河北科技学院 学生毕业设计（论文）
题目: 汽车氧传感器的故障检测
作 者：赵向达 学 号：Z111012022 2013年1月
系 别：汽车工程 专 业：汽车检测与维修 年 级：2011级 指导教师：卢欣欣 完成日期：2014 年 3 月 23日 目 录
摘要............................................................ 2 1汽车氧传感器的结构特点 ........................................ 4 1.1氧传感器的组成 .............................................. 4 1.2氧传感器的工作原理 .......................................... 5 1.4氧化钛型氧传感器 ............................................ 9
2汽车氧传感器的技术特点 ....................................... 10 2.1 氧传感器的作用............................................. 10 2.2氧传感器技术特点分析 ....................................... 10 2.2.1氧传感器是一种热敏电压型传感器 ........................... 10 2.2.2氧传感器的故障确认采取“时域判定法” ..................... 11 2.2.3.氧传感器是一种多元故障的“报警器”....................... 11 2.3简单介绍现在氧传感器技术的发展情况 ......................... 12 2.3.1.摩擦电极引线方式的氧传感器............................... 12 2.3.2.新型氧传感器............................................. 12
3氧传感器故障对发动机的影响分析 ............................... 13 3.1氧传感器引起的故障现象 ..................................... 13 3.2电控发动机氧传感器故障分析 ................................. 13 3.3氧传感器常见故障 ........................................... 14 3.3.1.氧传感器中毒............................................. 14 3.3.2.积碳..................................................... 14 3.3.3.氧传感器陶瓷碎裂......................................... 15 3.3.4.加热器电阻丝烧断......................................... 15 3.4 维修氧传感器的注意事项..................................... 15
4汽车氧传感器典型故障分析 ..................................... 17 4.1故障现象 ................................................... 17 4.2故障检修与诊断 ............................................. 17
结 论.......................................................... 18 参考文献....................................................... 20
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摘 要
随着汽车技术的发展，世界各国对汽车尾气排放标准要求越来越严格，电喷汽车越来越受市场的追捧。氧传感器是现代汽车控制废气排放、提高燃油经济性的重要传感器之一，发动机的氧传感器是发动机用于调节空燃比信号，氧传感器故障会造成燃油消耗增大，发动机工作异常，不但造成经济损失还会造成大气污染。而氧传感器一旦出现故障，将使电子燃油喷射系统的电脑不能得到排气管中氧浓度的信息，因而不能对空燃比进行反馈控制，会使发动机油耗和排放污染增加，发动机怠速不稳、缺火、喘振等故障现象。因此，必须及时的进行故障检测和排除故障或更换。
关键词：汽车排放控制; 氧传感器; 故障检测
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1汽车氧传感器的结构特点
1.1氧传感器的组成
氧传感器利用了Nernst原理。
其核心元件是多孔的ZrO2陶瓷管，它是一种固态电解质，两侧面分别烧结上多孔铂（Pt）电极。在一定温度下，由于两侧氧浓度不同，高浓度侧(陶瓷管内侧4)的氧分子被吸附在铂电极上与电子（4e）结合形成氧离子O2，使该电极带正电，O2- 离子通过电解质中的氧离子空位迁移到低氧浓度侧(废气侧)，使该电极带负电, 即产生电势差。
当空燃比较低时(浓混合气)，废气中的氧较少，因此陶瓷管外侧氧离子较少，形成1.0V左右的电动势；当空燃比等于14.7时，此时陶瓷观内外两侧产生的电动势为0.4V～0.5V， 该电动势为基准电动势；当空燃比较高时（稀混合气），废气中氧含量较高，陶瓷管内外的氧离子浓度差较小，所以产生电动势很低，接近为零。
加热型氧传感器：
如图1-1所示。加热型氧传感器抗铅能力强；对排气温度依赖少，能在负荷低、废气温度较低的情况下照常发挥作用；起动后迅速进入闭环控制。
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图1-1 加热型管式氧传感器核心元件
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1.2氧传感器的工作原理
氧传感器是利用陶瓷敏感元件测量各类加热炉或排气管道中的氧电势，由化学平衡原理计算出对应的氧浓度，达到监测和控制炉内燃烧空燃比，保证产品质量及尾气排放达标的测量元件，广泛应用于各类煤燃烧、油燃烧、气燃烧等炉体的气氛控制。它是目前最佳的燃烧气分测量方式，具有结构简单、响应迅速、维护容易、使用方便、测量准确等优点。运用该传感器进行燃烧气氛测量和控制既能稳定和提高产品质量，又可缩短生产周期，节约能源，如图1-2所示 。
图1-2 氧传感器
氧传感器的工作原理与干电池相似，传感器中的氧化锆元素起类似电解液的作用。其基本工作原理是：在一定条件下(高温和铂催化)，利用氧化锆内外两侧的氧浓度差，产生电位差，且浓度差越大，电位差越大。大气中氧的含量为21%，浓混合气燃烧后的废气实际上不含氧，稀混合气燃烧后生成的废气或因缺火产生的废气中含有较多的氧，但仍比大气中的氧少得多。 在高温及铂的催化下，带负电的氧离子吸附在氧化锆套管的内外表面上。由于大气中的氧气比废气中的氧气多，套管上与大气相通一侧比废气一侧吸附更多的负离子，两侧离子的浓度差产生电动势。当套管废气一侧的氧浓度低时，在电极之间产生一个高电压(0。6～1V)，这个电压信号被送到ECU放大处理，ECU把高电压信号看作浓混合气，而把低电压信号看作稀混合气。根据氧传感器的电压信号，电脑按照尽可能接近14.7：1的理论最佳空燃比来稀释或加浓混合气。因此氧传感器是电子控制燃油计量的关键传感器。氧传感器只有在高温时(端部达到300℃以上)其特性才能充
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