汽车氧传感器的前世今生

氧传感器，一个老掉牙的话题，在混合动力和纯电动大行其道的今天，再来谈氧传感器有点落伍了。

鉴于纯电动和其他类型新能源汽车的普及还需要时日，在今后很长的一段日子里，燃油车仍将是主流，多家欧洲车企明确表态，混合动力车型在今后仍然将会持续生产……综合这些情况，说明发动机不会很快的淘汰，更不会彻底的退出历史舞台，那么我们今天讨论氧传感器，也还有意义。

之所以要老调重弹，是因为很多书上和资料上对氧传感器的介绍看着挺详细，什么都说了，但是在我们仔细深究的时候，发现关于氧传感器，我们的了解其实还是似是而非的样子，更何况我们一些工作在维修一线的同行兄弟们，并未受过专业培训和系统性训练，对于氧传感器的了解和认知，不同程度上都存在认识上的片面性，在面对氧传感器或者说混合气故障的诊断的时候，缺乏系统性的考虑。

接下来聊正事：

一、氧传感器简史

1、功能

在正常工作的发动机排气系统中的氧气或 lambda 传感器监测 A/F 比，检测频率高达每秒一百次左右，并把这个信息报告给车辆的 ECU 或发动机控制单元（也称为 PCM 或 ECM）。发动机据此进行适当的调整以确保空燃比是理想的或接近理论空燃比的附近进行工作，从而帮助发动机更有效地燃烧燃料。大多数氧传感器使用氧化锆的核心材料，它产生与排气中氧气量相关的电压，从这一角度来说，氧传感器更像是一个根据氧含量变化而可以产生输出电压信号的电池，这样讲，不够准确，但是能够帮助大家理解。

2、进化

真正实用意义上的汽车发动机氧传感器由罗伯特博世公司开发，并于 1970 年代后期首次用于沃尔沃公司的发动机管理系统中。

最初，汽车氧传感器只有一根或两根电线，由氧化锆制成，呈顶针形状，这种结构在2000年前很多日系车型电控发动机上也能经常见到。传感器依靠排气系统中的热量将它们加热到所需的工作温度。这种不带加热器的氧传感器的问题是传感器从不工作（氧传感器不能工作会让 ECU 处于开环模式）到工作（闭环模式）需要很长时间，通常超过一分钟。为了缩短这个预热开环工作时间，一些汽车制造商故意延迟点火正时来加热排气，以提供更快的氧传感器和催化剂预热。

早在 1980 年代初期，氧传感器制造商在套管中心添加了一个小型棒式加热器，可以更快地将陶瓷套管加热到其工作温度。加热传感器可以安装在催化转化器旁边的下游——这是一个更理想的位置，因为废气处于更均匀的状态，并且传感器过热的可能性大大降低。

第一个版本是采用外壳接地作为传感器信号的三线传感器，后来的应用采用了我们大家最常见的带有隔离接地的四线版本加热型氧传感器。

早期汽车发动机管理系统氧传感器的应用最广泛的国家是美国，从 1990 年代初加州车辆和 1996 年其他 49 个州开始实施 OBDII 控制。

对氧传感器的要求急剧增加。伴随着电子控制技术的进步，新技术被不断地开发出来，氧传感器被放置在更多的位置，从而增加了它们对 ECU 的反馈。

当前的窄带传感器只能读取“浓”或“稀”的读数，已被替换。

新一代的四线和五线乃至六线宽带传感器现在正在许多车辆应用中使用。这些传感器允许精确测量 A/F 比，从而实现更加严格的排放控制。

虽然第一辆配备传感器的车辆只有一个传感器，但今天的车辆最多可以有八个。最初的单线传感器加入了加热、平面、二氧化钛、FLO（快速熄灯）、UFLO（超快速熄灯）、宽带（宽频）和 A/F 传感器。现代氧传感器，由于其复杂性和位置，是现代车辆的燃料喷射和低排放发动机混合气相关故障诊断变得复杂的主要原因。

下图是典型的传感器组件

二、氧传感器类型和功能

1、不带加热器的氧传感器

单线或两线不带加热式氧传感器是最早也是最基本的传感器类型。单线传感器仅使用一根信号线，而两线版本也有一根接地线。不带加热的传感器需要外部热量进行必要的工作预热，因此只能安装在靠近发动机排气口的位置，矛盾的是这一位置并不是测量空燃比的理想位置。不带加热氧传感器的另一个限制是它可能需要一分钟或更长时间才能达到正常运行所需的温度。

2、加热型氧传感器