接线端子。加热元件采用陶瓷制成，设在锆管内侧，由汽车电源通入电流进行加热。氧化锆型传感器在300℃以上的环境时，才能输出稳定信号电压，加热的目的是保证低温（排气温度在150℃~200℃以下）时传感器能投入工作，从而减少有害气体的排量。     氧化钛传感器基本结构。氧化钛传感器是利用二氧化钛作为敏感元件，二氧化钛属于N型半导体材料，其阻值取决于材料温度以及周围环境中的氧离子的浓度，因此可以用来检测排气中的氧离子的浓度。     基本结构。氧化钛型传感器的外形与氧化锆型传感器相似，其结构主要由二氧化锆传感器元件、钢制壳体、加热元件和电极引线等组成。     钢制壳体上制有螺纹，以便传感器安装。与氧化锆型传感器不同的是，氧化钛型传感器不需要与大气进行氧气浓度比较，因此传感元件的密封与防水十分简单，利用玻璃或滑石粉等材料即可达到使用要求。此外，在电极引线与护套之间设有一个硅橡胶密封衬垫，可以防止水汽侵入传感器内部而腐蚀电极。     加热元件用钨丝或陶瓷材料制成，加热的目的此是使二氧化钛芯温度度保持恒定，使输出特性不受温度的影响。二氧化钛是一种多孔性的陶瓷材料，可以利用热传导方式对芯或厚膜直接加热，达到规定温度600℃的加热时间短，对降低发动机刚刚起动后HC的排放量十分有利。     氧化钛传感器工作原理。二氧化钛半导体材料的电阻具有随氧离子浓度变化而变化得特性，因此，二氧化钛传感器的信号源相当于一个可变电阻。     当发动机的可燃混合气浓时，燃烧不完全，排气中氧剩余很少，传感元件周围的氧离子浓度较小，二氧化钛呈高阻状态，输出高电平。与此同时在铂的催化作用下，使剩余氧离子与排气中的一氧化碳产生化学反应，生成二氧化碳，将排气中的一氧化碳进一步消耗，从而大大提高传感器的灵敏度。     当发动机的可燃混合气稀时，排气中的氧离子较多，传感元件周围的氧离子浓度较大，二氧化钛呈低阻状态，输出低电平。 可见，氧化钛传感器的电阻将在混合气空燃比等于1是产生突变。当给氧传感器施加稳定的电压时，在其输出端便可得到一个交替变化的信号。该稳定电压一般由ECU内部的稳定电源提供。               四、汽车氧传感器易出现的问题     氧传感器是在高温环境下工作的，汽车行驶十万公里就应该更换之。氧传感器的主要损坏形式有两种，一种是被碳粒堵塞，电子控制器(ECU)会发出减少喷油量的指令，使混合气过稀;第二种是尘土和机油堵塞氧传感器与大气的通孔，电子控制器又会指示喷油器多喷油，引起混合气过浓。如果使用了含铅汽油或者发动机在维修时使用了不合要求的硅密封胶，还会造成氧传感器早期损坏。      具体情况如下：     1.铅中毒     铅中毒：使用了含铅汽油的车辆，铅会沾附、沉积在传感器的工作面而发生铅“中毒”。使用含铅汽油的车辆，即使是新的氧传感器，也只能正常行驶几千公里。如果只是轻微的铅中毒，接着使用不含铅的汽油，可清除氧传感器表面的铅，使其恢复正常工作。但往往由于过高的排气温度，而使铅侵入其内部，阻碍了氧离子的扩散，使氧传感器失效，这时就只能更换了。     2硅中毒     硅中毒：一般来说，汽油和润滑油中含有的硅化合物燃烧后生成的二氧化硅，硅橡胶密封垫圈使用不当散发出的有机硅气体，都会使氧传感器失效，因而要使用质量好的燃油和润滑油。修理时要正确选用和安装橡胶垫圈，不要在传感器上涂敷制造厂规定使用以外的密封胶和防粘剂等。硅胶也叫室温硫化(RTV)胶。任何含有醋酸(起硫化作用)的硅密封胶都会损害氧传感器。（含醋酸的硅胶，如果用于发动机上润滑油流动的部位，醋酸会蒸发进入曲轴箱或者气门区，然后经过废气再循环系统进入进气管，在正常工况下，就会经发动机由排气管排出，从而损害氧传感器）。有时发动机温度过高，也易导致氧传感器的早期损坏。     3.积碳     发动机燃烧不好，在氧传感器表面形成积碳，或氧传感器内部进入了油污或尘埃等沉积物，会阻碍或阻塞外部空气进入氧传感器内部，使氧传感器输出的信号失准，导致ECU不能及时地修正空燃比。产生积碳主要表现为油耗上升、排放浓度明显增加。此时，若将沉积物清除，就会恢复正常工作。禁止使用清洗液、油性液体或挥发性固体等清洗氧传感器表面。     4.氧传感器陶瓷碎裂     氧传感器的陶瓷硬而脆，用硬物敲击或用强烈气流吹洗，都可能使其碎裂而失效。因此，拆装时要特别小心，发现问题及时更换。     5.加热器电阻丝烧断 如果加热器电阻丝烧蚀，就很难使传感器达到正常的工作温度而失去作用。     6.氧传感器线路故障     氧传感器线路是屏蔽型，因此使用维修中线路的内部断脱、线路损坏、插接件不密封和插接片锈蚀等都会导致故障出现。保养维修时应仔细检查维护。                 五、汽车氧传感器的维修保养       1.氧传感器加热器电阻的检查        用万用表电阻档测量氧传感器接线端中加热电阻接柱（白色）与搭铁接柱（白色）之间的电阻，其阻值为20℃时1-6Ω（7081BD\BD1）或12Ω（7110）(参考具体车型维修手册)。电阻值若为无穷大，则是加热电阻烧断，如不符合标准，应更换氧传感器。     2.氧传感器反馈电压的测量    测量氧传感器的反馈电压时，应拔下氧传感器的线束插头，对照车型的电路图，从氧传感器的反馈电压输出接线柱上引出一条细导线，然后插好线束插头，在发动机运转中，从引出线上测出反馈电压(有些车型也可以由故障检测插座内测得氧传感器的反馈电压，如丰田汽车公司生产的系列轿车都可以从故障检测插座内的OX1或OX2端子内直接测得氧传感器的反馈电压)。      对氧传感器的反馈电压进行检测时，最好使用具有低量程(通常为2V)和高阻抗(内阻大于10MΩ)的指针型万用表。具体的检测方法如下：    1)将发动机热车至正常工作温度(或起动后以2500r/min的转速运转2min)；    2)将万用表电压档的负表笔接故障检测插座内的E1或蓄电池负极，正表笔接故障检测插座内的OX1或OX2插孔，或接氧传感器线束插头上的号|出线；    3)让发动机以2500r/min左右的转速保持运转，同时检查电压表指针能否在0-1V之间来回摆动，记下10s内电压表指针摆动的次数。在正常情况下，随着反馈控制的进行，氧传感器的反馈电压将在0.45V上下不断变化，10s内反馈电压的变化次数应不少于8次。如果少于8次，则说明氧传感器或反馈控制系统工作不正常，其原因可能是氧传感器表面有积碳，使灵敏度降低所致。对此，应让发动机以2500r/min的转速运转约2min，以清除氧传感器表面的积碳，然后再检查反馈电压。如果在清除积碳可后电压表指针变化依旧缓慢，则说明氧传感器损坏，或电脑反馈控制电路有故障。      4）检查氧传感器有无损坏      拔下氧传感器的线束插头，使氧传感器不再与电脑连接，反馈控制系统处于开环控制状态。将万用表电压档的正表笔直接与氧传感器反馈电压输出接线柱连接，负表笔良好搭铁。在发动机运转中测量反馈电压，先脱开接在进气管上的曲轴箱强制通风管或其他真空软管，人为地形成稀混合气，同时观看电压表，其指针读数应下降。然后接上脱开的管路，再拔下水温传感器接头，用一个4-8KΩ的电阻代替水温传感器，人为地形成浓混合气，同时观看电压表，其指针读数应上升。也可以用突然踩下或松开加速踏板的方法来改变混合气的浓度，在突然踩下加速踏板时，混合气变浓，反馈电压应上升；突然松开加速踏板时，混合气变稀，反馈电压应下降。如果氧传感器的反馈电压无上述变化，表明氧传感器已损坏。    另外，氧化钛式氧传感器在采用上述方法检测时，若是良好的氧传感器，输出端的电压应以2.5V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。若电阻值很大，说明传感器是好的，否则应更换传感器。     3. 氧传感器外观颜色的检查      从排气管上拆下氧传感器，检查传感器外壳上的通气孔有无堵塞，陶瓷芯有无破损。如有破损，则应更换氧传感器。      通过观察氧传感器顶尖部位的颜色也可以判断故障：    ① 淡灰色顶尖：这是氧传感器的正常颜色；    ② 白色顶尖：由硅污染造成的，此时必须更换氧传感器；    ③ 棕色顶尖：由铅污染造成的，如果严重，也必须更换氧传感器； ④ 黑色顶尖：由积碳造成的，在排除发动机积碳故障后，一般可以自动清除氧传感器上的积碳。                       六、汽车氧传感器的市场状况           汽车行业是目前国际上应用传感器的最大市场之一，现在世界上汽车年产量4000万辆以上，其中，日本的年产量达1000万辆以上。从世界各国工夫的专利情况来看，各主要汽车生产厂家和电气、元件生产厂家，都很重视汽车传感器的研制和生产，而氧传感器的申报专利数，居汽车传感器的首位，这反映了传感器的难度和各国的重视程度，控制汽车空/燃比用的氧传感器日本以每年50～60%的速度增长着。 就我国来说，仅近三年需改进加汽车氧传感器的就车就有2000万辆，每年新生产的轿车所需的氧传感器也超过200万个。目前，一辆普通家用轿车上大约安装几十个到近百个传感器，而豪华轿车上的传感器也超过二百余只。所以，氧传感器（氧探头）的市场前景非常广阔。（倍速智能汽车氧传感器供稿）