汽車(chē)氧傳感器工作原理及其失效原因簡(jiǎn)介

隨著(zhù)汽車(chē)電子技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的傳感器被應用到汽車(chē)控制系統中。汽車(chē)氧傳感器是汽車(chē)電子控制系統中一個(gè)重要的組成部分，它能夠有效地提高發(fā)動(dòng)機性能及整車(chē)的經(jīng)濟性。了解汽車(chē)氧傳感器工作原理以及汽車(chē)氧傳感器的失效原因，對于整體把握汽車(chē)控制系統有很大的幫助。本文介紹汽車(chē)氧傳感器工作原理及其失效原因。

1、汽車(chē)氧傳感器工作原理

氧化鋯(ZrO2)為固態(tài)電解質(zhì)的一種，它有一種特性就是在高溫時(shí)氧離子易于移動(dòng)。此型氧傳感器將氧化鋯燒結成管狀，并與內層與外層涂上白金(Pt)，這就是氧化觸媒的作用，當氧離子移動(dòng)時(shí)即會(huì )產(chǎn)生電動(dòng)勢，而電動(dòng)勢的大小是依氧化鋯兩側的白金所接觸到的氧而定，最外層則覆蓋一層保護殼。

內層白金面所大氣接觸，所以氧氣濃度高，外層白金與排氣接觸，氧氣濃度低。當混合比較高時(shí)，排放的廢氣所含的氧相對地減少，因此氧化鋯兩側的白金所接觸到的氧氣高低落差大，所產(chǎn)生的電動(dòng)勢也相對高(將近1V);當混合比稀時(shí)，燃燒完所多余的氧氣較多，氧化鋯兩側的白金層的氧氣落差小，因此所產(chǎn)生的電動(dòng)勢低(將近0V)。

引擎控制計算機由此電壓訊號即可偵測到當時(shí)混合比的狀況。然而氧傳感器須在高溫才能發(fā)揮正常用作(400℃~900℃)，因此當引擎剛開(kāi)始發(fā)動(dòng)時(shí)，氧傳感器尚未開(kāi)始作用，須等到達到其作工溫度才開(kāi)始有電動(dòng)勢的產(chǎn)生，所以之后的氧傳感器皆改良成加熱型，如圖所示，也就是利用陶瓷加熱器來(lái)使得傳感器能也迅速地達到正常的作工狀態(tài)，因此目前的車(chē)型幾乎可以在引擎發(fā)動(dòng)30秒后，汽車(chē)氧傳感器即可供給計算機正確的訊號，有些車(chē)型甚至可以達到更低的時(shí)間。

2、汽車(chē)氧傳感器的失效原因

汽車(chē)氧傳感器失效的主要原因是傳感元件老化和中毒。氧傳感器老化的主要原因是傳感元件局部表面溫度過(guò)高。氧傳感器的傳感元件受到污染而失效的現象稱(chēng)為中毒。氧傳感器中毒主要是指鉛中毒、硅中毒、和磷中毒。

2.1 汽車(chē)氧傳感器老化

在發(fā)動(dòng)機利用氧傳感器進(jìn)行閉環(huán)控制的過(guò)程中，混合氣的空燃比總是控制在理論空燃比附近，排氣中幾乎沒(méi)有過(guò)剩的燃油，但是發(fā)動(dòng)機剛剛起動(dòng)(特別是冷車(chē)起動(dòng))之后(或大負荷狀態(tài)工作時(shí))，為了快速預熱發(fā)動(dòng)機(或增大發(fā)動(dòng)機輸出功率)，需要供給足夠的燃油，排氣中過(guò)剩的燃油就會(huì )在氧傳感器的表面產(chǎn)生燃燒反應，一方面是形成碳粒而造成氧傳感器表面的保護剝落，另一方面是使傳感元件局部表面溫度過(guò)高(超過(guò)1000oC)而加速傳感器老化。

2.2 鉛中毒

燃油或潤滑油添加劑中的鉛離子與氧傳感器的鉑電極發(fā)生化學(xué)反應，導致催化劑鉑的催化性能降低的現象，稱(chēng)為鉛中毒。雖然現在都使用無(wú)鉛汽油，大大減少了氧傳感器鉛中毒的機率。但是，由于燃油或潤滑油的添加劑中含有多種鉛化合物，氧傳感器的鉛中毒也是不可避免的。

2.3 硅中毒

發(fā)動(dòng)機上的硅密封膠、硅樹(shù)脂成型部件、鑄件內的硅添加劑等都有硅離子，這些硅離子會(huì )污染氧傳感器的外側電極，氧傳感器內部端子處密封用的硅橡膠會(huì )污染內側電極。硅離子與氧傳感器的鉑電極發(fā)生化學(xué)反應而導致催化劑鉑的催化性能降低的現象，稱(chēng)為硅中毒。

2.4 磷中毒

在傳感器表面，磷很少以純磷狀態(tài)析出，而是以某種化合物狀態(tài)析出，這些磷化物污染氧傳感器的現象，稱(chēng)為磷中毒。磷化物的應用很廣，可以用作潤滑劑、防銹劑和清洗劑。在發(fā)動(dòng)機磨合期間或活塞環(huán)磨損之后，發(fā)動(dòng)機潤滑油添加劑中的磷化物就會(huì )竄入氣缸中燃燒并隨排氣排出。在低溫狀態(tài)下，磷化物是以微粒子狀態(tài)析出并沉淀在傳感器保護層的表面將氣孔堵塞而導致傳感器中毒;在高溫狀態(tài)下，磷化物會(huì )附著(zhù)在氧傳感器以及三元催化器表面使其受到污染。

由于，氧傳感器的老化和中毒是不可避免的。因此當汽車(chē)行駛一定里程(一般為80000Km)后，應當更換氧傳感器。

理解汽車(chē)氧傳感器工作原理，經(jīng)常檢查汽車(chē)氧傳感器是否失效，及時(shí)更換失效的汽車(chē)氧傳感器，對行車(chē)安全是一種保障，同時(shí)也能減少汽車(chē)污染物排放。