分析尾气故障：揭秘4线氧传感器工作原理

目前在用的电控燃油喷射发动机多采用4线式氧传感器，而新生产的车辆多采用6线氧传感器。

4线氧传感器多分为两类：二氧化锆式传感器和二氧化钛式传感器。二氧化锆式传感器是电池型传感器，它根据发动机高温排气中氧气的含量输出信号电压，来检测混合气的稀浓；二氧化钛式传感器是氧敏电阻型传感器，即其电阻值是可变的，变化的条件就是它周围氧气的浓度，所以它不能产生电压，只能借助偏置电路，才能将混合气的稀浓转变成电压信号。

目前二氧化锆式传感器应用较为广泛，其内部结构如右图所示。

二氧化锆式传感器的内部结构分两部分：加热部分和信号发生部分。

信号部分就是一个电化学电池，当氧传感器的探头部分和尾部之间所接触到的气体有氧浓度差时，就会输出电压信号。该信号电压与普通电池类似，是由传感器本身产生的，但内阻比较大，大约为1MΩ。

二氧化锆式传感器在混合气过浓时，即空燃比小于14.7∶1时，探头部分的氧浓度低，露在空气中的尾部氧浓度高，此时在化学电池的作用下，传感器产生0.45～0.9V的信号电压；当混合气过稀时，探头部分与露在空气中尾部之间氧浓度接近（排气中有剩余的氧气）时，产生0～0.45V的信号电压。

信号电压的变化频率：在发动机转速为2000r/min以上时，可以产生8次/10s以上跨越0.45V的电压变化，所以说，氧传感器可以快速将混合气稀浓状态转化成信号电压，以便让发动机ECU快速地进行混合气调节。三元催化转化器正是在此基础上，才能进行有效的催化还原，最终保持最低的排放。

刚装上的新氧传感器有一个“兴奋”期，其信号电压变化很快，工作一段时间后会稳定下来，但最终其变化频率要高于8次/10s以上才算合格。

正常情况下氧传感器会有8次/10s的变化速度，但如果混合气控制系统有故障，则氧传感器信号电压可能不再变化，持续保持在0.1V或0.9V。这时并不能表明氧传感器已经损坏，因为氧传感器对应的稀浓信号可能是正确的，可以用相应的干扰法来验证氧传感器是否损坏。比如，当氧传感器信号总是在0.1V时，可以将化油器清洗剂喷入进气管，模拟增加喷油量，因为化油器清洗剂内也有HC的成分，可以参与燃烧，这样氧传感器的信号电压应该增加到0.9V。如果不能快速反应，则说明氧传感器损坏。

除了以上判断氧传感器损坏的方法，还可以测量氧传感器的加热电阻。如果氧传感器加热电阻断路，则说明氧传感器损坏。如果氧传感器的4根导线任意一根与外壳导通，则说明氧传感器损坏。(www.xing528.com)

加热部分的作用是让氧传感器尽快产生信号电压，因为氧传感器需要温度达到300℃以上才能正常工作。而汽车刚起动时温度较低，氧传感器不会产生信号。为了缩短氧传感器不能产生信号的时间，现在的发动机电控系统都带有加热装置。早期的车型不带加热电阻，在室温0℃时发动着车需要2min甚至更长时间才能让氧传感器达到工作温度，输出信号电压，而有了氧传感器加热电阻以后，仅需要1min就可以使氧传感器输出信号电压。最新的电控系统进一步减小了氧传感器的电阻，提高了氧传感器的加热电流，在约30s内氧传感器就能达到工作温度，输出信号电压，快速进入混合气闭环调节状态，缩短开环控制的时间，减少有害气体的排放。

带加热装置的氧传感器的加热电阻不断减小，同时其控制电路也有所变化。早期的氧传感器加热电路的正极由继电器控制，负极直接搭铁。而新型氧传感器正极仍旧由继电器控制，负极改由发动机ECU内部的晶体管控制，这样控制的好处是可以让氧传感器在最短的时间内工作，当达到工作温度后，对其加热电流进行控制，可以防止氧传感器的加热电流过大而导致其早期损坏，让氧传感器工作在最合适的温度，提高氧传感器工作的可靠性。

通常，氧传感器的加热电阻为4～40Ω，加热电阻采用PTC材料，电阻值随温度的上升而增加，起到一定的自动限流控制温度的作用。

氧传感器的寿命

下面以博世氧传感器的更换间隔里程数为例：

1976～20世纪90年代初期非加热型氧传感器：48000～80000km。

20世纪80年代中期～90年代中期第一代加热型氧传感器：96000km。

20世纪90年代中期以后第二代加热型氧传感器：160000km。

除了上述标准，在没有关于氧传感器的故障码时，如果怀疑氧传感器损坏，可用示波器观察氧传感器在2000r/min时的浓稀转化频率。在氧传感器工作的外部条件正常的情况下，其信号变化频率在8次/10s以上。如果氧传感器信号一直处于低电平状态，如为0.1V左右，则可以进行加浓试验。如果仍不能输出0.9V的信号电压，则说明有损坏。氧传感器早期损坏的原因有外力损伤，铅、锰重金属中毒，以及自然老化等。