(六)氧传感器
氧传感器是排气
氧传感器(Exhaust Gas Oxygen Sensor,EGOS)的简称,又称λ(Lamb-da)传感器或O2S。其功能是通过监测排气中的氧离子的浓度来获取混合气的
空燃比信号,并将其转变为电信号输入
ECU。以供
ECU根据EGO信号对喷油时间进行修正,从而通过
空燃比的反馈控制将λ(过量空气系数)控制在最佳混合气浓度1.0(即
空燃比为14.7)附近。
目前广泛采用的EGO分为氧化锆(ZrO2)式和氧化钛(TiO2)两种。一般为加热型,氧化锆还有非加热型。氧化钛式EGO不易受到硅离子的腐蚀且价格便宜,故被越来越多地被采用。
起动发动机,在2500r/min转速下保持节气门不变,若冷却温度传感器电路断路,电压波形出现向上的尖峰(到参考电压值),电路短路时,产生向下尖峰(到搭铁值)。
1.氧化锆式EGO
(1)氧化锆式EGO的结构组成
氧化锆式EGO的结构如图81所示。
氧化锆式EGO的结构特点
1)主要由锆管、钢制壳体和钢制护管、加热元件、电极及其引线、线头绝缘支架、防水护套和线束插头等组成。
2)其核心元件锆管是采用二氧化锆固体电解质粉末加入少量防止二氧化锆晶体老化和氧化钇添加剂,经压制成型后烧结而成的陶瓷管。其内、外表面都涂覆一层铂膜作为电极,且内电极与大气相通,外电极铂与排气相通且起催化剂作用。在外电极表面还涂覆多孔性陶瓷保护层。由于锆管的强度很低,故将其封装在钢制护管内。
(2)氧化锆式EGO工作原理
氧化锆式EGO的工作原理如图82所示。
(3)氧化锆式EGO的输出特性、类型与工作条件
1)氧化锆式EGO的输出特性:氧化锆式EGO的输出特性如图83所示。
2)氧化锆式EGO的类型:有加热型与非加热型之分。非加热型只有1个或2个接线端子;加热型有3个或4个接线端子,一般用于中高档轿车。细分如下:
氧化锆式EGO的工作原理
1)当发动机运转时,排气管内的废气从锆管外的电极表面的陶瓷层渗入与外电极接触,而内电极则与氧浓度高的大气接触。因此在锆管内外形成氧浓度差。使氧化锆电解质内部的氧离子向外电极扩散,于是在内、外两铂电极之间产生电位差,相当于一个氧浓度差微电池。
2)因锆管外测氧离子是随可燃混合气浓度的变化而变化,因此电位差也随氧离子浓度而变化,便形成一个氧浓度可变信号电源。
氧化锆式EGO的输出特性
①当混合气较浓时(λ<1),排气中CO浓度大而氧离子极少。且在铂的催化作用下,氧离子几乎全部与CO发生氧化反应生成CO2,而锆管内部与大气相通,氧离子浓度很大,因此内外电极产生的较大的电压信号(0.9V)。
②当混合气较稀时(λ>1),排气中CO浓度小而氧离子较多,且在铂的催化作用下,CO几乎全部与氧离子发生氧化反应生成CO2,在锆管外部还有多余的氧存在。故锆管内、外表面间的氧离子浓度差极小,故电位差较低(0.1V)。
③当λ=1时,排气中的氧和CO含量均很少,在“铂”的催化作用下,当混合气由浓变稀时,氧离子与CO的化学反应从缺氧状态急刷变化为富氧状态,由于氧离子浓度差的急剧变化,因此使输出电压从0.9V急剧变化到0.1V。
①单引线:氧化锆式EGO只有一根信号线,以外壳为搭铁回路。
②两线式:即一条为信号线,另一条为搭铁线。
③三线式:用于加热型氧化锆式EGO,其中一条为信号线,另一条为搭铁线,第三条为来自点火开关或继电器的12V加热电源线。
④四线式:信号线和加热线各自有搭铁回路,即有两条搭铁线。
3)氧化锆式EGO的工作条件:氧化锆式EGO必须满足以下三个条件,才能正常工作。
①发动机冷却液温度高于60℃。
②发动机处于部分负荷工况和怠速运转。
③氧化锆式EGO自身温度高于300℃。由于低于300℃无信号输出,300~800℃信号最强。为此,目前大部分氧化锆式EGO在其内部增设陶瓷加热元件,通过汽车电源加热,可在发动机起动后20~30s内迅速将氧化锆式EGO加热到工作温度。
(4)氧化锆式EGO的检测
氧化锆式EGO的常见故障有EGO内部断路、陶瓷元件破损、加热电阻丝烧断以及铅或积碳沉附于EGO表面等,使得
ECU无法得到排气中氧浓度的反馈信息,从而导致发动机油耗和排气污染增加、怠速不稳、缺火和喘振等故障。
【案例3-1】桑塔纳2000GSi轿车AJR发动机加热型氧化锆式EGO的检测
桑塔纳2000GSi轿车AJR发动机氧化锆式EGO工作电路如图84a所示,检测方法如下:
1)加热元件电阻检测:检测时首先拔下传感器的线束插接器的插头,如图84b所示,检查端子1与端子2之间的电阻,应为1~5Ω(电阻随温度升高而迅速上升)。若在常温下检查电阻值为∝,则说明加热元件已经断路,必须更换该EGO。
2)电源电压检查:EGO的加热元件需要电源加热,当打开点火开关后,燃油泵继电器触点接通时,加热元件的电源即被接通。当检查电源电压时,应拔下传感器的线束插接器的插头,打开点火开关,检查插接器的插头上端子1与端子2之间的电压,应为12V左右。若无电压,说明熔断器或断路继电器的触点接触不良,应予修理或更换。
3)信号电压检查:氧化锆式EGO工作电路及插头如图84所示。
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