汽车传感器与检测技术课件 5气体浓度传感器.pptxVIP

第一章汽车传感器概述第二章位置和角度传感器第三章气体和液体流量传感器第四章气体和液体压力传感器第五章气体浓度传感器第六章速度传感器第七章温度传感器第八章爆震和碰撞传感器第九章其它类型传感器

现在的三元催化转化器大都安装在排气歧管近端，以便更有效地净化排气中CO、HC和NOX三种主要的有害成分。但三元催化转化器只能在混合气的空燃比接近理论值的一个窄小范围内才能有效地起到净化作用。故在排气管中安装氧传感器（图5-1），其功用是通过监测排气中氧离子的含量来获得混合气的空燃比信号，并将空燃比信号转变为电信号输入发动机ECU。ECU根据氧传感器信号对喷油时间进行修正，实现空燃比反馈控制（闭环控制），从而将过量空气系数（λ）控制在0.98～1.02之间的范围内（空燃比A/F约为14.7），使发动机得到最佳浓度的混合气，从而达到降低有害气体的排放量和节约燃油之目的。

随着汽油缸内直接喷射（GDI）发动机和燃油分层喷射（FSI）发动机的大量使用，均质稀薄燃烧技术也日益成熟，只能在理论空燃比附近间接测量混合气浓度的二氧化钛式和二氧化锆式氧传感器已不能适应监测的需要，宽域氧传感器随之出现。这种传感器能在混合气极稀薄的条件下，连续地检测出空燃比，实现稀薄领域的反馈控制。

一、普通氧传感器目前使用的氧传感器有氧化锆（ZrO2）式和氧化钛（TiO2）式两种，其中应用最多的是氧化锆式氧传感器。氧化锆式氧传感器又分为加热型与非加热型氧传感器两种，氧化钛式一般都为加热型传感器。1．二氧化锆（ZrO2）式氧传感器（电压型）（1）结构和工作原理二氧化锆式氧传感器的基本元件是二氧化锆陶瓷管（固体电解质），陶瓷体制成管状，因此亦称锆管。锆管固定在带有安装螺纹的固定套中，锆管内、外表面都覆盖着一层多孔性的透气铂膜作为电极。氧传感器安装在排气管上，其内表面与大气接触，外表面与废气接触。为了防止废气中的杂质腐蚀铂膜，在锆管外表面的铂膜上覆盖着一层多孔的氧化铝保护层，并加装了一个防护套管，套管上开有通气槽。这样既可以防止废气烧蚀电极，又可保证废气渗进保护层和电极接触。

当混合气的实际空燃比小于理论空燃比，即发动机以较浓的混合气运转时，排气中氧含量少，但CO、HC和NOX等较多。这些气体在锆管外表面的铂催化作用下与氧发生反应，将耗尽排气中残余的氧，使锆管外表面氧气浓度变为零，这就使得锆管内、外侧氧浓度差加大，两电极间的电压陡增，可以产生约1V的电压；当混合气的实际空燃比大于理论空燃比，即发动机以较稀的混合气运转时，氧气浓度高，CO、HC和NOX浓度低，在锆管外表面的铂催化作用下，使CO、HC和NOX气体完全与氧发生反应，排气中仍有残余的氧存在，由于内、外两侧氧的浓度差较小，几乎不能产生电动势，此时输出电压几乎为零。

根据氧传感器所产生的电压值就可测量氧传感器外表面的氧气含量，而发动机废气排放中的氧含量主要取决于混合气的空燃比，因此，ECU根据氧传感器输入的电信号分析汽油的燃烧状况，以便及时修正喷油量，使空燃比处于理想状况，即使空气过量系数λ=1，所以这种传感器又称为λ传感器。要准确地完全保持混合气浓度为理论空燃比是不可能的，实际上氧传感器对喷油器的反馈调节是动态的，只能使混合气在理论空燃比附近一个较小的范围内波动，故氧传感器的输出电压在0.1～0.8V之间不断变化（通常每10s内变化8次以上）。

（2）加热型二氧化锆式氧传感器二氧化锆式氧传感器输出信号的强弱与工作温度有关，只有在300℃以上时该传感器才能正常工作，早期使用的氧传感器靠排气加热，这种传感器必须在发动机起动运转数分钟后才能开始工作，因此，电控发动机在氧传感器正常工作之前是开环控制。现在，大部分汽车使用带加热器的氧传感器，这种传感器在原来传感器的基础上，增加了一个陶瓷加热元件用于加热传感器，可在发动机起动后的20～30s内迅速将氧传感器加热至工作温度，扩大了空燃比闭环控制的工作范围，故又称为加热型氧传感器。

常见氧传感器有一线制、二线制、三线制、四线制四种类型。一线制氧传感器只有一根信号线与发动机ECU连接，传感器的另一极直接搭铁。二线制的两根线均与ECU相连，一根为信号线，另一根进入ECU后搭铁；三线制、四线制氧传感器均属于加热型氧传感器，由于添加了两根加热电阻的接线，和氧传感器信号线组合成为三线制或四线制。加热电阻的两根接线，一根直接接控制继电器或主继电器，接受12V加热电源，一根由ECU控制搭铁端，控制加热电阻加热时间。氧传感器加热器是正温度系数热敏元件，在传感器与线束断开的情况下，可以通过测量加热器的阻值来对加热元件进行检测

（3）双氧传感器系统现代排放法规越来越严格，因此越来越多的车辆都在三元催化转化器的前、后端分别安装了氧传感器，称为双氧传感器系统（图