氧气传感器的装置和工作原理

氧气传感器-一种用于记录汽车发动机废气中残留的氧气量的设备。 它位于排气系统中靠近催化剂的位置。 根据制氧机接收到的数据，电子发动机控制单元（ECU）校正空气燃料混合物最佳比例的计算。 在汽车行业中，希腊字母表示其成分中的过量空气比率。 λ（λ），因此传感器获得了第二个名称-lambda探针。

过量空气系数λ

在拆解氧气传感器的设计及其工作原理之前，有必要确定一个重要的参数，例如燃料-空气混合物的过量空气比率：它是什么，影响什么以及为什么要通过氧传感器进行测量传感器。

在ICE操作理论中，有这样一个概念： 化学计量比 -这是空气和燃料的理想比例，在此比例下，发动机气缸的燃烧室中的燃料会完全燃烧。 这是一个非常重要的参数，根据该参数可以计算出燃油的输送量和发动机的运行模式。 它等于14,7千克空气对1千克燃料（14,7：1）。 自然地，如此数量的空气燃料混合物不会同时进入气缸，这只是针对实际条件重新计算的比例。

空气过剩率（λ） 是进入发动机的实际空气量与理论值（化学计量）以使燃料完全燃烧的比率。 简而言之，就是“进入气缸的空气多于（应有）的空气量”。

取决于λ的值，存在三种类型的空气燃料混合物：

• λ= 1-化学计量混合物；
• λ<1-“丰富”混合物（排泄-可溶；缺乏-空气）；
• λ> 1-“稀”混合物（过量-空气；缺乏-燃料）。

现代发动机可以根据当前任务（燃油经济性，强烈加速，降低废气中有害物质的浓度）在所有三种类型的混合物上运行。 从发动机功率的最佳值来看，系数 拉姆达 应当将其值设为约0,9（“浓”混合气），最小燃油消耗将对应于化学计量混合气（λ= 1）。 由于在空气-燃料混合物的化学计量组成下催化转化器的有效运行，因此在λ= 1时也将观察到最佳的废气净化效果。

氧气传感器的用途

在现代汽车（用于直列式发动机）中，标准使用了两个氧气传感器。 一个在催化剂前面（上部λ探针），第二个在其后面（下部λ探针）。 上下传感器的设计没有区别，它们可以相同，但执行不同的功能。

上方或上方的氧气传感器检测废气中的剩余氧气。 根据来自该传感器的信号，发动机控制单元“了解”发动机运行的是哪种类型的混合气（化学计量，浓混合气或稀混合气）。 根据充氧器的读数和所需的工作模式，ECU调整供应给气缸的燃油量。 通常，将燃料输送朝向化学计量混合物进行调节。 应该注意的是，当发动机预热时，来自传感器的信号会被发动机ECU忽略，直到达到工作温度为止。 下部或后部λ探针用于进一步调节混合物的组成并监控催化转化器的使用寿命。

氧气传感器的设计和工作原理

现代汽车中使用了几种类型的Lambda探针。 让我们考虑其中最流行的设计和工作原理-基于二氧化锆（ZrO2）的氧气传感器。 传感器包含以下主要元素：

• 外电极-与废气接触。
• 内部电极-与大气接触。
• 加热元件-用于加热氧气传感器并使它更快地达到工作温度（约300°C）。
• 固体电解质-位于两个电极之间（氧化锆）。
• 房屋。
• 喷嘴保护罩-带有特殊的孔（穿孔），可让废气进入。

外部和内部电极镀有铂。 这种λ探针的工作原理是基于对氧气敏感的铂层（电极）之间的电势差的出现。 当电解质被加热时，当氧离子从大气和废气中流过时，会发生这种情况。 传感器电极上的电压取决于废气中的氧气浓度。 越高，电压越低。 氧气传感器信号电压范围为100至900 mV。 该信号具有正弦曲线形状，其中区分了三个区域：从100到450 mV（稀混合气），从450到900 mV（浓混合气），450 mV对应于空气-燃料混合物的化学计量组成。

制氧机资源及其故障

λ探针是最快磨损的传感器之一。 这是由于这样的事实，即它经常与废气接触，其资源直接取决于燃料的质量和发动机的可维修性。 例如，锆氧罐的资源约为70-130万公里。

由于两个氧气传感器（上部和下部）的操作均由OBD-II车载诊断系统监控，因此如果其中任何一个发生故障，则将记录相应的错误，并且仪表板上的“检查引擎”指示灯会亮起来。 在这种情况下，您可以使用特殊的诊断扫描仪诊断故障。 在预算选项中，您应该注意Scan Tool Pro Black Edition。

这款韩国制造的扫描仪与类似产品的不同之处在于，它的高制造质量和诊断汽车的所有零部件的能力，而不仅仅是发动机。 他还能够实时跟踪所有传感器（包括氧气）的读数。 扫描仪与所有流行的诊断程序兼容，并且在知道允许的电压值的情况下，您可以判断传感器的健康状况。

当氧气传感器正常工作时，信号特性为规则的正弦曲线，在8秒内显示至少10次开关频率。 如果传感器故障，则信号形状将不同于参考信号，或者其对混合物成分变化的响应将大大减慢。

氧气传感器的主要故障：

• 操作过程中磨损（传感器“老化”）；
• 加热元件开路；
• 污染。

所有这些类型的问题都可以通过使用劣质燃料，过热，添加各种添加剂，机油和清洁剂进入传感器的操作区域来触发。

制氧机故障迹象：

• 仪表板上的故障警告灯指示。
• 断电。
• 对油门踏板反应不佳。
• 发动机空转。

Lambda探针的类型

除氧化锆外，还使用钛和宽带氧传感器。

• 钛。 这种类型的充氧器具有二氧化钛敏感元素。 这种传感器的工作温度从700°C开始。 钛λ探针不需要大气，因为它们的工作原理基于输出电压的变化，取决于废气中氧气的浓度。
• 宽带λ探测器是一种改进的模型。 它由旋风传感器和泵送元件组成。 第一种方法测量废气中氧气的浓度，记录由电势差引起的电压。 接下来，将读数与参考值（450 mV）进行比较，并在出现偏差的情况下施加电流，从而促使从排气中注入氧离子。 这种情况一直发生到电压等于给定电压为止。

λ探针是发动机管理系统中非常重要的元素，它的故障会导致驾驶困难，并导致其余发动机零件的磨损增加。 由于无法修复，因此必须立即更换新的。