汽車傳感器原理與檢修 課件 第七章 氣體濃度傳感器

汽車傳感器原理與檢修汽車傳感器原理與檢修汽車傳感器原理與檢修氧傳感器1稀薄混合氣傳感器2本章課程的主要內(nèi)容全范圍空燃比傳感器3煙塵濃度傳感器4第七章氣體濃度傳感器汽車傳感器原理與檢修柴油機煙度傳感器5

NOx傳感器67.1氧傳感器

在汽車上使用的氣體濃度傳感器主要有氧傳感器、稀薄混合氣傳感器、全范圍空燃比傳感器和煙塵濃度傳感器等。氧傳感器安裝在發(fā)動機的排氣管上，它的作用是通過檢測排放氣體中氧的含量來獲得混合氣空燃比的稀濃信號，并將檢測結(jié)果變成電壓信號輸入ECU，ECU根據(jù)氧傳感器的輸入信號不斷地對噴油脈寬進行修正，使混合氣體在理想范圍內(nèi)。當(dāng)監(jiān)測到的氧氣濃度較濃時，提供給發(fā)動機ECU的電壓較高；監(jiān)測到的氧氣濃度較稀時，提供給發(fā)動機ECU的電壓較低。氧傳感器可分為氧化鈦（TiO2）式和氧化鋯(ZrO2)式兩種。汽車傳感器原理與檢修7.1氧傳感器

目前，汽車上采用的氧傳感器有氧化鈦（TiO2）式和二氧化鋯（ZrO2）式兩種。氧化鋯式氧傳感器又分為加熱型氧傳感器和非加熱型氧傳感器兩種。氧化鈦式氧傳感器本身帶有一個電加熱器。汽車上大部分使用的是加熱式的。現(xiàn)代汽車大都在三元催化轉(zhuǎn)化器的前、后端分別安裝了氧傳感器，稱為雙氧傳感器系統(tǒng)。汽車傳感器原理與檢修

二氧化鋯型氧傳感器7.1氧傳感器

目前，大部分汽車使用帶加熱器的氧傳感器，這種傳感器在原來傳感器的基礎(chǔ)上，增加了一個陶瓷加熱元件用于加熱傳感器，可在發(fā)動機起動后的20～30s內(nèi)迅速將氧傳感器加熱至工作溫度，擴大了空燃比閉環(huán)控制的工作范圍，故又稱為加熱型氧傳感器。汽車傳感器原理與檢修

二氧化鋯型氧傳感器7.1氧傳感器

要準確地完全保持混合氣濃度為理論空燃比是不可能的。實際上，氧傳感器對噴油器的反饋調(diào)節(jié)是動態(tài)的，只能使混合氣在理論空燃比附近一個較小的范圍內(nèi)波動，氧傳感器的輸出電壓在01～08V之間不斷變化（通常每10s內(nèi)變化8次以上）。如果氧傳感器輸出電壓變化過緩（每10s內(nèi)少于8次）或電壓保持不變（不論保持在高電位或低電位），則表明氧傳感器本體或線路有故障，需檢查線路或更換傳感器。檢測氧傳感器好壞的方法較多，通常可用萬用表對其進行檢查，也可用專用儀器檢測。。汽車傳感器原理與檢修

二氧化鋯型氧傳感器的檢測7.1氧傳感器

汽車傳感器原理與檢修（1）萬用表測電壓法采用萬用表測壓法檢查二氧化鋯式氧傳感器時，應(yīng)先使氧傳感器處于工作狀態(tài)，也就是使ZrO2處于400℃以上的溫度。（2）氧傳感器檢測儀檢測法用氧傳感器檢測儀檢測氧傳感器時，檢測方法同上，僅是用氧傳感器檢測儀代替上述的萬用表（3）萬用表測電阻法萬用表測阻法是利用氧傳感器的電阻特性來判斷其在暖機狀態(tài)和非暖機狀態(tài)下的電阻值。正常氧傳感器的電阻值：充分暖機狀態(tài)時電阻值約為300kΩ；不在暖機狀態(tài)時電阻值約為無窮大。

二氧化鋯型氧傳感器的檢測7.1氧傳感器

汽車傳感器原理與檢修（4）用汽車萬用表檢測法將汽車專用萬用表（以美國OTC公司300型萬用表為例）功能開關(guān)置于4V量程，按動DC/AC按鈕于DC狀態(tài)，萬用表COM插孔中的黑色線搭鐵，紅色測試線接氧傳感器的信號線。將汽車發(fā)動機置于快怠速（2000r/min）預(yù)熱發(fā)動機，使氧傳感器工作溫度達360℃以上。當(dāng)發(fā)動機尾氣濃時，氧傳感器輸出電壓為08～09V；排出的廢氣稀時，輸出電壓為01～02V。在氧傳感器工作溫度低于360℃時，呈開路狀態(tài)，無信號輸出。如果測得的電壓符合要求，則說明氧傳感器正常；反之，則說明該傳感器已損壞，應(yīng)更換。（5）電子示波器測波形法

二氧化鋯型氧傳感器的檢測7.1氧傳感器

汽車傳感器原理與檢修（5）電子示波器測波形法

二氧化鈦型氧傳感器的結(jié)構(gòu)與原理7.1氧傳感器

汽車傳感器原理與檢修二氧化鈦式氧傳感器與二氧化鋯式氧傳感器在測量氧氣濃度的原理上有很大的不同：二氧化鋯式氧傳感器是以濃差電池原理為基礎(chǔ)，通過濃度差異產(chǎn)生電壓，判斷混合氣的稀與濃；二氧化鈦式氧傳感器則是利用氣敏電阻的原理，通過氧氣濃度引起的二氧化鈦電阻值的改變來判定混合氣狀態(tài)，故又稱電阻型氧傳感器。二氧化鋯型氧傳感器和二氧化鈦式氧傳感器的主要區(qū)別是：二氧化鋯型氧傳感器是將排氣中氧含量的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化；二氧化鈦型氧傳感器是將排氣中氧含量的變化轉(zhuǎn)化為電阻的變化。

二氧化鈦型氧傳感器的結(jié)構(gòu)與原理7.1氧傳感器

汽車傳感器原理與檢修二氧化鈦式氧傳感器的結(jié)構(gòu)與二氧化鋯式氧傳感器的結(jié)構(gòu)相似，主要由二氧化鈦傳感元件（鈦管）、鋼質(zhì)殼體、加熱元件和接線端子、護套、護管等組成，如圖所示。

二氧化鈦型氧傳感器的檢測7.1氧傳感器

汽車傳感器原理與檢修（1）檢查加熱器電阻。用高阻抗數(shù)字式萬用表電阻檔對氧傳感器的加熱電阻值進行測試，拔下氧傳感器線束插頭，測試氧傳感器A、B接線柱間的電阻值。正常情況下，其阻值為5～7Ω。如果電阻為∞，說明加熱電阻燒斷，應(yīng)更換氧傳感器。（2）檢查氧傳感器電源電壓。打開點火開關(guān)，用萬用表電壓檔測量傳感器的電源電壓，其標準值為1V。（3）檢查氧傳感器加熱器電源電壓。打開點火開關(guān)，用萬用表電壓檔測試傳感器的加熱器電源電壓，其標準值應(yīng)為12V。

二氧化鈦型氧傳感器的檢測7.1氧傳感器

汽車傳感器原理與檢修（4）檢查氧傳感器反饋電壓。接通點火開關(guān)，并起動發(fā)動機使在怠速下正常運轉(zhuǎn)，然后用電壓表測量電控單元ECU的4號接腳與搭鐵之間的電壓值，其值應(yīng)在0.2～0.8V內(nèi)變動。當(dāng)發(fā)動機提高轉(zhuǎn)速后，其電壓值應(yīng)為0.6～1.0V，否則應(yīng)更換氧傳感器。（5）動態(tài)測試。使發(fā)動機充分預(yù)熱，拔下燃油壓力調(diào)節(jié)器的真空軟管，堵上歧管，合混合氣加濃（空燃比減小）。在怠速狀態(tài)下測量電控單元ECU插接器的端電壓，氧傳感器上的電壓應(yīng)大于0.5V，否則應(yīng)更換氧傳感器。

二氧化鈦型氧傳感器的檢測7.1氧傳感器

汽車傳感器原理與檢修（6）二氧化鈦式氧傳感器波形檢測法對于彩用IV參考電壓的二氧化鈦式氧傳感器，其測試方法、波形圖等和二氧化鋯式氧傳感器相同。對于采用5V參考電壓的二氧化鈦式氧傳感器，需要注意，良好的二氧化鈦式氧傳感器輸出的端電壓，應(yīng)以2.5V為中心上下波動。如圖所示。

稀薄混合氣傳感器的結(jié)構(gòu)及作用7.2稀薄混合氣傳感器

汽車傳感器原理與檢修稀薄混合氣傳感器應(yīng)用在發(fā)動機稀薄燃燒空燃比反饋控制系統(tǒng)中。該傳感器與二氧化鋯式氧傳感器一樣，使用二氧化鋯元件。稀薄混合氣傳感器一般安裝在排氣歧管上。

稀薄混合氣傳感器的結(jié)構(gòu)及作用7.2稀薄混合氣傳感器

汽車傳感器原理與檢修稀薄混合氣傳感器的內(nèi)部裝有二氧化鋯陶瓷元件與加熱器。二氧化鋯式氧傳感器是在二氧化鋯元件的內(nèi)外側(cè)分別裝有鉑電極，并以該電極上隨氧濃度差而產(chǎn)生的電位差作為輸出電壓信號，利用在理論空燃比附近輸出電壓急劇變化的特性，檢測出在理論空燃比附近的變化狀態(tài)。與此相比，稀薄混合氣傳感器是利用在傳感器電極兩端施加一定電壓時通過的電流與排氣中氧濃度成正比的這一特性，連續(xù)地檢測出稀薄燃燒狀態(tài)下的空燃比的。傳感器的輸出特性如下圖所示。。

稀薄混合氣傳感器的結(jié)構(gòu)及作用7.2稀薄混合氣傳感器

汽車傳感器原理與檢修稀薄燃燒系統(tǒng)控制原理7.2稀薄混合氣傳感器

汽車傳感器原理與檢修在現(xiàn)代車輛中，為了達到凈化排氣的目的，除采用三元催化轉(zhuǎn)化方式凈化排氣外，也可采用稀薄燃燒控制技術(shù)。這一技術(shù)有效降低排氣中的NO含量。稀薄燃燒系統(tǒng)采用了稀薄混合氣傳感器，用于對稀薄混合氣狀態(tài)下的空燃比進行反饋控制，稀薄燃燒系統(tǒng)的構(gòu)成如圖所示。。稀薄燃燒系統(tǒng)控制原理7.2稀薄混合氣傳感器

汽車傳感器原理與檢修稀薄混合氣傳感器的檢測7.2稀薄混合氣傳感器

汽車傳感器原理與檢修（1）檢查傳感器的加熱器電阻將點火開關(guān)置于“OFF”，拔下氧傳感器的導(dǎo)線插接器，用萬用表歐姆檔測量氧傳感器接線端中加熱器端子與搭鐵端子間的電阻，其電阻值應(yīng)符合標準值（一般為4～40Ω）。如不符合標準，則應(yīng)更換氧傳感器。（2）檢查傳感器輸出電流信號用萬用表電流檔測試傳感器的輸出電流信號，電流值應(yīng)隨空燃比的增大而增大。。全范圍空燃比傳感器的結(jié)構(gòu)與原理7.3全范圍空燃比傳感器

汽車傳感器原理與檢修全范圍空燃比傳感器，又稱為寬域型氧傳感器、寬量程氧傳感器、寬帶氧傳感器。汽車發(fā)動機電控系統(tǒng)全范圍空燃比檢測傳感器的作用，是用來檢測混合氣從過濃狀態(tài)到理論空燃比再到稀薄狀態(tài)的整個過程。全范圍空燃比傳感器的結(jié)構(gòu)與原理7.3全范圍空燃比傳感器

汽車傳感器原理與檢修全范圍空燃比氧傳感器由一個氧氣泵單元、普通窄范圍濃度差電壓型二氧化鋯式氧傳感器、加熱器構(gòu)成，如圖所示。全范圍空燃比傳感器的結(jié)構(gòu)與原理7.3全范圍空燃比傳感器

汽車傳感器原理與檢修全范圍空燃比傳感器是由泵單元與常規(guī)傳感器單元相互作用而實現(xiàn)功能的。一方面二氧化鋯參考電池不斷監(jiān)測測量區(qū)氧氣濃度，如果二氧化鋯參考電池電壓不在0.45V附近，傳感器控制器運算放大器就會控制二氧化鋯泵電池的泵電流IP，利用泵單元的泵氧作用，使二氧化鋯參考電池目標電壓值在0.45V附近，使測量區(qū)氧濃度達到λ=1。在這一過程中泵單元的電流要發(fā)生變化，通過泵單元的電流值的變化，發(fā)動機ECU計算出尾氣中氧含量，進而控制噴油量。全范圍空燃比傳感器的結(jié)構(gòu)與原理7.3全范圍空燃比傳感器

汽車傳感器原理與檢修當(dāng)混合氣較稀時，通過擴散通道進入測量室中的發(fā)動機尾氣氧含量較多，二氧化鋯參考電池信號電壓值下降，富氧的稀混合氣產(chǎn)生低于參考電壓Uref的電壓值，傳感器控制器就會產(chǎn)生泵電流，自動減小或反向提供單元泵的工作電流IP（使泵入測試室的氧量減少），使二氧化鋯參考電池信號盡快恢復(fù)到0.45V的電壓值。ECU接收到單元泵的工作電流（控制單元將其折算成電壓值信號），根據(jù)減少的泵電流，推算出空燃比，加大噴油量。全范圍空燃比傳感器的結(jié)構(gòu)與原理7.3全范圍空燃比傳感器

汽車傳感器原理與檢修當(dāng)混合氣過濃時，氧氣泵的泵氧量與通過擴散通道進入測量室的氧量疊加后，測量室中氧的含量較少，二氧化鋯參考電池信號電壓值上升，濃混合氣產(chǎn)生高于參考電壓Uref的電壓值，傳感器控制器就會產(chǎn)生泵電流，自動增加單元泵的工作電流IP（使泵入測試室的氧量增加），使二氧化鋯參考電池信號盡快恢復(fù)到0.45的電壓值。ECU接收到單元泵的工作電流（控制單元將其折算成電壓值信號），根據(jù)增加的泵電流，ECU減少噴油量。。全范圍空燃比傳感器的檢測7.3全范圍空燃比傳感器

汽車傳感器原理與檢修全范圍空燃比傳感器一般有6個端子，包括加熱線圈電源端子、加熱線圈搭鐵端子、兩個5V電源端子、信號端子、泵電流輸入端子。有些全范圍空燃比傳感器在內(nèi)部將兩個5V電源端子合并，故只有5個端子。煙塵濃度傳感器的結(jié)構(gòu)與原理7.4煙塵濃度傳感器

汽車傳感器原理與檢修它是由發(fā)光元件、光敏元件、信號處理電路、本體和蓋板組成的，安裝在車室頂棚上室頂燈的旁邊。煙塵濃度傳感器本體上設(shè)置有許多可以使煙霧自由進入的細縫，當(dāng)檢測出有煙霧時，煙塵濃度傳感器使空氣凈化器的鼓風(fēng)機自動運轉(zhuǎn)。一般情況下，當(dāng)煙霧濃度達到（0.3%）/m3，即抽1～2根香煙時，就可使煙塵濃度傳感器動作。在煙塵濃度傳感器的本體上還設(shè)有感測靈敏度調(diào)整旋鈕（靈敏度用電位器），轉(zhuǎn)動旋鈕，可以調(diào)整傳感器的靈敏度。煙塵濃度傳感器的結(jié)構(gòu)與原理7.4煙塵濃度傳感器

汽車傳感器原理與檢修煙塵濃度傳感器的檢測7.4煙塵濃度傳感器

汽車傳感器原理與檢修如圖所示，將點燃的香煙放在傳感器附近，若聽到通風(fēng)機轉(zhuǎn)動聲音，說明傳感器是良好的。柴油機煙度傳感器結(jié)構(gòu)與原理7.5柴油機煙度傳感器

汽車傳感器原理與檢修柴油機煙度傳感器的結(jié)構(gòu)如圖所示。傳感器的整體類似于汽油機的火花塞，感應(yīng)頭裝在金屬體中，通過中間體同接線盒相連，金屬體的下端有螺紋可以方便地安裝在排氣管上。傳感器感應(yīng)頭的本體一般制成陶瓷體，暴露在煙氣中的電極一定要用貴金屬鉑或鉑合金材料等做成。為了節(jié)省貴金屬，降低成本，電極?？刹捎媒M合結(jié)構(gòu)，即用15mm左右長的鉑絲和其他金屬絲在焊點處點焊在一起。柴油機煙度傳感器的檢測7.5柴油機煙度傳感器

汽車傳感器原理與檢修隨柴油機負荷變化的排溫、煙度和傳感器電流值的變化情況，應(yīng)符合下表要求（發(fā)動機轉(zhuǎn)速保持在2000r/min，傳感器用24V直流電源）。隨著柴油機負荷的增加，排溫、煙度傳感器電流都相應(yīng)增加。7.6NOx傳感器汽車傳感器原理與檢修NOx是可燃混合氣在高溫、高壓下燃燒后的產(chǎn)物，是NO和NO2等的總稱。NOX是可燃混合氣在高溫、高壓下燃燒后的產(chǎn)物，是NO和NO2總稱。為了降低汽車尾氣中NOX的排放量，在汽車上加裝NOX傳感器。NOX傳感器被直接擰緊在氮氧化物存儲式催化轉(zhuǎn)化器的的后面，用來確定廢氣中氮氧化物和氧氣的殘留量并把此信號傳送給氮氧化物控制單元。其作用如下：①識別和檢查三元催化轉(zhuǎn)化器的功能是否正常。②識別和檢查三元催化轉(zhuǎn)化器前端寬域型氧傳感器調(diào)節(jié)點是否正常或是否需要修正。③檢測NOX傳感器產(chǎn)生的信號被傳送至NOX傳感器控制單元。④NOX傳感器感測到NOX存儲式催化轉(zhuǎn)