关于汽车保养的那些事——氧传感器篇

氧传感器是检测汽车排放尾气中氧含量的传感器。有三元催化器存在的车子，都能找到氧传感器的身影。

理论上汽油在一定比例下经过充分燃烧，会生成二氧化碳和水，这个比例叫作最佳空燃比。而氧传感器的工作就是提供信号不断对发动机配气和喷油进行控制来逼近最佳空燃比，以此来达到三元催化器对于尾气中的有害成分的燃烧转化始终保持在最为有效的净化状态。这样废气在经过三元催化器进行氧化还原后直接排到大气中，对我们的环境破坏就会小很多。

而混合气的空燃比一旦偏离理论空燃比，三元催化剂对CO、HC和NOx的净化能力将急剧下降，举个例子，汽油站着火您会看到浓烟滚滚，这些浓烟就是汽油没有充分燃烧的结果，如果汽油充分燃烧了，你是看不到黑烟的。

氧传感器有上游氧传感器以及下游氧传感器，安装在三元催化器的两头。上游氧传感器负责给ECU信号控制空燃比，下游氧传感器负责给ECU信号诊断三元催化的劣化状态并进行空燃比补正。

目前市面上最常见的氧传感器有两种，窄氧传感器与宽氧传感器，主要区别在于窄氧传感器能够检测混合气是浓还是稀，而宽氧传感器除了能判断混合气是浓还是稀之外还能检测出是什么程度的浓和稀，通常原先国五的车上下游氧传感器均为窄氧传感器，而国六因为排放加严的缘故，上游氧传感器普遍改为了宽氧传感器。

一、窄氧传感器工作原理

首先我们要理解氧浓度差电池的概念：如果在二氧化锆固体电解质的表面上安装2个电极的情况下, 这两个电极间氧气浓度差产生时, 氧离子由浓度高侧向低的一侧移动, 以达到平衡的状态，电子移动由此形成电动势。

窄氧传感器正是运用了这个原理，氧化锆元件内部通过电极与基准大气相通，形成基准电极；元件外部通过电极与尾气相通，形成检测电极。

氧传感器输出的电压在0V-1V之间，如果尾气含氧量高，形成的电动势小，输出的电压也就小，说明空燃比大混合气稀，需要增大喷油量延长喷油时间。如果氧气含量低，形成的电动势大，输出的电压也就大，说明空燃比小混合气浓需要减少喷油量缩短喷油时间。

由下图可以看出当氧传感器输出的电压在急剧变化的区间时，三元催化器处于最佳的工作区。

另外为了保证氧传感器具有稳定的输出信号,必须保证氧传感器处于高温的环境工作（350°C以上）。所以在传感器内部还会有加热器。窄氧传感器也叫四线氧传感器，其中两根线是加热器的，还有两根线是传递电压信号的。

二、宽氧传感器工作原理

宽氧传感器在窄氧传感器的基础上，运用了氧化锆的另一种特性。氧化泵的原理：如果在二氧化锆固体电解质的表面上安装2个电极,并且在回路中施加电压的话，会造成电子的移动，从而引起氧的移动，这个过程不依赖与氧气的浓度。

宽氧传感器同时运用了这两个原理，第一部分是Vs单元（检测单元），氧化锆组件的一个电极为氧基准电极，另一个电极与气体检测室连接。第二部分是Ip单元（泵单元），氧化锆组件的两个电极一个与气体检测室连接，另一个与尾气连接。

气体检测室与排气相通，排气中的氧通过泵单元输送到气体检测室中。检测单元通过Icp供给电流，在多孔电极上积累基准氧，由于氧从气体检测室侧向基准级流动，所以会产生电动势，通过与基准电压450mV比较，控制器改变加载在泵单元上的电压从而使得检测室内达到与完全燃烧时同样的浓度。

当混合气过浓时，排气中的氧含量比较少，会导致检测单元的电压值超过450mV。此时控制单元发出吸入氧的信号，增大泵单元的电流，增加泵氧速度，使得检测室的氧含量增加，检测单元电压值恢复到450mV。这个过程中可以计算出燃料中不足的氧气量。从而控制单元可以计算出减少多少喷油量。

当混合气过稀时，排气中的氧含量比较多，会导致检测单元的电压值低于450mV。此时控制单元发出排出氧的信号，减小泵单元的电流，降低泵氧速度，使得检测室的氧含量减少，检测单元电压值恢复到450mV。这个过程中可以计算出燃料中过程的氧气量。从而控制单元可以判断增加多少喷油量。

宽氧传感器在窄氧传感器的基础上多了一根泵单元的线，所以也叫五线氧传感器。

三、窄氧传感器与宽氧传感器的对比

四、氧传感器的失效模式

常见的氧传感器失效后，会使发动机怠速运转不稳，油耗增加，加速无力，排气管冒黑烟，废气排放超标，并且一段时间后通常会点亮发动机故障灯。

最常见的失效模式有两种：

1、氧传感器中毒，是经常出现的且较难防治的一种故障，尤其是经常使用含铅汽油的汽车，会使氧传感器铅中毒而失效。另外，氧传感器发生硅中毒也是常有的事。汽油和润滑油中含有的硅化合物燃烧后生成的二氧化硅，硅橡胶密封垫圈使用不当散发出的有机硅气体，都会使传感器失效。

2、氧传感器积碳，这个更容易发生，因为各种工况下，发动机不可能保持长久的充分燃烧，燃烧不充分就会产生积碳，氧传感器内部堆积积碳后，阻碍外部空气进入氧传感器内部，会使传感器的输出信号改变，不能正确修正空燃比。

四、氧传感器的维修判定

对氧传感器的故障判断一般有以下这几种方式：

1、观察法。通过观察氧传感器顶尖部位判断故障：淡灰色顶尖：这是氧传感器的正常颜色；白色顶尖：由硅污染造成的，此时必须更换氧传感器；棕色顶尖：由铅污染造成的，如果严重，也必须更换氧传感器；黑色顶尖：由积碳造成的，在排除发动机积碳故障后，一般可以自动清除氧传感器上的积碳。

2、诊断仪读故障码法。通过诊断仪读取整车故障码，可以读取到混合气的故障，以此后续推断是否是氧传感器存在问题。

2、电阻检查法。其检查方法是：拔下氧传感器的线束插头，用万用表测量其接线端中加热器的两根接线柱之间的电阻，其值应为4～40Ω。否则应更换氧传感器。

3、电压检查法。在接线良好时，使发动机处于工作温度并高怠速运转，用内阻大于10MΩ的数字式万用表测量氧传感器的输出电压。良好的传感器，电压应在0～0.9V之间切换。如果电压保持0V和0.9V不变，则反复使发动机转速升高或下降，此时若测得的电压仍为0V，则传感器已坏。若测得电压为0.9V左右但不切换，可拆去制动器的真空助力软管，真空大量泄漏后混合气变稀，此时若产生电压切换则传感器良好，否则，说明氧传感器发生中毒，应予以更换。

五、氧传感器的保养

对于氧传感器积碳而言，清洗是一种比较好的方式。一般说来，只要不是副厂的传感器，内部的瓷体没有炸裂，加热电阻也没有开路，清洗过的氧传感器都可以恢复正常工作。

氧传感器的清洗方法如下：拆下氧传感器，用5-10%的三氯化铁溶液加过量的盐酸，这个比例要视传感器头子表面的情况而定。将氧传感器放到溶液里浸泡，10-15分钟后取出，用水冲净，不仅周围的四个孔要通畅，从底部观察，洗净后里面的载体呈白色。如果清洗得不理想，继续此项的工作，直到能看到白色的载体为止。最后吹干并安装。

清洗氧传感器一般是对于氧传感器积碳而言，也就是一氧化碳中毒，对于其他铅、硫、硅、锰铅、磷中毒没多大作用。对于铅中毒，那最简单的方法就是再使用一箱优质的汽油，这样就可以让中毒后的氧传感器重新恢复活性，但对于其他的中毒，可能没有很好的方式去清洁，必要时必须更换氧传感器，才能恢复正常工作。

在很多人的印象中，氧传感器都是用到坏，然后更换的。其实，一辆车行驶10万公里左右，一般来说也就是5、6年之后，往往故障率、油耗都会增加，然而检查却基本没故障。10万公里可以说是个小坎，虽说车辆整体的老化不可避免，但是一些重要的零部件的使用寿命大概就10万公里左右，而这些零部件没定为易损件、保养件，没坏的情况下不要求更换、我们也不会想着去更换，但实际上它们的工作效率已经极大衰减了，正如今天说的氧传感器，所以建议10万公里左右进行更换，节油减排。

为了降低氧传感器的失效概率，在日常车辆使用过程中也应该做到以下几点：

• 避免使用劣质燃油，燃油是氧传感器寿命的最大威胁。

• 使用标准的机油，不要长期使用含硫、磷、硅等抗氧剂的润滑油。与铅的作用一样，使用含硫、磷的机油同样容易产生化学反应，使氧传感器失效。

• 车辆经过长时间停放，要热车后行驶。尤其是冬季早晨出门前，未热车行使会加剧发动机磨损，同时会造成混合气燃烧不充分，造成氧传感器积碳。

• 怠速热车控制在3分钟以内，如果水温没达到90度，可以采用“缓速慢行”的方式热车。发动机长时间低温运转会导致混合气体燃烧不充分，废气中的物质直接附着在氧传感器表面使其失效。

• 行驶中档位和时速不匹配。高挡低速和低挡高速，都会因混合气燃烧不充分导致积碳。

• 尽可能减少在拥堵的道路行驶，长时间低速行驶产生的积碳会堵塞氧传感器，如果无法避免，经常拉高发动机转速减少积碳。

• 不要选择免拆卸清洗喷油嘴、进气道，冲洗下来的积碳容易堵塞氧传感器。

• 不要轻易使用燃油添加剂，不合格的添加剂中含有禁用成分，不仅会堵塞氧传感器，还会导致发动机性能下降。

• 行驶中避免底盘受伤（托底），氧传感器受到外力后极易破碎。

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