【正文】 ........................................... 22 致 謝 ......................................................... 23 前言 1 前 言 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和汽車保有量 的急劇增加，汽車排放對大氣的污染已經(jīng)構(gòu)成了公害．它惡化了人類的生存環(huán)境，影響了人們的身體健康，已發(fā)展成為嚴(yán)重的社會問題。而氧傳感器一旦出現(xiàn)故障，將使電子燃油噴射系統(tǒng)的電腦不能得到排氣管中氧濃度的信息，因而不能對空燃比進(jìn)行反饋控制，會使發(fā)動(dòng)機(jī)油耗和排放污染增加 ，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不穩(wěn)、缺火、喘振等故障現(xiàn)象。 吉林大學(xué)交通學(xué)院 自 考 本 科 畢 業(yè) 論 文 淺談氧傳感器故障檢測 【摘要】 隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，世界各國對汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)要求越來越嚴(yán)格，電噴汽車越來越受市場的追捧。氧傳感器是現(xiàn)代汽車控制廢氣排放、提高燃油經(jīng)濟(jì)性的重要傳感器之一，發(fā)動(dòng)機(jī)的氧傳感器是發(fā)動(dòng)機(jī)用于調(diào)節(jié)空燃比信號，氧傳感器故障會造成燃油消耗增大，發(fā)動(dòng)機(jī)工作異常，不但造成經(jīng)濟(jì)損失還會造成大氣污染。因此，必須及時(shí)的進(jìn)行故障檢測和排除故障或更換。在有些大城市，汽車廢氣排放已經(jīng)接近或超過環(huán)境容量。汽車生產(chǎn)商在汽車的生產(chǎn)設(shè)計(jì)過程中，加設(shè)了減少對空氣污染的輔助裝置，如在電控燃油噴射技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用三元催化器，就可以獲得更高凈化率的排放控制，但是為了能最有效地使用三元催化器，必須精確地控制空燃比，使它始終接接理論空燃比。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元 ECU 根據(jù)氧傳感器提供的信號，不斷地檢測和調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器的噴油量，使發(fā)動(dòng)機(jī)在多數(shù)情況下都工作在理論空燃比附近，實(shí)現(xiàn)了噴油的閉環(huán)控制，也有效地的提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能及整車的經(jīng)濟(jì)性。從世界各國公布的專利情況來看，各主要汽車生產(chǎn)廠家和電氣、元件生產(chǎn)廠家，都很重視汽車傳感器的研制和生產(chǎn)。控制汽車空燃比用的氧傳感器在日本以每年 50％ 60％的速度增長。目前，一輛普通家用轎車大約要安裝幾十到近百只傳感器，而豪華轎車上的傳感器數(shù)量可多達(dá) 200 余只。 第一章 汽車氧傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 2 第一章 汽車氧傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 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。 當(dāng)空燃比較低時(shí) (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(dòng)勢；當(dāng)空燃比等于 時(shí)，此時(shí)陶瓷觀內(nèi)外兩側(cè)產(chǎn)生的電動(dòng)勢為 ～ ， 該電動(dòng)勢為基準(zhǔn)電動(dòng)勢；當(dāng)空燃比較高時(shí)（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(dòng)勢很低，接近為零。加熱型氧傳感器抗鉛能力強(qiáng)；對排氣溫度依賴少，能在負(fù)荷低、廢氣溫度較低的情況下照常發(fā)揮作用；起動(dòng)后迅速進(jìn)入閉環(huán)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(hù)容易、使用方便、測 量準(zhǔn)確等 優(yōu)點(diǎn) 。 第一章 汽車氧傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 4 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。大氣中氧的含量為 21%，濃混合氣燃燒后的廢氣實(shí)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。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(fù)離子，兩側(cè)離子的濃度差產(chǎn)生電動(dòng)勢。 6～ 1V)，這個(gè)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。因此氧傳感器是電子控制燃油計(jì)量的關(guān)鍵傳感器。它在約 800℃時(shí)，對混合氣的變化反應(yīng)最快，而在低溫時(shí)這種特性會發(fā)生很大變化。陶瓷體制成管狀，稱為鋯管。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(shí)它工作時(shí)的溫度較高，氧氣發(fā)生電離 。 ； ； ； ； ； 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(diǎn) 6 如圖 14 所示。氧傳感器電壓在過量空氣系數(shù)等于一時(shí)產(chǎn)生突變，大于一時(shí)輸出電壓幾乎為零，小于一時(shí)輸出電壓接近一伏，如圖 15 所示。 氧化鋯型氧傳感器輸出信號的強(qiáng)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(gè)陶瓷加熱元件。 第一章 汽車氧傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 7 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(gè)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。 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。 其工作特性。在混合氣接近理論空燃比時(shí)，輸出 0． 45 V 電壓。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(jìn) 行理論空燃比的控制。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(jìn)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(zhǔn)確性 。 TiO2 式 氧傳感器的外形和 ZrO2 式氧傳感器相似 ，在傳感器前端的護(hù)罩內(nèi)是一個(gè) TiO2 厚膜元件 (圖 17)。由于 TiO2 的電阻也隨溫度不同而變化，因此 ，在 TiO2 式氧傳感器內(nèi)部也有一個(gè)電加熱器 ，以保持 TiO2 式氧傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中的溫度恒定不變 。當(dāng)排出的廢氣中氧濃度隨發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣濃度變化而變化時(shí)，氧傳感器的電阻隨之改變， ECU 4 端子上的電壓降也隨著變化。通過 ECU 的反饋控制，可保持混合氣的濃度在理論空燃比附近。 第一章 汽車氧傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 9 ； ； ； ； 圖 17 氧化鈦式氧傳感器工作原理 第二章 汽車氧傳感器的技術(shù)特點(diǎn) 10 第二章 汽車氧傳感器的技術(shù)特點(diǎn) 氧傳感器的作用 在使用 三元催化轉(zhuǎn)換器 以減少排氣污染的 發(fā)動(dòng)機(jī) 上，氧傳感器是必不可少的元件。 電噴車為獲得高排氣凈化率，降低排氣中（ CO）一氧化碳、（ HC）碳?xì)浠衔锖停?NOx）氮氧化合物成份，必須利用 三元催化器 。催化器通常裝在排氣歧管與消聲器之間。這種特性被用來檢測排氣中氧氣的濃度并反饋給電腦，以控制空燃比。當(dāng)空燃比比理論空燃比低時(shí)，在排氣中氧氣的濃度降低，而氧傳 感器的狀態(tài)（大電動(dòng)勢： 1V）通知（ ECU）電腦。但是，如氧傳器有故障