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《汽车电子控制基础第六章 气体浓度传感器ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第六章 气体浓度传感器第一节 概 述气体浓度表示一种气体在另一种气体中所占的质量百分数或体积百分数。浓度传感器也称浓度探针,它的特点是对某一种测量物质特别敏感而对其他物质“不认识”。在汽车上要测量的浓度参数主要有:废气中氧的含量,车内的废气(CO、NOx)浓度和烟尘浓度,柴油车废气中颗粒物浓度。目前汽车上对燃油喷射进行反馈控制的传感器是氧传感器,其功能是通过检测排放气体中氧气的含量,间接反映出混合气空燃比的高低,并将检测结果变为电压或电阻信号,反馈给计算机,计算机根据氧传感器信号不断修正喷油时间与喷油量,使混合气浓度保持在
2、理想范围内,实现空燃比反馈控制(即闭环控制)。使用氧传感器对混合气的空燃比进行控制后,能够使发动机得到最佳浓度的混合气,从而降低有害气体的排放量,减少汽车排气污染。相对普通氧传感器而言,有一种传感器能连续检测混合气从浓到稀的整个范围的空燃比,称为全范围空燃比传感器。在稀燃发动机的空燃比反馈控制系统中,采用了全范围空燃比传感器,这种传感器能够在混合气极稀薄领域中连续地测出稀薄燃烧区的空燃比,实现了稀薄领域的反馈控制。空气质量传感器一般检测风扇进风口范围内的空气质量,特别是废气中的有害气体CO和NOx浓度。若浓度过高,则该传感器
3、对应的控制单元关闭空气入口的进气门,以防驾驶人等吸入这些有害气体,并导致过早的驾驶疲劳。第二节 氧传感器一、氧传感器的作用原理氧传感器安装在发动机排气管上(见图6-1),一般位于三元催化转化器前端,或者前、后端都装。排气中氧气的浓度取决于混合气的空燃比,当混合气较浓时(即空燃比小于14.7∶1),在燃烧过程中氧分子被全部耗尽,排气中没有氧分子;当混合气较稀时(即空燃比大于14.7∶1),在燃烧过程中氧分子未能全部耗尽,排气中含有氧分子,混合气越稀,排气中的氧分子浓度就越大。因此,氧传感器发出的信号间接地反映了混合气空燃比的高
4、低。电控单元(ECU)按氧传感器的反馈信号对喷油量的计算结果进行修正,使混合气的空燃比更接近于理论空燃比。图6-1氧传感器外形与安装位置a)外形b)安装位置1—排气管2—氧传感器图6-2三元催化反应器净化效率特性曲线为了保护环境,减少汽车排气污染,世界各国汽车公司纷纷在汽车上采用了三元催化剂排气净化装置(简称三元催化反应器)。三元催化反应器能同时净化排气中CO、HC和NOx三种主要的有害成分,但它只有在混合气的空燃比处于接近理论空燃比的一个窄小范围内才能有效地起到净化作用,如图6-2所示。因此应用氧传感器进行反馈控制的目的是
5、保证三元催化反应器的排气净化效果,解决功率、油耗和排气污染之间的矛盾。所以氧传感器通常和三元催化反应器一起使用。现在已经实用化了的氧传感器有二氧化锆(ZrO2)型氧传感器和二氧化钛(TiO2)型氧传感器两种。二、二氧化锆(ZrO2)型氧传感器二氧化锆型氧传感器以ZrO2为电解质,当排气与大气中氧含量有较大差异时,能在ZrO2两侧的电极产生电动势,所以这种传感器属于电压型氧传感器。二氧化锆型氧传感器大致可分为带加热器型和不带加热器型两种,其结构如图6-3所示。目前汽车上大部分使用带加热器型氧传感器(见图6-3b)。二氧化锆型氧
6、传感器的基本元件是专用陶瓷体,即氧化锆(ZrO2)固体电解质,陶瓷体制成试管似的管状,以便排气中的氧离子能够均匀扩散和渗透,也称为锆管。锆管固定在安装有固定螺钉的固定套中,锆管内表面通大气、外表面与排气相通。锆管内、外表面都喷涂有一层多孔性的铂膜作为电极。为了防止发动机所排出废气中的杂质腐蚀铂膜,在锆管的外表面上还喷涂有一层多孔的陶瓷粉末作为保护膜。为了防止锆管受排气压力的冲击,将锆管封装在钢质护管内。管上开有槽口,氧传感器的接线端上有一个金属护套,其上设有透气孔,以便锆管内表面与大气相通,电线将锆管内表面铂极经绝缘套从氧传
7、感器引出。图6-3二氧化锆氧传感器的结构a)不带加热器型b)带加热器型1—排气孔2—锆管3—电极4—弹簧5—绝缘座6—引出电极7—大气8—铜质护管9—加热元件10—加热元件引线端子11、12—信号输出端子发动机运转时,排出的废气从氧传感器锆管外表面流过,在高温状态下氧分子发生电离。由于锆管内、外表面上氧分子的浓度不同,因而使氧离子从浓度大的锆管内表面向浓度小的锆管外表面移动,从而在锆管内、外表面的两个电极之间产生一个微小的电压(见图6-4)。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,排气中缺氧,锆管中
8、氧离子移动较快,并产生0.8~1V的电压;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,废气中有一定的氧分子,使锆管中氧离子的移动能力减弱,只产生约0.1V的电压。因此,这种氧传感器输出的电压信号是随混合气成分不同而变化的,并以理论空燃比为界产生突变(见图6-5)。图6
