氧傳感器的介紹課件

氧傳感器的介紹氧傳感器——概述二氧化鋯氧傳感器二氧化鈦（TiO2）式氧傳感器稀薄混合比傳感器氧傳感器的安裝氧傳感器的檢修氧傳感器的介紹氧傳感器——概述1氧傳感器——概述

1973年開始制定了汽車排放法規(guī)，到了1978年排放法規(guī)更為嚴(yán)格。為了與新的排放法規(guī)相適應(yīng)，在汽車上采用了三元催化劑排氣凈化裝置。為充分發(fā)揮三元催化劑的凈化特性，需要把空燃比控制在理論空燃比（λ=1）附近的狹窄范圍內(nèi)，如圖1-80所示。發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中的氧含量直接反映發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比，因此檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中的氧含量是控制混合氣空燃比的有效手段。廢氣中的氧氣超過一定限度說明混合氣偏稀，而廢氣中完全沒有氧氣側(cè)說明混合氣偏濃，偏濃混合氣將會(huì)造成排氣污染。氧傳感器——概述1973年開始制定了汽車排放法規(guī)，到了192氧傳感器的作用是指示發(fā)動(dòng)機(jī)中混合氣的燃燒是否完全，測(cè)定廢氣中的氧含量，然后將檢測(cè)的結(jié)果及時(shí)反饋給發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)，以便使發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)不論發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械狀態(tài)如何，都能有效地對(duì)燃料系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控，把混合氣的空燃比控制在理論空燃比附近很窄的范圍內(nèi)，使裝有三元催化轉(zhuǎn)換器的發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到最佳的排氣凈化效果。氧傳感器裝在排氣歧管或前排氣管內(nèi)，如圖1-81所示。氧傳感器的作用是指示發(fā)動(dòng)機(jī)中混合氣的燃燒是否完全，測(cè)定廢氣中3圖1-81氧傳感器的安裝位置1-排氣歧管2-氧傳感器

現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)用化了的氧傳感器，有氧化鋯（ZrO2）氧傳感器和二氧化鈦（TiO2）氧傳感器兩種。氧化鋯氧傳感器，是利用氧化鋯高溫時(shí)其內(nèi)外兩側(cè)氧濃度差，使其產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的特性來測(cè)量廢氣中氧的濃度。二氧化鈦氧傳感器是利用二氧化鈦周圍氧氣分壓的不同而進(jìn)行氧化或還原反應(yīng)，從而使電阻發(fā)生變化的原理來測(cè)量廢氣中氧的濃度。根據(jù)氧傳感器是否需要加熱，可將氧傳感器分為加熱式和不加熱式，二氧化鈦氧傳感器為加熱式，氧化鋯氧傳感器有加熱型的也有不加熱型的。加熱式氧傳感器上一般有3根引線（三線式），其中一根為信號(hào)線，另外兩根為加熱線；而不加熱式氧傳感器為單線式，即只有一根信號(hào)線。圖1-81氧傳感器的安裝位置現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)用化了4二氧化鋯氧傳感器圖1-82所示為氧化鋯氧傳感器的結(jié)構(gòu)，該傳感器由可產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的多孔二氧化鋯陶瓷管、具有導(dǎo)線作用的套管以及為防止氧化鋯管破損的防護(hù)罩與導(dǎo)入排氣的通氣窗等構(gòu)成。在試管狀氧化鋯元素的內(nèi)外兩側(cè)，設(shè)置了白金電極，為了保護(hù)白金電極，用陶瓷包覆電極外側(cè)，內(nèi)側(cè)輸入氧濃度高的大氣，外側(cè)輸入氧濃度低的汽車排出氣體。二氧化鋯氧傳感器圖1-82所示為氧化鋯氧傳感器的結(jié)構(gòu)，該傳感5圖1-82氧化鋯式氧傳感器的結(jié)構(gòu)

a）結(jié)構(gòu)圖b）局部放大圖1-防護(hù)置2-氧化鋯體3-殼體4-輸出接頭5-外套6-導(dǎo)線7-電動(dòng)勢(shì)8-大氣一側(cè)的白金電極9-固態(tài)電解質(zhì)（氧化鋯元素）10-排氣一側(cè)的白金電極11-涂層（陶瓷）12-排氣13-大氣圖1-82氧化鋯式氧傳感器的結(jié)構(gòu)6圖1-83a所示氧化鋯式氧傳感器的作用原理，氧化鋯在高溫下具有這樣一種特性，即當(dāng)內(nèi)外側(cè)的氧濃度差較大時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種傳感器的工作和干電池的原理相似，氧傳感器的二氧化鋯起到類似電觸液的作用。在高溫時(shí)，二氧化鋯能導(dǎo)電，如果此時(shí)兩個(gè)極板接觸的氣體的含氧量不同，極板之間就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)微量電壓。這是因?yàn)檠蹼x子帶兩個(gè)自由電子，即有負(fù)電荷，而二氧化鋯吸收氧離子，結(jié)果負(fù)電荷積聚在靠鉑極一側(cè)的二氧化鋯表面。氧傳感器利用這一性質(zhì)，在氧化鋯管內(nèi)側(cè)導(dǎo)入大氣（氧濃度高），外側(cè)接觸氧濃度低的排氣。因此，隨著排氣中的氧濃度變化，其內(nèi)外側(cè)濃度比也在變化，在氧不足的過濃混合氣側(cè)，其氧濃度比較大，使之產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。同時(shí)，在氧過剩的稀薄混合氣側(cè)，其氧濃度比較小，使之幾乎不產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。氧傳感器的工作原理圖1-83a所示氧化鋯式氧傳感器的作用原理，氧化鋯在高溫下具7氧傳感器的介紹課件8即使在過濃混合氣燃燒時(shí)，排氣中也會(huì)有少量氧存在。因此，只有氧化鋯管，不能形成可獲得充分電動(dòng)勢(shì)的氧濃度比。而在氧化鋯管表面覆蓋多孔鉑時(shí)，不僅具有電極的作用，還有催化劑作用，即

2CO+O2一→2CO2通過這種作用，過濃混合氣燃燒時(shí)生成的排氣與鉑（催化劑）接觸，使該部分殘存的低濃度氧幾乎與一氧化碳（CO）完全反應(yīng)，由于鉑表面的O2濃度幾乎為零（其表面CO濃度也相應(yīng)減少），故氧濃度比非常大，從而可產(chǎn)生1V左右的電動(dòng)勢(shì)。故采用具有催化劑作用的鉑作電極，可使電動(dòng)勢(shì)以理論空燃比為界發(fā)生突變。即使在過濃混合氣燃燒時(shí)，排氣中也會(huì)有少量氧存在。因此，只有氧9對(duì)于稀薄混合氣燃燒生成的排氣，由于存在高濃度的O2與低濃度的CO，即使CO與O2完全反應(yīng)，也會(huì)有剩余的O2存在，故氧濃度比低，幾乎不產(chǎn)生電壓。此外，在接近理論空燃比的排氣中，存在著低濃度的CO與O2，在鉑表面O2從與CO完全反應(yīng)狀態(tài)（CO過剩，O2為零），急劇向氧過剩狀態(tài)（CO為零，O2過剩）變化，氧濃度比也急劇變化，從而使電動(dòng)勢(shì)急劇變化，圖1-83b、c所示為氧化鋯式氧傳感器的輸出特性。但上述特性只在溫度比較高的條件下才能充分體現(xiàn)出來，在低溫時(shí)，這種特性會(huì)發(fā)生很大變化，這時(shí)為了能夠得到穩(wěn)定的輸出，應(yīng)把氧傳感器安裝在不使溫度降低的位置，如可把圖1-84所示的陶瓷加熱器置于氧化鋯元素的內(nèi)側(cè)，使氧化鋯氧傳感器保持較高溫度，這種方法已經(jīng)實(shí)用化了。圖1-85a所示為氧化鋯式氧傳感器的空燃比反饋控制系統(tǒng)實(shí)例，在該系統(tǒng)中，為對(duì)排氣中的CO、HC、NOx三種成分同時(shí)獲得高凈化率，而采用了三元催化劑。為使三元催化劑發(fā)揮最佳效果，必須在各種工況下，總是使空燃比控制在理論值水平附近。因此，使用氧化鋯式氧傳感器來檢測(cè)排氣中的氧濃度，通過發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元的反饋控制，即可實(shí)現(xiàn)控制空燃比的反饋控制。對(duì)于稀薄混合氣燃燒生成的排氣，由于存在高濃度的O2與低濃度的10圖1-84帶加熱器的氧化鋯式氧傳感器1-氧化鋯2-加熱器（陶瓷表面）圖1-84帶加熱器的氧化鋯式氧傳感器11圖1-85b所示為反饋控制系統(tǒng)工作原理，空燃比大時(shí)，排氣中氧濃度增高，氧傳感器把這種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸入ECU。然后，ECU控制增加燃油噴射量。同樣，空燃比小于理論空燃比時(shí)，排氣中氧濃度降低，氧傳感器把這種濃度狀態(tài)輸入ECU然后ECU控制減少噴油量，使之恢復(fù)原來狀態(tài)。就是這樣，反饋控制系統(tǒng)通過反復(fù)地進(jìn)行這種動(dòng)作，使空燃比接近理論值水平。圖1-86所示為氧傳感器與ECU的連接電路。排氣氧濃度與大氣氧濃度的差值可產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，把該電動(dòng)勢(shì)在輸入回路的比較器中與基準(zhǔn)電壓對(duì)比，以0.45V以上為1（濃信號(hào)），以0.45V以下為0（稀薄信號(hào)）輸入ECU。圖1-85b所示為反饋控制系統(tǒng)工作原理，空燃比大時(shí)，排氣中氧12圖1-85氧化鋯式氧傳感器的空燃比反饋控制系統(tǒng)框圖a）系統(tǒng)框圖b）工作原理圖1-吸入空氣量信號(hào)2-冷卻水溫度信號(hào)3-空氣流量計(jì)或負(fù)壓傳感器4-轉(zhuǎn)速傳感器5-發(fā)動(dòng)機(jī)6-三元催化劑7-氧傳感器8-噴油器9-燃油噴射量信號(hào)10-ECU11-轉(zhuǎn)速信號(hào)12-噴油時(shí)間補(bǔ)充回路13-決定基本噴射時(shí)間電路圖1-85氧化鋯式氧傳感器的空燃比反饋控制系統(tǒng)框圖13圖1-86氧傳感器與ECU的連接電路1-氧傳感器2-基準(zhǔn)電壓3-比較器4-電圖1-86氧傳感器與ECU的連接電路14二氧化鈦（TiO2）式氧傳感器二氧化鈦式氧傳感器采用TiO2N型半導(dǎo)體元件制成，該傳感器也與氧化鋯式氧傳感器一樣，可通過檢測(cè)排氣中氧濃度控制空燃比。圖3所示為二氧化鈦式氧傳感器的結(jié)構(gòu)，TiO2元件為一圓板狀電極在絕緣體（陶瓷）的削端，裝有一TiO2熱敏電阻元件，從其兩電極與兩元件的中點(diǎn)共引出3根導(dǎo)線。同時(shí)，在絕緣體的表面纏繞著鎢絲加熱圈，從中又引出兩根導(dǎo)線。二氧化鈦氧傳感器的工作原理同氧化鋯式氧傳感器的工作原理有很大不同，它是利用導(dǎo)體二氧化鈦（TiO2），依周圍氧氣分壓的不同而進(jìn)行氧化或者還原反應(yīng)，使電阻發(fā)生變化。圖3二氧化鈦式氧傳感器結(jié)構(gòu)及特性二氧化鈦（TiO2）式氧傳感器二氧化鈦式氧傳感器采用TiO215a、b）結(jié)構(gòu)c）特性1-TiO2氧傳感器元件2-殼體3-絕緣體4-端子5-陶瓷連結(jié)片6-導(dǎo)線7-TiO2熱敏電阻元件a、b）結(jié)構(gòu)c）特性16氧分壓如果偏離理論空燃比，則呈階躍變化。所以利用測(cè)定的氧氣分壓，即傳感器的電阻變化，就能測(cè)得空燃比的偏離差值。與空燃比相對(duì)應(yīng)的傳感器電阻值的變化特性如圖1-89c所示，圖中以理論空燃比為界，電阻值產(chǎn)生躍變。當(dāng)周圍氣體介質(zhì)中的氧元素多時(shí)，二氧化鈦的電阻值增大；反之，氧元素少時(shí)，電阻值減小。與氧化鋯式氧傳感器相同，由于在理論空燃比附近電阻值急劇變化，故其輸出電壓也急劇變化。二氧化鈦式氧傳感器的三個(gè)端子分別是基準(zhǔn)電源、傳感器輸出端和接地端。由于二氧化鈦的電阻隨溫度變化，故串聯(lián)熱敏電阻后具有溫度補(bǔ)償作用。在低溫狀態(tài)下，二氧化鈦電阻值增大，影響其正常的性能，為使其快速升溫以活化其性能，可裝有加熱線圈。

二氧化鈦式氧傳感器雖然比氧化鋯式氧傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、便宜，但電阻隨溫度的變化大。因此，需要加設(shè)溫度修正回路，內(nèi)裝加熱器，以便使高溫下的二氧化鈦式氧傳感器檢測(cè)特性比較穩(wěn)定。氧分壓如果偏離理論空燃比，則呈階躍變化。所以利用測(cè)定的氧氣分17稀薄混合比傳感器

電控汽油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)稀薄燃燒領(lǐng)域空燃比反饋控制系統(tǒng)中，采用了稀薄混合比傳感器。該傳感器與氧化鋯式氧傳感器一樣，使用氧化鋯元件測(cè)定排氣中的氧濃度，從而來測(cè)定空燃比。該傳感器的特點(diǎn)是在超稀薄燃燒領(lǐng)域進(jìn)行空燃比的反饋控制，與氧化催化劑相結(jié)合，達(dá)到降低燃料消耗的目的。圖1所示為稀薄混合比傳感器的結(jié)構(gòu)，它內(nèi)部裝有氧化鋯陶瓷元件與加熱圈。圖1稀薄混合比傳感器結(jié)構(gòu)1-電流檢測(cè)電阻2-大氣側(cè)電極3-加熱圈4-氧化鋯固體電解質(zhì)5-排氣側(cè)電極6-涂層7-護(hù)殼8-排氣稀薄混合比傳感器電控汽油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)稀薄燃燒領(lǐng)域空燃比反饋控18燃料電池氧傳感器燃料電池氧傳感器19

20氧傳感器的安裝氧傳感器一般安裝在汽車的排氣管上氧傳感器的安裝氧傳感器一般安裝在汽車的排氣管上21氧傳感器的介紹課件22氧傳感器的介紹課件23氧傳感器的檢修氧傳感器的信號(hào)電壓作為反映空燃比狀況的最直接數(shù)據(jù)，在故障診斷中是一個(gè)非常重要的參考數(shù)據(jù)。閉環(huán)狀態(tài)下，氧傳感器的工作電壓一般為0．1—0．9V。通常情況下，維修人員使用示波器檢測(cè)或用電控檢測(cè)儀讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)流。氧傳感器的檢修氧傳感器的信號(hào)電壓作為反映空燃比狀況的最直接數(shù)24在沒有設(shè)備的情況下，又將如何檢修氧傳感器呢?

用一個(gè)發(fā)光二極管搭到信號(hào)輸出端和搭鐵。氧傳感器正常工作時(shí)，在每一個(gè)濃稀循環(huán)，信號(hào)電壓達(dá)到發(fā)光二極管0．6—0．7V的門坎電壓時(shí)，發(fā)光二極管便會(huì)閃亮一次；如果混合氣過稀，發(fā)光二極管一直不亮；如果混合氣過濃，發(fā)光二極管會(huì)一直亮著；如果氧傳感器損壞，一般會(huì)長(zhǎng)亮或不亮。

檢查氧傳感器的好壞，還有一個(gè)簡(jiǎn)單便捷的方法，在氧傳感器的信號(hào)輸出端再從蓄電池正極引入一根電源線，發(fā)光二極管發(fā)亮，這樣便可以在回路中形成0．6—0．7V的模擬信號(hào)電壓。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況是否改善，便可以輕松判斷出氧傳感器是否損壞。在沒有設(shè)備的情況下，又將如何檢修氧傳感器呢?25如果氧傳感器性能不良，并非一定要更換才行，氧傳感器由于積炭和汽油中鉛元素的影響，會(huì)在長(zhǎng)久的工作時(shí)，在外壁上附著一種灰白色的物質(zhì)，即俗名“鉛中毒”，這樣會(huì)影響測(cè)量精度。所以應(yīng)對(duì)氧傳感器進(jìn)行還原。方法如下：駕駛車輛，將連接口固定在1擋，油門踩到底，車高速行駛后突然松開，并重復(fù)多次?；?qū)⒀鮽鞲衅餍断拢醚鹾笜寣?duì)準(zhǔn)，直至燒白為止。