汽車氧傳感器工作原理及其失效原因

汽車氧傳感器是汽車電子控制系統(tǒng)中一個重要的組成部分，它能夠有效地提高發(fā)動機性能及整車的經(jīng)濟性。了解汽車氧傳感器工作原理以及汽車氧傳感器的失效原因，對于整體把握汽車控制系統(tǒng)有很大的幫助。本文介紹汽車氧傳感器工作原理及其失效原因。

1、汽車氧傳感器工作原理

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氧離子易于移動。此型氧傳感器將氧化鋯燒結(jié)成管狀，并與內(nèi)層與外層涂上白金(Pt)，這就是氧化觸媒的作用，當(dāng)氧離子移動時即會產(chǎn)生電動勢，而電動勢的大小是依氧化鋯兩側(cè)的白金所接觸到的氧而定，最外層則覆蓋一層保護殼。

內(nèi)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(dāng)混合比較高時，排放的廢氣所含的氧相對地減少，因此氧化鋯兩側(cè)的白金所接觸到的氧氣高低落差大，所產(chǎn)生的電動勢也相對高(將近1V);當(dāng)混合比稀時，燃燒完所多余的氧氣較多，氧化鋯兩側(cè)的白金層的氧氣落差小，因此所產(chǎn)生的電動勢低(將近0V)。

引擎控制計算機由此電壓訊號即可偵測到當(dāng)時混合比的狀況。然而氧傳感器須在高溫才能發(fā)揮正常用作(400℃~900℃)，因此當(dāng)引擎剛開始發(fā)動時，氧傳感器尚未開始作用，須等到達到其作工溫度才開始有電動勢的產(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)，因此目前的車型幾乎可以在引擎發(fā)動30秒后，汽車氧傳感器即可供給計算機正確的訊號，有些車型甚至可以達到更低的時間。

2、汽車氧傳感器的失效原因

汽車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高。氧傳感器的傳感元件受到污染而失效的現(xiàn)象稱為中毒。氧傳感器中毒主要是指鉛中毒、硅中毒、和磷中毒。

2.1 汽車氧傳感器老化

在發(fā)動機利用氧傳感器進行閉環(huán)控制的過程中，混合氣的空燃比總是控制在理論空燃比附近，排氣中幾乎沒有過剩的燃油，但是發(fā)動機剛剛起動(特別是冷車起動)之后(或大負(fù)荷狀態(tài)工作時)，為了快速預(yù)熱發(fā)動機(或增大發(fā)動機輸出功率)，需要供給足夠的燃油，排氣中過剩的燃油就會在氧傳感器的表面產(chǎn)生燃燒反應(yīng)，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高(超過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(yīng)，導(dǎo)致催化劑鉑的催化性能降低的現(xiàn)象，稱為鉛中毒。雖然現(xiàn)在都使用無鉛汽油，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)動機上的硅密封膠、硅樹脂成型部件、鑄件內(nèi)的硅添加劑等都有硅離子，這些硅離子會污染氧傳感器的外側(cè)電極，氧傳感器內(nèi)部端子處密封用的硅橡膠會污染內(nèi)側(cè)電極。硅離子與氧傳感器的鉑電極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致催化劑鉑的催化性能降低的現(xiàn)象，稱為硅中毒。

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(xiàn)象，稱為磷中毒。磷化物的應(yīng)用很廣，可以用作潤滑劑、防銹劑和清洗劑。在發(fā)動機磨合期間或活塞環(huán)磨損之后，發(fā)動機潤滑油添加劑中的磷化物就會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(dǎo)致傳感器中毒;在高溫狀態(tài)下，磷化物會附著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(dāng)汽車行駛一定里程(一般為80000Km)后，應(yīng)當(dāng)更換氧傳感器。

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