汽油发动机中氧化钛式传感器原理及检修方法分析

董大伟，李春静

（吉林铁道职业技术学院，吉林 吉林 132002）

目前使用的氧传感器有氧化锆式和氧化钛式两种，氧化钛式氧传感器的外形与氧化锆式氧传感器相似，其中原理不同，氧化钛式氧传感器不需要与大气压进行比较，目前使用较多的氧化钛传感元件有芯片式和厚膜式两种。芯片式将铂金属线埋入二氧化钛芯片中，金属铂兼作催化剂用。厚膜式采用半导体封装工艺中的氧化铝层压板工艺制成，从而使成本降低、可靠性提高。

1 氧传感器的工作原理

1.1 氧化钛式氧传感器的安装位置及原理

图1 氧传感器外形与安装位置

氧化钛式氧传感器的信号源相当于一个可变电阻，当发动机的可燃混合气浓时，二氧化钛呈现高阻状态。当发动机混合气稀（过量空气系数大于1）时，排气中氧离子含量较多，传感元件周围的氧离子浓度较大，二氧化钛呈现低阻状态。

当空燃比较小时，可燃混合气中的燃油含量较多，空气量少，排出废气中的氧含量少，氧传感器外部电极在电源供电的情况下阻值增大，传给ECU的信号电升高，反之阻值减小，信号电压减小。注意，氧化钛式氧传感器的正常工作温度是600℃左右，低于该温度值，氧传感器不输出电压，发动机电子控制系统处于开环控制状态。传感器的引出线常常有四根，如一根是供加热使用的导线电压为5V，一根是给电脑的信号线0.1～0.9V，一根是搭铁线0V。

1.2 氧化钛式传感器的工作条件

必须满足以下三个条件ECU才能根据氧化锆式氧传感器的信号调节可燃混合气浓度：发动机冷却液温度高于60℃；氧传感器自身温度高于600℃；发动机工作在怠速工况和部分负荷工况。

因此，为了使氧传感器迅速达到工作温度（600℃）而投入工作，目前大多数氧传感器都采用了加热元件对钛管进行加热。加热元件一般采用陶瓷加热元件，直接由汽车电源（12～14V）通电进行加热。

2 氧化钛式传感器的检修方法

2.1 氧传感器的基本电路如图2所示

图2 氧传感器基本电路

2.2 氧传感器各线束电压的检测

（1）氧传感器搭铁线的测量。起动发动机，使用50V的量程，分别接触各线束，如测量电压值为0V，则为搭铁线。三线制加热型氧传感器一般有1根搭铁线。

（2）氧传感器加热线电压的测量。发动机起动后，使发动机和氧传感器达到正常工作温度。把万用表转换到电压档10V量程，用红表笔连接各线束，黑表笔连接车体，如测出某线电压为5 V则为传感器加热线。

（3）氧传感器信号线电压的测量。使用万用表电压档2.5V量程，将红表笔分别接氧传感器除了加热线以外的线束，黑表笔接车体。保持发动机怠速运转，观察万用表指针能否在0.1～0.9V之间来回摆动。若指针在1min内的摆动次数等于或多于10次，则说明氧传感器信号线工作正常。若指针在1min内的摆动次数少于10次，说明氧传感器或反馈控制系统工作不正常，其原因可能是排气管中氧传感器中毒或被污染而导致灵敏度下降，此时进行氧传感器表面清理，再进行测量，如果反应不灵敏则进行更换。

2.3 氧传感器信号线波形的测量

发动机运转发动机进入闭环控制阶段，用示波器检测信号线波形，轻踩加速踏板，同时观察示波器，其示波器波形应随节气门开度而变化，如图3；如无任何反映或变化过程中杂波较多则表明氧传感器已损坏，如图4。如果氧传感器反馈电压能按上述规律变化，说明氧传感器良好，反馈控制系统工作不正常是其他原因造成的。

2.4 氧传感器的外观检查

主要检查氧传感器外壳上的通气孔是否堵塞、陶瓷心是否破损。如有损坏，应更换氧传感器。

图3 氧传感器正常波形

图4 喷油器堵塞时氧传感器波形

2.5 氧传感器的颜色检查

正常的氧传感器的颜色为淡灰色。若为白色，则已经发生硅污染，必须更换；若为棕色，则已经发生了铅污染，必须更换，注意一定要使用无铅汽油，否则会造成三元催化转化器损坏；若为黑色，则已经发生了积炭，清除氧传感器上的积炭视情况可以继续使用。

3 结语

总之，在氧传感器的检查过程中，要特别注意它是否有污染。如果受到污染会直接影响发动机的性能，传感器的寿命也会缩短，同时会降低三元催化转化器的使用寿命，造成更大损失。另外污染后的传感器输出的信号欠准，从而出现燃油消耗量过大的特征或造成更加明显的故障现象。

［1］舒华.汽车电控系统结构与维修［M］.北京：北京理工大学出版社，2010.

［2］李春明.汽车故障诊断方法与维修技术［M］.北京：北京理工大学出版社，2009.

［3］麻有良.汽车电器与电子控制系统［M］.北京：机械工业出版社，2007.