汽车传感器原理与检修 第七章 气体浓度传感器.ppt

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1、汽车传感器原理与检修吴文琳主编第七章气体浓度传感器目前在汽车上使用的气体浓度传感器主要有氧传感器、稀薄混合气传感器、全范围空燃比传感器、烟尘浓度传感器等。氧传感器安装在发动机的排气管上，它的作用是通过检测排放气体中氧的含量来获得混合气空燃比的稀浓信号，并将检测结果变成电压信号输入ECU，ECU根据氧传感器的输入信号不断地对喷油脉宽进行修正，使混合气体在理想范围内。氧传感器可分为氧化钛式和氧化锆式两种。为降低排气污染，目前汽车发动机的排气管上普遍安装了三元催化转化器，它能净化排气中的CO、HC和NOX三种有害气体

2、的成分，但三元催化转化器只在空燃比接近理论值（A/F=14.7：1）的范围内起净化作用。当排气管中装上氧传感器，根据检测排气中的氧浓度信号，ECU可控制空燃比，使三元催化转化器更有效地起净化作用。在稀燃发动机的领域空燃比反馈控制系统中，采用了稀燃传感器，这种传感器能够在混合气极稀薄领域中，连续地测出稀薄燃烧区的空燃比，实现了稀薄领域的反馈控制。全范围空燃比传感器（又称宽域空燃比传感器），这种传感器能连续检测混合气从浓到稀的整个范围的空燃比。与普通的氧传感器相比，这样的传感器可以在发动机的整个运转范围内实现空燃比

3、的反馈控制，在各个区域上实现最佳油耗、最佳排放及最佳运转性能。烟尘浓度传感器用于空气净化装置中，该传感器通过检测烟尘浓度，可使空气净化器运转或停止，从而达到净化驾驶室的目的。第一节氧传感器目前汽车上采用的氧传感器有氧化钛（TiO2）式和氧化锆（ZrO2）式两种。氧化锆式氧传感器又分为加热型氧传感器和非加热型氧传感器两种。氧化钛式氧传感器本身带有一个电加热器。汽车上大部分使用的加热式的。一、二氧化锆型氧传感器目前，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

4、器，可在发动机启动后的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。图7-1所示为三线制加热式二氧化锆氧传感器的结构图。1—壳体；2—陶瓷管支承；3—加热电阻电缆；4—带槽的保护套；5—二氧化锆；6—接触部；7—外保护套；8—加热元件；9—电加热接头；10—弹簧垫圈；11—氧传感器信号图7-1三线制加热式二氧化锆氧传感器的结构氧传感器有一线制、两线制、三线制、四线制四种类型。一线制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；两线制的两根线均与E

5、CU相连，一根为信号线，另一根进入ECU后搭铁；三线制、四线制均属于加热式氧传感器，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。1.二氧化锆式氧传感器的结构与原理二氧化锆式氧传感器（非加热型）的结构如图7-2所示。图7-2二氧化锆式氧传感器（非加热型）的结构1—排气；2—锆管；3—电极；4—弹簧；5—绝缘座；6—引出电极；7—大气；8—钢质护管氧化锆式传感器的基本元件是

6、专用陶瓷体，即氧化锆（ZrO2）固体电解质，如图7-2所示。陶瓷体制成管状，亦称锆管，固定在带有安装螺纹的固定套中，锆管表面装有透气铂电极并配有护管及电接头，其内表面与大气相通，外表面与废气相通，并且在其外表面还加装了一个防护套管，套管上开有通气槽。锆管的陶瓷体是多孔的，允许氧渗入该固体电解质内，温度较高时（高于300℃），氧气发生电离，如果在陶瓷体内（大气）外（废气）侧的氧气浓度不同，就会在两个铂电极表面产生电压降，如图7-3所示。含氧量高的一侧为高电位。当混合气稀时，排气中所含氧多，两侧浓度小，只产生小的电

7、压；反之，当混合气浓时，产生高电压，传感器的电压输出特性如图7-4所示。图7-3二氧化锆式氧传感器（非加热型）的工作原理1—陶瓷体；2—铂电极；3、4—电极引线点；5—排气管；6—陶瓷防护层；7—排气；8—大气图7-4二氧化锆式氧传感器（非加热型）的电压输出特征2.氧传感器的检测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）。如果氧传感器

8、输出电压变化过缓（每10s内少于8次）或电压保持不变（不论保持在高电位或低电位），则表明氧传感器本体或线路有故障，需检查线路或更换传感器。检测氧传感器好坏的方法较多，通常可用万用表对其进行检查。也可用专用仪器对其检测。1）万用表测电压法采用万用表测压法检查氧化锆式氧传感器时，应先使氧传器处于工作状态，也就是使ZrO2处于400℃以上的温度。检测方法是：使发动机转速在2500r/min运