氧传感器的前沿知识?汽车知识

氧传感器的前沿知识?汽车知识
氧传感器的前沿知识?
汽车知识

氧传感器的前沿知识?汽车知识
汽车氧传感原理
　　量程氧传感器全攻略(1-4)随着世界卫生组织对大气环境的重视,对汽车排放的要求也越来越高.监测汽车尾气的排放量精度也越来越高,过去普通的氧传感器已不能满足汽车尾气的排放检测需求.因此研究出了新一代宽量程氧传器.自从1996年美国制定OBD2汽车检测标准以来,使各国统一了对汽车排放系统的检测方案,并制定了统一的诊断接口(16P),随着科技的进步,今后在汽车尾气排放检测方面会有更大的突破与发展.作为汽车排放检测系统中最为关键的传感器------氧传感器它起到至关重要的作用.我们必须深刻地了解它.才能维修好OBD时代的汽车排放系统故障以及烦人的灭了又亮的发动机故障灯!
　　普通氧传感器是由陶瓷体两侧附着二氧化锆涂层,在350度或更高的温度下,能传导氧离子,传感器两侧氧气的浓度差使两个表面之间产生电位差.且工作曲线非常陡峭,混合气在接近理论空燃比时,输出0.45V电压,尾气稍微偏浓时,输出电压就突变为0.6-0.9V,反之尾气变稀后,输出电压突变为0.3-0.1V.(见图所示).我们来分析一下:如果尾气进一步增浓,氧传感器的电压会不会再增加呢?0.9V的输出电压已经封顶,另外如果尾气进一步变稀,氧传感器的电压会不会再一次降低呢?0.1V的输出电压已经谷底.从上面分析来看,过浓的尾气与过稀的尾气对普通氧传感已无法测量.0.1-0.9V的两状态电压信号已无法满足对汽车排放的控制. 它只能在混合气为14.7:1的理论空燃比下,在汽缸燃烧后,对排放的尾气含氧量进行比较狭窄的范围检测, 因此这是普通氧传感器的缺陷所在
　　为了克服普通氧传感带来的缺陷,新一代宽量程氧传感器诞生了.下面我们就来谈谈宽量程氧传感器的工作原理.宽量程氧传感器由泵氧元（PUMP CELL）、能斯特单元（NERNST CELL）、基准参考单元（REFERENCE CELL）、加热元件以及泵氧元控制环路组成.这是个宽量程氧传感器的闭环控制系统.能斯特单元也就是我们非常熟悉的普通二氧化锆氧传感器的结构.它在这里提供一个检测腔,一面开口与大气（FREE AIR）相通,另一面封闭与废气接触,输出一个与废气含氧量相关的VSENSE电压,泵控制环路是个累加运算放大器,输入端有一个恒压源,基准电压恒定在0.45V.当废气不断从扩散小孔进入能斯特单元检测腔时,由于某种原因造成废气变浓时,VSENSE电压就升高,通过累加运算放大器运算处理后,输出IPUMP(泵电流)为负值,泵氧元将氧气泵入检测腔内进行化学分解反应,在废气中产生水和一氧化碳及一些氧化物附着在泵氧元的表面.在化学反应中将过多的碳氢化合物分解,从而降低了废气的浓度,使检测腔恢复到VSENSE电压为0.45V的废气含氧浓度的平衡状态.当废气浓度变稀时,VSENSE电压降低,同样通过累加运算放大器运算处理后,输出IPUMP(泵电流)为正值,泵氧元将氧气泵出检测腔.泵控制环路反馈系统始终维持检测腔内废气含氧量的浓度.当达到检测腔废气含氧浓度平衡也就是VSENSE电压为0.45时,泵氧元不工作,此时IPUMP等于零.上面谈到的是泵氧元的工作原理.概述了改变泵电流的极性(电流流动方向)与大小就可以达到平衡检测腔里的废气含氧量,如何将这个变化的泵电流再去控制发动机ECU对喷油器喷油时间的调整,是至关重要的.在泵氧元控制环路中有一块DSP(数字信号处理器)电路,该电路有二路输出,一路将变化的泵电流信号通过放大数模转换成线性电压,此电压从0-5V连续变化去控制发动机ECU的AFR调整.另一路输出脉宽调制信号去控制COM场效应开关晶体管导通与截止时间,给加热单元组件提供电流,加热氧传感器.宽量程氧传感器它的特点,工作曲线平滑,能够连续检测空燃比(AFR)10至20之间,相当于过量空气系数LAMBDA从0.686至1.405的宽范围内.,当线性电压在2.5V时,就达到了理论AFR14.7的控制.
　　在检测宽量程氧传感时,不能用万用表电压档及示波器进行直接测量氧传感器的端口线束电压.只能用相关的专用检测仪进行数据流分析.本田新款车系安装在三元催化器上游为AFR传感器,检测信号为电流(MA)值,下游为副氧传感器检测信号为线性电压值.
　　氧传感器的判别
　　宽量程空燃比传感器和老式氧化锆氧传感器由于其结构原理不同,
　　所以检测也不同：氧化锆氧传感器直接利用电压信号作为测量值；
　　而宽带氧传感器将经过特殊处理和控制的泵氧元供给电流作为测量过量空气系数的参数,
　　这样传感器产生的就不是阶跃函数性质的响应而是连续递增的信号.
　　检测宝来车三元催化器的前后氧传感器时,
　　可以利用K81通过读取数据流的方法进行诊断分析,
　　数据流033组 第01项 显示的是三元催化器前的宽量程空燃比传感器电压比值
　　数据流036组 第00项 显示的是三元催化器后的老式氧化锆氧传感器的电压值
　　宽量程空燃比传感器的电压比值应在1V-2V之间来回变化
　　当电压信号出现在1.5V以下时,说明混合气过浓
　　当电压信号出现在1.5V以上时,说明混合气过稀
　　当电压出现恒定值1.5V、4.9V、0V时都说明宽量程空燃比传感器线路出现故障
　　三元催化器后的老式氧化锆氧传感器的电压值应在0.5V-0.8V之间稍微变动（而不是0V-1V之间来回变化）
　　当电压出现恒定值1.1V、0.4-0.5V、0V时都说明氧传感器线路出现故障
　　关于宽量程氧传感器的几点补充1.辩别寛量程氧传感器的方法,是看引擎盖下的标识,如标识为Hos则为普通氧传感器,如标识为A/F sensor则为宽程量程氧传感程器.2.宽量程氧传感器只用于触媒转换器之前,触媒转换器之后必为普通氧传感器.3.宽量程氧传感器有5-7线.4.宽量程开氧传感器的加热速度远比普通氧传感器快,这使从开环到比环的时间缩短.5.注意,宽量程氧传感器有两条地线一为普通地线一为寛量程氧传感器专用地线,两者之间有2-3伏电压差
　　氧传感器主要有浓差型氧化锆式、极限型氧化锆式和氧化钛式三种.
　　(1) 浓差型氧化锆（ZrO2）式氧传感器
　　浓差型氧化锆式氧传感器是利用了氧化锆固体电解质材料,在高温下（285～ 850℃）能够导通氧离子,从而形成微电池的原理来工作的,其中 为电动势, 为理想气体常数, 为传感器工作温度, 为法拉第常数, 为尾气的氧分压, 为参比气体的氧分压.但是由于电动势与氧分压是对数关系,该传感器对于氧分压偏离计量比时（如贫燃系统）的情况不十分敏感.
　　虽然这种传感器安装灵活,不受极端升温的影响,但此类传感器输出信号的强弱直接和温度有关,只有当温度高于400℃时,才能正常工作,所以,目前ZrO2浓差电池型氧传感器其发展方向主要是降低工作温度,增大硬度和韧性,减少制造成本和提高寿命.
　　(2) 极限型氧化锆氧传感器
　　极限型氧传感器是基于氧汞原理来工作的,具有响应时间短和高灵敏的特点,其弥补了其他类型氧传感器（如电子传导型、电阻型）对贫燃区空燃比响应慢、灵敏度低的不足.
　　由于限流型氧传感器只是利用孔隙控制气体的扩散来实现封闭室内外的氧浓差,所以不用任何参比气体.目前,极限型氧化锆式氧传感器主要基于的还是物理扩散原理,化学扩散的原理还在进一步研究之中.
　　(3) 氧化钛（TiO2）式氧传感器
　　氧化钛式氧传感器对比氧化锆式氧传感器的工作原理有很大的不同,它是利用多孔状导体TiO2的导电性随排气中氧含量的变化而变化的特性制成的,故又称电阻性氧传感器.这种传感器的结构简单、体积小、成本低,但是在300℃～900℃工作时,电阻值随温度变化较大,所以必须用温度补偿的方法来提高精度,通常用另一个实心TiO2导体作为温度补偿.