汽车用极限电流型ZrO2氧传感器研究.pdfVIP

中国{传统)陶瓷科技发展大会暨中国硅酸盐学会陶瓷分会2007学术年会论文集 汽车用极限电流型Zr02氧传感器的研究 曾令可 刘涛 刘平安 程小苏 税安泽 王慧 (广州华南理工大学材料学院，510640) 摘要 主要介绍了汽车用极限电流型ZrO。氧传感器的结构及工作原理，提出了氧传感器目前存在的问题、研究难点及发展应用前 景。 关键词极限电流，Zr02氧传感器，空燃比 要用于贫燃烧发动机的空燃比控制，使空燃比控制在 1引言 18-22的范围内阿。由于在该范围有足够的氧存在， 可使燃料都转化成水和二氧化碳，同时，尾气中有害 近些年，我国汽车产量和保有量迅猛增加，这势 气体的摩尔分数或浓度也可以达到允许排放的标准。 必导致汽车尾气也在源源不断地排入空气中。据悉， 这样，不但达到了减少污染的目的，同时也提高了燃 城市中的空气污染50一60％是汽车尾气排放的，汽料的利用率。 车尾气对城市环境和大气环境造成的污染正日益严 重。因此，能源和环境问题已被提上重要日程。 2结构与原理 氧传感器主要用于汽车的燃烧控制系统，目前生 产的汽车大都装有空燃比控制用的氧传感器，它是汽 极限电流型Zr02氧传感器是在Zr02电解质氧 车发动机电子控制燃油喷射系统㈣、氧传感器 泵的基础上构成的，在氧泵的阴极表面加上—层扩散 (EGO)及电控系统(ECU)最关键的部件。它能调节汽障碍层，以限制氧向阴极补充，使之成为泵氧的速度 车发动机的空燃比(A伊)，精确地控制燃油的燃烧过 控制环节。当氧因存在扩散障碍层而来不及到达氧泵 程，从而提高了燃料的燃烧效率，节省能源开支和浪 阴极时，即使再提高泵氧电压，向阴极输送的氧量也 费，而且还大大降低了有害气体的排放[11。 不会增加，这时便达到泵氧的极限电流。因极限电流 按氧传感器中敏感元件材料及其敏感机理不同， 的平台高度和周围气氛中的氧浓度成线性关系，由此 汽车用氧传感器可分为浓差电池型氧传感器，半导体 可以得知汽车尾气的氧浓度，再根据尾气氧浓度和空 电阻型氧传感器和极限电流型Zr02氧传感器三大燃比的关系，便可得知汽车燃烧室内的空然比A／F。 类圆。浓差电池型氧传感器对贫油区响应时间慢，灵 因此，可以用这种氧传感器测定汽车尾气中的氧含 敏度低；半导体电阻型氧传感器灵敏度差，选择性差， 量，并由此判明燃烧室的空燃比，再通过微机控制的 而且受潮湿影响大；而极限电流型z—02氧传感器是 反馈系统，就可以自动控制和调节空燃比，最终达到 近年来研究开发很活跃的一种新型氧传感器，它具有 节能和减排的双重目的[41。目前，极限电流型ZrCh氧 响应陕速、灵敏度高且不需要参比气体等特点，其主 传感器主要有两种结构：小孔扩散极限电流型氧传感 中国(传统}陶瓷科技发展大会暨中国硅酸盐学会陶瓷分会2007学术年会论文集 观孔，即在阴极涂加一多孔层，代替原来的小孔“盖 帽”。但可以提高响应速度达200ms，如图2所示。 3存在问题与研究难点 小孔型氧传感器和多孔型极限电流型氧传感器 的孔隙都存在难以控制问题，长时间使用时孔隙透气 图1小孔扩散极限电流型氧传感器结构 性会发生变化，极易产生孔隙堵塞。因此