汽车电子控制基础7气体浓度传感器

1、曹家喆曹家喆r气体传感器的作用v用于检测汽车内外产生的各种气体浓度r气体传感器种类v氧传感器（检测排气中的氧含量以控制空燃比） v空燃比传感器（与氧传感器类似，用于稀薄燃烧技术中控制较大空燃比） v烟雾浓度传感器（检测车内空气烟尘） v碳烟传感器（用于柴油车检测排气烟度）r关于三元催化v三元催化反应器中装有铂、铑、钯三种催化剂,能同时净化排气中CO、 HC和NOx三种三种主要的有害成分，转化成无害的二氧化碳、氮气和水 三元催化反应器三元催化反应器r三元催化v排气有氧：促进一氧化碳、碳氢化合物的氧化反应（生成水和二氧化碳）v排气缺氧：促进氮氧化物的还原反应（生成氮气）r催化反应器的净化效率v混合

2、气在理论空燃比附近（排气中氧含量在零附近）时三元催化反应器净化效率最高三元催化反应器净化效率特性曲线r氧传感器的作用v安装在三元催化器两端，分别称为上游上游和下游下游氧传感器，或称主主氧传感器与副副氧传感器v是给ECU的反馈信号三元催化器三元催化器上游氧传感器上游氧传感器下游氧传感器下游氧传感器r氧传感器的作用v上游氧传感器：检查废气中氧含量以调整空燃比v下游氧传感器：检查三元催化器是否正常工作r外形与安装位置r种类v二氧化锆（ZrO2）型v二氧化钛（TiO2）型1-排气管；2-氧传感器r氧传感器的引线v一条线：信号线（外壳接地）v两条线：信号线+接地线v三条线：元件加热（两条线）+信号线（外

3、壳接地）v四条线：元件加热（两条线）+信号线+接地线r氧传感器的安装r传感器结构1废气 2锆管 3电极 4弹簧 5绝缘座 6引出电极 7大气 8铜质护管 9加热元件 10加热元件引线端子 11、12信号输出端子废气废气大气大气r传感器工作原理v大气与废气中出现氧浓度差时形成微电池电压v锆管两侧以铂（Pt）膜作电极，起催化剂作用Pt ZrO2 Pt原理：废气中氧气越少，管内外氧离子浓度差越大，信号电压越高r传感器输出特性v属于电压型电压型氧传感器r工作条件v300以上v常带加热电阻约0.45Vr传感器与ECU的连接带加热器的氧传感器与ECU的连接电路加热器电阻氧传感器与电控单元ECU的连接以0.

4、45V为基准电压，根据信号电压比基准电压高或低来判断混合气过浓还是过稀r二氧化锆氧传感器输出信号v氧传感器的反馈作用v信号变化频率l0.8Hz(约10s内变化8次)r传感器结构1钛管 2壳体 3护套 4接线端子5加热元件 6传感器护管废气废气r基本原理v二氧化钛属半导体材料v若废气中氧气较少，二氧化钛分子中氧将脱离分子表面，晶格出现缺陷，电阻减小r传感器输出特性v属于电阻型电阻型氧传感器r工作条件v约250至850之间，平均比二氧化锆型氧传感器高v温度较低时传感器电阻受温度影响较大，通常电路中带加热电阻r传感器与ECU的连接v传感器本身相当于一个可变电阻，阻值随排气中氧含量变化，反映在电路中信

5、号端电压的变化。r概述v采用二氧化锆型氧传感器v可测量大范围内的空燃比图形符号图形符号r应用场合v用于冷起动、急加速等偏离理论空燃比的工况，可迅速调整空燃比，改善发动机性能v或用于稀薄燃烧领域*进行空燃比的反馈控制r基本性能v传感器电极两端施加一定的外加电压时，其电流与排气中氧浓度成正比v可以连续地检测出稀薄燃烧时的空燃比v工作温度较高（约650）1排气 2检流电阻 3大气侧电极 4加热器 5二氧化锆固体电解质 6排气侧电极 7涂覆层 8护罩外加电压加热器电源r基本结构*有两组电池，其中电极A、B之间组成泵电池泵电池，C、D之间组成参考电池参考电池（后者相当于普通氧传感器）。泵电池用于检测尾气

6、与扩散室（测试腔）间瞬态瞬态氧浓度差，参考电池则检测扩散室与参考室（空气腔）间氧浓度差。扩散室内氧浓度可由电流Ip调节。r泵氧原理*v根据尾气中氧含量，ECU控制泵电流Ip的大小和方向vIp为正时将氧离子从扩散室移到尾气侧vIp为负时将氧离子从尾气侧移到扩散室r工作原理*若空燃比大，混合气稀，废气中的氧经扩散孔进入扩散室，参考电池电压降低，此时ECU输出电流Ip，泵氧元向外排出氧来降低扩散室中的氧含量，使感应室的电压维持在0.45V。ECU根据Ip产生的电压即可检测混合气空燃比。O O2-2-r工作原理*若空燃比小，混合气浓，扩散室含氧减少，参考电池电压升高，此时ECU输出反向电流Ip，泵氧元

7、向扩散室移入氧气以提高扩散室中的氧含量，使感应室的电压维持在0.45V。ECU根据Ip产生的电压即可检测混合气空燃比。O O2-2-r输出特性v输出电流可正可负v传感器内部电路中将电流转换成电压信号提供给ECU以调整空燃比（但通常从外部电路中测量不到）r关于稀薄燃烧：空燃比很大，可达25:1 r稀薄燃烧多与FSI技术有关（FSI：Fuel Stratified Injection，燃油分层喷射，多采用缸内直喷）r采用FSI技术的意义：进一步提高燃烧效率，降低油耗，改进排放（降低NOX）r关于降低NOX的措施v三元催化方法：利用催化反应将CO、HC、NOX还原成二氧化碳、水和氮气vFSI技术：可

8、降低缸内温度、减少NOX注：稀薄燃烧常与分层燃烧技术有关，此时发动机所产生的扭矩大小只取决于喷油量，在这里吸入的空气量和点火角并没有多大意义。r功能v感受车内烟尘的存在r原理v利用烟尘颗粒对光的散射作用，光电信号与烟尘浓度有关r控制v启动空气净化器运转使车内空气始终保持清洁1工作电路 2细缝 3光敏元件4发光元件 5烟粒子 6香烟空气净化系统的组成1控制开关 2烟尘浓度传感器 3吸入口 4排出口 5空气净化器出口r柴油机碳烟的形成r排烟控制v排烟传感器感受碳烟vECU控制调节进气和燃油供给r传感器结构r基本原理没有烟尘时，电极间电阻很大（不通）。有烟尘时，电极间电阻减小，电流与烟尘浓度成比例排烟传感器的工作原理1绝缘体 2电极3催化剂 4缝隙传感器的结构图1中间体 2金属体 3传感器感应头本体 4其它金属丝 5焊点 6