汽車氧傳感器的工作原理、信號特徵以及測量方法

1.1 加熱型氧傳感器（HO2S）

為使發動機滿足排放、駕駛性能以及燃油經濟性的要求，ECM必須能夠確定燃油混合氣的狀態對發動機效率影響的效果。這是通過氧傳感器來完成的。氧傳感器安裝在排氣管中，用於檢測排氣廢氣中氧的含量。ECM根據氧傳感器的信號來判斷混合氣的濃度以及燃燒效果。

在帶有隨車診斷系統（OBD）的汽油車輛上，安裝有兩個氧傳感器，分別為（上游氧傳感器）和後氧傳感器（下游氧傳感器）。前氧傳感器安裝於三元催化器前部的排氣歧管上，後氧傳感器安裝於三元催化器後部的排氣管上。

氧傳感器電路包括控制模塊、氧傳感器、連接器和引線。傳感器由串聯在一起的可變電壓源和電阻構成。電壓源向控制模塊產生零至某電壓之間的模擬電壓信號。電阻的作用是在傳感器與控制模塊間發生對地短路時，防止傳感器過載。

氧傳感器主要是由二氧化鋯陶瓷以及內外表面的薄薄的一層鉑組成。內側空間充滿富氧的外界空氣，外表面暴露在廢氣中。傳感器內裝有加熱電路，著車後加熱電路工作使傳感器快速達到正常工作所需的350℃左右，因此此類氧傳感器也稱為加熱型氧傳感器（HO2S）。

氧傳感器的工作是通過將傳感陶瓷管內外的氧離子濃度差轉化成電壓信號輸出來實現的，當傳感陶瓷管的溫度達到350℃時，即具有固態電解質的特性。由於其材質的特殊，使得氧離子可以自由地通過陶瓷管。正是利用這一特性，將濃度差轉化成電勢差，從而形成電信號輸出。

若混合氣濃度偏濃，燃燒後的廢氣中的氧含量較少，則陶瓷管內外氧離子濃度差較高，電勢差偏高，大量的氧離子從內側移到外側，輸出電壓較高（接近0.8V~1.0V）。

若混合氣濃度偏稀，廢氣中氧含量較多，則陶瓷管內外氧離子濃度差較低，電勢差較低，僅有少量的氧離子從內側移動到外側，輸出電壓較低（接近0.1V）。

當混合氣處於理論空燃比14.7：1（λ=1）附近時，傳感器電壓變化率最高，瞬間出現0.45V的電壓。

1.2 上游氧傳感器（HO2S-1）

上游氧傳感器通過檢測排氣中氧的含量來反映混合氣的濃度，並向ECM提供反饋信號，用於修正混合氣的空燃比。如果車輛在其運行工況下得到正確量的燃油，氧傳感器將圍繞一個預定的轉換點來回變動。如果電壓值一直比轉換點高或低，表明車輛的混合過濃或過稀。

1.3 下游氧傳感器（HO2S-2）

下游氧傳感器的作用是監測三元催化器的性能是否符合OBD要求。三元催化器正常工作時，下游氧傳感器檢測信號電壓值相對穩定，不經常發生轉換。這是因為：如果三元催化器工作正常，大多數的氧將被使用或存儲在催化器裡。

故障現象及診斷：

氧傳感器信號出現異常時，可能會導致怠速不良、加速不良、尾氣超標、油耗過大等故障。

氧傳感器的主要故障原因包括：

1．潮溼水汽進入傳感器內部，溫度驟變，探針斷裂。

2．傳感器“中毒”（鉛Pb，硫S，鎳Br，硅Si）。

3．連接器或線路斷路/短路。

性能檢查：

為了判斷氧傳感器的性能好壞，一般包括加熱電路檢測和信號電路的檢測。

1．加熱器電路檢測：

斷開氧傳感器連接器，使用萬用表測量加熱電路兩個端子之間的電阻，應符合以下標準。（注意：傳感器的溫度對電阻值的影響很大，測量時要確保傳感器加熱器的溫度恰當。）

HO2S-1：5.0 - 6.4Ω，在20℃（68°F）時。

HO2S-2：11.7 - 14.5Ω，在20℃（68°F）時，（對歐Ⅳ車輛：HO2S-2：5.0 - 6.4Ω，在20℃）。

2．氧信號電路檢測：

連接傳感器連接器，怠速運轉發動機並使氧傳感器工作溫度達到350℃，使用萬用表分別檢測傳感器信號端子的電壓值。上游氧傳感器在0.1~0.9V之間波動，變化快速；下游氧傳感器保持0.6~0.8V左右，比較平穩。