AF傳感器結(jié)構(gòu)和工理

1、汽車技術(shù)培訓(xùn)汽車技術(shù)培訓(xùn)on board diagnosisair fuel ratio(a/f)傳感器結(jié)構(gòu)與功能傳感器結(jié)構(gòu)與功能2006廣州 honda motor co., ltd. all rights reserved.page-11、概述2、o2 (oxygen) 傳感器復(fù)習(xí)3、兩種 af 傳感器4、四線型 af 傳感器結(jié)構(gòu)5、四線型af 傳感器工作原理6、五線型 af傳感器結(jié)構(gòu)7、五線型 af傳感器工作原理汽車技術(shù)培訓(xùn)汽車技術(shù)培訓(xùn)on board diagnosisair fuel ratio(a/f)傳感器結(jié)構(gòu)與功能傳感器結(jié)構(gòu)與功能2006廣州 honda motor co.,

2、ltd. all rights reserved.page-21.概述以前氧傳感器只可能檢測到排出氣體濃度高低。因此，就會出現(xiàn)如圖1所示的樣子，就是以理論空燃比為界，反復(fù)出現(xiàn)濃度或高或低的現(xiàn)象。這樣的話，要使a/f能夠不斷保持在理論空燃比就顯得非常困難。 為了減少有害氣體的排出量，近年來，我們引進了可以線性檢測空燃比的傳感器，代替了以前使用的氧傳感器，這就是air fuel ratio (af) sensor 。這種傳感器不但能檢測出排出氣體的濃度高低，同時也可以正確地檢測出實際的空燃比狀況。如圖2，采用了這種傳感器，不但可以控制高精度的空燃比，同時可以大大地減少燃料費用上升以及有害氣體的排出

3、。目前所銷售的本田車基本上都采用了這種a/f傳感器。如果參照s/m，就可以判斷出哪輛車已經(jīng)采用了a/f傳感器，并且，由于它不像氧傳感器是采用電壓，而是采用電流檢測，因此根據(jù)hds數(shù)據(jù)清單，就可以識別出是否可以適用于對象車。圖圖1 1氧傳感器的輸出特性（轉(zhuǎn)換特性氧傳感器的輸出特性（轉(zhuǎn)換特性）圖圖五線型五線型a/fa/f傳感器輸出特性傳感器輸出特性( (線型特性線型特性）圖圖3 a/f 傳感器與氧傳感器傳感器與氧傳感器四線型 a/f傳感器o2傳感器 濃度高 濃度低濃度高 濃度低理論空燃比理論空燃比汽車技術(shù)培訓(xùn)汽車技術(shù)培訓(xùn)on board diagnosisair fuel ratio(a/f)傳感

4、器結(jié)構(gòu)與功能傳感器結(jié)構(gòu)與功能2006廣州 honda motor co., ltd. all rights reserved.page-32.o2 (oxygen) 傳感器復(fù)習(xí)首先，在學(xué)習(xí)a/f傳感器前，我們先復(fù)習(xí)一下氧傳感器。 氧傳感器的結(jié)構(gòu)如右圖3所示，其外側(cè)與排出氣接觸，而內(nèi)側(cè)有大氣進入。傳感器的中心部位由在筒狀氧化鋯元件內(nèi)外貼上白金電極膜的元件以及用于早期活化的加熱器構(gòu)成。氧化鋯元件的二個電極間由于存在氧氣濃度差，因此在電極之間會產(chǎn)生電動勢。其電壓特性如右圖4所示，排出氣體側(cè)在濃度高時，會產(chǎn)生近1v的電壓，濃度低時輸出則幾乎是0v。由于在理論空燃比附近，其輸出值會發(fā)生極大變化，因此只能

5、判斷出排出氣體的濃度是高還是低。氧化鋯元件大氣加熱器白金電極圖圖4 4氧傳感器的構(gòu)造氧傳感器的構(gòu)造圖圖5 5 氧傳感器的輸出特性（轉(zhuǎn)換特性氧傳感器的輸出特性（轉(zhuǎn)換特性）理論空燃比濃度高 濃度低汽車技術(shù)培訓(xùn)汽車技術(shù)培訓(xùn)on board diagnosisair fuel ratio(a/f)傳感器結(jié)構(gòu)與功能傳感器結(jié)構(gòu)與功能2006廣州 honda motor co., ltd. all rights reserved.page-43.兩種 af 傳感器現(xiàn)在本田車上所使用的a/f傳感器有二種。四線型 af 傳感器（極限電流式)這種a/f傳感器的連結(jié)器處有四個接線頭，其主要用于l4車，從外觀上看與氧

6、傳感器基本沒有變化，因此比較難以區(qū)分。五線型 af 傳感器（泵氧式）這種a/f傳感器是：連接器的傳感器側(cè)有五個接線頭，在ecm/pc側(cè)有七個接線頭。在傳感器側(cè)的連接器處有一個電阻（是制造時，用于識別個體差異），主要用于v6車，它與four wire type 相比，在濃度低一側(cè)精度很高，因此價格也較貴。圖圖6四線型 af 傳感器圖圖7五線型 af 傳感器圖圖8五線型 af 傳感器傳感器連接器汽車技術(shù)培訓(xùn)汽車技術(shù)培訓(xùn)on board diagnosisair fuel ratio(a/f)傳感器結(jié)構(gòu)與功能傳感器結(jié)構(gòu)與功能2006廣州 honda motor co., ltd. all right

7、s reserved.page-54.四線型 af 傳感器結(jié)構(gòu)前端部分的構(gòu)造如圖9所示，在氧化鋯元件與加熱器之間設(shè)有一個排出氣體不能進入的大氣導(dǎo)入室。氧化鋯元件與擴散層之間有一個排出氣體檢測室，這是為了限制擴散層通過的排氣量。而在氧化鋯元件的大氣側(cè)與排氣側(cè)各有一個白金電極。與氧傳感器的主要不同就是擴散層，還有就是在ecm/pc傳感器兩個電極上加載了電壓。a/f就是通過流過電極間的電流值來進行判斷。這個電流值如圖9所示，濃度高時為正值，濃度低時為負值。端子線共有4根，分別是氧化鋯元件二個電極上的2根，以及加熱器的正負極的2根。理論空燃比a/f=14.70 maa/f 傳感器輸出濃度高濃度低圖10

8、四線型 af傳感器輸出特性觀察此斷面擴散層排氣檢測室氧化鋯元件afs+afs-排出氣體o2大氣檢測室電流擴大圖9四線型 af 傳感器構(gòu)造大氣檢測室加熱器電極afs-電極afs汽車技術(shù)培訓(xùn)汽車技術(shù)培訓(xùn)on board diagnosisair fuel ratio(a/f)傳感器結(jié)構(gòu)與功能傳感器結(jié)構(gòu)與功能2006廣州 honda motor co., ltd. all rights reserved.page-65.四線型af 傳感器工作原理基本工作原理進入排氣檢測室的排出氣體，被擴散層控制在一定量，因此，對氧化鋯元件加載電壓，當濃度低時將排氣檢測的氧氣吸到大氣檢測室，而在濃度高時從大氣導(dǎo)入室吸

9、入到排氣檢測室內(nèi)，這樣就可以用排氣檢測室內(nèi)的a/f來得到理論空燃比。為了使排氣檢測室內(nèi)保持理論空燃比，加載電壓后使氧氣移動時，與排氣a/f相對應(yīng)的氧氣就會通過氧化鋯元件。由于通過afs+與afs-間的電流值與其氧氣量是成比例的，因此通過測定電流，就可以得到此時的排氣的a/f。觀察此斷面擴散層排氣檢測室氧化鋯元件afs+afs-排出氣體o2大氣檢測室電流擴大圖11four wire type af 傳感器 工作原理1汽車技術(shù)培訓(xùn)汽車技術(shù)培訓(xùn)on board diagnosisair fuel ratio(a/f)傳感器結(jié)構(gòu)與功能傳感器結(jié)構(gòu)與功能2006廣州 honda motor co., lt

10、d. all rights reserved.page-7 a/f傳感是一個檢測電流值的傳感器。由于電流值的直接檢測會使ecm/pcm或是傳感器產(chǎn)生故障，因此比較困難。在這里說明一下如何檢測電壓。測定電壓值測定電壓值這種類型的a/f傳感器在工作時，afs+與sg之間的電壓常常是在2.2v的附近值。（根據(jù)車型不同，也會有不同情況）。ecm/pcm如果要變更afs值的話，就要控制流過氧化鋯元件的氧氣量。afs+，afs-之間的電壓在理論空燃比時輸出為0.45v，濃度高時會稍低（0.4v等)，濃度低時則會稍高一點， （0.5v）。但是，實際上為了取得電流值而使用的電壓值，有可能會由于老化而出現(xiàn)變動，

11、因此有可能出現(xiàn)與上述不同的數(shù)值，這一點需要注意。擴散層afs+afs-排出氣體o2ab圖1 2 四線型 af傳感器工作點火圖13 回路圖示例汽車技術(shù)培訓(xùn)汽車技術(shù)培訓(xùn)on board diagnosisair fuel ratio(a/f)傳感器結(jié)構(gòu)與功能傳感器結(jié)構(gòu)與功能2006廣州 honda motor co., ltd. all rights reserved.page-8a/f=13a/f=14.6a/f=18a/f=23傳感器電流(il電流ma)afs+ ,afs-間的電壓0ma0v四線型四線型a af f 傳感器詳細的工作狀況傳感器詳細的工作狀況濃度高的情況氧化鋯元件會產(chǎn)生電動勢，從

12、而對a向加載電壓。對與此相反方向的b則是由ecm/pcm來稍加電壓，形成電動勢大，且朝向a的加壓狀態(tài)，所以氧氣由大氣側(cè)向排氣側(cè)（a）移動。另外，由于從擴散層進入的排出氣體受到限制，與吸入的氧氣反應(yīng)，排氣中的hc或co也受到限制。由于這些作用，排氣檢測室內(nèi)的a/f在達到理論空燃比之前，氧氣就一直在移動。因此，氧化鋯元件中是只流過為達到理論空燃比所必要的氧氣，這時通過檢測電流就可以得到排出氣體的a/f。濃度低的情況由于氧化鋯元件不會產(chǎn)生電動勢，根據(jù)ecm/pcm對b向加載的電壓，使氧氣由排氣側(cè)向大氣側(cè)（b）移動，強制性地使用排氣檢測室的a/f達到理論空燃比。氧化鋯元件在特性上，不能使排氣檢測室內(nèi)比

13、理論空燃比的濃度高（注1），即使再加大加載電壓流過的電流也不會增加。（增加是指向a方向流動的氧氣）。這個稱為極限電流，測定出這個時候的電流值就可以得到a/f。擴散層afs+afs-排出氣體o2ab注1：強制地使其達到濃度高時，在氧化鋯元件中發(fā)產(chǎn)生逆電動勢，即使加大加載電壓流動氧氣的電壓也不會增加。使電流變得不能流動。=極限電流ba電流電流圖圖四線型四線型a af f傳傳感器感器的工作原理的工作原理2圖圖 four wire type af傳傳感器感器的電流特性的電流特性汽車技術(shù)培訓(xùn)汽車技術(shù)培訓(xùn)on board diagnosisair fuel ratio(a/f)傳感器結(jié)構(gòu)與功能傳感器結(jié)構(gòu)與

14、功能2006廣州 honda motor co., ltd. all rights reserved.page-9四線型四線型a af f傳感器傳感器追加信息追加信息這種類型的傳感器生產(chǎn)廠家是denso。（2006年到現(xiàn)在）特性修正特性修正傳感器的電流特性是根據(jù)內(nèi)部阻抗的變化而變化的。因此，ecm/pcm從加載在a/f傳感器上的電壓與檢測出來的電流，以一定間隔來檢測內(nèi)部阻抗。其內(nèi)部阻抗與傳感器的激活狀態(tài)有關(guān)，也可以判斷出是否被激活。a/f=13a/f=14.6a/f=18a/f=23傳感器電流(il電流ma)afs+ ，afs-間的電壓0ma0v圖圖c 四線型四線型a af f傳感器的電流特性

15、傳感器的電流特性汽車技術(shù)培訓(xùn)汽車技術(shù)培訓(xùn)on board diagnosisair fuel ratio(a/f)傳感器結(jié)構(gòu)與功能傳感器結(jié)構(gòu)與功能2006廣州 honda motor co., ltd. all rights reserved.page-10四線型四線型a/fa/f傳感器測量傳感器測量實際上電流值ili不能直接用ecm/pcm來測量，要利用并聯(lián)電阻rs來變換為電壓，再將此電壓增幅以及ad變換來測定?；瘜W(xué)反應(yīng)圖圖e e所表示是發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。所表示是發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。實際上是氧氣作為2o2-流動于氧化鋯元件內(nèi)。krsil（ （hds)a/dafcafvvafoa/dvafc空然比傳

16、感器ecu圖圖e four wire type af傳感器電極的化學(xué)反應(yīng)傳感器電極的化學(xué)反應(yīng)圖圖d four wire type af傳感器的等價回路傳感器的等價回路濃度低的區(qū)域濃度高的區(qū)域電動勢汽車技術(shù)培訓(xùn)汽車技術(shù)培訓(xùn)on board diagnosisair fuel ratio(a/f)傳感器結(jié)構(gòu)與功能傳感器結(jié)構(gòu)與功能2006廣州 honda motor co., ltd. all rights reserved.page-116.五線型 af傳感器結(jié)構(gòu)這種類型的a/f傳感器也是由氧化鋯元件和加熱器的兩層構(gòu)成。氧化鋯元件的內(nèi)部構(gòu)造氧化鋯元件的內(nèi)部構(gòu)造氧化鋯元件部分的內(nèi)部由二個空間與四個電

17、極構(gòu)成，一個空間稱為排出氣體檢測室，它是將排出氣體通過擴散層少量導(dǎo)入，另外一個稱為大氣導(dǎo)入室，它導(dǎo)入外部氣體。 voltage sensing (vs) cell將這兩個空間分離開，另外，在氧化鋯元件加熱器的反面裝有一個ion pumping (ip) cell 。 各元件都有正負的白金電極。氧化鋯元件加熱器ipvcentvs加熱器+ip cell+電極ip cell 電極vs cell 電極vs cell vs cell +電極排出氣體檢測室ip cell擴散層加熱器-label電阻+label電阻-大氣導(dǎo)入室圖圖1414五線型五線型a/fa/f傳感器構(gòu)造傳感器構(gòu)造 1 1圖圖1515五線型

18、五線型a/fa/f傳感器構(gòu)造傳感器構(gòu)造 2 2汽車技術(shù)培訓(xùn)汽車技術(shù)培訓(xùn)on board diagnosisair fuel ratio(a/f)傳感器結(jié)構(gòu)與功能傳感器結(jié)構(gòu)與功能2006廣州 honda motor co., ltd. all rights reserved.page-12ipvcentvs加熱器+加熱器-label電阻+label電阻-ip cell 負電極與vs cell 的負電極都采用共同的接線 (vcent)。這種類型的a/f sensor 為了使輸出值的誤差降到最小，在生產(chǎn)后要對每個傳感器特性偏差進行全數(shù)檢查，為了可以用ecm/pcm來修正誤差，針對其偏差量要在a/f傳

19、感器的連結(jié)器部位裝配一個的電阻。因此連結(jié)器的傳感器側(cè)會有5根接線，而在ecm/pcm側(cè)有7根接線。圖圖1616五線型五線型a/fa/f傳感器構(gòu)造傳感器構(gòu)造 3汽車技術(shù)培訓(xùn)汽車技術(shù)培訓(xùn)on board diagnosisair fuel ratio(a/f)傳感器結(jié)構(gòu)與功能傳感器結(jié)構(gòu)與功能2006廣州 honda motor co., ltd. all rights reserved.page-137.五線型 af傳感器工作原理此傳感器主要是在如下所示的三個階段工作1)大氣導(dǎo)入室的氧氣濃度要比氣體檢測室高。如果開始vs元件與通常的氧傳感器濃度一樣，濃度高時，輸出1v左右電壓，而濃度低時，則輸出0

20、v，如為完全理論空燃比時則輸出0.45v?？傊?，vs元件就是檢測排氣檢測室現(xiàn)在的濃度是高還是低。2)如果可以從vs元件可以得到濃度高的電壓（0.45v以上），加載在ip元件上的電壓就可能將氧氣吸入到氣體檢測室，使氣體檢測室的a/f達到理論空燃比。相反，如果得到濃度低的電壓（0.45v以下），利用ip元件將氧氣從氣體檢測室吸出，使氣體檢測室的a/f達到理論空燃比。vs元件的電壓在不是0.45v時就一直這樣工作。之后，為了使vs元件電壓維持在0.45v，就要調(diào)整加載在ip元件上的電壓。3)此時，可以利用檢測流過ip元件的氧氣量來檢測a/f。由于這個量也與流過ip元件的電流值是成比例的，這樣傳感器就

21、通過檢測ip電流從而得到a/f值。其特性如圖16所示，由于是利用流過vcent的電流來進行檢測，就可以檢測出濃度高時的負電流，濃度底時的正電流。理論空燃比a/f=14.70 maa/f傳感器輸出濃度高濃度低圖圖18 五線型五線型 af 傳傳感器感器輸輸出特性出特性ip cell +電極ip cell 電極vs cell 電極vs cell vs cell +電極排出氣體檢測室ip cell擴散律速層大氣導(dǎo)入室ipvsvcent圖圖17五線型 af傳感器工作原理4汽車技術(shù)培訓(xùn)汽車技術(shù)培訓(xùn)on board diagnosisair fuel ratio(a/f)傳感器結(jié)構(gòu)與功能傳感器結(jié)構(gòu)與功能20

22、06廣州 honda motor co., ltd. all rights reserved.page-14 五線型a/f傳感是一個檢測電流值的傳感器.由于電流值的直接檢測會使ecm/pcm或是傳感器產(chǎn)生故障,因此比較困難.在這里,就說明一下電壓如何才可以檢測。檢測電壓值的方法檢測電壓值的方法vcent vs間的電壓通常是輸出0.45v。（雖然根據(jù)車型而定，比如vs=2.45，vcent=2.00) 如果由于突變而使a/f強制性地變化，排氣檢測室的a/f也會短時發(fā)生變化。因此vcent vs之間的電壓是變動的，換句話說，由于突變使電壓變動的話，也可以確認此傳感器是運作的。ip與vcent間的電壓值根據(jù)傳感器的工作狀況會有很大變動，通常是濃度低時數(shù)值大，濃