汽车氧传感器是汽车电子控制系统中一个重要的组成部分，它能够有效地提高发动机性能及整车的经济性。了解汽车氧传感器工作原理以及汽车氧传感器的失效原因，对于整体把握汽车控制系统有很大的帮助。本文介绍汽车氧传感器工作原理及其失效原因。

1、汽车氧传感器工作原理

氧化锆(ZrO2)为固态电解质的一种，它有一种特性就是在高温时氧离子易于移动。此型氧传感器将氧化锆烧结成管状，并与内层与外层涂上白金(Pt)，这就是氧化触媒的作用，当氧离子移动时即会产生电动势，而电动势的大小是依氧化锆两侧的白金所接触到的氧而定，最外层则覆盖一层保护壳。

内层白金面所大气接触，所以氧气浓度高，外层白金与排气接触，氧气浓度低。当混合比较高时，排放的废气所含的氧相对地减少，因此氧化锆两侧的白金所接触到的氧气高低落差大，所产生的电动势也相对高(将近1V);当混合比稀时，燃烧完所多余的氧气较多，氧化锆两侧的白金层的氧气落差小，因此所产生的电动势低(将近0V)。

引擎控制计算机由此电压讯号即可侦测到当时混合比的状况。然而氧传感器须在高温才能发挥正常用作(400℃~900℃)，因此当引擎刚开始发动时，氧传感器尚未开始作用，须等到达到其作工温度才开始有电动势的产生，所以之后的氧传感器皆改良成加热型，如图所示，也就是利用陶瓷加热器来使得传感器能也迅速地达到正常的作工状态，因此目前的车型几乎可以在引擎发动30秒后，汽车氧传感器即可供给计算机正确的讯号，有些车型甚至可以达到更低的时间。

2、汽车氧传感器的失效原因

汽车氧传感器失效的主要原因是传感元件老化和中毒。氧传感器老化的主要原因是传感元件局部表面温度过高。氧传感器的传感元件受到污染而失效的现象称为中毒。氧传感器中毒主要是指铅中毒、硅中毒、和磷中毒。

2.1 汽车氧传感器老化

在发动机利用氧传感器进行闭环控制的过程中，混合气的空燃比总是控制在理论空燃比附近，排气中几乎没有过剩的燃油，但是发动机刚刚起动(特别是冷车起动)之后(或大负荷状态工作时)，为了快速预热发动机(或增大发动机输出功率)，需要供给足够的燃油，排气中过剩的燃油就会在氧传感器的表面产生燃烧反应，一方面是形成碳粒而造成氧传感器表面的保护剥落，另一方面是使传感元件局部表面温度过高(超过1000oC)而加速传感器老化。

2.2 铅中毒

燃油或润滑油添加剂中的铅离子与氧传感器的铂电极发生化学反应，导致催化剂铂的催化性能降低的现象，称为铅中毒。虽然现在都使用无铅汽油，大大减少了氧传感器铅中毒的机率。但是，由于燃油或润滑油的添加剂中含有多种铅化合物，氧传感器的铅中毒也是不可避免的。

2.3 硅中毒

发动机上的硅密封胶、硅树脂成型部件、铸件内的硅添加剂等都有硅离子，这些硅离子会污染氧传感器的外侧电极，氧传感器内部端子处密封用的硅橡胶会污染内侧电极。硅离子与氧传感器的铂电极发生化学反应而导致催化剂铂的催化性能降低的现象，称为硅中毒。

2.4 磷中毒

在传感器表面，磷很少以纯磷状态析出，而是以某种化合物状态析出，这些磷化物污染氧传感器的现象，称为磷中毒。磷化物的应用很广，可以用作润滑剂、防锈剂和清洗剂。在发动机磨合期间或活塞环磨损之后，发动机润滑油添加剂中的磷化物就会窜入气缸中燃烧并随排气排出。在低温状态下，磷化物是以微粒子状态析出并沉淀在传感器保护层的表面将气孔堵塞而导致传感器中毒;在高温状态下，磷化物会附着在氧传感器以及三元催化器表面使其受到污染。

由于，氧传感器的老化和中毒是不可避免的。因此当汽车行驶一定里程(一般为80000Km)后，应当更换氧传感器。

理解汽车氧传感器工作原理，经常检查汽车氧传感器是否失效，及时更换失效的汽车氧传感器，对行车安全是一种保障，同时也能减少汽车污染物排放。

二：汽车氧传感器的工作原理及应用

０前言
随着汽车排放法规的逐渐严格和人们对汽车排污控制的日渐重视，“电喷”加三元催化器的发动机正在我国普及。这种发动机采用了混合气成分的闭环控制和三效催化反应装置联合使用的技术，这是当今汽油机最有效的排气净化方法，氧传感器是实现这一闭环控制必不可少的重要部件。它不但对发动机排放控制有着重要的作用，还可以通过示波器读取其波形进而分析判断发动机的多种故障。在汽车维修之后，还可以通过检测氧传感器波形判断发动机是否真正修好，作为向客户交车之前的一项检验。在维修检测方面，氧传感器波形某种程度上类似于人体诊断的心电图。

1 氧传感器的工作原理
氧化锆是一种多孔性的固体电解质，当温度较高时，允许渗入该固体电解质内的氧气发生电离，电离后的氧离子能够由氧浓度高的内侧向浓度低的外侧扩散，使两电极之间产生电动势，形成微电池，因此可以检测出排气中氧的含量，从而能检测出混合气的浓度。图1是氧化锆氧传感器的工作原理示意图。

三元催化转化器处理能有效地全面净化CO、HC和NOx这三种有害气体,但其净化效率依赖于混合气浓度，一般要求保持在理论空燃比为(14．7)左右的狭小范围内。一旦混合气体浓度偏离了这个狭小的范围，则三效催化转化器全面净化上述有害气体的能力急剧下降。由于混合气空燃比的变化会引起排气中氧浓度相应的变化，因此，在排气管中设置了氧传感器，氧传感器随时检测排气中的氧浓度，并随时向微机控制装置反馈信号，微机则根据反馈来的信号及时调整喷油量(喷油脉宽)，如信号反映混合气较浓，则减少喷油延续；反之，如信号反映混合气较稀，则延长喷油延续时间，从而使混燃气的空燃比始终保持在理论空燃比附近，这就是空燃比闭环反馈控制系统。

2 氧传感器的波形检测与波形分析
2．1 氧传感器的波形检测
氧传感器的波形检测方法很多，笔者用汽车示波器进行波形检测。检测方法是启动发动机使氧传感器加热至315℃以上，且处于闭环控制状态，利用跨接线或背针探头连接至传感器的连接插头，启动发动机由怠速开始增加转速。
2．2 氧传感器的波形分析
对氧传感器进行波形分析可以从反映氧传感器输出信号波形的三要素进行，三要素为：最高电压、最低电压、反应快慢(响应时间)。正常波形允许变动的范围分别是：最高电压允许范围大于850mV；最低电压允许范围75～175mV，从浓到稀的允许响应时间少于100ms。因此，当实测波形与氧传感器的正常波形不相符时，说明发动机存在故障，并且可以从波形上查明故障发生的部位及产生的原因。发动机故障可导致燃烧不正常进而引起氧传感器波形不正常，具体可表现为：
点火系统故障造成的燃烧不正常或缺火，如某缸火花塞损坏，某缸高压分线损坏、或分电器、分电器转子、点火线圈等损坏。这些故障可使部分氧“不经消化”即排出缸外，从而使排气中的氧含量升高。对此，可用示波器检测，以排除这类故障的可能性或确认这类故障。
由机械原因引起的压缩泄漏使正常的压缩比遭到破坏，例如，气门烧损、活塞环断裂或磨损过度等造成的压缩泄漏，使点火之前的压缩温度、压缩压力不够，造成燃烧不完全甚至缺火。这也可使部分氧“未经消化”即排出缸外，引起排气中的氧含量升高。
真空泄漏造成的空燃比不正常，例如，进气道、进气管上的真空软管等处存在泄漏，如果真空泄漏使混合气空燃比达到l7以上时，就可引起因混合气过稀而发生的缺火，并造成排气氧含量增高。
各缸喷油不均衡造成的压缩比不正常(对于多点喷射)，个别缸喷油器的喷油量过多或过少(喷油器卡在开的位置或堵塞)，造成混合气过浓或过稀，当个别缸的混合气空燃比达到l3以下或l7以上时，可能引起缺火，亦可造成排气含量异常。
3 氧传感器波形在电控汽车维修检测中的应用
3．1 利用氧传感器的波形分析发动机的故障
笔者在实际工作中曾用氧传感器的故障波形分析诊断发动机个别缸喷油器堵塞造成各缸喷油不均匀的故障。故障表现为：怠速不稳，加速迟缓，动力下降，路试加速不起来。在冷起动后或重新热起动的开环控制期间情况好转，一旦燃油反馈控制系统进入闲环控制，症状就变得显著。用ADC2000发动机故障诊断仪的示波功能检测氧传感器的波形，检测发动机在2500r/min和其他稳定转速下的氧传感器波形，以检测空燃比反馈控制系统，氧传感器在所有的转速、负荷下都显示出严重的杂波故障，分析严重的杂波表明排气氧不均衡或存在缺火，这些杂波影响了燃料反馈控制系统对混合气的控制能力。通常可以采用排除其他故障可能性的方法(即排除法)判定喷油不均衡。包括用示波器检查，判断点火系统和气缸压缩力，以排除其故障的可能性；用人为加浓或配合其他仪器等方法，排除真空泄漏的可能性。总之，对于多点喷射式发动机，如果没有点火不良、压缩泄漏、真空泄漏等问题引起的缺火，则可假定是喷射不均衡引起的缺火。
针对上述情况，笔者进一步检查了点火、压缩、真空的各方面情况，排除了这些方面问题的可能性，判断为喷油器损坏。还应该注意到，“在冷起动后或重新启动后的开环控制期间情况稍好”，进一步说明了个别缸喷油器存在堵塞问题。这是因为对于上述情况，喷油脉冲宽度稍长，加浓了混合气，多少起到一些补偿作用。进一步从发动机拆下喷油器后，因刚拆下来的喷油器表面很脏，先用净化器清洗喷剂先洗一下外表，再用布擦干净，进行密封性检测，在喷油器关闭的情况下，加上喷油器的正常压力的油压检测喷油器的密封性。一般要求在1min内喷油器不滴漏2滴以上油滴，然后进一步检测喷油器的雾化性。不同型号的喷油器，在正常条件下喷雾形状是不相同的，一般喷油器喷出的油雾形状是角度较大的白色锥体，而单孔的喷油器的张角并不大，较脏的或有故障的喷油器的喷出的油雾形状基本相同，是一根或几根白色线，没有雾化的喷油器是有故障或损坏的，检查结果是2缸喷油器堵塞。进一步测量喷油器电磁线圈，便可知道它们是高阻值或是低阻值的喷油器以及线圈是否短路或断路，高阻值为12～17Q，低阻值2～3Q，若阻值不在规定的范围内，说明喷油器电磁线圈损坏，必须更换。检测的喷油器数据值中，没有发现问题，说明喷油器的电磁线圈没有问题，所以故障为2缸喷油器堵塞。
4 结束语
氧传感嚣在电控喷汽车空气燃油控制系统中有着非常重要的作用，对氧传感器波形信号的分析，可以快速、准确地判断整个空气燃油系统的运行性能，通过用汽车示波器对氧传感器波形进行分析、评定，可以帮助诊断分析汽车的怠速不稳、加速迟缓、功率低下、耗油量大等汽车故障及其的原因，同时还可以利用氧传感器的波形分析来判断三元催化器是否失效。

氧传感器是用来调节混合比的，热车时的正常值是1—1000mv之间，变化频率越快，说明传感器工作状态好。如果电压在450--550mv之间或没有变化，说明氧传感器坏了.