汽车氧传感器的故障检测毕业设计论文.doc

PAGE 40 PAGE 41 河北科技学院 学生毕业设计（论文） 题目: 汽车氧传感器的故障检测 目 录TOC \o 1-3 \f \h \u 图1-1 加热型管式氧传感器核心元件 1.2氧传感器的工作原理 氧传感器是利用陶瓷敏感元件测量各类加热炉或排气管道中的氧电势，由化学平衡原理计算出对应的氧浓度，达到监测和控制炉内燃烧空燃比，保证产品质量及尾气排放达标的测量元件，广泛应用于各类煤燃烧、油燃烧、气燃烧等炉体的气氛控制。它是目前最佳的燃烧气分测量方式，具有结构简单、响应迅速、维护容易、使用方便、测量准确等优点。运用该传感器进行燃烧气氛测量和控制既能稳定和提高产品质量，又可缩短生产周期，节约能源，如图1-2所示 。 图1-2 氧传感器 氧传感器的工作原理与干电池相似，传感器中的氧化锆元素起类似电解液的作用。其基本工作原理是：在一定条件下(高温和铂催化)，利用氧化锆内外两侧的氧浓度差，产生电位差，且浓度差越大，电位差越大。大气中氧的含量为21%，浓混合气燃烧后的废气实际上不含氧，稀混合气燃烧后生成的废气或因缺火产生的废气中含有较多的氧，但仍比大气中的氧少得多。 在高温及铂的催化下，带负电的氧离子吸附在氧化锆套管的内外表面上。由于大气中的氧气比废气中的氧气多，套管上与大气相通一侧比废气一侧吸附更多的负离子，两侧离子的浓度差产生电动势。当套管废气一侧的氧浓度低时，在电极之间产生一个高电压(0。6～1V)，这个电压信号被送到ECU放大处理，ECU把高电压信号看作浓混合气，而把低电压信号看作稀混合气。根据氧传感器的电压信号，电脑按照尽可能接近14.7：1的理论最佳空燃比来稀释或加浓混合气。因此氧传感器是电子控制燃油计量的关键传感器。氧传感器只有在高温时(端部达到300℃以上)其特性才能充分体现，才能输出电压。它在约800℃时，对混合气的变化反应最快，而在低温时这种特性会发生很大变化。 1.3氧化锆型氧传感器 氧化锆型氧传感器的基本元件是专用陶瓷体，即氧化锆(ZrO2 )：固体电解质，如图1-3所示。陶瓷体制成管状，称为锆管。锆管内表面与大气相通，外表面与废气相通。锆管内外表面覆盖一层多孔性铂膜作为电极 ，允许氧渗入该固体电解质内，温度较高时它工作时的温度较高，氧气发生电离 。 1、导管排气孔罩；2、锆管；3、电极；4、弹簧；5、线头支架（绝缘）；6导管； 7、排气管 图1-3 氧化锆型氧传感器的结构图 若陶瓷体内(大气)外(废气)侧氧含量不一致，固体电解质内部氧离子 自大气一侧向排气一侧扩散，锆管便成了一个微电池，在锆管两铂极间产生电压， 1.陶瓷体; 2.铂金体；3、4.电极引线点；5.排气管；6.陶瓷防护层；7.排气；8大气 图1-4 氧传感器在排气管中的布置 如图1-4所示。当混合气稀时，排气中氧含量多，两侧氧浓度差小，只产生小的电压；相反，混合气浓时电压增大。氧传感器电压在过量空气系数等于一时产生突变，大于一时输出电压几乎为零，小于一时输出电压接近一伏，如图1-5所示。在发动机混合气空燃比闭环控制的过程中，氧传感器相当于一个浓稀开关，根据混合气空燃比变化向电脑输送脉冲宽度变化的电压脉冲信号，如图1-6所示 。 氧化锆型氧传感器输出信号的强弱与工作温度有关(正常工作温度在400℃～900℃)，有些氧传感器采用加热的方式来保证其正常工作温度，称之为加热式氧传感器，它与不加热式的区别仅在于增加了一个陶瓷加热元件。加热式氧传感器安装灵活性大，不受极端温升的影响，同时扩大了混合气闭环控制的工作范围。 图1-5 氧传感器的电压特性 图1-6 氧传感器电压脉冲信号变化 其核心部件是一个试管型ZrO2：固体电解质元件，在管的内、外表面涂敷一层金属铂作为电极，并用金属线与传感器信号输出端子连接。 为防止废气中的杂质腐蚀铂膜，ZrO2： 传感元件的铂膜上覆盖一层多孔陶瓷作为涂层。 将传感器插入汽车 的尾气中，固体电解质管的内侧通人参比气体(通常采用空气)，参比氧分 压固定为； 外表面与尾气接触， 排气氧分压为 ，且随着可燃混合气浓度的变化而变化。这样由于内 、外侧氧分压不同 ，氧离子从浓度高的一 侧穿过ZrO2固体电解质向浓度低的一侧扩散，从而在固体电解质两侧电极上 产生氧浓差电势，且该氧浓差电势随着可燃混合气浓度的变化而变化，形 成“氧浓差电池”，传感器的信号相当于一个可变电源 。 其工作特性。当供给的可燃混合气较浓时(空燃t：EA／F 14．7)，尾气中的氧离子含量较少，和相差很大，由此可以产生较大的电动势(约 0．9 V)； 当可燃混合气较稀时(空燃比A／F14．7)， 因尾气中氧离子含量比较多，和很