汽車氧傳感器故障檢修畢業(yè)論文-文庫吧
2025-06-13 15:24 本頁面
【正文】 器的結(jié)構(gòu)特點3第一章 汽車氧傳感器的結(jié)構(gòu)特點 氧傳感器的組成氧傳感器利用了 Nernst 原理 其核心元件是多孔的 ZrO2陶瓷管，它是一種固態(tài)電解質(zhì)，兩側(cè)面分別燒結(jié)上多孔鉑（Pt）電極。在一定溫度下，由于兩側(cè)氧濃度不同，高濃度側(cè)(陶瓷管內(nèi)側(cè) 4)的氧分子被吸附在鉑電極上與電子（4e）結(jié)合形成氧離子 O2，使該電極帶正電，O2 離子通過電解質(zhì)中的氧離子空位遷移到低氧濃度側(cè)(廢氣側(cè))，使該電極帶負電, 即產(chǎn)生電勢差。 當(dāng)空燃比較低時(濃混合氣)，廢氣中的氧較少，因此陶瓷管外側(cè)氧離子較少，形成 左右的電動勢；當(dāng)空燃比等于 時，此時陶瓷觀內(nèi)外兩側(cè)產(chǎn)生的電動勢為 ～， 該電動勢為基準電動勢；當(dāng)空燃比較高時（稀混合氣） ，廢氣中氧含量較高，陶瓷管內(nèi)外的氧離子濃度差較小，所以產(chǎn)生電動勢很低，接近為零。 加熱型氧傳感器：如圖 11 所示。加熱型氧傳感器抗鉛能力強；對排氣溫度依賴少，能在負荷低、廢氣溫度較低的情況下照常發(fā)揮作用；起動后迅速進入閉環(huán)控制?！〉谝徽? 汽車氧傳感器的結(jié)構(gòu)特點4 圖 11 加熱型管式氧傳感器核心元件 氧傳感器的工作原理氧傳感器是利用陶瓷敏感元件測量各類加熱爐或排氣管道中的氧電勢，由化學(xué)平衡原理計算出對應(yīng)的氧濃度，達到監(jiān)測和控制爐內(nèi)燃燒空燃比，保證產(chǎn)品質(zhì)量及尾氣排放達標的測量元件，廣泛應(yīng)用于各類煤燃燒、油燃燒、氣燃燒等爐體的氣氛控制。它是目前最佳的燃燒氣分測量方式，具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)迅速、維護容易、使用方便、測量準確等優(yōu)點。運用該傳感器進行燃燒氣氛測量和控制既能穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，又可縮短生產(chǎn)周期，節(jié)約能源，如圖 12 所示 。第一章 汽車氧傳感器的結(jié)構(gòu)特點5 圖 12 氧傳感器氧傳感器的工作原理與干電池相似，傳感器中的氧化鋯元素起類似電解液的作用。其基本工作原理是：在一定條件下(高溫和鉑催化)，利用氧化鋯內(nèi)外兩側(cè)的氧濃度差，產(chǎn)生電位差，且濃度差越大，電位差越大。大氣中氧的含量為 21%，濃混合氣燃燒后的廢氣實際上不含氧，稀混合氣燃燒后生成的廢氣或因缺火產(chǎn)生的廢氣中含有較多的氧，但仍比大氣中的氧少得多。 在高溫及鉑的催化下，帶負電的氧離子吸附在氧化鋯套管的內(nèi)外表面上。由于大氣中的氧氣比廢氣中的氧氣多，套管上與大氣相通一側(cè)比廢氣一側(cè)吸附更多的負離子，兩側(cè)離子的濃度差產(chǎn)生電動勢。當(dāng)套管廢氣一側(cè)的氧濃度低時，在電極之間產(chǎn)生一個高電壓(0。6～1V)，這個電壓信號被送到 ECU 放大處理，ECU 把高電壓信號看作濃混合氣，而把低電壓信號看作稀混合氣。根據(jù)氧傳感器的電壓信號，電腦按照盡可能接近：1 的理論最佳空燃比來稀釋或加濃混合氣。因此氧傳感器是電子控制燃油計量的關(guān)鍵傳感器。氧傳感器只有在高溫時(端部達到 300℃以上)其特性才能充分體現(xiàn)，才能輸出電壓。它在約 800℃時，對混合氣的變化反應(yīng)最快，而在低溫時這種特性會發(fā)生很大變化。 氧化鋯型氧傳感器第一章 汽車氧傳感器的結(jié)構(gòu)特點6氧化鋯型氧傳感器的基本元件是專用陶瓷體，即氧化鋯(ZrO2 )：固體電解質(zhì)，如圖 13 所示。陶瓷體制成管狀，稱為鋯管。鋯管內(nèi)表面與大氣相通，外表面與廢氣相通。鋯管內(nèi)外表面覆蓋一層多孔性鉑膜作為電極 ，允許氧滲入該固體電解質(zhì)內(nèi)，溫度較高時它工作時的溫度較高，氧氣發(fā)生電離 。導(dǎo)管排氣孔罩；鋯管；電極；彈簧；線頭支架（絕緣） ；6 導(dǎo)管；排氣管圖 13 氧化鋯型氧傳感器的結(jié)構(gòu)圖若陶瓷體內(nèi)(大氣)外(廢氣)側(cè)氧含量不一致，固體電解質(zhì)內(nèi)部氧離子 自大氣一側(cè)向排氣一側(cè)擴散，鋯管便成了一個微電池，在鋯管兩鉑極間產(chǎn)生電壓， 。 ；3；；；；8 大氣圖 14 氧傳感器在排氣管中的布置第一章 汽車氧傳感器的結(jié)構(gòu)特點7 如圖 14 所示。當(dāng)混合氣稀時，排氣中氧含量多，兩側(cè)氧濃度差小，只產(chǎn)生小的電壓；相反，混合氣濃時電壓增大。氧傳感器電壓在過量空氣系數(shù)等于一時產(chǎn)生突變，大于一時輸出電壓幾乎為零，小于一時輸出電壓接近一伏，如圖 15 所示。在發(fā)動機混合氣空燃比閉環(huán)控制的過程中，氧傳感器相當(dāng)于一個濃稀開關(guān)，根據(jù)混合氣空燃比變化向電腦輸送脈沖寬度變化的電壓脈沖信號，如圖 16 所示 。氧化鋯型氧傳感器輸出信號的強弱與工作溫度有關(guān)(正常工作溫度在400℃～900℃)，有些氧傳感器采用加熱的方式來保證其正常工作溫度，稱之為加熱式氧傳感器，它與不加熱式的區(qū)別僅在于增加了一個陶瓷加熱元件。加熱式氧傳感器安裝靈活性大，不受極端溫升的影響，同時擴大了混合氣閉環(huán)控制的工作范圍。 第一章 汽車氧傳感器的結(jié)構(gòu)特點8圖 15 氧傳感器的電壓特性圖 16 氧傳感器電壓脈沖信號變化其核心部件是一個試管型 ZrO2：固體電解質(zhì)元件，在管的內(nèi)、外表面涂敷一層金屬鉑作為電極，并用金屬線與傳感器信號輸出端子連接。 為防止廢氣中的雜質(zhì)腐蝕鉑膜，ZrO2：傳感元件的鉑膜上覆蓋一層多孔陶瓷作為涂層。 將傳感器插入汽車 的尾氣中，固體電解質(zhì)管的內(nèi)側(cè)通人參比氣體(通常采用空氣)，參比氧分 壓固定為； 外表面與尾氣接觸， 排氣氧分壓為 ，且隨著可燃混合氣濃度的變化而變化。這樣由于內(nèi) 、外側(cè)氧分壓不同 ，氧離子從濃度高的一 側(cè)穿過 ZrO2固體電解質(zhì)向濃度低的一側(cè)擴散，從而在固體電解質(zhì)兩側(cè)電極上 產(chǎn)生氧濃差電勢，且該氧濃差電勢隨著可燃混合氣濃度的變化而變化，形 成“氧濃差電池”，傳感器的信號相當(dāng)于一個可變電源 。其工作特性。當(dāng)供給的可燃混合氣較濃時(空燃 t：EA／F 14．7)，尾氣中的氧離子含量較少，和相差很大，由此可以產(chǎn)生較大的電動勢(約 0．9 V)； 當(dāng)可燃混合氣較稀時(空燃比 A／F14．7)， 因尾氣中氧離子含量比較多，和很接近， 氧濃差很小，產(chǎn)生的電動勢很小(約 0．1 V)。在混合氣接近理論空燃比時，輸出 0．45 V 電壓。因此 ，在理論空燃比第一章 汽車氧傳感器的結(jié)構(gòu)特點9附近，固 體電解質(zhì)兩邊的氧分壓之比的急劇變化將引起輸出電壓的急劇變化，表現(xiàn) 為工作曲線非常陡峭。這種特性使它非常適合應(yīng)用于三元催化轉(zhuǎn)化系統(tǒng)進 行理論空燃比的控制。而在整個稀薄燃燒區(qū)內(nèi)(A／F17)，只有很低的電壓 信號，且信號變化很小、 曲線平滑。由此看來，氧濃差電池型傳感器只能 在比較狹窄的范圍內(nèi)對尾氣含氧量進行檢測，也只有用于理論空燃比附近 的反饋控制才具有較高的準確性 。
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