科技改變生活 · 科技引領未來
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“博世是全球領先的氧傳感器制造商，他們生產的LSU系列寬裕氧傳感器被廣泛應用到車輛當中，用來精確測量Lambda或空燃比（AFR）。多年來，隨著傳感器的批量使用它們的價格已經大大降低，并且在汽車售后市場和車輛改裝市場中非常受歡迎。我們知道，
“博世是全球領先的氧傳感器制造商，他們生產的LSU系列寬裕氧傳感器被廣泛應用到車輛當中，用來精確測量Lambda或空燃比（AFR）。多年來，隨著傳感器的批量使用它們的價格已經大大降低，并且在汽車售后市場和車輛改裝市場中非常受歡迎。我們知道，這些傳感器長期工作在最惡劣的環境中，所以經常聽到LSU傳感器損壞或者在某些情況下發生故障。當然，博世在最初設計時也是考慮到了這一點，所以在大部分量產車上，這些傳感器的使用壽命通常超過100,000公里。但是，為什么氧傳感還總是會壞呢？特別是在售后和車輛改裝市場中。這里，我們將不對傳感器是如何工作的進行復雜的解釋，并且以下討論的所有內容都是非常容易掌握的。但這并不代表這是一篇簡短的文章，因此，如果您不想閱讀全部內容，請隨意跳到最后的要點。但是，一旦了解了如何避免這些錯誤，那傳感器的壽命將大大提高。”
首先，我們對傳感器進行簡單的拆解：
我們看到所有的 LSU傳感器都有兩個保護管，它們包裹著內部的傳感元件。上面的孔是通道，以便廢氣可以盡快到達傳感元件，同時也可以阻止可能損壞傳感器的污染物和水滴進入（稍后會詳細介紹）。如果我們卸下外部保護管，則可以看到內部的保護管，如下所示：
對比早期的LSU4.2傳感器和當前的LSU4.9傳感器，BOSCH進行了重大的設計改動。據推測，LSU4.9上保護管的重新設計是為了讓更湍流的廢氣流通過傳感器，從而縮短響應時間。卸下內管，我們就看到了傳感元件。這實際上是一塊很小的印刷電路板，但不是基于玻璃纖維得（因為它無法承受熱量），而是基于陶瓷的。與傳統的電路板（也無法承受熱量）將元件焊接在頂部和底部不同，BOSCH將電路構建在陶瓷板中，這種構建類似于普通3D打印機的附加層那樣，這個過程被稱為厚膜技術。這種電路可以在非常高溫的環境（例如排氣系統內部）中運行，這是氧傳感器最核心的部件。在較早的LSU4.2傳感器上的傳感元件約為2毫米厚，而較新的LSU4.9傳感器上的傳感元件厚度縮小至約1毫米厚，如下圖所示。
較薄的感應元件可能有助于LSU4.9更快的響應時間，但對振動和機械沖擊也更為敏感。陶瓷傳感元件由傳感電路和加熱器電路組成的，理想情況下，傳感電路應保持在780℃的恒定溫度下，這是一項非常嚴格的要求，，對傳感器測量精度十分重要。雖然廢氣溫度（以下稱為EGT）本身可以加熱傳感器，但無法精準控制加熱溫度，為達到目標溫度，必須加入控制單元。例如，當EGT由于發動機負載和轉速的增加而上升時，需要逐漸降低加熱器功率；而在足夠高的發動機轉速和負載下，加熱電路可能需要完全關閉。但是，如果EGT將傳感元件加熱到780℃以上，那么溫度控制單元將無法采取任何措施來降低其溫度，這會導致傳感器不再受控。
通常，為了更快的獲取空燃比，人們都希望傳感器能盡快達到工作溫度。但是，感應元件在快速的溫度變化中（加熱或冷卻）會導致其破裂或發生故障。
了解了這些，我們來看一下導致傳感器損壞的幾個原因：
熱沖擊–導致故障的主要原因
您可能已經注意到了，當您啟動冷發動機時，隨著發動機的預熱，大量的水將從排氣系統中流出，有時可能只是輕霧，但在特殊情況下，尤其是在寒冷的天氣下，會觀察到滴水甚至滴流，這是冷凝在排氣系統內部的濕氣被吹出或蒸發的結果。博世針對這種現象在LSU傳感器技術文檔中專門介紹了處理方法。還記得傳感元件不能太快地加熱或冷卻，否則會失效嗎？如果在啟動冷發動機之前將傳感器加熱到最高溫度，則冷凝的水滴會撞擊熱傳感器并很快將其破壞-這通常稱為熱沖擊。因此，博世（Bosch）指出，傳感器加熱前必須要發動機先運轉，即便如此，也必須將加熱器功率控制在滿功率的15％左右，直到確定冷凝水消失為止，然后才可以對傳感器進行大功率的快速加熱。以下是對博世評論的翻譯:“在發動機啟動的預熱階段，傳感器應降低加熱器的功率..……只有在可以排除排氣系統中存在冷凝水的情況下，才可以增加加熱器功率。”“加熱器啟動后，傳感器陶瓷元件迅速加熱。在加熱陶瓷元件之前，必須確保不存在冷凝水。這可能會損壞熱的陶瓷元件。”“在發動機啟動之前，切勿打開傳感器加熱裝置或控制單元。”“ 傳感器的安裝位置設計必須以使接觸到傳感器的排氣側的冷凝水最小化或消除的方式選擇。如果通過設計措施無法做到這一點，則必須延遲傳感器加熱器的啟動，直到明顯沒有冷凝水出現為止。”
現在我們清楚了切勿讓冷凝水滴落到完全預熱完成的寬帶傳感器上，但這恰恰是在許多使用售后市場和改裝市場中經常發生的情況。
對于售后市場來說，大多數將寬裕Lambda傳感器作為出廠配件安裝的汽車上，其Lambda傳感器將直接由發動機控制單元（ECU）控制。這意味著傳感器的控制器可以準確知道發動機何時運轉，因此，ECU能夠計算冷啟動后清除傳感器上游的冷凝水需要花費多長時間，來保證傳感器的使用壽命。但是，對于大多數獨立的寬裕Lambda傳感器控制器而言，他們都只是將氧傳感器本身作為唯一輸入信號。在沒有發動機轉速信息的情況下，他們通常在啟動電源時就會滿功率工作。更糟糕的是，如果將傳感器安裝在離發動機排氣口更遠的位置，在冷啟動期間，大功率加熱會更容易損壞傳感器。我們在與許多客戶交談時，發現大多數人認為在發動機啟動之前傳感器就已經被加熱完成了，但事實并非如此。
在了解這些之后，為了使寬裕氧傳感器獲得最長久的使用壽命，我們建議您執行以下操作：
LDM4空燃比分析儀采用了BOSCH專業的氧傳感控制芯片CJ125，并且依托于BOSCH技術文檔，對傳感器加熱進行了細致控制，分為預熱、制熱、快速加熱以及溫度閉環控制四個階段，能夠更好的適應傳感器應用。
當然還有其他損壞的原因，但我們認為熱沖擊（如本文所述）是導致在售后市場安裝中損壞寬裕Lambda傳感器的主要因素，這一點通常是被忽視的，其他更常見的因素包括：
機械沖擊
還記得LSU4.9上1mm厚的陶瓷晶片嗎？它承受不了過度的振動，特別是掉落時很容易損壞其內部感應元件。
污染
使用了含鉛較多的燃料，或者渦輪密封圈磨損了，防凍劑或硅酮密封劑的過量使用，這些都會降低傳感器的使用壽命。
過高的EGT
雖然LSU4.9傳感器實際上能承受高達980℃的廢氣溫度，但是如果傳感元件的溫度遠遠超過目標溫度，控制器將進入故障模式。在故障模式下，控制器可能會停止對傳感器的控制，這就和將傳感器安裝到排氣管上卻沒有打開控制器一樣,這樣做對傳感器來說是致命的。在博世的技術文檔中明確指出“The sensor must not stay inthe exhaust gas stream when it is not heated or when the control unit isswitched off.”譯文：當傳感器沒有被加熱或關閉控制單元時，它不能停留在廢氣流中”
結論：
我們希望本文中提供的信息能有助于避免更多的寬裕氧傳感器過早損壞，以節省客戶的麻煩和成本。
高同明