1、题目： 氧传感器的故障 检测与诊断 摘要汽车行业是目前在国际上应用传感器最大的市场之一,而氧传感器申报的专利数,居汽车传感器的首位。氧传感器装在汽车排气管道内，用它来检测废气口的氧含量。因而可根据氧传感器所得到的信号，把它反馈到控制系统，来微调燃料的喷射量，使A/F控制控制系统，来微调燃料的喷射量，使A/F控制在最佳状态，既大大地降低了排污量，又节省了能源。关键词：氧传感器 故障 检测目 录目 录1第1章 绪论11.1 氧传感器的发展11.2 氧传感器应用在汽车上的意义2第2章 氧传感器的结构和工作原理32.1 氧化锆式氧传感器32.2 氧化钛式氧传感器4第3章 氧传感器的失效原因73.1 氧
2、传感器老化73.2 氧传感器中毒73.31铅中毒73.3.2 硅中毒73.3.3磷中毒83.3 积碳83.4氧传感器陶瓷碎裂83.5加热电阻丝烧断83.6氧传感器内部线路断脱8第4章 氧传感器的检测与清洗方法94.1 电阻电压法检测94.1.1 氧传感器加热器电阻的检查94.1.2 氧传感器反馈电压的测量94.1.3 氧传感器外观颜色的检查104.2 氧传感器的清洗方法11第5章 氧传感器故障实例分析125.1 故障实例12结论13致谢14参考文献15第1章 绪论现如今，中国汽车领域正在不断蓬勃发展，机动车的实际保有量也在逐步提升，由此造成了数量性的汽车尾气，严重危害到生态环境，对人们的健康，
3、产生了极为恶劣的影响，这成为一个严重的社会问题。甚至于在某些一二线城市中，汽车尾气的实际排放量，远远高于当前的环境容量。为了有效保障地球环境不被继续恶化，世界各国都颁布了严格的汽车污染物排放标准。在汽车设计生产工艺的汽车制造商，设计研发处能够有效降低空气污染的多样化辅助装置，如基本的电子燃油喷射技术在三元催化转换器可以实现控制排放净化率高，但对三元催化器的最有效的使用，必须对空燃比的精确控制，所以它总是和理论空燃比。故此，首先，需要在排气管内部，增设特定的氧传感器，从而实时检测某时段的排气质量，并及时将其转化为ECU的电信号。其次，基于氧传感器发出的信号，车辆内部的发动机控制单元ECU能够针对
4、发动机喷油器表现出的实际喷油量，进行实时检测及其细致的调整。在大多数情况下，发动机是在闭环控制的燃油喷射理论空燃比，这将切实增强发动机含有的多项性能，大幅度提高实际经济效率，故此，这对于氧传感器而言，是尤为关键的。1.1 氧传感器的发展（1）二氧化锆传感器发展1900年度，学者Nernst曾经提出，如果将ZrO2CaO放于至少650的环境中，则其将表现出一定的氧离子导电性。1908年度，曾有学者针对某些存在ZrO2CaO的氧浓差电池，进行更深层次的热力学研究。然而，这项研究一直持续至1943年，学者Wagner才仅仅从理论层面上，发现了该化合物的空穴导电机理。1951年度，学者Hund曾经通过
5、实验，对上述理论进行了有效论证。自此之后，人们对该化合物愈加重视起来。1961年度，美国学者Weissbart及其Ru2ka，成功研发出全球首个氧化锆氧传感器，并向国会申请了发明专利。1970年，通过一系列研究，法国冶金研究院已经能够利用氧化锆氧传感器，针对钢液内部的氧气，进行细致测量，并能将实际测氧速度，逐步提升至10s，这直接使得镇静钢等优质产品的当前产量，获得了突破性的提升。除此之外，氧化锆氧传感器的主要优势，在于能够针对汽车排放的尾气，进行相对精确的测定。1980年，氧化锆氧传感器曾经作用于尾气管，并成功反馈控制了当时的空燃比，由此诞生出性能良好的电子喷油自控系统，有效降低了汽车排污量
6、。近年来，围绕氧化锆氧传感器的各项研究，正在如火如荼的进行，并获得了相对广泛的实际应用。中国对于该项化合物进行的研究，主要源自于1975年。（2）二氧化钛传感器发展二氧化钛是一种半导体材料。它的电阻取决于材料的实际温度及其周边的氧离子浓度。故此，该材料能够针对排放尾气中，氧离子的实际浓度，进行实时监测。实际上，对于氧化物半导体而言，在其表面会吸附某些特殊的气体，利用其氧化膜的电阻率变化使气敏元件，它是由日本shiyama郎1962。在全球汽车领域中，最早运用到二氧化钛传感器的国家如下：日本于1982在1984开始使用丰田公司自主研发并投入生产的管式氧化钛传感器，1985成功地研制出厚膜式氧化钛
7、传感器和大批量生产，并在世界上得到了迅速发展。氧化钛一般是一种加热传感器。由于硅离子价格低廉，腐蚀性不强，随着新技术的发展，特别是纳米材料技术，获得了相对良好的发展。二氧化钛传感器具有更广阔的前景。1.2 氧传感器应用在汽车上的意义在当前时期，氧传感器已经逐渐成为车辆中必不可少的传感器，有助于发动机，发动出最佳浓度的混合气，以此来减少有害气体在空气中的排放量，并有效节约燃油。实际上，氧传感器能够针对排放尾气中，氧离子的实际浓度，进行实时监测，判断其是否已经超标。与此同时，将当前的氧气含量转化为相应的电压信号，最终传输于发动机计算机，由此推进发动机实现闭环控。通过利用三效催化转化器，能够切实提升
8、排放尾气中所含有的碳氢化合物、CO及其氮氧化合物的实际转化率，保护生态环境。第2章 氧传感器的结构和工作原理一般的汽车所排放的尾气中，对人体有害的气体，主要有三种类型：即CO、HC和NOx，其中，CO、HC只要汽油完全燃烧可排放到最低，但当汽油完全燃烧温度增加联合使NOx的增加，这部分废气可以用来减少。但这一规定显然不足以控制废气排放，使发动机的各项工作范围达到其控制标准。因此，添加了三元催化转化器的控制装置，内部有非常小的孔，含有大量的金属：铂、铑和钯。可氧化、还原三种有害气体，转化为无害气体或一般废气。然而，催化转换器的使用条件相当严格，除了要达到较高的工作温度，最重要的是它最大的净化率发
9、生在14.7附近的理论混合比：1，也就是说发动机燃烧控制14.7：空燃比低于1，为了达到好的标准是不容易的，所以在排插在氧传感器管，空燃比的测定烟气中氧浓度。当其转化为相应的电压信号亦或为电阻信号时，将会实时反馈至ECU。其次，ECU将会控制空燃比，使其收敛于理论值。现如今，典型的氧传感器，主要通过两种化合物的形式呈现，即氧化钛与氧化锆，其中，氧化锆氧传感器最为广泛。2.1 氧化锆式氧传感器通常情况下，对于氧化锆型氧传感器而言，其中至关重要的元件，即为专用陶瓷体(ZrO2)：如图2-1所示。陶瓷体制成管状，称为锆管。锆管内接空气，外接废气。并且在内外表面中，均附着了一层多孔性铂膜，从而使得电极
10、允许氧渗入该固体电解质内，温度较高时它工作时的温度较高，氧气发生电离。图2-1 氧化锆式传感器对于氧化锆而言，其能够处于至少300的环境中工作，早期使用的氧传感器是由排气管加热的。发动机启动和运行后，传感器必须开始工作几分钟。它只有一个连接到ECU。现在，大多数汽车都使用带有加热器的氧传感器。该传感器具有电加热元件，可快速热氧传感器的工作温度在适宜换向时间为20-30s发动机启动后。它有三个接线，一个连接到ECU，另外两个接地和电源分别。锆管陶瓷是多孔的，渗透到氧中，在较高的温度下电离。由于内部和外部的锆管氧含量之间的差异，存在浓度差，从而使得氧离子基于大气侧排气侧向外持续扩散，在此情况下，锆
11、管就能被看作为微电池，生产两个铂电极彼此之间需要的实时电压。当混合物的实际空气燃料比小于理论空气-燃料比时，即当发动机被转移到相对强的混合物时，排气中的氧含量较少，但CO、HC和H2则更多。由于气体管中存在一定的铅催化作用，将能在锆与氧的外表面，发生一系列反应，将排出的残余氧，使得锆管的外表面不存在氧浓度，这使锆管内外的氧浓度增加，两个铅电压上升。在此情况下，通过锆管氧传感器而形成的实际电压，将会于理论空燃比的数值上，发生较为剧烈的拜年话。如果在此时混合一定的稀混合料，很可能不存在输出电压。当混合强，输出电压为1V关闭。如果直接将混合气体浓度，等同于理论空气燃料比，从原则上来说，是不科学的。事
12、实上，反馈控制仅仅能够帮助混合物，基于理论空燃比的周围，进行一定的波动。故此，在氧传感器中，其实际输出电压连续变化之间的0.1-0.8v。假设氧传感器的实际输出电压保持恒定或者低于8次/1os情况下，则意味着氧传感器已经存在故障，需要进行进一步检修。2.2 氧化钛式氧传感器TiO2式氧传感器是利用TiO2材料存在的电阻值，根据汽车排放尾气中，氧含量的实时变化特性，而设计出来的。故此，其通常也被称之为电阻型氧传感器。对于该传感器而言，其在外观方面，类似于上述内容中的ZrO2式氧传感器，在传感器前端的护罩内是一个TiO2厚膜元件纯TiO2在常温下，仅仅为含有高电阻的半导体，然而，如果其表面发生缺氧
13、，就会直接造成晶格缺陷，电阻随之减少。因为TiO2的自身电阻，会根据温度的实时变化，而产生相应的改变，因此，在TiO2式氧传感器内部也有一个电加热器，从而切实保障该种类型的氧传感器，能够在发动机处于工作状态下，将温度保持在固定值。如图2-2所示。图2-2 氧化钛式氧传感器在ECU内部涉及到的B + 1V终端中，会将传感器的一端，连接至恒定电压，并将其另一端，连接至接地端子。如果汽车废气中存在的氧浓度，随着发动机混合物的浓度而变化时，氧传感器的电阻就会改变，信号终端上的压降也会改变。如果信号端子表现出的实际电压，远远超过参考电压，ECU确定混合物的浓度太强。如果信号端子表现出的实际电压，远远少于
14、参考电压，ECU确定混合液太薄。基于针对ECU实现的良好反馈控制，能够将混合物的实际浓度，尽可能维持于理论空气燃料比周围。在此过程中，对连接ECU的信号端子上的电压也0.1-0.9v之间变化，这是类似于氧化锆氧传感器。实际上，氧化钛氧传感器在实际工作过程中，遵循的基本原理很特殊，它是利用多孔导体二氧化钛的导电特性，伴随着汽车废气中所涉及到的实时氧含量变化，而产生相应的改变。故此，其通常也被称之为阻氧传感器。实际上，这种类型的传感器结构相对简单，并且无需耗费高昂的生产成本。然而，当温度在300到900度之间时，电阻值会随之产生实时变化。在此情况下，应该通过温度补偿的具体方法，有效提升实际精度。通
15、常，另一种固体二氧化钛导体用作温度补偿。图2-3 输出电压空燃比图注射量少，废气的空燃比、高氧含量，高氧传感器产生低电压ECU控制喷油量，喷油量，空燃比、小排气氧含量，氧传感器产生较少的高电压ECU控制喷油量小于二氧化锆氧传感器温度350为了充分体现上述特点，为了有助于氧传感器，能够在较短的时间内，满足工作温度的需求，与陶瓷加热器4 10发动机达到正常工作温度后约30秒，输出的电压信号送入ECU放大处理高电压信号，ECU作为一种丰富的混合物，低电压根据电压信号作为氧传感器信号的混合物进入计算机，根据最好的理论尽可能接近14.71的燃料比稀释或浓缩混合物，这个过程将继续稀释浓缩和稀释。空燃比调整，使氧传感器从0.1至0.9V变换（约50分钟）到计算机，实现怠速闭环控制。因此，对于燃油计量电子控制而言，氧传感器的实际作用，是至关重要的。第3章 氧传感器的失效原因 一般情况下，汽车内部的氧传感器失去效果，主要源自两种基本形式，其中，主要包含传感器元件老化，这是由于该元件在某些位置的表面温度相对较高。与此同时，包含氧传感器元件中毒，这是主要由于该元件受到了有害元素的污染。常见的氧传感器中毒形式，包含硅中毒及其磷中毒等。3.1 氧传感器老化对于通过氧传感器，而实现闭环控制的发动机而
