新型汽车传感器执行器原理与故障检测第2版全套配套课件 第七章 气体浓度传感器.ppt

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1、第七章气体浓度传感器新型汽车传感器、执行器原理与故障检测第七章气体浓度传感器一、概述随着汽油缸内直接喷射发动机GDI和燃油分层喷射发动机FSI的大量使用，均质稀薄燃烧技术也日益成熟，只能在理论空燃比附近间接测量混合气浓度的二氧化钛和二氧化锆氧气传感器已不能适应监测的需要，宽量程氧传感器随之出现。这种传感器能在混合气极稀薄条件下，连续地检测出空燃比，实现稀薄领域的反馈控制。氮氧化物是可燃混合气在高温、高压下燃烧后的产物，稀薄燃烧技术的应用，使在高温富氧的条件下更易生成NOJ，为了降低排放，在还原存储型催化转化

2、器的后端加装了感测氮氧化物浓度的NOx传感器，用于给ECU传输NOx浓度信号，使电控发动机适时对存储在还原存储型催化转化器中的氮氧化物进行催化还原，最终以氮气形式排出车外。烟雾浓度传感器用于空气净化装置中，该传感器通过检测烟雾浓度，可使空气净化器自动运转或停止，从而达到净化驾驶室内空气的目的。发动机上进行反馈控制的传感器是氧传感器，它安装在发动机的排气管上，它的作用是通过检测排放气体中氧的含量来获得混合气的空燃比浓稀信息，并将检测结果转变成电压信号输入ECU，ECU根据氧传感器输人的信号，不断地对喷油脉宽进

3、行修正，使混合气浓度保持在理想范围内，实现空燃比的反馈控制，即闭环控制。利用氧传感器对发动机混合气的空燃比进行闭环控制后，能使过量空气系数控制在0.98～1.02之间，使发动机在各种工况下获得最佳浓度的混合气，使有害气体的排放量降到最低，减少汽车排气污染。目前汽车上采用的氧传感器有二氧化钛TiO2式和二氧化锆ZrO2宽量程氧传感器式。氧传感器又分为加热型氧传感器和非加热型氧传感器两种第七章气体浓度传感器二、二氧化锆式氧传感器1.二氧化锆式氧传感器的结构和工作原理二氧化锆式氧传感器的基本元件是二氧化锆陶瓷管（

4、固体电解质），陶瓷体制成管状，因此亦称锆管。锆管固定在带有安装螺纹的固定套中，锆管内外表面都覆盖着一层多孔性的透气铂膜作为电极，氧传感器安装在排气管上，其内表面与大气接触，外表面与废气接触，为了防止废气中的杂质腐蚀铂膜，在锆管外表面的铂膜上覆盖着一层多孔的氧化铝保护层，并加装了一个防护套管，套管上开有通气槽。这样既可以防止废气烧蚀电极，又可保证废气渗进保护层和电极接触。氧传感器的接线端有一个金属护套，其上开有一孔，用于锆管内表面与大气相通，导线将锆管内表面铂极经绝缘套从传感器引出，如图7-1所示。锆管的陶瓷

5、体是多孔的，允许氧渗入该固体电解质内，温度高于300℃时，氧气发生电离，氧气渗入锆管的多孔陶瓷体，由于锆管内、外侧氧含量不一致，存在浓度差，因而氧离子从大气侧向排气一侧扩散，从而使锆管成为一个微电池，在两铂极间产生电压如图7-2所示。当混合气的实际空燃比小于理论空燃比，即发动机以较浓的混合气运转时，排气中氧含量少，但CO、CxHy等较多。这些气体在锆管外表面的铂催化作用下与氧发生反应，将耗尽排气中残余的氧，使锆管外表面氧气浓度变为零，这就使得锆管内、外侧氧浓度差加大，两铂极间电压陡增，可以产生约1V的电压；

6、当混合气的实际空燃比大于理论空燃比，即发动机以较稀的混合气运转时，氧气浓度高，CO、CxHy浓度低，在锆管外表面的铂催化作用下，即使CO、CxHy气体完全与氧发生反应，排气中仍有残余的氧存在，由于内外两侧氧的浓度差较小，几乎不能产生电动势，此时输出电压几乎为零。结果，锆管传感器产生的电压将在理论空燃比时发生突变。第七章气体浓度传感器根据氧传感器所产生的电压值就可测量氧传感器外表面氧气含量，而发动机废气排放中的氧含量主要取决于混合气的空燃比，因此，ECU根据氧传感器输入的电信号分析汽油的燃烧状况，以便及时修正

7、喷油量，使空燃比处于理想状况，即使空气过量系数λ=1，所以这种传感器又称为λ传感器。要准确地完全保持混合气浓度为理论空燃比是不可能的，实际上氧传感器对喷油器的反馈调节是动态的，只能使混合气在理论空燃比附近一个较小的范围内波动，故氧传感器的输出电压在0.1～0.8V之间不断变化(通常每10s内变化8次以上)。如果氧传感器输出电压变化过缓（每10s内少于8次）或电压保持不变（不论保持在高电位或低电位），则表明氧传感器本体或线路有故障，需检查线路或更换传感器。第七章气体浓度传感器2.加热型二氧化锆式氧传感器二氧化

8、锆式氧传感器输出信号的强弱与工作温度有关，只有在300℃以上时传感器才能正常工作，早期使用的氧传感器靠排气加热，这种传感器必须在发动机启动运转数分钟后才能开始工作，因此，电控发动机在氧传感器正常工作之前是开环控制。现在，大部分汽车使用带加热器的氧传感器，这种传感器在原来传感器的基础上，增加了一个陶瓷加热元件用于加热传感器，可在发动机启动后的20～30s内迅速将氧传感器加热至工作温度，扩大了空燃比闭环控制的工作范围