氣體濃度傳感器——氧傳感器

1、一、概述 第七章第七章 氣體濃度傳感器氣體濃度傳感器二、汽車氧傳感器的介紹二、汽車氧傳感器的介紹 汽車用氧傳感器主要作用在于監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的氧含量，并根據(jù)所測(cè)得的數(shù)據(jù)輸出信號(hào)電壓，反饋給ECU,從而控制噴油量的大小，使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)隨時(shí)處于最佳的燃燒狀態(tài)，并且與三元觸媒相結(jié)合使用可以減少汽車尾氣中有害成分的80%以上，節(jié)油5% 20% 。這對(duì)能源的節(jié)約和污染的減少是一種必要的手段因而引起了世界各國的重視。我國已進(jìn)入汽車大國，對(duì)如何減少污染負(fù)有重大責(zé)任，我國的汽車工業(yè)也已逐步使用氧傳感器。氧傳感器簡(jiǎn)介n氧傳感器由氧化鋯管、加熱棒、密封件、裝置件、耐高溫電纜及電接頭等組成。n其基體材料采用納米級(jí)釔穩(wěn)

2、定化氧化鋯固體電解質(zhì)材料。鋯管空腔內(nèi)可裝有加熱器，加熱器受發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元ECU控制，其作用是當(dāng)排氣溫度低的時(shí)候加熱氧傳感器。三、氧傳感器分類一、根據(jù)傳感元件材料：一、根據(jù)傳感元件材料：氧傳感器有氧化鋯和氧化鈦型2種，其工作原理不同。目前，市場(chǎng)上的主要的氧傳感器都是鋯系氧傳感器，因?yàn)殇喯笛鮽鞲衅鲏勖^長(zhǎng)，也相對(duì)穩(wěn)定。1.二氧化鋯型（ZrO2）鋯元素工作特性：氧化鋯是具有傳導(dǎo)氧離子能力的固體電解質(zhì)，當(dāng)溫度達(dá)到300，氧化鋯材料能夠傳導(dǎo)氧離子，從氧離子濃的一方向氧離子稀的一方流動(dòng)，從而產(chǎn)生電壓信號(hào)。2.二氧化鈦型（TiO2）工作原理：尾氣中的氧濃度不同，傳感器的電阻發(fā)生變動(dòng)?；旌蠚鉂獾那闆r下，傳感器

3、電阻降低至1000歐姆以下。混合氣稀的情況下，傳感器電阻升高至20,000歐姆以上。四、氧傳感器工作原理 氧傳感器的核心元件是氧化鋯管，它是一種固體電解質(zhì)，其內(nèi)外表面都覆蓋有多孔鉑電極和氧化鋁保護(hù)層，內(nèi)表面與大氣相通，外表面與尾氣接觸。 尾氣在與鋯管的外表面接觸時(shí)，尾氣中的殘留氧氣透過鉑電極和氧化鋁保護(hù)層同氧化鋯接觸，在一定高溫下鋯管內(nèi)外由于氧濃差而產(chǎn)生電勢(shì)差。當(dāng)在濃燃燒時(shí)，尾氣中的氧濃度降低，氧傳感器輸出電壓升至參考電壓以上。當(dāng)在稀燃燒時(shí)，尾氣中的氧濃度升高，氧傳感器輸出電壓降至參考電壓以下。 在電噴系統(tǒng)中，ECU參考氧傳感器的輸出信號(hào)調(diào)整燃料噴射等參數(shù)從而改變發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比，并結(jié)合三元催化裝

4、置，可以最大限度降低尾氣有害氣體排放量，提高燃燒效率、節(jié)約能源，優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)性能。相關(guān)概念及特性曲線當(dāng)混合氣變濃，即排氣中氧含量的濃度降低（1 ），氧傳感器的輸出電壓信號(hào)將接近0V。傳感器傳感器空燃比空燃比理論空燃比: A/F=14.7:1 （=1）濃混合氣：當(dāng)實(shí)際空燃比小于理論空燃比時(shí)，稱混合氣為濃混合氣。稀混合氣：當(dāng)實(shí)際空燃比大于理論空燃比時(shí)，稱混合氣為稀混合氣。 五、氧傳感器歷史及發(fā)展方向1. 非加熱型氧傳感器 （管式） 1976年，博世為降低汽車尾氣排放而發(fā)明的氧傳感器，首次裝備針對(duì)美國市場(chǎng)的沃爾沃240/260轎車。博世是氧傳感器的發(fā)明者，在市場(chǎng)和技術(shù)上繼續(xù)保持領(lǐng)先。 非加熱型氧傳感器

5、鋪平了將來的廢氣排放控制之路。其所要求的最低工作溫度為500，因此，必須直接緊鄰發(fā)動(dòng)機(jī)排氣口安裝。博世 1線NTK 2線2.2.加熱型氧傳感器加熱型氧傳感器 3 3芯芯 （管式）（管式） 為了能在遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)之處安裝氧傳感器，傳感器（內(nèi)置有一手指形陶瓷感應(yīng)體）的下端裝有獨(dú)立的加熱器。在尾氣端，傳感器的廢氣端配有一保護(hù)管，以保護(hù)陶瓷感應(yīng)體不受尾氣中燃燒殘?jiān)那治g。這是第一次將可能轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，保證了傳感器元件的恒定工作溫度保持在350 以上。 接地方式：外殼接地3.3.加熱型氧傳感器加熱型氧傳感器 4 4芯芯 （管式）（管式） 傳感器信號(hào)不能通過外殼傳遞，它是通過附加的第4條連接線傳遞的。這樣，由此

6、路新增信號(hào)可防止氧傳感器信號(hào)斷路而導(dǎo)致失效。 接地方式：獨(dú)立接地式/線殼共地式 4.平板型氧傳感器(亦稱片式氧傳感器 Planar) 平板型氧傳感器是一種形式更為先進(jìn)的指型傳感器。其陶瓷感應(yīng)體由多片延展的扁平的陶瓷薄片組成。由于加熱器集成于該平板型陶瓷感應(yīng)體， 因此氧傳感器能夠更快進(jìn)入工作狀態(tài)。達(dá)到工作溫度的速度是以前的氧傳感器的兩倍，因此，在工況惡劣的冷起動(dòng)階段，廢氣排放是以前的一半。平板型氧傳感器有雙層保護(hù)管。5.平板寬帶型傳感器(亦稱寬域氧傳感器Wide band) 與以前的傳感器不同，平板寬帶型傳感器配有兩個(gè)測(cè)量單元和一個(gè)6芯的連接器。在油汽混合過濃和過稀的工況時(shí)均可實(shí)現(xiàn)極精確的測(cè)量。

7、即使是天燃?xì)夂筒裼桶l(fā)動(dòng)機(jī)也可以用它來進(jìn)行控制。指型氧傳感器（亦稱管式氧傳感器）指型氧傳感器（亦稱管式氧傳感器）平板型氧傳感器（亦稱片式氧傳感器）平板型氧傳感器（亦稱片式氧傳感器）氧傳感器結(jié)構(gòu)圖示：1. 陶瓷感應(yīng)體（鋯管）2. 加熱器3. 保護(hù)管1. 集成了加熱器的平板型陶瓷感應(yīng)體（片芯） 2. 雙層保護(hù)管二、根據(jù)結(jié)構(gòu)分類二、根據(jù)結(jié)構(gòu)分類1.非加熱型氧傳感器（1線/2線）：利用發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒廢氣的余熱進(jìn)行加熱，一般裝配在離發(fā)動(dòng)機(jī)排氣口較近的排氣管上。2.加熱型氧傳感器（3線/4線）： 內(nèi)部設(shè)計(jì)有加熱器，可利用系統(tǒng)供電電壓強(qiáng)制使氧傳感器加速預(yù)熱， 促使其快速反映，及早實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)控制。可以裝配在距離

8、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管遠(yuǎn)端。三、根據(jù)功能或安裝位置分類三、根據(jù)功能或安裝位置分類n控制用氧傳感器： 俗稱前氧，可單獨(dú)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒廢氣中氧的濃度，生成電壓信號(hào)反饋給ECU以達(dá)到理想空燃比狀態(tài)，安裝在三元催化器的上游位置。 （圖中1，2為控制用氧傳感器）n診斷用氧傳感器：俗稱后氧，安裝在三元催化器下游端?？刂蒲鮽鞲衅鳎ㄇ把酰┮蚶匣?，其向ECU輸送的電壓信號(hào)曲線會(huì)發(fā)生偏移。診斷用氧傳感器（后氧）會(huì)檢測(cè)前氧，三元催化器是否仍然處于最佳工作狀態(tài)。然后ECU就可計(jì)算出矯正偏移所需的補(bǔ)償量。 （圖中3，4為診斷用氧傳感器）三元催化器氧氧傳感器傳感器視頻視頻六、性能參數(shù)和技術(shù)規(guī)格六、性能參數(shù)和技術(shù)規(guī)格加熱型氧傳感器加

9、熱型氧傳感器n工作電壓范圍：1214Vn溫度范圍：n允許燃料：無鉛汽油（93#或以上）。適用于汽油機(jī)，不適用天然氣和柴油。n性能：氧傳感器的部位下限工作溫度上限工作溫度陶瓷探針頂部350850外殼六角螺母570電纜線和絕緣接頭250連接插頭120項(xiàng)目（350）參數(shù)氧傳感器電壓(mv) =0.930.97750910氧傳感器電壓(mv) =1.051.10-3070響應(yīng)時(shí)間(600mv300mv)250ms響應(yīng)時(shí)間(300mv600mv)250ms加熱功率（12V）12w/18w(可根據(jù)系統(tǒng)定制)安裝螺紋尺寸M181.5-6e線數(shù)3線/4線七、辨別氧傳感器中毒七、辨別氧傳感器中毒正常特征：保護(hù)管

10、無殘留，顏色呈晦暗色機(jī)油污染特征：保護(hù)管表面覆上一層白色或灰黑色油狀的沉積物。成因：燃油添加劑或機(jī)油進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行燃燒硅中毒特征：保護(hù)管沉積物顏色介于亮白色和顆粒狀的淺灰色之間。成因：硅化合物存在于一些密封材料、潤滑劑及防凍劑中的腐蝕抑制成分。鉛中毒特征：保護(hù)管表面有發(fā)亮的生銹層。成因：使用含鉛汽油。 *含鉛汽油會(huì)損害氧傳感器和三元催化器。大多數(shù)的氧傳感器經(jīng)過含鉛汽油的侵蝕后，使用里程數(shù)會(huì)急劇下降。經(jīng)常使用含鉛汽油的汽車，即使是新的氧傳感器，也只能工作幾千公里。防凍劑污染成因：防凍劑從氣缸蓋處泄露至發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)行燃燒。1.氧傳感器加熱器電阻的檢查 n用萬用表電阻檔（歐姆檔）測(cè)量氧傳感器接線端中加熱電阻接柱（白色）與搭鐵接柱（白色）之間的電阻，其阻值為20時(shí)1-6或12 (參考具體車型維修手冊(cè))。電阻值若為無窮大，則是加熱電阻燒斷，如不符合標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)更換氧傳感器。 2.氧傳感器反饋電壓的測(cè)量n萬用表檢測(cè)：將發(fā)動(dòng)機(jī)熱車至正常工作溫度且穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)(氧傳感達(dá)到工作溫度350或起動(dòng)后以2500r/min的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)3min)，對(duì)氧傳感器的輸出電壓進(jìn)行測(cè)試，在接線正常情況下用萬用表檢測(cè)氧傳感器信號(hào)線（灰色和黑色）間電壓應(yīng)在0.1-0.9V快速波動(dòng)。（跳變周期3S左右