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氧传感器的使用与维修

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    电喷发动机控制系统中的氧传感器是现代汽车中一个非常重要的传感器,用来监测发动机排气中氧的含量或浓度,并根据所测得的数据输出一个信号电压,反馈给电脑,从而控制喷油量的大小,它通常安装在排气系统中,直接与排气气流接触。

一、结构及原理

    氧传感器采用二氧化锆(一种在有氧气的情况下能产生小电压的陶瓷材料)作敏感元件,即在传感器端部有一个由二氧化锆做成的试管状的套管,传感器内侧通大气,外侧暴露在排气中。发动机排出的废气,穿过装在排气歧管中的氧传感器的端部,与二氧化锆的外侧接触。空气从传感器的另一端进入,与套管的内侧接触。套管的内外表面覆盖了薄层多孔铂(白金)作为电极,内表面是负极,外表面是正极。铂起催化作用,使排气中的氧与一氧化碳反应,减少排气中的含氧量,提高传感器的灵敏度。一般在外侧电极表面还有一个多孔氧化铝陶瓷保护层,它可以防止废气烧蚀电极,但废气能够渗进保护层与电极接触。

    氧传感器的工作原理与干电池相似,传感器中的氧化锆元素起类似电解液的作用。其基本工作原理是:在一定条件下(高温和铂催化),利用氧化锆内外两侧的氧浓度差,产生电位差,且浓度差越大,电位差越大。大气中氧的含量为21%,浓混合气燃烧后的废气实际上不含氧,稀混合气燃烧后生成的废气或因缺火产生的废气中含有较多的氧,但仍比大气中的氧少得多。

    在高温及铂的催化下,带负电的氧离子吸附在氧化锆套管的内外表面上。由于大气中的氧气比废气中的氧气多,套管上与大气相通一侧比废气一侧吸附更多的负离子,两侧离子的浓度差产生电动势。当套管废气一侧的氧浓度低时,在电极之间产生一个高电压(0。6~1V),这个电压信号被送到ECU放大处理,ECU把高电压信号看作浓混合气,而把低电压信号看作稀混合气。根据氧传感器的电压信号,电脑按照尽可能接近14.7:1的理论最佳空燃比来稀释或加浓混合气。因此氧传感器是电子控制燃油计量的关键传感器。氧传感器只有在高温时(端部达到300°C以上)其特性才能充分体现,才能输出电压。它在约800°C时,对混合气的变化反应最快,而在低温时这种特性会发生很大变化。

二、使用及检修

    氧传感器有多种形式,接线有一根、二根或者三根、四根。后两种是装有加热元件的加热式氧传感器。使用时需要按照规定里程或时间间隔定期检测或更换。新型的能保证行驶8~11万km。检测时有的要求用扫描仪器来测量氧传感器的输出,有的可用数字电压表检测输出电压信号随混合气浓度变化的情况,以及ECU对电压信号的反应。发动机在正常工作温度时,氧传感器如不能随混合气的浓度输出相应的电压,则证明已失效需更换。氧传感器失效会导致混合气过浓或过稀,产生怠速不稳、油耗过大、排放过高等故障,此时发动机故障自诊断系统将点亮汽车仪表板上的发动机警告灯,提示要立即检修。

氧传感器失效一般原因有二:

一是已到使用期限(正常寿命约为11万km);

二是碳烟、铅化物、硅胶、机油等物质沉积在氧传感器上,造成失效。更换氧传感器时应先用丝锥等工具清除排气管上安装螺纹孔内的脏物和毛刺,在安装时还需用特殊的防粘剂(其中含有石墨和玻璃粉,石墨烧掉后留下玻璃粉在螺纹上易于拆卸)。安装拧紧力矩为15~25N.m。

注意:在氧传感器附近应避免使用橡胶润滑剂、皮带油或者含硅的喷剂。硅化合物会堆集在传感器通大气一侧,造成不正确电压信号,使电脑误以为是稀混合气信号,而将混合气调整过淡。使用含铅汽油则效果正相反,铅化合物堆集在传感器通废气一侧,使电脑误以为是浓混合气信号,而将混合气调整过稀。检测时不要用模拟(指针)式电压表,因其内阻小,通过的检测电流足以烧坏传感器。不要使用电阻表,以防输入检测电流烧坏。不要短接二线式氧传感器两接柱,或将单线式的输出导线接地,以免造成损坏。

三、桑塔纳2000氧传感器的检测

    线路控制原理。氧传感器有4根导线,两根白色导线之间是加热线圈,受油泵继电器的控制,氧传感器将信号电压通过黑色和灰色导线送至ECU。油泵继电器线圈一端接点火开关,一端接ECU接脚3,当点火开关ON,未起动发动机时,ECU控制油泵继电器只通电1s左右,油泵供油1s左右,为起动作准备;当起动后,ECU控制油泵继电器线圈始终通电,此时油泵继电器触点吸合,氧传感器加热线圈通电加热,位于中央接线板的5号保险片(20A),即F3串接在加热线路中。线路检测分静态检测和动态检测两种。

1.静态检测

    检测加热线圈供电电压(插头1―2):点火开关0FF,拔下电插,检测1―2之间供电电压,打开点火开关不起动,供电电压瞬显12V,或短时起动发动机,供电电压应为12V,否则检查油泵继电器线路。

    检测加热线圈阻值(插座1―2):检测1―2之间阻值,应为0.5~20欧姆,该值与温度有关。

2.动态检测

    检测氧传感器信号电压(3-4):点火开关OFF,插上电插,点火开关ON,起动发动机并空载运行,检测3~4之间信号电压应在0.2~0.8V之间,并在此区间内摆动。

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