發(fā)動(dòng)機故障燈

　　

如果車(chē)輛的年限比較久的話(huà)，很多情況下，這個(gè)故障燈一般都會(huì )和某個(gè)部件名詞相關(guān)——發(fā)動(dòng)機氧傳感器。接下來(lái)，我們就和大家一起聊一聊這個(gè)與汽車(chē)發(fā)動(dòng)機緊密相關(guān)的氧傳感器。

 

　　

 

氧傳感器

　　

對汽車(chē)發(fā)動(dòng)機而言，氧傳感器并不是一開(kāi)始就存在的，為滿(mǎn)足環(huán)保部門(mén)日益嚴格的汽車(chē)排放要求，電噴發(fā)動(dòng)機越來(lái)越得到廣泛應用，氧傳感器則是電噴發(fā)動(dòng)機中的一個(gè)非常重要的部件。

　　

在使用三元催化轉換器減少排氣污染的發(fā)動(dòng)機上，氧傳感器是必不可少的元件。由于混合氣的空燃比一旦偏離理論空燃比，三元催化劑對CO、HC和NOx的凈化能力將急劇下降，故在排氣管中安裝氧傳感器，用以檢測排氣中氧的濃度，并向ECU發(fā)出反饋信號，再由ECU根據來(lái)自氧傳感器的信號差別判斷空燃比的低或高，并相應地控制噴油持續的時(shí)間。

　　

同時(shí)，氧傳感器還能彌補由于機械及其它件磨損而引起空燃比的誤差?？梢哉f(shuō)，它是電噴系統中唯一有“智能”的傳感器。

　　

　　

氧傳感器是利用陶瓷敏感元件測量各類(lèi)加熱爐或排氣管道中的氧電勢，由化學(xué)平衡原理計算出對應的氧濃度，從而達到監測和控制燃燒空燃比，以保證產(chǎn)品質(zhì)量及尾氣排放達標的測量元件。

　　

其實(shí)，氧傳感器并不僅僅應用在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機，它還廣泛應用于各類(lèi)煤燃燒、油燃燒、氣燃燒等爐體的氣成分控制，它是目前最佳的燃燒氣成分測量方式，具有結構簡(jiǎn)單、響應迅速、維護容易、使用方便、測量準確等優(yōu)點(diǎn)。運用該傳感器進(jìn)行燃燒氣成分測量和控制既能穩定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，又可縮短生產(chǎn)周期，節約能源。

 

　

氧傳感器的結構

　　

　

氧傳感器內部結構

　　

氧傳感器是利用了Nernst原理。其核心元件是一種多孔的ZrO2陶瓷管，它是一種固態(tài)電解質(zhì)，兩側面分別燒結上多孔鉑（Pt）電極。在一定溫度下，由于兩側氧濃度不同，高濃度側(陶瓷管內側4)的氧分子被吸附在鉑電極上與電子（4e）結合形成氧離子O2-，使該電極帶正電，O2-離子通過(guò)電解質(zhì)中的氧離子空位遷移到低氧濃度側(廢氣側)，使該電極帶負電, 即產(chǎn)生電位差，且濃度差越大，電位差越大。

　　

大氣中氧的含量為21%，濃混合氣燃燒后的廢氣實(shí)際上不含氧，稀混合氣燃燒后生成的廢氣或因缺火產(chǎn)生的廢氣中含有較多的氧，但仍比大氣中的氧少得多。

　　

在高溫及鉑的催化下，帶負電的氧離子吸附在氧化鋯套管的內外表面上。由于大氣中的氧氣比廢氣中的氧氣多，套管上與大氣相通一側比廢氣一側吸附更多的負離子，兩側離子的濃度差產(chǎn)生電動(dòng)勢。

　　

當套管廢氣一側的氧濃度低時(shí)，在電極之間產(chǎn)生一個(gè)高電壓(0。6～1V)，這個(gè)電壓信號被送到ECU放大處理，ECU把高電壓信號看作濃混合氣，而把低電壓信號看作稀混合氣。根據氧傳感器的電壓信號，電腦按照盡可能接近14.7：1的理論最佳空燃比來(lái)稀釋或加濃混合氣。

　　

因此氧傳感器是電子控制燃油計量的關(guān)鍵傳感器。氧傳感器只有在高溫時(shí)(端部達到300°C以上)其特性才能充分體現，才能輸出電壓。它在約800°C時(shí)，對混合氣的變化反應最快，而在低溫時(shí)這種特性會(huì )發(fā)生很大變化。

　　

　　

實(shí)際應用的氧傳感器有氧化鋯式氧傳感器和氧化鈦式氧傳感器兩種。而常見(jiàn)的氧傳感器又有單引線(xiàn)、雙引線(xiàn)和三根引線(xiàn)之分；單引線(xiàn)的為氧化鋯式氧傳感器；雙引線(xiàn)的為氧化鈦式氧傳感器；三根引線(xiàn)的為加熱型氧化鋯式氧傳感器，原則上三種引線(xiàn)方式的氧傳感器是不能替代使用的。

　　

　　

氧化鋯式氧傳感器主要由氧化鋯（ZrO2）、和護套組成。氧化鋯式氧傳感器有加熱式的和非加熱式的兩種。加熱式的氧傳感器在鋯管中間有加熱棒， 鋯管是由陶瓷體制成、固定在帶有安裝螺紋的固定套中。

　　

導人排插入排氣管中，它的內表面與空氣相通，外表面與廢氣相通。鋯管的內、外表面覆蓋一層多孔性鉑膜作電極，為防止廢氣腐蝕鉑膜，在鋯管外表面的鉑膜層上覆蓋一層多孔陶瓷層，并有一個(gè)防護套管，套管上開(kāi)有槽口或孔。

　　

氧傳感器的接線(xiàn)端有一個(gè)金屬護套，上面開(kāi)有孔，使鋯管內表面與空氣相通，電線(xiàn)將鋯管內表面鉑極經(jīng)絕緣套從傳感器引出。

 

　

氧化鋯式傳感器結構

　　

　

帶加熱的氧化鋯式傳感器結構

　　

　　

優(yōu)點(diǎn)：結構簡(jiǎn)單、響應迅速、維護容易、使用方便、測量準確。運用該傳感器進(jìn)行燃燒氣氛測量和控制既能穩定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，又可縮短生產(chǎn)周期，節約能源。

　　

缺點(diǎn)：其缺點(diǎn)是這種特性只有在溫度較高時(shí)（600℃左右）才充分體現出來(lái)。在低溫時(shí)，這種特性會(huì )發(fā)生很大變化。

　　

　　

相對于氧化鋯型的氧傳感器是以產(chǎn)生電壓的訊號，氧化鈦(TiO2)型則是利用電阻的變化來(lái)判別其中的含氧量。在某個(gè)溫度以上鈦與氧的結合微弱，在氧氣極少的情況下就必須放棄氧氣，因此缺氧而形成低電阻的氧化半導體。

　　

相反的，若氧氣較多，則形成高電阻的狀態(tài)。就像水溫度傳感器一樣，有著(zhù)電阻高低的變化，這時(shí)只要供給一參考電壓，即可由電壓來(lái)可知冷卻水的溫度。

　　

　　

氧化鈦式傳感器結構

　　

　　

氧化鈦式氧傳感器對比氧化鋯式氧傳感器的工作原理有很大的不同，它是利用多孔狀導體TiO2的導電性隨排氣中氧含量的變化而變化的特性制成的，故又稱(chēng)電阻性氧傳感器。

　　

這種傳感器的結構簡(jiǎn)單、體積小、成本低，但是在300℃～900℃工作時(shí)，電阻值隨溫度變化較大，所以必須用溫度補償的方法來(lái)提高精度，通常用另一個(gè)實(shí)心TiO2導體作為溫度補償。

　　

　　

前面提到過(guò)，氧傳感器并不僅僅應用在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機，它還廣泛應用于各類(lèi)燒煤、燒油、燒氣等爐體的氣成分控制，甚至在醫療領(lǐng)域也有廣泛應用。

　　

但汽車(chē)行業(yè)是目前國際上應用傳感器的最大市場(chǎng)之一，而從世界各國公布的專(zhuān)利情況來(lái)看，氧傳感器的申報專(zhuān)利數，居汽車(chē)傳感器的首位。因此氧傳感器（氧探頭）的市場(chǎng)前景非常廣闊。

　　

　　

　　

汽油和機油中含有鉛、硫、磷等雜質(zhì)，會(huì )使傳感器性能大幅下降．而灰塵、油、硅等成分則會(huì )堵塞傳感器保護層和電極。為此，需改進(jìn)保護層材料，使傳感器元件抗劣化性能提高。

　　

可采取的方式有使用吸附效果、催化作用好的材料，使雜質(zhì)被吸附、聚集在保護層上并得到轉化。同時(shí)通過(guò)添加適當材料改進(jìn)制造工藝．使保護層透氣性能增強，減小響應時(shí)間。

　　

　　

對于汽車(chē)用氧傳感器其工作環(huán)境很惡劣．工作時(shí)處于500℃～800℃的高溫下，平時(shí)還要承受一30℃左右的氣候溫度的影響。因此，擴大其工作溫度范圍，尤其是商溫區工作穩定性，耐久性，成為材料改進(jìn)的一個(gè)方向。

　　

同時(shí)整個(gè)元件在很大溫差快速變化下，其可靠性、抗劣化性的改進(jìn)也是～個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。普遍采取的方法是，從材料添加劑入手，改進(jìn)電極材料、敏感材料在高溫時(shí)的穩定性，改進(jìn)工藝，提高電極與敏感材料的附著(zhù)力。

　　

　　

這樣可使氧傳感器能連續計量控測從過(guò)濃區域空/燃比向稀薄區域(貧油區)的整個(gè)狀態(tài)，實(shí)現廠(chǎng)域反饋控制。

　　

　　
由子西方發(fā)達國家對排放廢氣法規的目趨嚴格，因而要求氧傳感器測量信號的精度不斷提高，以利于提高控制能力。同時(shí)對瞬時(shí)變化的排氣也要求做到及時(shí)測量修正。因此，這也成為改進(jìn)材料性能的一個(gè)主要方向。

　　

　　

上世紀90年代，汽車(chē)排放污染已日漸成為人們關(guān)注的熱門(mén)話(huà)題。隨著(zhù)我國汽車(chē)排放法規的逐步規范和社會(huì )對汽車(chē)排放污染物控制的重視，電噴發(fā)動(dòng)機在我國開(kāi)始普及。經(jīng)過(guò)近二十年的發(fā)展，電噴發(fā)動(dòng)機技術(shù)已日益成熟，而汽車(chē)排放污染也得到了逐步控制，這都和發(fā)動(dòng)機上一個(gè)重要的部件—氧傳感器密不可分。

　　

確切地說(shuō)，電噴發(fā)動(dòng)機采用了混合氣成分的閉環(huán)控制和三元催化反應裝置的聯(lián)合使用技術(shù)，這是目前為止汽油機最有效的凈化排氣的方法。三元催化轉化器能有效地凈化CO,HC和NOx這三種有害氣體，但其凈化效率嚴格依賴(lài)于混合氣濃度必須保持在理論空燃比（14.7:1）附近的狹小范圍內。一旦混合氣體濃度偏離了這個(gè)范圍，三元催化轉化器凈化排氣污染物的能力便急劇下降。正是由于空燃比的變化會(huì )引起排氣中氧濃度相應的變化，因此，便在排氣管中設置了氧傳感器。

　　

氧傳感器隨時(shí)檢測排氣中的氧濃度，并隨時(shí)向汽車(chē)的電控單元反饋信號。電控單元根據反饋信號及時(shí)調整噴油量，如信號反映混合氣偏濃，則減少?lài)娪蜁r(shí)間；反之，則增加噴油時(shí)間，從而使混合氣的空燃比始終保持在理論空燃比附近。這就是所謂的發(fā)動(dòng)機閉環(huán)控制。

　　

氧傳感器是實(shí)現這一閉環(huán)控制必不可少的重要部件，它對發(fā)動(dòng)機排放控制起著(zhù)不可或缺的作用?，F代電噴發(fā)動(dòng)機一般裝有前后兩只氧傳感器，三元催化轉化器效率監測，必須使用位于三元催化轉化器后方的第二個(gè)氧傳感器。當三元催化轉化器工作正常時(shí)，位于三元催化器前方的氧傳感器的變動(dòng)次數應高于后方的氧傳感器，監測器比較前／后氧傳感器的變動(dòng)次數來(lái)判定三元催化轉化器老化與否。

　　

　　

 

　　

氧傳感器一旦出現故障，汽車(chē)電控單元就不能接收空燃比反饋信號，因而不能對空燃比進(jìn)行反饋控制，會(huì )使發(fā)動(dòng)機油耗和排氣污染增加，發(fā)動(dòng)機出現怠速不穩、缺火、喘振等故障現象。

　　

　　

氧傳感器中毒是經(jīng)常出現并且較難防治的一種故障，氧傳感器頂尖部位的正常顏色為淡灰色，當頂尖部位的顏色為白色則是硅中毒，顏色為棕色則是鉛中毒。

　　

隨著(zhù)環(huán)保要求的日益提高，我國已全面禁止使用含鉛汽油，這也避免了氧傳感器鉛中毒的問(wèn)題。

　　

　　

積碳的氧傳感器頂部是碳黑色的。積碳粘附在氧傳感器表面，讓對氧敏感材料不能與排氣充分接觸，積碳少的情況下，可能出現輸出信號失準，積碳過(guò)多的情況下，氧傳感器會(huì )完全失效。

　　

　　

氧化鋯氧傳感器的陶瓷硬并且脆，在安裝或維修過(guò)程中要避免用較硬的工具敲擊或者是用強烈氣流吹洗，這樣都有可能會(huì )使陶瓷碎裂，所以要特別注意。

　　

　　

加熱器電阻絲是給氧傳感器進(jìn)行加熱，讓其可以提前進(jìn)入工作狀態(tài)，如果加熱器電阻絲燒蝕，就很難使傳感器達到正常的工作溫度而失去作用。

　　

　　

氧傳感器內部線(xiàn)路有很多是由線(xiàn)束和端子連接不良造成的，故障還可能是由于其它電系統干涉和機械或化學(xué)損壞所造成的，有時(shí)會(huì )因為檢修或其它原因導致其線(xiàn)路斷路或脫落。

　　

　　

將點(diǎn)火開(kāi)關(guān)置于“OFF”，拔下氧傳感器的導線(xiàn)連接器，用萬(wàn)用表歐姆擋測量氧傳感器接線(xiàn)端中加熱器端子與搭鐵端子間的電阻（具體端子請查閱相關(guān)車(chē)型的維修手冊），其電阻值應符合標準，一般為4～40Ω（具體數值參見(jiàn)具體車(chē)型說(shuō)明書(shū)）。如不符合標準，應更換氧傳感器。測量后，重新連接好氧傳感器線(xiàn)束，以便作進(jìn)一步的檢測。

 

　

 

　　

測量氧傳感器反饋電壓時(shí)，應先拔下氧傳感器線(xiàn)束連接器插頭，使用汽車(chē)電路測試跨接線(xiàn)進(jìn)行測量，在發(fā)動(dòng)機運轉時(shí)從引出線(xiàn)上測量反饋電壓。在對氧傳感器的反饋電壓進(jìn)行檢測時(shí)，最好使用指針型的電壓表，以便直觀(guān)地反映出反饋電壓的變化情況。發(fā)動(dòng)機氧傳感器反饋電壓檢測的具體步驟：

　　

(1)、將發(fā)動(dòng)機運轉至正常工作溫度。

　　

(2)、把電壓表的負表筆連接搭鐵端或負極，正表筆接氧傳感器線(xiàn)束插頭上引出的測試線(xiàn)。

　　

(3)、讓發(fā)動(dòng)機以2500r/min左右的轉速保持運轉，同時(shí)檢查電壓表指針能否在0-1V之間來(lái)回擺動(dòng)，記下10s內電壓表指針擺動(dòng)次數。在正常情況下，隨著(zhù)反饋控制的進(jìn)行，氧傳感器的反饋電壓將在0.4V上下不斷變化，10s內反饋電壓的變化次數應不少于8次。如果使用數字萬(wàn)用表，則記錄下變化的次數。

　　

(4)、若電壓表指針在10s內的擺動(dòng)次數等于或多于8次，則說(shuō)明氧傳感器及反饋控制系統工作正常；電壓表指針若在10s內的擺動(dòng)次數少于8次，則說(shuō)明氧傳感器或反饋控制系統工作不正常，可能是氧傳感器表面有積碳而使靈敏度降低，此時(shí)應讓發(fā)動(dòng)機以2500r/min的轉速運轉約2min，以清除氧傳感器表面的積碳；若電壓表指針變化依舊緩慢，則為氧傳感器損壞或ECU反饋控制電路有故障。

　　

　　

1、淡灰色頂尖：這是氧傳感器的正常顏色；

　　

2、白色頂尖：由硅污染造成的，此時(shí)必須更換氧傳感器；

　　

3、棕色頂尖：由鉛污染造成的，如果嚴重，也必須更換氧傳感器；

　　

4、黑色頂尖：由積碳造成的，在排除發(fā)動(dòng)機積碳故障后，一般可以自動(dòng)清除氧傳感器上的積碳。

　　

　　

汽車(chē)氧傳感器最早是由Bosch公司于1976年發(fā)明的，該產(chǎn)品一經(jīng)問(wèn)世就得到社會(huì )的廣泛關(guān)注和認同，一些大的汽車(chē)零部件配套企業(yè)也紛紛開(kāi)發(fā)自己的氧傳感器，如通用、本田、豐田、日立、現代、大宇等汽車(chē)整車(chē)企業(yè)都有其專(zhuān)門(mén)配套的氧傳感器。后來(lái)，逐步形成了現在的幾大氧傳感器生產(chǎn)企業(yè)并存的格局。

　　

現在，生產(chǎn)汽車(chē)氧傳感器的主要有Bosch、Delphi、Denso、NTK、Kefico等，以及其在各地的一些合資公司和子公司。其中Bosch公司為最大的氧傳感器生產(chǎn)企業(yè)。另外，國外一些陶瓷企業(yè)，依靠其強大的陶瓷開(kāi)發(fā)能力，生產(chǎn)氧傳感器敏感元件和陶瓷加熱器，如日本京瓷。

　　

　　

　　

　　

 

博世公司于1976年研制出了世界上第一只汽車(chē)氧傳感器，1982年又率先開(kāi)發(fā)了加熱型汽車(chē)氧傳感器，能使汽車(chē)冷啟動(dòng)后30s內進(jìn)入完全工作狀態(tài)，1994年又開(kāi)發(fā)出平面陶瓷結構氧傳感器，將反應時(shí)間縮短到10s?，F在其每年的氧傳感器產(chǎn)量已超過(guò)3500萬(wàn)只，世界上許多中高檔車(chē)大都采用了博世氧傳感器。

　　

 

　

 

德?tīng)柛Ｑ鮽鞲衅鲬梅浅V泛，除了在美國本部生產(chǎn)氧傳感器外，其與韓國大宇合作的KDAC公司、中國的德?tīng)柛Ｈf(wàn)源發(fā)動(dòng)機管理系統有限公司、德?tīng)柛Ｆ?chē)系統國際公司、德?tīng)柛Ｆ?chē)系統技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司等眾多公司也都提供氧傳感器，特別是在中國，幾乎所有的汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)都有用到德?tīng)柛；蚱湓谌A公司提供的氧傳感器。

　　

 

　

 

Denso公司生產(chǎn)氧傳感器的時(shí)間也比較早，其產(chǎn)品除為豐田汽車(chē)配套外，還供應英國捷豹、路虎、日本鈴木和我國的一汽、上海通用等汽車(chē)公司。電裝中國的氧傳感器生產(chǎn)企業(yè)主要集中在天津電裝電子有限公司，產(chǎn)品主要供應長(cháng)安鈴木和四川豐田。

　　

 

　　

 

NGK公司從1982開(kāi)始生產(chǎn)汽車(chē)氧傳感器，該公司具有從敏感元件到傳感器成品的全套生產(chǎn)技術(shù)。產(chǎn)品主要在日本本土生產(chǎn)，主要供應美國、歐洲和亞洲地區，現在汽車(chē)氧傳感器已成為該公司主產(chǎn)品之一，應用非常廣泛。

　　

 

　　

 

Kefico公司是韓國現代汽車(chē)集團的子公司， 1993年開(kāi)始生產(chǎn)氧傳感器，其產(chǎn)品主要為現代汽車(chē)及其合資公司配套。

　　

 

　

 

UAES（聯(lián)合汽車(chē)電子有限公司）是由Bosch公司與上海汽車(chē)集團股份有限公司、無(wú)錫威孚高科技股份有限公司和西安昆侖工業(yè)（集團）公司等8家國內大型企業(yè)聯(lián)合投資，專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)車(chē)用電子產(chǎn)品。氧傳感器是其主要產(chǎn)品之一，產(chǎn)品主要供應上海通用、北汽、浙江吉利、安徽奇瑞、保定長(cháng)城等汽車(chē)制造企業(yè)。

　　

 

　　

 

便攜式呼吸機，是一種用于急救的醫療設備，在這種設備工作的時(shí)候，往往需要注意氧氣濃度的變化與氣體氣壓的變化，否則比較容易對正在搶救的患者的身體健康構成一定的威脅，所以在大多數的便攜式呼吸機上面就需要安裝一種測量氧氣濃度的設備，這就是氧氣傳感器。

　　

 

　

 

目前，隨著(zhù)醫療技術(shù)的提高，在國外已經(jīng)出現了一種利用氧氣質(zhì)量病人疾病的方式，它利用將壓縮的氧氣(氣壓高于普通大氣壓值)作用在病變處進(jìn)行質(zhì)量，這種質(zhì)量方式對于熱燒傷、 視網(wǎng)膜動(dòng)脈硬化、一氧化碳中毒、腦外傷、慢性疲勞、免疫功能紊亂以及氣性壞疽等病癥有著(zhù)很好的了解，這也會(huì )是氧氣傳感器在醫療行業(yè)的最新應用之一。

　　

另外，氧傳感器還廣泛用于石油、化工、煤炭、冶金、造紙、消防、市政、氣體排放監測等行業(yè)。

　　

在我國，氧傳感器方面得到了國家政策的大力支持，進(jìn)展比較快，但目前絕大多數氧傳感還限于工業(yè)氧檢測和水融氧檢測方面，在汽車(chē)氧感器方面很少。近年來(lái)，國內許多科研院所也開(kāi)始汽車(chē)用氧傳感器的研究開(kāi)發(fā)，如西安交大、北科大、北京航空航天大學(xué)、中國原子能科學(xué)研究院等，相信不久的將來(lái)，我們一定能我們生產(chǎn)的汽車(chē)上用上我們自己研發(fā)的汽車(chē)氧傳感器。

 

本文來(lái)源于傳感器技術(shù)。