汽车发动机氧传感器波形分析毕业设计（论文）

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1、河南职业技术学院毕业设计（论文）题目汽车发动机氧传感器波形分析16汽车发动机氧传感器波形分析摘要：随着汽车排放法规的逐渐严格和对汽车排气污染控制的重视，电控燃油喷射加三元催化器的发动机正成为普遍配置。在此系统中，氧传感器是进行闭环反馈控制的主要元件。正常工作时，氧传感器随时测定发动机排气管中的氧含量，以检测发动机燃烧状况。当发动机出现燃烧故障时，必然引起氧传感器电压信号的变化，可以通过观察氧传感器的信号波形来判断和排除这些故障。关键词：氧传感器构造原理工作特性波形分析随着汽车工业的发展，汽车正在成为人们日常出行的普遍工具，随之而来的环

2、境污染和能源问题也日益突出，尤其是汽车尾气对环境的污染，由于氧传感器对于控制汽车对环境的污染的重要作用，因此研究和分析氧传感器的波形对于排除汽车故障和减少汽车对环境的污染就显得十分重要了。一、氧传感器的构造及其原理自1976年德国博世公司率先在瑞典沃尔沃(VOLV0)轿车上装用氧传感器之后，通用、福特、丰田、日产等汽车公司相继完成了氧传感器的开发与应用工作。汽车发动机燃油喷射系统采用的氧传感器分为二氧化锆(zrO2)式和二氧化钛(TiO2)式两种类型，二氧化锆式又分为加热型与非加热型两种，二氧化钛式一般都为加热型。由于实用的二氧化钛式

3、氧传感器价格便宜(每只售价约600元人民币)，且不易受到硅离子的腐蚀，因此越来越多的汽车采用这种氧传感器。（一）、二氧化锆(zrO2)式氧传感器的构造及其工作原理二氧化锆式氧传感器的外形如图116所示，主要由钢质护管、钢质壳体、锆管、加热元件、电极组威。，在固体电解质粉末(ZrO2、TiO2等)中添加少量的添加剂后通过压力成形，再烧结而成；绝缘体的成形工艺完全相同。二氧化锆晶体的体积蛮化量会因晶体老化而失效(阻止氧离子扩散)，加入添加剂的目的就是防止二氧化锆晶体的老化。常用的添加剂有三氧化二钇(Y2O3)、氧化钙(CaO)、氧化镁(M

4、gO)、氧化二镱(Yb2O)。锆管制作成试管形状，以便氧离子能均匀扩散与渗透。锆管为了防止发动机排出的废气腐蚀外层铂电极，在外层铂电极表面还涂敷一层陶瓷保护层。图1二氧化锆氧传感器外形在锆管的内、外表面都涂覆一层金属铂(Pt)作为电极，并用金属线与传感器信号输出端子连接。金属铂除了起到电极作用将信号电压引出传感器之外，另一个更重要的作用是催化作用。在催化剂铂的作用下，当发动机排气中的一氧化碳(CO)有害气体与氧气(O2)接触时，就会生成二氧化碳(CO2)无害气体，其化学反应方程式为2CO+O2=2C0216二氧化锆陶瓷管的强度很低，而

5、且安装在排气管上承受排气压力冲击。为了防止锆管受排气压力冲击而造成陶瓷管破碎，因此将锆管封装在钢质护管内。护管上制作有若干个小孔，以便于排气流通。在钢质壳体上制作有六角螺边和螺纹，以便安装和拆卸传感器。国产轿车大都采用非加热型氧传感器，其线束插头只有一个或两个接线端子；中高档轿车大都采用加热型氧传感器，其线束插头有三个或四个接线端子。加热器采用陶瓷加热元件制成，没在锆管内侧，由汽车电源通入电流进行加热。由于二氧化锆式氧传感器在300。以上的环境中时，才能输出稳定地信号电压，因此加热的目的是保证低温(排气温度在150～200℃以下)时，

6、氧传感器就能投人工作，从而减少有害气体的排放量。二氧化锆式氧传感器工作原理如图2所示。因为锆管内侧与氧离子浓度高的大气相通，外侧与氧离子浓度低的排气相通，且锆管外侧的氧离平随可燃混合气浓度变化而变化，所以当氧离子在锆管中扩散时，锆管内外表面之间的电位差将随可燃混合气浓度变化而变化，即锆管相当于一个氧浓差电池，传感器的信号源相当于一个可变电源。二氧化锆式氧传感器工作特性如图3a所示。当供给发动机的可燃混合气较浓[即空燃比(A／F)小于14．7或过量空气系数λ小于1]时，排气中氧离子含量较少、一氧化碳(CO)浓度较大。在锆管外表面催化剂铂

7、的催化作用下，氧离子几乎全部都与CO发生氧化反应而生成二氧化碳(CO2)气体，使外表面上氧离子浓度为零。由于锆管图2氧传感器工作原理16内表面与大气相通，氧离子浓度很大，因此锆管内、外表面之间的氧离子浓度差较大，两个铂电极之间的电位差较高，约为0．9V。当可燃混合气较稀[即空燃比(A／F)大于14．7或过量空气系数λ大于1]时，排气中氧离子含量较多、CO浓度较小，即使CO全部都与氧离子产生化学反应，锆管外表面上还是有多余的氧离子存在。因此，锆管内、外表面之间氧离子的浓度差较小，两个铂电极之间的电位差较低，约为0．1V。当空燃比(A／F

8、)接近于理论空燃比14．7(或过量空气系数λ接近于1)时，排气中的氧离子和CO含量都很少。在催化剂铂的作用下，氧离子与CO的化学反应从缺氧状态(CO过剩，氧离子浓度为0)急剧变化为富氧状态(CO为0，氧离子过剩)。由于氧