第7章：全范圍空燃比傳感器課件

第7章：全范圍空燃比傳感器7.1、全范圍空燃比傳感器的發(fā)展過程及種類7.2、固體電解質(zhì)傳感器7.3、阻值變化型傳感器（不講授）7.4、全范圍空燃比傳感器應(yīng)用舉例第7章：全范圍空燃比傳感器7.1、全范圍空燃比傳感器的發(fā)展過1全范圍空燃比傳感器的基本定義：全范圍空燃比傳感器，是相對普通的傳感器而言的，普通氧量傳感器僅能檢測λ=1的理論空燃比點(diǎn)，而全范圍空燃比傳感器可以檢測從濃到稀的整個(gè)范圍的空燃比。全范圍空燃比傳感器的基本定義：全范圍空燃比傳感器，是相對普通2該傳感器是利用氧濃差電池原理和氧氣泵的泵電原理，能連續(xù)檢測混合氣從過濃到理論空燃比再到稀薄狀態(tài)整個(gè)過程的一種傳感器。當(dāng)混合氣過濃時(shí)，氧泵就會(huì)吸入O2到測定室中；而當(dāng)排放氣比混合氣空燃比稀薄時(shí)，則從測定室中放出02到排氣中去。全范圍空燃比傳感器的結(jié)構(gòu)原理:該傳感器是利用氧濃差電池原理和氧氣泵的泵電原全范圍空燃3全范圍空燃比就是利用這一特點(diǎn)用氧氣泵供給出、入測定室的O2，使排放氣保持在理論空燃比上。這樣就通過測定氧泵的電流值I，來測定排放氣體中的空燃比A/F?；旌蠚饪杖急仍谶^濃一側(cè)為負(fù)電流，在稀薄一側(cè)為正電流，當(dāng)理論空燃比A/F為14.7時(shí)，電流值為零，即可連續(xù)測量出空燃比。全范圍空燃比就是利混合氣空燃比在過濃一側(cè)為負(fù)電流，在稀薄一側(cè)47.1全范圍空燃比傳感器的發(fā)展過程及種類全空燃比傳感器主要有兩大類：1984年豐田公司采用了臨界電流型稀燃傳感器和反饋系統(tǒng)空燃比為22：1；1986年，本田公司開始采用NTK公司生產(chǎn)的泵電池型稀燃傳感器，空燃比為16～18：1；1991年本田公司采用了從14.7～22：1的全空燃比傳感器。7.1全范圍空燃比傳感器的發(fā)展過程及種類全空燃比傳感器主57.2固體電解質(zhì)傳感器1、濃差電池型傳感器：普通二氧化鋯傳感器只能在空燃比為1附近有較好的特性；濃差電池型傳感器與氧傳感器完全相同，經(jīng)過對氧傳感器的改進(jìn)后，就可以將它直接用于稀燃域改進(jìn)方法：①、在二氧化鋯傳感元件中參入少量的三氧化鐵，以減少溫度對傳感器的影響。②、在傳感器中增加一個(gè)加熱器，保證傳感器一直處于高溫環(huán)境下工作，同時(shí)減小發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣對傳感器的影響。這樣傳感器就可以工作在空燃比14.6～18：17.2固體電解質(zhì)傳感器1、濃差電池型傳感器：6此類傳感器與二氧化鋯傳感器特性相同主要用于稀薄燃燒區(qū)域其輸出電壓為：⑴、濃差電池型傳感器結(jié)構(gòu)原理R、T、F是常數(shù)，Ps,Pq－為基準(zhǔn)極、測試極的氧分壓；溫度為850℃時(shí)E和Pq的關(guān)系曲線此類傳感器與⑴、濃差電池型傳感器結(jié)構(gòu)原理R、T、F是常數(shù)，7⑵、輸出特性隨著空燃比的增加，其輸出電壓減小。溫度的變化對輸出電壓的影響很大。⑵、輸出特性隨著空燃比的增加，其輸出電壓減小。8通過一直保持傳感元件處于高溫環(huán)境下，就可以在寬范圍的工作條件下實(shí)現(xiàn)稀薄控制。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與傳感元件溫度的關(guān)系：通過一直保持傳感元件處于高溫環(huán)境下，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與傳感元件92、臨界電池型傳感器⑴、原理與特性：當(dāng)固體電解質(zhì)兩端的氧氣有濃度差時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢；反之，當(dāng)其兩端加上電壓時(shí)，就可以輸送氧氣，氧通過固體電解質(zhì)被從電池的陰極泵到陽極，這樣就產(chǎn)生電流。PS與Pq為濃度差。2、臨界電池型傳感器⑴、原理與特性：PS與Pq為濃度差。10⑵、結(jié)構(gòu)：為了得到與環(huán)境氣氛中氧氣濃度有關(guān)的、比較穩(wěn)定的極限電流，在ZrO2電池的陰極上由尖晶石制成的約600um的擴(kuò)散障，限制氧氣向陽極輸出，以此產(chǎn)生極限電流與氧分壓成線性關(guān)系。⑵、結(jié)構(gòu)：為了得到與環(huán)境氣氛中氧氣濃度有關(guān)的、比較穩(wěn)11⑶、電流與電壓的性能曲線當(dāng)外加電壓的增強(qiáng)時(shí)，會(huì)引起泵電流的增加量逐漸變小，這時(shí)的電流成為臨界電流。P－總壓力；PO2－氧分壓；F-法拉第常數(shù)；S-負(fù)極面積L-多孔層厚度；DO2－氧氣多孔層系數(shù)⑶、電流與電壓的性能曲線當(dāng)外加電壓的增強(qiáng)時(shí)，P－總壓力；PO12臨界電流Ip與尾氣中的氧濃度或空燃比A/F大致成正比例關(guān)系。因此這種部件可以用作空燃比傳感器。P－總壓力；P02－氧分壓；最佳工作區(qū)域臨界電流Ip與尾氣P－總壓力；P02－氧分壓；最佳工作區(qū)域13⑷、1984年豐田公司汽車所用傳感器結(jié)構(gòu)1－引出線（外側(cè)電極）；2－加熱器引出線；3－引出線（內(nèi)側(cè)電極）；4－二氧化鋯電解質(zhì)和陶瓷涂敷層；5－護(hù)罩；6－比較電極；7－陶瓷加熱器；⑷、1984年豐田公司汽車所用傳感器結(jié)構(gòu)1－引出線（外側(cè)電極143、泵電池型傳感器⑴、原理同時(shí)利用氧量濃差電池原理和氧量泵的泵電池型傳感器。電流通O2泵－氧氣輸送－濃度差－電壓一片二氧化鋯元件作氧泵使用，另一片做氧檢測元件使用3、泵電池型傳感器⑴、原理一片二氧化鋯元件作15⑵、結(jié)構(gòu)兩塊板狀ZrO2元件粘合而成，二者之間有一狹長的縫隙。兩片元件中的一片用作O2泵使用，另一片用作O2檢測元件使用。⑵、結(jié)構(gòu)16⑶、輸出電壓與不同泵電流及空燃比關(guān)系⑶、輸出電壓與不同泵電流及空燃比關(guān)系17⑷、特點(diǎn)：不需要比較電極，所以可以做到完全防水設(shè)計(jì)，也不必?fù)?dān)心由于防水問題造成傳感器的誤動(dòng)作。因氧泵電流過大，所以從原理上還不適用于A/F大于20的超稀薄區(qū)域。由于氧傳感元件上沒有比較基準(zhǔn)電極，難以用于理論空燃比點(diǎn)及濃側(cè)的控制等一些理由，當(dāng)時(shí)并沒有使用。⑷、特點(diǎn)：18⑸、改進(jìn)型的NTK牌泵電池傳感器

（全范圍空燃比傳感器UEGO）①、結(jié)構(gòu)：由三張片狀二氧化鋯固體電解質(zhì)構(gòu)成，其內(nèi)部設(shè)有擴(kuò)散腔與擴(kuò)散孔；1張為二氧化鋯固體電解質(zhì)O2泵電池；1張為O2傳感器元件；1張作為隔板用，以確保氧基準(zhǔn)腔的準(zhǔn)確程度。⑸、改進(jìn)型的NTK牌泵電池傳感器

（全范圍空燃比傳感器U19②、特點(diǎn)：UEGO傳感器的氧元件上設(shè)有基準(zhǔn)電極，因此它克服了泵電池傳感器的缺點(diǎn)，可以完成理論空燃比的控制。但因基準(zhǔn)電極需引入大氣，所以有滲水的可能性。②、特點(diǎn)：20③、傳感器的基本特性此曲線與普通氧傳感器特性曲線非常相似通過測定IP電流值，可以測定尾氣中的A/F值。③、傳感器的基本特性此曲線通過測定IP電流值，可以測定尾氣中21④、傳感器的輸出電壓與加熱器外加電壓的關(guān)系④、傳感器的輸出電壓與加熱器外加電壓的關(guān)系22寬帶型氧傳感器

（6線式氧傳感器）工作原理：當(dāng)尾氣中的氧含量高于擴(kuò)散間隙內(nèi)的氧含量時(shí)，將尾氣中的氧泵入到擴(kuò)散間隙中，如果尾氣中的氧含量低于擴(kuò)散間隙內(nèi)的氧含量時(shí)，將擴(kuò)散間隙中氧泵出到尾氣中由于擴(kuò)散間隙中氧濃度變化產(chǎn)生的電勢差發(fā)生變化，通過電子控制單元輸出電壓