空燃比传感器课件

空燃比传感器空燃比传感器1一一、空燃比传感器的结构与工作原理空燃比传感器的结构与工作原理 空燃比传感器又叫宽带氧传感器空燃比传感器又叫宽带氧传感器（或宽范围氧传感器、线性氧传感器、（或宽范围氧传感器、线性氧传感器、稀混合比氧传感器等）。稀混合比氧传感器等）。2一、空燃比传感器的结构与工作原理 它能连续检测出稀薄燃烧区的空燃比，可它能连续检测出稀薄燃烧区的空燃比，可正常工作的空燃比范围大约为正常工作的空燃比范围大约为12 120 1，使，使得得ECM在非理论空燃比区域范围内实现喷油量在非理论空燃比区域范围内实现喷油量的反馈控制成为可能。的反馈控制成为可能。空燃比传感器有两种结构形式：单元件和空燃比传感器有两种结构形式：单元件和双元件。双元件。3它能连续检测出稀薄燃烧区的空燃比，可1）单单元元件件空空燃燃比比传传感感器器 单元件空燃比传感器的氧化锆元件单元件空燃比传感器的氧化锆元件采用平面型结构，两侧有铂电极，其中采用平面型结构，两侧有铂电极，其中正极通过空气腔与大气相通，负极与排正极通过空气腔与大气相通，负极与排气之间有一多孔性的扩散障碍层和多孔气之间有一多孔性的扩散障碍层和多孔氧化铝层，排气管中的氧分子可以通过氧化铝层，排气管中的氧分子可以通过多孔性氧化铝层和扩散障碍层到达阴极多孔性氧化铝层和扩散障碍层到达阴极表面。表面。41）单元件空燃比传感器单元件空燃比传感 控控制制电电路路使使正正极极的的电电压压高高于于负负极极见见图图a，从从而而在在氧氧化化锆锆元元件件中中产产生生一一个个泵泵电电流流，阴阴极极上上的的氧氧分分子子在在此此电电流流的的作作用用下下移移动动到到阳阳极极。幻幻灯灯片片 105控制电路使正极的电压高于负极见图a，ECM内的平衡监控电路控制泵电流的内的平衡监控电路控制泵电流的大小，通过改变两极之间的电压差，使泵大小，通过改变两极之间的电压差，使泵电流达到饱和状态。电流达到饱和状态。达到饱和状态时的泵电流的大小取决达到饱和状态时的泵电流的大小取决于氧向扩散腔的扩散速率，并与排气中的于氧向扩散腔的扩散速率，并与排气中的氧分子浓度成正比，或与混合气的空燃比氧分子浓度成正比，或与混合气的空燃比数值成反比。数值成反比。6ECM内的平衡监控电路控制泵电流的大小 此电流的大小在此电流的大小在ECM内部被转换成内部被转换成与混合气空燃比数值成正比的电压信号。与混合气空燃比数值成正比的电压信号。实际的空燃比信号电压值在实际的空燃比信号电压值在2.44.0V变化，见图变化，见图b。幻灯片幻灯片 107此电流的大小在ECM内部被转换成与混 单元件空燃比传感器和氧传感器一样，单元件空燃比传感器和氧传感器一样，有有4根接线见图根接线见图a，其中，其中2根为氧化锆的根为氧化锆的2个电极，之间的电压差约为个电极，之间的电压差约为0.4V；另外；另外2根为根为加热器的接线。加热器的接线。幻灯片幻灯片 108单元件空燃比传感器和氧传感器一样，单元件空燃比传感器单元件空燃比传感器1陶瓷涂层陶瓷涂层2多孔氧化铝多孔氧化铝3扩散障碍层扩散障碍层4氧化铝氧化铝5空气空气6加热器加热器7铂电极铂电极9单元件空燃比传感器9图图a单元件空燃比传感器的控制电路单元件空燃比传感器的控制电路10图a单元件空燃比传感器的控制电路102）双双元元件件空空燃燃比比传传感感器器 双元件空燃比传感器由双元件空燃比传感器由2个氧化锆单个氧化锆单元组成（见图元组成（见图2.62），其中靠近排气侧的），其中靠近排气侧的是一个泵氧单元是一个泵氧单元A，另一个靠近大气的是，另一个靠近大气的是电池单元电池单元B。B的一面与大气接触而另一面是扩散的一面与大气接触而另一面是扩散腔腔2，通过扩散孔，通过扩散孔1与排气接触，由于两侧与排气接触，由于两侧的氧含量不同，因此在两电极之间产生一的氧含量不同，因此在两电极之间产生一个电动势。个电动势。幻灯片幻灯片 13112）双元件空燃比传感器双元件空燃比传 ECM监测电池单元监测电池单元B的电压差信号端的电的电压差信号端的电压值，并控制施加于泵氧单元压值，并控制施加于泵氧单元A上的电压，以上的电压，以改变其泵电流，造成氧离子的移动，以改变扩改变其泵电流，造成氧离子的移动，以改变扩散腔内的氧分子浓度，使电池单元散腔内的氧分子浓度，使电池单元B的电压差的电压差信号值维持在信号值维持在0.45V。12ECM监测电池单元B的电压差信号端的电图图b双元件空燃比传感器原理双元件空燃比传感器原理1扩散孔扩散孔2扩散腔扩散腔3空气腔空气腔4微调电阻微调电阻13图b双元件空燃比传感器原理13 ECM根据此时泵氧电流（即输入泵电根据此时泵氧电流（即输入泵电流）的大小和方向计算出相应的混合气浓流）的大小和方向计算出相应的混合气浓度。度。双元件空燃比传感器有双元件空燃比传感器有5根接线端子，根接线端子，其中其中2根是加热器的接线，根是加热器的接线，1根是泵氧单元根是泵氧单元和电池单元共用的参考接地线，和电池单元共用的参考接地线，1根为电池根为电池单元的信号线，另单元的信号线，另1根是泵氧单元泵电流的根是泵氧单元泵电流的输入线。输入线。14ECM根据此时泵氧电流（即输入泵电流）为了补偿制造误差，制造厂在每个为了补偿制造误差，制造厂在每个传感器的泵电流电路上增加一个微调电传感器的泵电流电路上增加一个微调电阻，使阻，使5根接线的空燃比传感器变为有根接线的空燃比传感器变为有6根接线。根接线。15为了补偿制造误差，制造厂在每个传感器的 二二 空燃比传感器的检测空燃比传感器的检测1 单单元元件件空空燃燃比比传传感感器器的的检检测测 2 双双元元件件空空燃燃比比传传感感器器的的检检测测 16二空燃比传感器的检测1单元件空1）单单元元件件空空燃燃比比传传感感器器的的检检测测（1）单元件空燃比传感器加热器的检测。）单元件空燃比传感器加热器的检测。关闭点火开关，拔下空燃比传感器的关闭点火开关，拔下空燃比传感器的线束插头。线束插头。参照维修手册和电路图的指示，用数参照维修手册和电路图的指示，用数字万用表从传感器插头上检测空燃比传字万用表从传感器插头上检测空燃比传感器加热器的电阻，其阻值标准为感器加热器的电阻，其阻值标准为1.83.4（丰田车型标准），如不相符，应（丰田车型标准），如不相符，应更换传感器。更换传感器。171）单元件空燃比传感器的检测（1）单元件空燃比传感器加热器的 （2）单元件空燃比传感器控制电路的检测。）单元件空燃比传感器控制电路的检测。检查加热器电路检查加热器电路 加热器电路有两条线，一条电源线，另一条加热器电路有两条线，一条电源线，另一条控制线。控制线。打开点火开关后，电源线上的电压，应为打开点火开关后，电源线上的电压，应为12V。18（2）单元件空燃比传感器控制电路的检测。18 在发动机运转中，控制线上的电压在发动机运转中，控制线上的电压应低于应低于12V；用电流钳测量，该控制线上；用电流钳测量，该控制线上应有最大可达应有最大可达6A的电流；用示波器测量的电流；用示波器测量该控制线，应有脉冲电压信号。该控制线，应有脉冲电压信号。19在发动机运转中，控制线上的电压应低于 检检查查传传感感器器信信号号电电路路 可用万用表的电压挡测量两根信号线，可用万用表的电压挡测量两根信号线，在发动机正常运转中，一条信号线的电压值在发动机正常运转中，一条信号线的电压值应该是应该是3.0V，另一条信号线的电压值应该是，另一条信号线的电压值应该是3.3V。如果电压值不正确，可能是线路开路。如果电压值不正确，可能是线路开路或短路或者是或短路或者是ECM故障。故障。20检查传感器信号电路可用万用表的电 （3）单元件空燃比传感器功能的检测。）单元件空燃比传感器功能的检测。单元件空燃比传感器的功能可以用汽车单元件空燃比传感器的功能可以用汽车制造厂家提供的专用解码器检测。通常制造厂家提供的专用解码器检测。通常是通过解码器向发动机是通过解码器向发动机ECU发出让混合发出让混合气以一定比例加浓或变稀的指令，同时气以一定比例加浓或变稀的指令，同时读取空燃比传感器的信号变化，并据此读取空燃比传感器的信号变化，并据此判定氧传感器是否工作正常。判定氧传感器是否工作正常。21（3）单元件空燃比传感器功能的检测。单元件空燃比传感器的 单元件空燃比传感器的功能也可以用单元件空燃比传感器的功能也可以用万用表检测，其方法如下。万用表检测，其方法如下。运转发动机使之达到正常工作温度。运转发动机使之达到正常工作温度。在传感器线束插头连接良好的状态下，在传感器线束插头连接良好的状态下，用万用表测量两条信号线间的电压差。在用万用表测量两条信号线间的电压差。在发动机正常运转时两信号线的电压差应为发动机正常运转时两信号线的电压差应为0.3V。22单元件空燃比传感器的功能也可以用万用表 人为地改变混合气浓度，此时两信号线人为地改变混合气浓度，此时两信号线的电压差会像传统的氧传感器那样在的电压差会像传统的氧传感器那样在01.0V变化。当混合气变浓时（可向进气管变化。当混合气变浓时（可向进气管内喷入少许丙烷），两信号线的电压差会内喷入少许丙烷），两信号线的电压差会减小；反之，当混合气变稀时（如拔下某减小；反之，当混合气变稀时（如拔下某根真空管使之产生真空泄漏），两信号线根真空管使之产生真空泄漏），两信号线的电压差会增加。如果没有这种变化，说的电压差会增加。如果没有这种变化，说明传感器有故障，应更换。明传感器有故障，应更换。23人为地改变混合气浓度，此时两信号线的电压差会像传统2)双双元元件件空空燃燃比比传传感感器器的的检检测测 双元件空燃比传感器的工作性能可以双元件空燃比传感器的工作性能可以采用解码器和废气分析仪相配合的方法来采用解码器和废气分析仪相配合的方法来检测。检测。其方法如下。其方法如下。将解码器与发动机将解码器与发动机ECU连接。连接。运转发动机至正常工作温度，在读取解运转发动机至正常工作温度，在读取解码器上显示的空燃比信号参数的同时，用码器上显示的空燃比信号参数的同时，用废气分析仪检测发动机的排气。废气分析仪检测发动机的排气。242)双元件空燃比传感器的检测双元件空 通过人为的手段使混合气变浓或变稀，通过人为的手段使混合气变浓或变稀，将解码器显示的空燃比数值与废气分析仪将解码器显示的空燃比数值与废气分析仪的检测结果相比较，如果两个检测结果不的检测结果相比较，如果两个检测结果不匹配，说明传感器或控制系统有故障，需匹配，说明传感器或控制系统有故障，需要进行进一步的检查。要进行进一步的检查。25通过人为的手段使混合气变浓或变稀，将解码器显示的 双元件空燃比传感器也可以用万用双元件空燃比传感器也可以用万用表和示波器来检测，其方法如下。表和示波器来检测，其方法如下。检测加热器电路。可按照与单元件空检测加热器电路。可按照与单元件空燃比传感器相同的方法，检测其加热器燃比传感器相同的方法，检测其加热器电路。电路。26双元件空燃比传感器也可以用万用表和示 分开传感器线束接头。用万用表检查泵元分开传感器线束接头。用万用表检查泵元件输出和输入线路之间的修正电阻，其电阻件输出和输入线路之间的修正电阻，其电阻值应该为值应该为30300。把传感器的接头插上，用万用表检查参考把传感器的接头插上，用万用表检查参考接地端的电压，其值应该为接地端的电压，其值应该为2.42.7V。27分开传感器线束接头。用万用表检查泵元件输出和输入线 分别检查泵氧元件和电池元件信号。用分别检查泵氧元件和电池元件信号。用一个双通道示波器，将示波器的地线与传感一个双通道示波器，将示波器的地线与传感器的参考接地端连接，将一个通道连接电池器的参考接地端连接，将一个通道连接电池元件的电压差信号线，另一个通道连接泵氧元件的电压差信号线，另一个通道连接泵氧单元的输入泵电流线。电池单元的信号电压单元的输入泵电流线。电池单元的信号电压应该一直保持在应该一直保持在0.45V。28分别检查泵氧元件和电池元件信号。用一个双通道示波 输入泵电流线上的电压会以输入泵电流线上的电压会以0.50.6V的的幅度波动，在混合气从最浓变为最稀时，输幅度波动，在混合气从最浓变为最稀时，输入泵电流线上的电压变化幅度将大于入泵电流线上的电压变化幅度将大于1.0V。如检测结果与上述不符，说明传感器或如检测结果与上述不符，说明传感器或其控制电路有故障，应更换传感器或检修控其控制电路有故障，应更换传感器或检修控制电路。制电路。29输入泵电流线上的电压会以0.50.6