二氧化锆型氧传感器

        目前，大部分汽车使用带加热器的氧传感器，这种传感器在原来传感器的基础上，增加了一个陶瓷加热元件用于加热传感器，可在发动机启动后的20～30s内迅速将氧传感器加热至工作温度，扩大了空燃比闭环控制的工作范围，故又称为加热型氧传感器。 

图7-1所示为三线制加热式二氧化锆氧传感器的结构图。

图7-1 三线制加热式二氧化锆氧传感器的结构

1—壳体；2—陶瓷管支承；3—加热电阻电缆；4—带槽的保护套；5—二氧化锆；

6—接触部；7—外保护套；8—加热元件；9—电加热接头；10—弹簧垫圈；11—氧传感器信号

        氧传感器有一线制、两线制、三线制、四线制四种类型。一线制只有一根信号线与发动机ECU连接，传感器的另一极直接搭铁；两线制的两根线均与ECU相连，一根为信号线，另一根进入ECU后搭铁；三线制、四线制均属于加热式氧传感器，由于添加了两根加热电阻的接线，和氧传感器信号线组合成为三线制或四线制。加热电阻的两根接线，一根直接接控制继电器或主继电器，接受12V加热电源，一根由ECU控制搭铁端，控制加热电阻加热时间。

1.二氧化锆式氧传感器的结构与原理

        二氧化锆式氧传感器（非加热型）的结构如图7-2所示。 

图7-2 二氧化锆式氧传感器（非加热型）的结构

1—排气；2—锆管；3—电极；4—弹簧；5—绝缘座；

6—引出电极；7—大气；8—钢质护管

    氧化锆式传感器的基本元件是专用陶瓷体，即氧化锆（ZrO2）固体电解质，如图7-2所示。陶瓷体制成管状，亦称锆管，固定在带有安装螺纹的固定套中，锆管表面装有透气铂电极并配有护管及电接头，其内表面与大气相通，外表面与废气相通，并且在其外表面还加装了一个防护套管，套管上开有通气槽。锆管的陶瓷体是多孔的，允许氧渗入该固体电解质内，温度较高时（高于300℃），氧气发生电离，如果在陶瓷体内（大气）外（废气）侧的氧气浓度不同，就会在两个铂电极表面产生电压降，如图7-3所示。含氧量高的一侧为高电位。当混合气稀时，排气中所含氧多，两侧浓度小，只产生小的电压；反之，当混合气浓时，产生高电压，传感器的电压输出特性如图7-4所示。

图7-3 二氧化锆式氧传感器（非加热型）的工作原理

1—陶瓷体；2—铂电极；3、4—电极引线点；5—排气管；6—陶瓷防护层；7—排气；8—大气

图7-4 二氧化锆式氧传感器（非加热型）的电压输出特征

2.氧传感器的检测

        要准确地完全保持混合气浓度为理论空燃比是不可能的，实际上氧传感器对喷油器的反馈调节是动态的，只能使混合气在理论空燃比附近一个较小的范围内波动，故氧传感器的输出电压在0.1～0.8V之间不断变化（通常每10s内变化8次以上）。如果氧传感器输出电压变化过缓（每10s内少于8次）或电压保持不变（不论保持在高电位或低电位），则表明氧传感器本体或线路有故障，需检查线路或更换传感器。

        检测氧传感器好坏的方法较多，通常可用万用表对其进行检查。也可用专用仪器对其检测。

1）万用表测电压法

        采用万用表测压法检查氧化锆式氧传感器时，应先使氧传器处于工作状态，也就是使ZrO2处于400℃以上的温度。

        检测方法是：使发动机转速在2500r/min运行约90s左右，用万用表测氧传感器信号输出端电压，该电压正常值应为：当发动机尾气浓时，氧传感器输出电压为0.9～1V；当发动机尾气稀时，氧传感器输出电压为0～0.1V；当氧传感器工作温度低于360℃时，氧传感器呈开路状态，无信号输出。

2）氧传感器检测仪检测法

        用氧传感器检测仪检测氧传感器时，检测方法同上，仅是用氧传感器检测仪代替上述的万用表。由氧传感器检测仪上指示灯的闪和灭情况，即可知其是否处于正常工作状态。

3）万用表测电阻法

       万用表测阻法是利用氧传感器的电阻特性来判断其在暖机状态和非暖机状态下的电阻值，以此来判断其是否损坏。正常氧传感器的电阻值为：充分暖机状态电阻值约在300kΩ；不在暖机状态时电阻值约为无穷大。

4）用汽车万用表检测法

        将汽车专用万用表（以美国OTC公司300型万用表为例）功能开关置于4V量程，按动DC/AC按钮于DC状态，万用表COM插孔中的黑色线搭铁，红色测试线接氧传感器的信号线。

将汽车发动机置于快怠速（2000r/min）预热发动机，使氧传感器工作温度达360℃以上。当发动机尾气浓时，氧传感器输出电压为0.8～0.9V；排出的废气稀时，输出电压为0.1～0.2V。在氧传感器工作温度低于360℃时，呈开路状态，无信号输出。

  如果测得的电压符合要求，则说明氧传感器正常；反之则说明该传感器已损坏，应更换。

5）电子示波器测波形法

        用电子示波器检测氧传感器输出的信号波形，可以很直观地确定氧传感器是否良好。正常的氧传感器信号波形如图7-5a所示，图7-5b是氧传感器不良时的波形，供检测时参考。

图7-5 氧传感器的正常与故障波形示意图