朱明zhubob汽车传感器氧传感器Word下载.docx

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汽车发动机燃油喷射系统采用的氧传感器分为氧化锆（ZrO2）式和氧化钛（TiO2）式两种类型，氧化钛式一般都为加热型传感器。

由于实现的氧化钛式氧传感器价格便宜，且不易受到硅离子的腐蚀，因此越来越多的汽车采用氧化钛式氧传感器。

二氧化锆式氧传感器

A氧化锆式氧传感器的结构:

氧化锆式氧传感器的基本元件是氧化锆（ZrO2）陶瓷管（固体电解质），亦称锆管。

锆管固定在带有安装螺纹的固定套中内外表面均覆盖着一层多孔性的铂膜，其内表面与大气接触，外表面与废气接触。

氧传感器的接线端有一个金属护套，其上开有一个用于锆管内腔与大气相通的孔，电线将锆管内表面的铂极经绝缘套从此接线端引出。

氧传感器的工作原理:

锆管的陶瓷体是多孔的，渗入其中的氧气，在温度较高时发生电离。

由于锆管内、外侧氧含量不一致，存在浓差，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。

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、HC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，使锆管外表面氧气表面变为零，这就使得锆管内、外侧氧浓度差加大，两铂极间电压陡增。

因此锆管传感器产生的电压将在理论空燃比时发生突变：

稀混合气时，输出电压几乎为零；

浓混合气时，输出电压接近1V。

氧化锆式氧传感器的结构氧传感器的工作原理

要准确地保持混合气浓度为理论空燃比是不可能的。

实际上的反馈控制只能使混合气I在理论空燃比附近一个狭小的范围内波动，故氧传感器的输出电压在0.1-0.8V之间不断变化（通常每lOs变化8次以上）。

如果氧传感器输出电压变化过缓（每lOs少于8次）或电压保持不变（不论保持在高电位还是低电位），则表明氧传感器有故障，需检修。

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的催化作用下，氧离子几乎全部都与CO发生氧化反应生成二氧化碳（CO2）气体，使外表面上氧离子的浓度为0。

由于锆管内表面与大气相通，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。

当供给发动机的可燃混合气较稀（即空燃比A／F大于14.7或过量空气系数入大于1）时，排气中氧离子含量较多，CO浓度较小，即使CO全部都与氧离子发生化学反应，锆管外表面上还是多有余的氧离子存在。

因此，锆管内、外表面之间的氧离子浓度差较小，两个铂电极之间的电位差较低，约为0.1V。

当空燃比（A／F）接近与理论空然比14.7（或过量空气系数入接近于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）急剧变化为负氧状态（CO为O、氧离子过剩）。

由于氧离子浓度差急剧变化，因此铂电极之间的电位差急剧变化，使传感器输出电压从0.9V急剧变化到0.1v。

氧传感器的工作特性

a）气体浓度与电压的关系；

b）传感元件温度与电压的关系

氧化锆式氧传感器必须满足发动机温度高于60℃、氧传感器自身温度高于300℃以及发动机工作在怠速工况或部分负荷3个条件时才能正常调节混合气浓度，因此将其安装在温度较高的排气管上。

同时为了使氧传感器迅速达到工作温度（300℃）而投入工作，采用加热器对锆管进行加热。

为使传感器在低温条件下就投人工作，加热器的加热温度一般设定为300℃。

二氧化钛式氧传感器

A1.构造:

二氧化钛（TiO2）属N型半导体材料，其阻值大小取决于材料温度及周围环境中氧离子的浓度，因此可以用来检测排气中的氧离子浓度。

1975年，美国福特汽车公司率先利用二氧化钛材料研制成功了芯片式氧化钛传感器，1976年研制出了用金属铂（Pt）作催化剂的芯片式氧化钛传感器，1979年又研制成功了用热敏电阻进行温度补偿的氧化钛式传感器。

丰田公司于1984年研制成功了管芯式氧化钛传感器，1985年研制成功厚膜式氧化钛传感器并批量生产。

氧化钛氧传感器与氧化锆式氧传感器的结构相似，主要由二氧化钛传感元件、钢质壳体、加热元件和电极引线等组成。

钢质壳体上制有螺纹，以便于传感器安装。

与氧化锆（ZrO2）式传感器不同的是，氧化钛式氧传感器不需要与大气压进行比较，因此传感元件的密封与防水十分方便，利用玻璃或滑石粉等密封即达到使用要求。

此外，在电极引线与护套之间设置一个硅橡胶密封垫圈，可以防止水汽浸入传感器内部而腐蚀电极。

氧化钛式氧传感器结构

2．工作原理:

由于二氧化钛半导体材料的电阻具有随氧离子浓度的变化而变化的特性，因此氧化钛式氧传感器的信号源相当于一个可变电阻。

当发动机混合气稀（过量空气系数大于1）时，排气中氧离子含量较多传感元件周围的氧离子浓度较大，二氧化钛呈现低阻状态。

当发动机的可燃混合气浓（过量空气系数小于1）时，由于燃烧不完全，排气中会剩余一定的氧气，传感元件周围的氧离子很少，在催化剂铂的作用下，使剩余氧离子与排气中的一氧化碳CO发生化学反应，生成二氧化碳C02，将排气中的氧离子进一步消耗掉，二氧化钛呈现高阻状态，从而大大提高了传感器灵敏度。

由上可见，氧化钛式氧传感器的电阻将在混合气的过量空气系数入约l（空燃比A／F约为14.7）时产生突变。

当给传感器施加稳定的电压时，在其输出端便可得到一个交替变化的信号。

该稳定电压一般由ECU内部的稳压电路提供。

3.工作条件:

氧化钛式氧传感器必须满足温度高于60℃、氧传感器温度高于600℃以及发动机工作在怠速工况或部分负荷3个条件才能正常调节混合气温度。

因此，氧气钛传感元件温度迅速达到工作温度（600℃）而投入工作。

稀薄混合比传感器

A稀薄混合比传感器应用在发动机稀薄燃烧领域空燃比反馈控制系统中。

这种传感器也和氧传感器一样，利用氧化锆元件测定排气中的氧浓度，从而测定空燃比。

该传感器在稀薄燃烧领域进行反馈控制时，与氧化催化剂相结合，可以降低燃油消耗。

传感器内部有氧化锆陶瓷元件和加热器，它的工作原理是利用传感器电极施加一定的外加电压时其电流与排气中氧浓度成正比这一特性，可以连续地检测出稀薄燃烧区域的空燃比。

前面讲述的氧化锆式氧传感器是在氧化锆元件的两端装有铂电极，以该电极上产生电位差作为输出电压信号，又利用在理论空燃比附近输出电压急剧变化的特性，检测出理论比附近空谢比的浓稀情况。

稀薄混合比传感器与普通氧化锆式氧传感器在工作原理上有区分。

为使排气净化，除采用三元催化转换器方式净化排气外，也可用稀薄燃烧法降低废气中的NOX含量。

采用三元催化转化法降低有害气体的排放量，空燃比只能限定在15-16之间，若空燃比提高到19后，发动机的输出转矩变化增大，不利于发动机动力的发挥。

而采用稀薄燃烧法时，空燃比可以提高到23，发动机输出转矩才出现变化增大的现象。

因此，可以在转矩变化允许的范围内，选择空燃比以使废气中的NOX含量符合限定值，使稀薄混合气范围的燃烧得到了改善，同时可以节省燃油。

全范围空燃比传感器

A全范围空燃比传感器的结构和其特性:

该传感器是利用氧浓度差电池原理和氧气泵的泵电原理，能连续检测混合气从过浓到理论空燃比再到稀薄状态整个过程的一种传感器。

当混合气过浓时，氧泵就会吸人O2到测定室中；

而当排放气比混合气空燃比稀薄时，则从测定室中放出02到排气中去。

全范围空燃比就是利用这一特点用氧气泵供给出入测定室的O2，使排放气保持在理论空燃比上。

这样就通过测定氧泵的电流值IP来测定排放气体中的空燃比A／F。

在图1-218中，混合气空燃比在过浓一侧为负电流，在稀薄一侧为正电流，当理论空燃比A／F为14.7时，电流值为零，即可连续测量出空燃比。

大气压力传感器

A大气压力传感器用于检测大气压力，向ECU输入大气压力信号，修正喷油和点州控制。

I

大气压力传感器常安装在空气流量计上，前保险杠内，ECU内部等位置，见图1-91。

有的汽车用进气歧管压力传感器在点火开关打开瞬间的信号来提供大气压力信号，故取消了大气压力传感器。

A大气压力传感器采用集成成电路IC技术与微加工技术，在一块半导体基片上形成压力传感器、温度补偿电路和放大电路。

在硅片的中间，从反面经异向腐蚀形成了正方形的膜片，利用将压力变换成应力。

在膜片的表面，通过扩散杂质形成4个P型测量电阻，他们按桥式电路连接，见图1-92。

利用压阻效应将加在膜片上的应力变换成电阻的变化，此通过桥式电路之后在桥式电路的两端出端子之间以电位差的方式对外输出。

膜片的里面与硅杯之间设计成真空腔，用以缓和外部的应力，就以此真空腔的压力为基准检测大气压力。

常温时大气压传感器的输出特性如图1-93所示。