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氧傳感器的前沿知識(shí)？

汽車知識(shí): 問(wèn) 提問(wèn)者：網(wǎng)友 | 2017-11-07

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　　汽車氧傳感原理　　量程氧傳感器全攻略(1-4)隨著世界衛(wèi)生組織對(duì)大氣環(huán)境的重視，對(duì)汽車排放的要求也越來(lái)越高。監(jiān)測(cè)汽車尾氣的排放量精度也越來(lái)越高,過(guò)去普通的氧傳感器已不能滿足汽車尾氣的排放檢測(cè)需求.因此研究出了新一代寬量程氧傳器.自從1996年美國(guó)制定OBD2汽車檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)以來(lái),使各國(guó)統(tǒng)一了對(duì)汽車排放系統(tǒng)的檢測(cè)方案,并制定了統(tǒng)一的診斷接口(16P),隨著科技的進(jìn)步,今后在汽車尾氣排放檢測(cè)方面會(huì)有更大的突破與發(fā)展.作為汽車排放檢測(cè)系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的傳感器------氧傳感器它起到至關(guān)重要的作用.我們必須深刻地了解它.才能維修好OBD時(shí)代的汽車排放系統(tǒng)故障以及煩人的滅了又亮的發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈! 　　普通氧傳感器是由陶瓷體兩側(cè)附著二氧化鋯涂層,在350度或更高的溫度下,能傳導(dǎo)氧離子,傳感器兩側(cè)氧氣的濃度差使兩個(gè)表面之間產(chǎn)生電位差.且工作曲線非常陡峭,混合氣在接近理論空燃比時(shí),輸出0.45V電壓,尾氣稍微偏濃時(shí),輸出電壓就突變?yōu)?.6-0.9V,反之尾氣變稀后,輸出電壓突變?yōu)?.3-0.1V.(見(jiàn)圖所示).我們來(lái)分析一下:如果尾氣進(jìn)一步增濃,氧傳感器的電壓會(huì)不會(huì)再增加呢?0.9V的輸出電壓已經(jīng)封頂,另外如果尾氣進(jìn)一步變稀,氧傳感器的電壓會(huì)不會(huì)再一次降低呢?0.1V的輸出電壓已經(jīng)谷底.從上面分析來(lái)看,過(guò)濃的尾氣與過(guò)稀的尾氣對(duì)普通氧傳感已無(wú)法測(cè)量.0.1-0.9V的兩狀態(tài)電壓信號(hào)已無(wú)法滿足對(duì)汽車排放的控制. 它只能在混合氣為14.7:1的理論空燃比下,在汽缸燃燒后,對(duì)排放的尾氣含氧量進(jìn)行比較狹窄的范圍檢測(cè), 因此這是普通氧傳感器的缺陷所在　　為了克服普通氧傳感帶來(lái)的缺陷,新一代寬量程氧傳感器誕生了.下面我們就來(lái)談?wù)剬捔砍萄鮽鞲衅鞯墓ぷ髟?寬量程氧傳感器由泵氧元（PUMP CELL）、能斯特單元（NERNST CELL）、基準(zhǔn)參考單元（REFERENCE CELL）、加熱元件以及泵氧元控制環(huán)路組成。這是個(gè)寬量程氧傳感器的閉環(huán)控制系統(tǒng)。能斯特單元也就是我們非常熟悉的普通二氧化鋯氧傳感器的結(jié)構(gòu)。它在這里提供一個(gè)檢測(cè)腔，一面開(kāi)口與大氣（FREE AIR）相通，另一面封閉與廢氣接觸，輸出一個(gè)與廢氣含氧量相關(guān)的VSENSE電壓，泵控制環(huán)路是個(gè)累加運(yùn)算放大器，輸入端有一個(gè)恒壓源，基準(zhǔn)電壓恒定在0.45V。當(dāng)廢氣不斷從擴(kuò)散小孔進(jìn)入能斯特單元檢測(cè)腔時(shí),由于某種原因造成廢氣變濃時(shí),VSENSE電壓就升高,通過(guò)累加運(yùn)算放大器運(yùn)算處理后,輸出IPUMP(泵電流)為負(fù)值,泵氧元將氧氣泵入檢測(cè)腔內(nèi)進(jìn)行化學(xué)分解反應(yīng),在廢氣中產(chǎn)生水和一氧化碳及一些氧化物附著在泵氧元的表面.在化學(xué)反應(yīng)中將過(guò)多的碳?xì)浠衔锓纸?從而降低了廢氣的濃度,使檢測(cè)腔恢復(fù)到VSENSE電壓為0.45V的廢氣含氧濃度的平衡狀態(tài).當(dāng)廢氣濃度變稀時(shí),VSENSE電壓降低，同樣通過(guò)累加運(yùn)算放大器運(yùn)算處理后,輸出IPUMP(泵電流)為正值,泵氧元將氧氣泵出檢測(cè)腔.泵控制環(huán)路反饋系統(tǒng)始終維持檢測(cè)腔內(nèi)廢氣含氧量的濃度.當(dāng)達(dá)到檢測(cè)腔廢氣含氧濃度平衡也就是VSENSE電壓為0.45時(shí),泵氧元不工作,此時(shí)IPUMP等于零.上面談到的是泵氧元的工作原理.概述了改變泵電流的極性(電流流動(dòng)方向)與大小就可以達(dá)到平衡檢測(cè)腔里的廢氣含氧量,如何將這個(gè)變化的泵電流再去控制發(fā)動(dòng)機(jī)ECU對(duì)噴油器噴油時(shí)間的調(diào)整,是至關(guān)重要的.在泵氧元控制環(huán)路中有一塊DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)電路,該電路有二路輸出,一路將變化的泵電流信號(hào)通過(guò)放大數(shù)模轉(zhuǎn)換成線性電壓,此電壓從0-5V連續(xù)變化去控制發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的AFR調(diào)整.另一路輸出脈寬調(diào)制信號(hào)去控制COM場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)晶體管導(dǎo)通與截止時(shí)間,給加熱單元組件提供電流,加熱氧傳感器.寬量程氧傳感器它的特點(diǎn),工作曲線平滑,能夠連續(xù)檢測(cè)空燃比(AFR)10至20之間,相當(dāng)于過(guò)量空氣系數(shù)LAMBDA從0.686至1.405的寬范圍內(nèi).,當(dāng)線性電壓在2.5V時(shí),就達(dá)到了理論AFR14.7的控制. 　　在檢測(cè)寬量程氧傳感時(shí),不能用萬(wàn)用表電壓檔及示波器進(jìn)行直接測(cè)量氧傳感器的端口線束電壓.只能用相關(guān)的專用檢測(cè)儀進(jìn)行數(shù)據(jù)流分析.本田新款車系安裝在三元催化器上游為AFR傳感器,檢測(cè)信號(hào)為電流(MA)值,下游為副氧傳感器檢測(cè)信號(hào)為線性電壓值. 　　氧傳感器的判別　　寬量程空燃比傳感器和老式氧化鋯氧傳感器由于其結(jié)構(gòu)原理不同，　　所以檢測(cè)也不同：氧化鋯氧傳感器直接利用電壓信號(hào)作為測(cè)量值；　　而寬帶氧傳感器將經(jīng)過(guò)特殊處理和控制的泵氧元供給電流作為測(cè)量過(guò)量空氣系數(shù)的參數(shù)，　　這樣傳感器產(chǎn)生的就不是階躍函數(shù)性質(zhì)的響應(yīng)而是連續(xù)遞增的信號(hào)。　　檢測(cè)寶來(lái)車三元催化器的前后氧傳感器時(shí)，　　可以利用K81通過(guò)讀取數(shù)據(jù)流的方法進(jìn)行診斷分析，　　數(shù)據(jù)流033組第01項(xiàng) 顯示的是三元催化器前的寬量程空燃比傳感器電壓比值　　數(shù)據(jù)流036組第00項(xiàng) 顯示的是三元催化器后的老式氧化鋯氧傳感器的電壓值　　寬量程空燃比傳感器的電壓比值應(yīng)在1V-2V之間來(lái)回變化　　當(dāng)電壓信號(hào)出現(xiàn)在1.5V以下時(shí)，說(shuō)明混合氣過(guò)濃　　當(dāng)電壓信號(hào)出現(xiàn)在1.5V以上時(shí)，說(shuō)明混合氣過(guò)稀　　當(dāng)電壓出現(xiàn)恒定值1.5V、4.9V、0V時(shí)都說(shuō)明寬量程空燃比傳感器線路出現(xiàn)故障　　三元催化器后的老式氧化鋯氧傳感器的電壓值應(yīng)在0.5V-0.8V之間稍微變動(dòng)（而不是0V-1V之間來(lái)回變化）　　當(dāng)電壓出現(xiàn)恒定值1.1V、0.4-0.5V、0V時(shí)都說(shuō)明氧傳感器線路出現(xiàn)故障　　關(guān)于寬量程氧傳感器的幾點(diǎn)補(bǔ)充1.辯別寛量程氧傳感器的方法,是看引擎蓋下的標(biāo)識(shí),如標(biāo)識(shí)為Hos則為普通氧傳感器,如標(biāo)識(shí)為A/F sensor則為寬程量程氧傳感程器.2.寬量程氧傳感器只用于觸媒轉(zhuǎn)換器之前,觸媒轉(zhuǎn)換器之后必為普通氧傳感器.3.寬量程氧傳感器有5-7線.4.寬量程開(kāi)氧傳感器的加熱速度遠(yuǎn)比普通氧傳感器快,這使從開(kāi)環(huán)到比環(huán)的時(shí)間縮短.5.注意,寬量程氧傳感器有兩條地線一為普通地線一為寛量程氧傳感器專用地線,兩者之間有2-3伏電壓差　　氧傳感器主要有濃差型氧化鋯式、極限型氧化鋯式和氧化鈦式三種。　　(1) 濃差型氧化鋯（ZrO2）式氧傳感器　　濃差型氧化鋯式氧傳感器是利用了氧化鋯固體電解質(zhì)材料，在高溫下（285～ 850℃）能夠?qū)ㄑ蹼x子，從而形成微電池的原理來(lái)工作的，其中為電動(dòng)勢(shì)，為理想氣體常數(shù)，為傳感器工作溫度，為法拉第常數(shù)，為尾氣的氧分壓，為參比氣體的氧分壓。但是由于電動(dòng)勢(shì)與氧分壓是對(duì)數(shù)關(guān)系，該傳感器對(duì)于氧分壓偏離計(jì)量比時(shí)（如貧燃系統(tǒng)）的情況不十分敏感。　　雖然這種傳感器安裝靈活，不受極端升溫的影響，但此類傳感器輸出信號(hào)的強(qiáng)弱直接和溫度有關(guān)，只有當(dāng)溫度高于400℃時(shí)，才能正常工作，所以，目前ZrO2濃差電池型氧傳感器其發(fā)展方向主要是降低工作溫度，增大硬度和韌性，減少制造成本和提高壽命。　　(2) 極限型氧化鋯氧傳感器　　極限型氧傳感器是基于氧汞原理來(lái)工作的，具有響應(yīng)時(shí)間短和高靈敏的特點(diǎn)，其彌補(bǔ)了其他類型氧傳感器（如電子傳導(dǎo)型、電阻型）對(duì)貧燃區(qū)空燃比響應(yīng)慢、靈敏度低的不足。　　由于限流型氧傳感器只是利用孔隙控制氣體的擴(kuò)散來(lái)實(shí)現(xiàn)封閉室內(nèi)外的氧濃差，所以不用任何參比氣體。目前，極限型氧化鋯式氧傳感器主要基于的還是物理擴(kuò)散原理，化學(xué)擴(kuò)散的原理還在進(jìn)一步研究之中。　　(3) 氧化鈦（TiO2）式氧傳感器　　氧化鈦式氧傳感器對(duì)比氧化鋯式氧傳感器的工作原理有很大的不同，它是利用多孔狀導(dǎo)體TiO2的導(dǎo)電性隨排氣中氧含量的變化而變化的特性制成的，故又稱電阻性氧傳感器。這種傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低，但是在300℃～900℃工作時(shí)，電阻值隨溫度變化較大，所以必須用溫度補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)提高精度，通常用另一個(gè)實(shí)心TiO2導(dǎo)體作為溫度補(bǔ)償。: 回答者：網(wǎng)友

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