氧传感器原理与检测方法

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1、实用标准文案《汽车微电脑控制系统与故障检测》王忠良人民邮电出版社氧浓度传感器氧浓度传感器(又称氧传感器)是发动机电子控制系统中一个重要的传感器，其作用就是把排气中氧的浓度转换为电压信号，微电脑根据氧浓度传感器输入的信号判断混合气的浓度，进而修正喷油量，最终将缸内混合气的浓度控制在理想空燃比14．7附近。现代汽车为了降低发动机排气中的有害成分(CO、HC、NOX等)的含量，在排气管中安装了三元催化转换装置。三元催化转换装置内有三元催化剂(常用的是铂、钯、铑)，三元催化剂能促使排气中的有害成分进行化学反应，可使CO氧化为CO2，使HC氧化为CO2和H2O，将NOx还原为N2。但是，只有当发动机在1

2、4．7空燃比附近的一个很小范围内运转时，三元催化剂才能同时促进氧化、还原反应，三元催化转换装置的转换效率才最高，排气中有害物质的含量才最低。因此，现代汽车中均安装了氧传感器。氧传感器的数量因车而异，有的发动机只有一个氧传感器：有的双排气管发动机在左、右排气管上各安装一个氧传感器，这样该系统就有两个氧传感器，即左氧传感器和右氧传感器；也有的双排气管发动机在每个排气管的三元催化转换装置前、后各安装一个氧传感器(分别叫主、副氧传感器)，这样该系统共有4个氧传感器，即左主氧传感器、左副氧传感器、右主氧传感器以及右副氧传感器。氧传感器安装在排气管中排气消音器的前面。一、氧传感器的结构与工作原理氧传感器根

3、据内部敏感材料的不同分为氧化锆式(也称锆管式)和氧化钛式两种。1．氧化锆式氧传感器氧化锆式氧传感器是目前应用最多的氧传感器，它主要由锆管、电极等组成，如图1—42图l—42氧化锆式氧传感器的结构氧化锆式氧传感器内部的敏感元件是二氧化锆(ZrO2)固体电解质。在二氧化锆固体电解质粉末中添加少量的添加剂并烧制成管状，便称为锆管。紧贴锆管内、外表面的是作为锆管内、外电极的铂膜，内、外电极通过电极引线与传感器的线束插接器相连。锆管的内电极与外界大气相通，外电极与排气管内的排气相通。为防止发动机排出的废气腐蚀外层的铂电极，在外层铂电极表面都覆盖着一层多孔性的陶瓷层。作为锆管外电极的金属铂的另一个重要作用

4、是催化作用，对排气中(尤其是外电极铂膜附近)的一氧化碳(CO)和氧气(O2)起催化作用，使其反应生成二氧化碳(CO2)，其化学反应式为：2CO+O22CO2这种催化作用尽可能多地使浓混合气燃烧后排放废气中的低浓度氧气(O2)和高浓度一氧化碳(CO)发生化学反应(甚至可使氧气全部参加反应)。这样既减少了废气中一氧化碳精彩文档实用标准文案的含量，又增大了锆管内、外层之间的氧浓度差，增大了锆管的输出信号电压。由于氧化锆陶瓷管的强度很低，为了防止因排气压力冲击而致使陶瓷管破碎，因而在锆管的外部套有一个带长缝槽的耐热金属保护套(管)，保护套(管)上的长缝槽是用于使排气流通。发动机运转时，排气管内废气从锆

5、管外电极表面的陶瓷层渗入，与外电极接触，内电极与大气接触。锆管内、外侧存在氧浓度差，使氧化锆电解质内部的氧离子开始向外电极扩散，扩散的结果是在内、外电极之间产生电位差，形成了一个微电池。其外电极为锆管负极，内电极为锆管正极。图1—43为氧传感器的工作原理图。氧化锆式氧传感器的输出电压特性是：当汽缸内混合气较浓时，排气中氧的含量较低，一氧化碳的含量相对较高，而且在锆管外电极铂膜的催化作用下排气中的氧几乎全部参加反应，生成了二氧化碳，使锆管外表面上氧离子浓度几乎为零，而锆管的内表面与大气相通，氧离子浓度很大，锆管内、外两侧氧浓度差很大，因此在内、外电极之间产生了较大的电压信号(0．8～1．0V)。

6、当汽缸内混合气较稀时，排气中氧的含量较高，一氧化碳的含量相对较低，即使一氧化碳全部与氧离子参加反应，锆管外表面还是有多余的氧离子存在，锆管内、外两侧氧浓度差小，因此在内、外电极之间只产生较小的电压信号(约0．1V)。精彩文档实用标准文案由图1—44所示的氧传感器特性曲线可以看出，氧传感器的输出电压在理想空燃比(即14．7)附近发生突变。混合气空燃比稍高于14．7时，氧传感器输出信号电压几乎为零；混合气空燃比稍低于14．7时，氧传感器输出信号电压接近1．0V；混合气空燃比为14．7时，氧传感器输出信号电压约为0．45V。如图1—45所示，如果没有外电极铂的催化作用，使锆管外侧的氧离子急剧减少到零

7、，那么在浓混合气时就不会有接近1.0V的高电压信号，传感器的输出信号也不会在混合气由浓变稀时出现跃变现象，这正是使用铂电极的另一个重要因素。在氧化锆式氧传感器的使用过程中，氧传感器的外侧铂电极会因汽油和润滑油硫化产生的硅酮等颗粒物质附着在其表面上而逐渐失效，内侧铂电极也会被传感器内部端子处用于防水的橡胶逐渐污染，因此氧化锆式氧传感器应定期更换。氧化锆式氧传感器的工作状态与工作温度有着密切的关系。氧