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汽车氧传感器的工作原理、信号特征以及测量方法

2018-12-07 22:20 来源: 汽车飙榜

1.1 加热型氧传感器(HO2S)

为使发动机满足排放、驾驶性能以及燃油经济性的要求,ECM必须能够确定燃油混合气的状态对发动机效率影响的效果。这是通过氧传感器来完成的。氧传感器安装在排气管中,用于检测排气废气中氧的含量。ECM根据氧传感器的信号来判断混合气的浓度以及燃烧效果。

在带有随车诊断系统(OBD)的汽油车辆上,安装有两个氧传感器,分别为(上游氧传感器)和后氧传感器(下游氧传感器)。前氧传感器安装于三元催化器前部的排气歧管上,后氧传感器安装于三元催化器后部的排气管上。

汽车氧传感器的工作原理、信号特征以及测量方法

氧传感器电路包括控制模块、氧传感器、连接器和引线。传感器由串联在一起的可变电压源和电阻构成。电压源向控制模块产生零至某电压之间的模拟电压信号。电阻的作用是在传感器与控制模块间发生对地短路时,防止传感器过载。

汽车氧传感器的工作原理、信号特征以及测量方法

氧传感器主要是由二氧化锆陶瓷以及内外表面的薄薄的一层铂组成。内侧空间充满富氧的外界空气,外表面暴露在废气中。传感器内装有加热电路,着车后加热电路工作使传感器快速达到正常工作所需的350℃左右,因此此类氧传感器也称为加热型氧传感器(HO2S)。

汽车氧传感器的工作原理、信号特征以及测量方法

氧传感器的工作是通过将传感陶瓷管内外的氧离子浓度差转化成电压信号输出来实现的,当传感陶瓷管的温度达到350℃时,即具有固态电解质的特性。由于其材质的特殊,使得氧离子可以自由地通过陶瓷管。正是利用这一特性,将浓度差转化成电势差,从而形成电信号输出。

汽车氧传感器的工作原理、信号特征以及测量方法

若混合气浓度偏浓,燃烧后的废气中的氧含量较少,则陶瓷管内外氧离子浓度差较高,电势差偏高,大量的氧离子从内侧移到外侧,输出电压较高(接近0.8V~1.0V)。

若混合气浓度偏稀,废气中氧含量较多,则陶瓷管内外氧离子浓度差较低,电势差较低,仅有少量的氧离子从内侧移动到外侧,输出电压较低(接近0.1V)。

当混合气处于理论空燃比14.7:1(λ=1)附近时,传感器电压变化率最高,瞬间出现0.45V的电压。

汽车氧传感器的工作原理、信号特征以及测量方法

1.2 上游氧传感器(HO2S-1)

上游氧传感器通过检测排气中氧的含量来反映混合气的浓度,并向ECM提供反馈信号,用于修正混合气的空燃比。如果车辆在其运行工况下得到正确量的燃油,氧传感器将围绕一个预定的转换点来回变动。如果电压值一直比转换点高或低,表明车辆的混合过浓或过稀。

1.3 下游氧传感器(HO2S-2)

下游氧传感器的作用是监测三元催化器的性能是否符合OBD要求。三元催化器正常工作时,下游氧传感器检测信号电压值相对稳定,不经常发生转换。这是因为:如果三元催化器工作正常,大多数的氧将被使用或存储在催化器里。

汽车氧传感器的工作原理、信号特征以及测量方法

故障现象及诊断:

氧传感器信号出现异常时,可能会导致怠速不良、加速不良、尾气超标、油耗过大等故障。

氧传感器的主要故障原因包括:

1.潮湿水汽进入传感器内部,温度骤变,探针断裂。

2.传感器“中毒”(铅Pb,硫S,镍Br,硅Si)。

3.连接器或线路断路/短路。

性能检查:

为了判断氧传感器的性能好坏,一般包括加热电路检测和信号电路的检测。

1.加热器电路检测:

断开氧传感器连接器,使用万用表测量加热电路两个端子之间的电阻,应符合以下标准。(注意:传感器的温度对电阻值的影响很大,测量时要确保传感器加热器的温度恰当。)

HO2S-1:5.0 - 6.4Ω,在20℃(68°F)时。

HO2S-2:11.7 - 14.5Ω,在20℃(68°F)时,(对欧Ⅳ车辆:HO2S-2:5.0 - 6.4Ω,在20℃)。

2.氧信号电路检测:

连接传感器连接器,怠速运转发动机并使氧传感器工作温度达到350℃,使用万用表分别检测传感器信号端子的电压值。上游氧传感器在0.1~0.9V之间波动,变化快速;下游氧传感器保持0.6~0.8V左右,比较平稳。

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