氧傳感器工作原理

www.sail-shipping.com 來源：互聯(lián)網(wǎng) 作者：別克配件管理類別：汽車構(gòu)造維修時間：2007-02-28

1、結(jié)構(gòu)和工作原理
在使用三效催化轉(zhuǎn)化器降低排放污染的發(fā)動機(jī)上，氧傳感器是必不可少的。三效催化轉(zhuǎn)化器安裝在排氣管

的中段，它能凈化排氣中CO、HC和NOx三種主要的有害成分，但只在混合氣的空燃比處于接近理論空燃比的

一個窄小范圍內(nèi)，三效催化轉(zhuǎn)化器才能有效地起到凈化作用。故在排氣管中插入氧傳感器，借檢測廢氣中的

氧濃度測定空燃比。并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號或電阻信號，反饋給ECU。ECU控制空燃比收斂于理論值。

目前使用的氧傳感器有氧化鋯式和氧化鈦式兩種，其中應(yīng)用最多的是氧化鋯式氧傳感器。

（1）氧化鋯式氧傳感器

氧化鋯式氧傳感器的基本元件是氧化鋯陶瓷管（固體電解質(zhì)），亦稱鋯管。鋯管固定在帶有安裝螺紋的

固定套中，內(nèi)外表面均覆蓋著一層多孔性的鉛膜，其內(nèi)表面與大氣接觸，外表面與廢氣接觸。氧傳感器的

接線端有一個金屬護(hù)套，其上開有一個用于鋯管內(nèi)腔與大氣相通的孔；電線將鋯管內(nèi)表面鉑極經(jīng)絕緣套從

此接線端引出。

氧化鋯在溫度超過300℃后，才能進(jìn)行正常工作。早期使用的氧傳感器*排氣加熱，這種傳感器必須在

發(fā)動機(jī)起動運轉(zhuǎn)數(shù)分鐘后才能開始工作，它只有一根接線與ECU相連。現(xiàn)在，大部分汽車使用帶加熱器的

氧傳感器，這種傳感器內(nèi)有一個電加熱元件，可在發(fā)動機(jī)起動后的20-30s內(nèi)迅速將氧傳感器加熱至工作

溫度。它有三根接線，一根接ECU，另外兩根分別接地和電源。

鋯管的陶瓷體是多孔的，滲入其中的氧氣，在溫度較高時發(fā)生電離。由于鋯管內(nèi)、外側(cè)氧含量不一致

，存在濃差，因而氧離子從大氣側(cè)向排氣一側(cè)擴(kuò)散，從而使鋯管成為一個微電池，在兩鉑極間產(chǎn)生電壓。

當(dāng)混合氣的實際空燃比小于理論空燃比，即發(fā)動機(jī)以較濃的混合氣運轉(zhuǎn)時，排氣中氧含量少，但CO、

HC、H2等較多。這些氣體在鋯管外表面的鉛催化作用下與氧發(fā)生反應(yīng)，將耗盡排氣中殘余的氧，

使鋯管外表面氧氣濃度變?yōu)榱悖@就使得鋯管內(nèi)、外側(cè)氧濃差加大，兩鉛極間電壓陡增。因此，

鋯管氧傳感器產(chǎn)生的電壓將在理論空燃比時發(fā)生突變：稀混合氣時，輸出電壓幾乎為零；濃混合氣時

，輸出電壓接近1V。

要準(zhǔn)確地保持混合氣濃度為理論空燃比是不可能的。實際上的反饋控制只能使混合氣在理論空燃比

附近一個狹小的范圍內(nèi)波動，故氧傳感器的輸出電壓在0.1-0.8V之間不斷變化（通常每10s內(nèi)

變化8次以上）。如果氧傳感器輸出電壓變化過緩（每1Os少于8次）或電壓保持不變（不論保持在

高電位或低電位），則表明氧傳感器有故障，需檢修。

（2）氧化鈦式氧傳感器

氧化鈦式氧傳感器是利用二氧化鈦材料的電阻值隨排氣中氧含量的變化而變化的特性制成的，

故又稱電阻型氧傳感器。二氧化鈦式氧傳感器的外形和氧化鋯式氧傳感器相似，在傳感器前端的

護(hù)罩內(nèi)是一個二氧化鈦厚膜元件。純二氧化鈦在常溫下是一種高電阻的半導(dǎo)體，但表面一旦缺氧，

其品格便出現(xiàn)缺陷，電阻隨之減小。由于二氧化鈦的電阻也隨溫度不同而變化，因此，在二氧化鈦

式氧傳感器內(nèi)部也有一個電加熱器，以保持氧化鈦式氧傳感器在發(fā)動機(jī)工作過程中的溫度恒定不變。

ECU 2#端子將一個恒定的1V電壓加在氧化鈦式氧傳感器的一端上，傳感器的另一端與ECU4#端

子相接。當(dāng)排出的廢氣中氧濃度隨發(fā)動機(jī)混合氣濃度變化而變化時，氧傳感器的電阻隨之改變，

ECU4#端子上的電壓降也隨著變化。當(dāng)4#端子上的電壓高于參考電壓時，ECU判定混合氣過濃；

當(dāng)4#端子上的電壓低于參考電壓時，ECU判定混合氣過稀。通過ECU的反饋控制，可保持混合氣

的濃度在理論空燃比附近。在實際的反饋控制過程中，二氧化鈦式氧傳感器與ECU連接的4#端子

上的電壓也是在0.1-0.9V之間不斷變化，這一點與氧化鋯式氧傳感器是相似的。

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