发动机电控系统的结构与维修5章1氧传感器

发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室授人以鱼不如授人以渔第 5 章 控制系统的主要器件 第 5 章 控制系统的主要器件 5.1 氧传感器 主讲：朱明高级技师 .经济师 ,工程师高级技能专业教师汽车维修工高级考评员发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室授人以鱼不如授人以渔第 5 章 控制系统的主要器件 汽车电控系统的组成 汽车电控系统的组成： 传感器 控制电脑（ ECU） 执行器 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室授人以鱼不如授人以渔第 5 章 控制系统的主要器件 汽车电控系统的组成 汽车电控系统的组成： 传感器 控制电脑（ ECU） 执行器 传感器 是电脑控制系统的眼睛，它用于观察各种变化的物理、化学量，并将这些物理这些物理、化学量转变为电脑可识别的电信号，例如水温传感器、空气流量计等。 控制电脑 （ ECU） 是整个控制系统的指挥部，它用于分析处理各种信息，并操作各个执行器来完成整个系统工作。 执行器 是电脑控制系统的手，它用于执行电脑发出的各种命令，它可把命令变成对控制对象的具体动作，例如喷油器、怠速马达、点火线圈等。发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室授人以鱼不如授人以渔第 5 章 控制系统的主要器件 .电控汽油喷射系统主要组件发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室授人以鱼不如授人以渔第 5 章 控制系统的主要器件 电控汽油喷射系统中的控制系统 电控汽油喷射系统中的控制系统 由电控单元、各种传感器、执行器，以及连接它们的控制电路所组成。不同类型的电控汽油喷射系统的控制功能、控制方式和控制电路的布置不完全一样，但基本原理相似。发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室授人以鱼不如授人以渔第 5 章 控制系统的主要器件 电子控制汽油喷射系统传感器 传感器 是感知信息的部件，负责向电子控制单元（ ECU）提供发动机和汽车运行状况。发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室授人以鱼不如授人以渔第 5 章 控制系统的主要器件 电子控制汽油喷射系统传感器发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室授人以鱼不如授人以渔第 5 章 控制系统的主要器件 电子控制汽油喷射系统传感器5 1 氧传感器 p42发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室授人以鱼不如授人以渔第 5 章 控制系统的主要器件 5 1 氧传感器 p42氧传感器：在使用 三元催化转换器 以减少排气污染的 发动机上 ，是必不可少的元件。由于混合气的空燃比一旦偏离理论空燃比，三元催化剂对CO、 HC和 NOx的净化能力将急剧下降，故在排气管中安装氧传感器，用以检测排气中氧的浓度，并向 ECU发出反馈 信号 ，再由 ECU控制喷油器喷油量的增减，从而将混合气的空燃比控制在理论值附近。发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室授人以鱼不如授人以渔第 5 章 控制系统的主要器件 5 1 氧传感器 p42发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室授人以鱼不如授人以渔第 5 章 控制系统的主要器件 氧传感器的作用发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室授人以鱼不如授人以渔第 5 章 控制系统的主要器件 氧传感器的作用发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室授人以鱼不如授人以渔第 5 章 控制系统的主要器件 5 1 氧传感器 p42 氧传感器的作用 电喷车为获得高排气净化率，降低排气中（ CO）一氧化碳、（HC）碳氢化合物和（ NOx）氮氧化合物成份，必须利用 三元催化器。但为了能有效地使用三元催化器，必须精确地控制空燃比，使它始终接近理论空燃比。 氧传感器具有一种特性，在理论空燃比（ 14.7： 1）附近它输出的电 压有突变。这种特性被用来检测排气中氧气的浓度并反馈给电脑，以控制空燃比。当实际空燃比变高，在排气中氧气的浓度增加而氧传感器把混合气稀的状态（小电动势： O伏）通知 ECU。当空燃比比理论空燃比低时，在排气中氧气的浓度降低，而氧传感器的状态（大电动势： 1伏）通知（ ECU）电脑。 ECU根据来自氧传感器的电动势差别判断空燃比的低或高，并相应地控制喷油持续的时间。但是，如氧传器有故障使输出的电动势不正常，（ ECU）电脑就不能精确控制空燃比。所以氧传感器还能弥补由于机械及电喷系统其它件磨损而引起空燃比的误差。可以说是电喷系统中唯一有 “智能 ”的传感器。 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室授人以鱼不如授人以渔第 5 章 控制系统的主要器件 5 1 氧传感器 p42氧传感器 ，安装在排气歧管上，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，保证尾气排放达标的测量元件。发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室授人以鱼不如授人以渔第 5 章 控制系统的主要器件 5 1 氧传感器p42氧传感器 ， 安装在排气歧管上， 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室授人以鱼不如授人以渔第 5 章 控制系统的主要器件 5 1 氧传感器 p42发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室授人以鱼不如授人以渔第 5 章 控制系统的主要器件 5 1 氧传感器 p42氧传感器的工作原理 (传感器中的氧化锆元素起类似电解液的作用 )1. 其在一定条件下 （高温和铂催化），利用氧化锆骨外两侧的氧浓度差，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。2.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，因而两侧离子的浓度差便可生产电动势。3.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。4. 氧传达感器只有在高温时 （端部达到 300 以上）其特性才充分体现，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。发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室授人以鱼不如授人以渔第 5 章 控制系统的主要器件 氧传感器的工作原理发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室授人以鱼不如授人以渔第 5 章 控制系统的主要器件 氧传感器的工作原理发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室授人以鱼不如授人以渔第 5 章 控制系统的主要器件 5 1 氧传感器 p42 氧传感器的组成 主氧传感器包括一根加热氧化锆元件的热棒，加热棒受（ ECU）电脑控制，当空气进量小（排气温度低）电流流向加热棒加 热传感器，使能精确检测氧气浓度。 在试管状态化锆元素（ ZRO2）的内外两侧，设置有白金电极，为了保护白金电极，用 陶瓷 包覆电极外侧，内侧输入氧浓度高于大气，外侧输入的氧浓度低于汽车排出气体浓度。 采用三元催化器后，必须使用无铅汽油，否则三元催化器和氧传感器会很快失效。 注意，氧传感器在油门稳定，配制标准混合时较为重要的作用，而在频繁加浓或变稀混合时，（ ECU）电脑将忽略氧传感器的信息，氧传感器就不能起作用。 现有的氧传感器分为片式和管式两种 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室授人以鱼不如授人以渔第 5 章 控制系统的主要器件 5 1 氧传感器 p42 常用的氧传感器按照所用感应组件的材料分为： 氧化锆型和氧化钛型。 在排气含氧量为零的前后，这两种氧传感器的输出电压都会发生突变，只是发生突变的原理不同。 近年来还出现了一种宽域空燃比传感器，其输出电压随空燃比变化而连续变化，可用于稀燃发动机的空燃比控制。 常见的氧传感器又有单引线、双引线和三根引线之分，；单引线的为氧化锆式氧传感器； 双引线的为氧化钛式氧传感器； 三根引线的为加热型氧化锆式氧传感器， 原则上三种引线方式的氧传感器是不能替代使用的。 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室授人以鱼不如授人以渔第 5 章 控制系统的主要器件 氧传感器的工作原理发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室授人以鱼不如授人以渔第 5 章 控制系统的主要器件 5 1 1 氧化锆型氧传感器 p42 （ 1）氧化锆式氧传感器 氧化锆式氧传感器的基本元件是氧化锆陶瓷管（固体电解质），亦称锆管（ 图 1）。 锆管固定在带有安装螺纹的固定套中， 内外表面均覆盖着一层多孔性的铅膜， 其内表面与大气接触，外表面与废气接触。 氧传感器的接线端有一个金属护套， 其上开有一个用于锆管内腔与 大气相通的孔； 电线将锆管内表面铂极经绝缘套 从此接线端引出。发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室授人以鱼不如授人以渔第 5 章 控制系统的主要器件 5 1 1 氧化锆型氧传感器 p42 （ 1）氧化锆式氧传感器 氧化锆在温度超过 300 后，才能进行正常工作。早期使用的氧传感器靠排气加热，这种传感器必须在发动机起动运转数分钟后才能开始工作，它只有一根接线与 ECU相连 （ 图 2（ a） ）。 大部分汽车使用带加热器的氧传感器 （ 图 2（ b） ）， 这种传感器内有一个电加热元件， 可在发动机起动后的 20-30s内迅速将 氧传感器加热至工作温度。 它有三根接线，一根接 ECU， 另外两根分别接地和电源。 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室授人以鱼不如授人以渔第 5 章 控制系统的主要器件 5 1 1 氧化锆型氧传感器 p42 （ 1）氧化锆式氧传感器 锆管的陶瓷体是多孔的，渗入其中的氧气，在温度较高时发生电离。由于锆管内、外侧氧含量不一致，存在浓差，因而氧离子从大气侧向排气一侧扩散，从而使锆管成为一个微电池，在两铂极间产生电压（ 图 3）。 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室授人以鱼不如授人以渔第 5 章 控制系统的主要器件 5 1 1 氧化锆型氧传感器 p42发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室授人以鱼不如授人以渔第 5 章 控制系统的主要器件 5 1 1 氧化锆型氧传感器 p42 氧化锆陶瓷材料 (Zr02)是一种固体电解质，具有氧离子电导特性。 氧化锆型传感器是一个由氧浓度差驱动的微电池。如图 5-1所示，在氧化锆陶瓷管 3的两侧各镀上一层多孔涂层 1和 4作为电极，管内侧与空气接触 (氧含量 20 8 )，外侧与排气接触 (氧含量低 )，两侧的氧气分压不等。 当 Zr02陶瓷体温度超过 3000C时， 管表面及管内吸附的氧离子化， 并且氧离子会从氧气分压高的 大气侧向氧气分压低的排气侧流动， 在排气侧堆积较多的氧离子， 造成两侧铂膜的电位差， 排气侧为负极，空气侧为正极。 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室授人以鱼不如授人以渔第 5 章 控制系统的主要器件 5 1 1 氧化锆型氧传感器 p42 （ 1）氧化锆式氧传感器 要准确地保持混合气浓度为理论空燃比是不可能的。实际上的反馈控制只能使混合气在理论空燃比附近一个狭小的范围内波动，故氧传感器的输出电压在 0.1-0.8V之间不断变化（通常每 10s内变化 8次以上）。如果氧传感器输出电压变化过缓（每 1Os少于 8次）或电压保持不变（不论保持在高电位或低电位），则表明氧传感器有故障，需检修。 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室授人以鱼不如授人以渔第 5 章 控制系统的主要器件 氧化锆型氧传感器输出特性 (理论计算 ) p43 电动势的大小正比于两侧氧气分压力比值的对数。当发动机以曲： 1的混合气工作时，理论上排气中应无氧气，实际上由于燃烧反应不完全，总还有一些未燃的 O2存在。 采用金属铂作电极是为了利用铂的氧化催化作用，使铂膜表面浓混合气燃烧生成物中的残存 O2与 CO、 HC发生反应