8汽车气体传感器

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,气体浓度传感器的结构、原理与检测,汽车,传感器,第一节 概述,第二节 氧传感,器,器,第三节 稀薄混,合,合比传感器,第四节 全范围,空,空燃比传感器,第五节 烟度浓,度,度传感器,第六节 柴油机,烟,烟度传感器,第一节 概,述,述,氧传感器用于发动机电控,燃,燃油喷射系统中,，,，检测发动机排,放,放气体中氧的含,量,量来获得混合气,的,的空燃比信息，,输,输入到ECU实,现,现空燃比反馈控,制,制。,稀薄混合比传感,器,器用于稀薄燃烧发,动,动机空燃比反馈,控,控制系统中，检,测,测出稀薄燃烧区,空,空燃比信息，输,入,入到ECU实现,发,发动机稀薄燃烧,。,。,全范围空燃比传,感,感器是一种传感器能,连,连续检测混合气,从,从浓到稀的整个,范,范围的空燃比。,烟尘浓度传感器用于驾驶室内空,气,气净化装置中，,检,检测烟雾浓度的,信,信息，输入到空,气,气净化装置控制,电,电路，实现空气,净,净化控制。,排烟传感器用于柴油机电子,控,控制系统中，检,测,测发动机排气中,形,形成的烟炭或未,燃,燃烧的炭颗粒的,信,信息，输入到ECU调节空气与,燃,燃油的供给，以,减,减少排气中的黑,烟,烟。,第二节,氧,氧传感器,为降低汽车尾气,排,排放污染，目前,汽,汽车发动机的排,气,气管上普遍安装,了,了三元催化转化,器,器，它能净化排,气,气中的CO、HO和NOx三种,有,有害气体的成分,。,。,1）三元催化转,化,化器对发动机在,接,接近理论空燃比,的,的范围燃烧的,排气有较好的净,化,化作用；2）,催,催化剂最适合的,工,工作温度是400,800，过高,的,的温度使催,化剂过早老化，,缩,缩短使用寿命；3）发动机窜,机,机油会降低催化,剂,剂活性；4）,燃,燃烧含铅油，铅,颗,颗粒随废气排放,会,会覆盖在催化剂,表,表面，使,催化剂作用面积,减,减少，降低催化,器,器的转换效率；,影响三元催化转,化,化器净化排气的,效,效率因素,2.氧传感器,的,的种类,汽车上采用的氧,传,传感器有两种：,氧化钛（TiO,2,）式氧传感器，,本,本身带有一个电,加,加热器；,氧化锆（ZrO,2,）式氧传感器，,热,热型氧传感器和,非,非加热型氧传感,器,器。,检测排放气体中,氧,氧的含量来获得,发,发动机燃烧的混,合,合气空燃比信号,，,，并将检测结果,转,转变成电压信号,输,输入ECU，ECU根据氧传感,器,器输人的信号，,对,对喷油量进行修,正,正，使混合气浓,度,度保持在理想范,围,围内，实现空燃,比,比的反馈控制。,1.氧传感器,的,的作用,由于混合气的空,燃,燃比对三元催化,转,转化器净化效率,有,有明显影响，就,需,需要检测排气中,的,的氧浓度信号，,以,以控制混合气的,空,空燃比。氧传感,器,器就是排气中的,氧,氧浓度的传感器,。,。,氧化锆,是一种固态,电解质,，,在高温下（,高于300,）呈现离子导电,现,现象。,在氧化锆两侧面,分,分别烧结铂电极,，,，在一定温度下,，,，当电解质两侧,氧,氧浓度不同时，,高,高浓度侧的铂电,极,极正电，低氧浓,度,度侧铂极带负电,。,。,使两侧的电极间,产,产生了电位差，,即,即气体的氧电势,。,。该电势与,氧化锆两侧,的,氧浓度,和气体,温度,成正比。,实,实,际,际应用中，若在,氧,氧,传感器,探头中，其高浓,度,度侧气体（如空,气,气）氧浓度已知,，,，作为参比气，,如,如能测出氧探头,的,的输出电势E和,被,被测气体的绝对,温,温度,T,，即可算出被测,气,气体的氧浓度。,1.氧化锆氧传,感,感器的测氧原理,一、氧化锆式氧,传,传感器的结构、,原,原理,空气氧浓度约20.6%，则有,以,以空气为参比气,的,的能斯特公式：,E,=0.0215,T,ln（0.2059,废气氧浓度）,E,氧,传感器,输出电动势；,T,被测气体的绝,对,对温度。,如图氧化锆式氧,传,传感器的基本元,件,件是专用陶瓷体,制,制成管状锆管，,固,固定在带有安装,螺,螺纹的固定套中,。,。锆管内、外表,面,面装有透气铂电,极,极，配有护管及,电,电接头，其内表,面,面与大气相通，,外,外表面与废气相,通,通，外表面还加,装,装了一个防护套,管,管，套管上开有,通,通气槽。,导入废气保护管套,排气管废气,锆管,铂电极,弹簧,引 线,绝缘支架,导线,空气进气槽,排气管,2.氧传感器的,结,结构,氧化锆式传感器,安,安装结构简图及,工,工作原理,废气,大气,陶瓷体,防护层,排气管,陶瓷体,铂电极,电极引线点,电极引线点,锆管的陶瓷体是,多,多孔的，允许氧,渗,渗入该固体电解,质,质内，温度较高,时,时(高于300,)，氧气发生,电,电离。当锆管内,表,表面的大气与外,表,表面的废气氧气,浓,浓度不同，就会,在,在两个电极产生,电,电位差，含氧量,高,高的一侧为高电,位,位。,3.氧化锆式,氧,氧传感器工作原,理,理,当混合气稀时，,排,排气中含氧多，,两,两侧浓度差小，,只,只产生小的电压,；,；反之，混合气,浓,浓时，产生高电,压,压。传感器的电,压,压输出特性如图,所,所示。,根据所测电压值,就,就可测量氧传感,器,器外表面废气的,含,含氧量，而发动,机,机废气排放中的,氧,氧含量主要取决,于,于混合气的空燃,比,比，因此，ECU根据氧传感器,输,输入的电信号分,析,析汽油的燃烧状,况,况，以便及时修,正,正喷油量，使空,燃,燃比处于理想状,况,况，即,=1。,所以这种传感器,又,又称为空燃比传,感,感器或,传感器。,氧化锆式传感器,电,电压输出特性,浓,稀,理论空燃比,氧传感器安装在,发,发动机的排气管,上,上。,氧传感器被安装,在,在发动机的排气,管,管，直接与高温,排,排放废气接触。,因,因此，氧传感器,密,密封要求具有良,好,好的耐热性。,4.氧化锆式,氧,氧传感器安装,氧化钛式氧传感,器,器是利用二氧化,钛,钛(TiO,2,)材料的电阻,值,值随排气中氧含,量,量的变化而变化,的,的特性构成的，,故,故又称为电阻型,氧,氧传感器。,氧化钛在某个温,度,度以上钛与氧的,结,结合微弱，在氧,气,气极少的情况下,就,就必须放弃氧气,，,，因此缺氧而形,成,成低电阻的氧化,半,半导体。相反的,，,，若氧气较多，,则,则形成高电阻的,状,状态。此种现象,与,与温度和氧含量,有,有关，因此，欲,将,将二氧化钛在300900,的,的排气温度中连,续,续使用，必须作,温,温度补偿。,利用氧化钛式氧,传,传感器电阻随含,氧,氧量变化来判断,混,混合气浓度。当,混,混合气浓度高时,，,，则排气中含氧,量,量少，传感器电,阻,阻低；反之亦然,。,。,二、氧化钛式氧,传,传感器的结构、,原,原理,1.氧化钛氧传,感,感器的测氧原理,如图为氧化钛式,氧,氧传感器的结构,示,示意图，有两个,二,二氧化钛元件，,一,一个是具有多孔,性,性二氧化钛陶瓷,的,的用来感测排气,中,中氧含量的，另,一,一个为实心二氧,化,化钛陶瓷，用作,加,加热调节，补偿,温,温度误差。传感,器,器用具有孔槽的,金,金属管作为防护,套,套，让废气进出,，,，同时防止二氧,化,化钛元件受到外,物,物撞击，传感器,接,接线端以橡胶作,为,为密封材料，防,止,止外界气体渗入,。,。,2.氧传感器的,结,结构,导线,二氧化钛元件,陶瓷绝缘材料,接线头,金属外壳,陶瓷元件,金属保护管,ECU提供氧传,感,感器5V的参考,电,电压，当混合比,浓,浓时电阻低所得,到,到电压较高，若,混,混合比较稀时电,阻,阻高所得到的电,压,压较低，因此由,电,电阻的变化即可,得,得知当时混合比,的,的状况，近来为,了,了使氧化钛型氧,传,传感器有着与氧,化,化锆型相同的变,化,化，即将参考电,压,压改成1V，其,电,电压即成了01 V的范围,内,内。,空气过量系数,3.氧化锆式,氧,氧传感器工作原,理,理,类似于热电阻温,度,度传感器的原理,。,。,氧化钛式氧传感,器,器一般安装在排,气,气歧管或尾管上,，,，可借助排气高,温,温将传感器加热,至,至适当的工作温,度,度。,4.氧化钛氧传,感,感器的安装,排气歧管,早期汽车上使用,的,的控制空燃比氧,传,传感器为ZrO,2,固体电解质氧传,感,感器，属于氧浓度差电池型，利用电池两极,间,间的电势差与两,极,极间氧浓度比值,的,的对数成正比的,能,能斯特公式测定,氧,氧浓度，但其存,在,在结构复杂、价,格,格昂贵、贵金属,催,催化剂容易受铅,毒,毒害等缺点。,TiO,2,是一,种,种良,好,好的,氧,氧敏,材,材料,，,，氧电,阻,阻式TiO,2,氧传,感,感器,因,因其,结,结构,简,简单,、,、价,格,格较,低,低、,体,体积,小,小、,抗,抗腐,蚀,蚀、,抗,抗污,染,染能,力,力强,、,、经,久,久耐,用,用、,可,可靠,性,性高,，,，不,需,需要,参,参比,气,气体,电,电极,而,而得,到,到了,广,广泛,的,的应,用,用。,三、,两,两种,氧,氧传,感,感器,的,的比,较,较,氧传,感,感器,产,产生,故,故障,会,会造,成,成其,反,反馈,信,信号,出,出现,异,异常,，,，从,而,而使,电,电脑,失,失去,对,对混,合,合气,空,空燃,比,比的,调,调节,。,。若,混,混合,气,气控,制,制比,不,不精,确,确，,会,会使,排,排气,净,净化,恶,恶化,，,，因,而,而必,须,须及,时,时排,除,除故,障,障或,更,更换,。,。,导致,氧,氧传,感,感器,出,出现故障,的,的原,因,因如下,：,：氧,传,传感,器,器破,碎,碎失,效,效；,氧,氧传,感,感器,内,内部,进,进入,油,油污,或,或尘,埃,埃等,沉,沉积,物,物，,使,使传,感,感器,信,信号,失,失真,；,；使,用,用含,铅,铅汽,油,油使,传,传感,器,器中,毒,毒，,而,而使,其,其失,效,效；,此,此外,，,，传,感,感器,橡,橡胶,垫,垫及,涂,涂剂,也,也会,使,使传,感,感器,失,失效,；,；电,加,加热,器,器故,障,障也,可,可能,造,造成,传,传感,器,器在,发,发动,机,机起,动,动及,低,低温,时,时不,工,工作,。,。,四、,氧,氧传,感,感器,的,的故,障,障原,因,因,德国,大,大众,在,在发,动,动机,实,实验,台,台上,运,运转,实,实验,氧,氧传,感,感器,沉,沉积,物,物情,况,况,氧传,感,感器,一,一般,有,有单,线,线、,双,双线,、,、三,线,线、,四,四线4种,引,引线,形,形式,。,。单,线,线为,氧,氧化,锆,锆式,氧,氧传,感,感器,；,；双线,为,为氧,化,化钛,式,式氧,传,传感,器,器；三线,和,和四,线,线为,氧,氧化,锆,锆式,氧,氧传,感,感器。三,线,线和,四,四线,的,的区,别,别：,三,三线,氧,氧传,感,感器,的,的加,热,热器,负,负极,和,和信,号,号输,出,出负,极,极共,用,用一,根,根线,，,，四,线,线氧,传,传感,器,器的,加,加热,器,器负,极,极和,信,信号,负,负极,分,分别,各,各用,一,一根,线,线。,五、,氧,氧传,感,感器,的,的检,测,测,（1,）,）氧,传,传感,器,器加,热,热器,电,电阻,的,的检,测,测,点火,开,开关,置,置于,“,“OFF,”,”，,拔,拔下,氧,氧传,感,感器,的,的导,线,线连,接,接器,，,，用,万,万用,表,表,档,档测,量,量氧,传,传感,器,器接,线,线端,中,中加,热,热器,端,端子,与,与自,搭,搭铁,端,端子,间,间的,电,电阻,，,，其,电,电阻,值,值应,符,符合,标,标准,值,值；,具,具体,数,数值,参,参见,具,具体,车,车型,说,说明,书,书。,如,如不,符,符合,标,标准,，,，应,更,更换,氧,氧传,感,感器,。,。测,量,量后,，,，接,好,好氧,传,传感,器,器线,束,束连,接,接器,