汽车传感器课件第8章 气体‘

1、第八章第八章 气体浓度传感器的结构、原理与检测气体浓度传感器的结构、原理与检测 汽车汽车传感器传感器第一节第一节 概述概述 第二节第二节 氧传感器氧传感器第三节第三节 稀薄混合比传感器稀薄混合比传感器第四节第四节 全范围空燃比传感器全范围空燃比传感器第五节第五节 烟度浓度传感器烟度浓度传感器 第六节第六节 柴油机烟度传感器柴油机烟度传感器第一节第一节 概概 述述 氧传感器氧传感器用于发动机电控燃油喷射系统中，检测发动用于发动机电控燃油喷射系统中，检测发动机排放气体中氧的含量来获得混合气的空燃比信息，输入机排放气体中氧的含量来获得混合气的空燃比信息，输入到到ECU实现空燃比反馈控制。实现空燃比反

2、馈控制。 稀薄混合比传感器稀薄混合比传感器用于稀薄燃烧发动机空燃比反馈控用于稀薄燃烧发动机空燃比反馈控制系统中，检测出稀薄燃烧区空燃比信息，输入到制系统中，检测出稀薄燃烧区空燃比信息，输入到ECU实实现发动机稀薄燃烧。现发动机稀薄燃烧。 全范围空燃比传感器全范围空燃比传感器是一种传感器能连续检测混合气是一种传感器能连续检测混合气从浓到稀的整个范围的空燃比。从浓到稀的整个范围的空燃比。 烟尘浓度传感器烟尘浓度传感器用于驾驶室内空气净化装置中，检测用于驾驶室内空气净化装置中，检测烟雾浓度的信息，输入到空气净化装置控制电路，实现空烟雾浓度的信息，输入到空气净化装置控制电路，实现空气净化控制。气净化控

3、制。排烟传感器排烟传感器用于柴油机电子控制系统中，检测发动机用于柴油机电子控制系统中，检测发动机排气中形成的烟炭或未燃烧的炭颗粒的信息，输入到排气中形成的烟炭或未燃烧的炭颗粒的信息，输入到ECU调节空气与燃油的供给，以减少排气中的黑烟。调节空气与燃油的供给，以减少排气中的黑烟。第二节第二节 氧传感器氧传感器 为降低汽车尾气排放污染，目前汽车发动机的排气管上为降低汽车尾气排放污染，目前汽车发动机的排气管上普遍安装了三元催化转化器，它能净化排气中的普遍安装了三元催化转化器，它能净化排气中的CO、HC和和NOx三种有害气体的成分。三种有害气体的成分。1）三元催化转化器对发动机在接近理论空燃比的范围燃

4、烧的）三元催化转化器对发动机在接近理论空燃比的范围燃烧的 排气有较好的净化作用；排气有较好的净化作用；2）催化剂最适合的工作温度是）催化剂最适合的工作温度是400 800，过高的温度使催，过高的温度使催 化剂过早老化，缩短使用寿命；化剂过早老化，缩短使用寿命；3）发动机窜机油会降低催化剂活性；）发动机窜机油会降低催化剂活性；4）燃烧含铅油，铅颗粒随废气排放会覆盖在催化剂表面，使）燃烧含铅油，铅颗粒随废气排放会覆盖在催化剂表面，使 催化剂作用面积减少，降低催化器的转换效率；催化剂作用面积减少，降低催化器的转换效率； 影响三元催化转化器净化排气的效率因素影响三元催化转化器净化排气的效率因素2. 氧

5、传感器的种类氧传感器的种类 汽车上采用的氧传感器有两种：汽车上采用的氧传感器有两种： 氧化钛（氧化钛（TiO2）式氧传感器，本身带有一个电加热器；）式氧传感器，本身带有一个电加热器； 氧化锆（氧化锆（ZrO2）式氧传感器，热型氧传感器和非加热型）式氧传感器，热型氧传感器和非加热型氧传感器。氧传感器。 检测排放气体中氧的含量来获得发动机燃烧的混合气空检测排放气体中氧的含量来获得发动机燃烧的混合气空燃比信号，并将检测结果转变成电压信号输入燃比信号，并将检测结果转变成电压信号输入ECU，ECU根根据氧传感器输人的信号，对喷油量进行修正，使混合气浓度据氧传感器输人的信号，对喷油量进行修正，使混合气浓度

6、保持在理想范围内，实现空燃比的反馈控制。保持在理想范围内，实现空燃比的反馈控制。1. 氧传感器的作用氧传感器的作用 由于混合气的空燃比对三元催化转化器净化效率有明显由于混合气的空燃比对三元催化转化器净化效率有明显影响，就需要检测排气中的氧浓度信号，以控制混合气的空影响，就需要检测排气中的氧浓度信号，以控制混合气的空燃比。氧传感器就是排气中的氧浓度的传感器。燃比。氧传感器就是排气中的氧浓度的传感器。 氧化锆氧化锆是一种固态是一种固态电解质电解质，在高温下（在高温下（高于高于300）呈现）呈现离子导电现象。离子导电现象。在氧化锆两侧面分别烧结铂电极，在一定温度在氧化锆两侧面分别烧结铂电极，在一定温

7、度下，当电解质两侧氧浓度不同时，高浓度侧的铂电极正电，低下，当电解质两侧氧浓度不同时，高浓度侧的铂电极正电，低氧浓度侧铂极带负电。氧浓度侧铂极带负电。使两侧的电极间产生了电位差，即气体使两侧的电极间产生了电位差，即气体的氧电势。该电势与的氧电势。该电势与氧化锆两侧氧化锆两侧的的氧浓度氧浓度和气体和气体温度温度成正比。成正比。 实际应用中，若在氧实际应用中，若在氧传感器传感器探头中，其高浓度侧气体（如探头中，其高浓度侧气体（如空气）氧浓度已知，作为参比气，如能测出氧探头的输出电势空气）氧浓度已知，作为参比气，如能测出氧探头的输出电势E和被测气体的绝对温度和被测气体的绝对温度T，即可算出被测气体的

8、氧浓度，即可算出被测气体的氧浓度。 1.1.氧化锆氧传感器的测氧原理氧化锆氧传感器的测氧原理一、氧化锆式氧传感器的结构、原理一、氧化锆式氧传感器的结构、原理 空气氧浓度约空气氧浓度约20.6%，则有以空气为参比气的，则有以空气为参比气的能斯特公式能斯特公式：E=0.0215T ln（0.2059废气氧浓度）废气氧浓度） E 氧氧传感器传感器输出电动势；输出电动势； T 被测气体的绝对温度。被测气体的绝对温度。 如图氧化锆式氧传感器的基本元件是专用陶瓷体制成管状如图氧化锆式氧传感器的基本元件是专用陶瓷体制成管状锆管，固定在带有安装螺纹的固定套中。锆管内、外表面装有锆管，固定在带有安装螺纹的固定套

9、中。锆管内、外表面装有透气铂电极，配有护管及电接头，其内表面与大气相通，外表透气铂电极，配有护管及电接头，其内表面与大气相通，外表面与废气相通，外表面还加装了一个防护套管，套管上开有通面与废气相通，外表面还加装了一个防护套管，套管上开有通气槽。气槽。导入废气导入废气保护管套保护管套排气管废气排气管废气锆管锆管铂电极铂电极弹簧弹簧引引 线线绝缘支架绝缘支架导线导线空气进气槽空气进气槽排气管排气管2.2.氧传感器的结构氧传感器的结构氧化锆式传感器安装结构简图及工作原理氧化锆式传感器安装结构简图及工作原理废气废气大气大气陶瓷体陶瓷体防护层防护层排气管排气管陶瓷体陶瓷体铂电极铂电极电极引线点电极引线点

10、电极引线点电极引线点 锆管的陶瓷体是多孔的，允许氧渗入该固体电解质内，锆管的陶瓷体是多孔的，允许氧渗入该固体电解质内，温度较高时温度较高时(高于高于300)，氧气发生电离。当锆管内表面的大，氧气发生电离。当锆管内表面的大气与外表面的废气氧气浓度不同，就会在两个电极产生电位气与外表面的废气氧气浓度不同，就会在两个电极产生电位差，含氧量高的一侧为高电位。差，含氧量高的一侧为高电位。3. 3. 氧化锆式氧传感器工作原理氧化锆式氧传感器工作原理 当混合气稀时，排气中含氧多，两侧浓度差小，只产生小当混合气稀时，排气中含氧多，两侧浓度差小，只产生小的电压；反之，混合气浓时，产生高电压。传感器的电压输出的电

11、压；反之，混合气浓时，产生高电压。传感器的电压输出特性如图所示。特性如图所示。 根据所测电压值就可测根据所测电压值就可测量氧传感器外表面废气的含量氧传感器外表面废气的含氧量，而发动机废气排放中氧量，而发动机废气排放中的氧含量主要取决于混合气的氧含量主要取决于混合气的空燃比，因此，的空燃比，因此，ECU根据根据氧传感器输入的电信号分析氧传感器输入的电信号分析汽油的燃烧状况，以便及时汽油的燃烧状况，以便及时修正喷油量，使空燃比处于修正喷油量，使空燃比处于理想状况，即理想状况，即 =1。 所以这种传感器又称为所以这种传感器又称为空燃比传感器或空燃比传感器或 传感器。传感器。 氧化锆式传感器电压输出特

12、性氧化锆式传感器电压输出特性浓浓稀稀理论空燃比理论空燃比 氧传感器安装在发动机的排气管上。氧传感器安装在发动机的排气管上。氧传感器被安装在氧传感器被安装在发动机的排气管，直接与高温排放废气接触。因此，氧传感发动机的排气管，直接与高温排放废气接触。因此，氧传感器密封要求具有良好的耐热性。器密封要求具有良好的耐热性。4. 4. 氧化锆式氧传感器安装氧化锆式氧传感器安装 氧化钛式氧传感器是利用二氧化钛氧化钛式氧传感器是利用二氧化钛(TiO2) 材料的电阻值材料的电阻值随排气中氧含量的变化而变化的特性构成的，故又称为电阻随排气中氧含量的变化而变化的特性构成的，故又称为电阻型氧传感器。型氧传感器。 氧化

13、钛在某个温度以上钛与氧的结合微弱，在氧气极少氧化钛在某个温度以上钛与氧的结合微弱，在氧气极少的情况下就必须放弃氧气，因此缺氧而形成低电阻的氧化半的情况下就必须放弃氧气，因此缺氧而形成低电阻的氧化半导体。相反的，若氧气较多，则形成高电阻的状态。此种现导体。相反的，若氧气较多，则形成高电阻的状态。此种现象与温度和氧含量有关，因此，欲将二氧化钛在象与温度和氧含量有关，因此，欲将二氧化钛在300900的排气温度中连续使用，必须作温度补偿。的排气温度中连续使用，必须作温度补偿。 利用氧化钛式氧传感器电阻随含氧量变化来判断混合气利用氧化钛式氧传感器电阻随含氧量变化来判断混合气浓度。当混合气浓度高时，则排气

14、中含氧量少，传感器电阻浓度。当混合气浓度高时，则排气中含氧量少，传感器电阻低；反之亦然。低；反之亦然。二、氧化钛式氧传感器的结构、原理二、氧化钛式氧传感器的结构、原理1.1.氧化钛氧传感器的测氧原理氧化钛氧传感器的测氧原理 如图为氧化钛式氧传感器的结构示意图，有两个二氧化如图为氧化钛式氧传感器的结构示意图，有两个二氧化钛元件，一个是具有多孔性二氧化钛陶瓷的用来感测排气中钛元件，一个是具有多孔性二氧化钛陶瓷的用来感测排气中氧含量的，另一个为实心二氧化钛陶瓷，用作加热调节，补氧含量的，另一个为实心二氧化钛陶瓷，用作加热调节，补偿温度误差。传感器用具有孔槽的金属管作为防护套，让废偿温度误差。传感器用

15、具有孔槽的金属管作为防护套，让废气进出，同时防止二氧化钛元件受到外物撞击，传感器接线气进出，同时防止二氧化钛元件受到外物撞击，传感器接线端以橡胶作为密封材料，防止外界气体渗入。端以橡胶作为密封材料，防止外界气体渗入。2.2.氧传感器的结构氧传感器的结构导线导线二氧化钛元件二氧化钛元件陶瓷绝缘材料陶瓷绝缘材料接线头接线头金属外壳金属外壳陶瓷元件陶瓷元件金属保护管金属保护管 ECU提供氧传感器提供氧传感器5V的的参考电压，当混合比浓时电参考电压，当混合比浓时电阻低所得到电压较高，若混阻低所得到电压较高，若混合比较稀时电阻高所得到的合比较稀时电阻高所得到的电压较低，因此由电阻的变电压较低，因此由电阻

16、的变化即可得知当时混合比的状化即可得知当时混合比的状况，近来为了使氧化钛型氧况，近来为了使氧化钛型氧传感器有着与氧化锆型相同传感器有着与氧化锆型相同的变化，即将参考电压改成的变化，即将参考电压改成1V，其电压即成了，其电压即成了0 1 V的的范围内。范围内。空气过量系数空气过量系数 3. 3. 氧化锆式氧传感器工作原理氧化锆式氧传感器工作原理 类似于热电阻温度传感类似于热电阻温度传感器的原理。器的原理。 氧化钛式氧传感器一般安装在排气歧管或尾管上，可借氧化钛式氧传感器一般安装在排气歧管或尾管上，可借助排气高温将传感器加热至适当的工作温度。助排气高温将传感器加热至适当的工作温度。4.4.氧化钛氧

17、传感器的安装氧化钛氧传感器的安装排气歧管排气歧管 早期汽车上使用的控制空燃比氧传感器为早期汽车上使用的控制空燃比氧传感器为ZrO2固体电解固体电解质氧传感器，属于质氧传感器，属于氧浓度差电池型氧浓度差电池型，利用电池两极间的电势，利用电池两极间的电势差与两极间氧浓度比值的对数成正比的能斯特公式测定氧浓差与两极间氧浓度比值的对数成正比的能斯特公式测定氧浓度，但其存在结构复杂、价格昂贵、贵金属催化剂容易受铅度，但其存在结构复杂、价格昂贵、贵金属催化剂容易受铅毒害等缺点。毒害等缺点。 TiO2是一种良好的氧敏材料，是一种良好的氧敏材料，氧电阻式氧电阻式TiO2氧传感器因氧传感器因其结构简单、价格较低

18、、体积小、抗腐蚀、抗污染能力强、其结构简单、价格较低、体积小、抗腐蚀、抗污染能力强、经久耐用、可靠性高，不需要参比气体电极而得到了广泛的经久耐用、可靠性高，不需要参比气体电极而得到了广泛的应用。应用。三、两种氧传感器的比较三、两种氧传感器的比较 氧传感器产生故障会造成其反馈信号出现异常，从而使电氧传感器产生故障会造成其反馈信号出现异常，从而使电脑失去对混合气空燃比的调节。若混合气控制比不精确，会使脑失去对混合气空燃比的调节。若混合气控制比不精确，会使排气净化恶化，因而必须及时排除故障或更换。排气净化恶化，因而必须及时排除故障或更换。 导致氧传感器出现导致氧传感器出现故障的原因故障的原因如下：氧

19、传感器破碎失效；如下：氧传感器破碎失效；氧传感器内部进入油污或尘埃等沉积物，使传感器信号失真；氧传感器内部进入油污或尘埃等沉积物，使传感器信号失真；使用含铅汽油使传感器中毒，而使其失效；此外，传感器橡胶使用含铅汽油使传感器中毒，而使其失效；此外，传感器橡胶垫及涂剂也会使传感器失效；电加热器故障也可能造成传感器垫及涂剂也会使传感器失效；电加热器故障也可能造成传感器在发动机起动及低温时不工作。在发动机起动及低温时不工作。 四、氧传感器的故障原因四、氧传感器的故障原因德国大众在发动机实验台上运转实验氧传感器沉积物情况德国大众在发动机实验台上运转实验氧传感器沉积物情况 氧传感器一般有单线、双线、三线、

20、四线氧传感器一般有单线、双线、三线、四线4种引线形式。种引线形式。单线为氧化锆式氧传感器；单线为氧化锆式氧传感器；双线为氧化钛式氧传感器双线为氧化钛式氧传感器；三线三线和四线为氧化锆式氧传感器和四线为氧化锆式氧传感器。三线和四线的区别：三线氧传。三线和四线的区别：三线氧传感器的加热器负极和信号输出负极共用一根线，四线氧传感感器的加热器负极和信号输出负极共用一根线，四线氧传感器的加热器负极和信号负极分别各用一根线。器的加热器负极和信号负极分别各用一根线。五、氧传感器的检测五、氧传感器的检测（1）氧传感器加热器电阻的检测）氧传感器加热器电阻的检测 点火开关置于点火开关置于“OFF”，拔下氧传感器的

21、导线连接器，用，拔下氧传感器的导线连接器，用万用表万用表档测量氧传感器接线端中加热器端子与自搭铁端子档测量氧传感器接线端中加热器端子与自搭铁端子间的电阻，其电阻值应符合标准值；具体数值参见具体车型间的电阻，其电阻值应符合标准值；具体数值参见具体车型说明书。如不符合标准，应更换氧传感器。测量后，接好氧说明书。如不符合标准，应更换氧传感器。测量后，接好氧传感器线束连接器，以便作进一步的检测。传感器线束连接器，以便作进一步的检测。 测量氧传感器反馈电压时，应先拔下氧传感器线束连接测量氧传感器反馈电压时，应先拔下氧传感器线束连接器插头，对照被测车型的电路图，从氧传感器反馈电压输出器插头，对照被测车型的

22、电路图，从氧传感器反馈电压输出端引出一条细导线，然后插好连接器，在发动机运转时从引端引出一条细导线，然后插好连接器，在发动机运转时从引出线上测量反馈电压。出线上测量反馈电压。（2）氧传感器反馈电压的检测）氧传感器反馈电压的检测 使发动机以使发动机以 2500r/m 转转速运转。电压应在速运转。电压应在01V变变换如电压保持在换如电压保持在 0V或或 1V不不变，改变油门开度的办法人变，改变油门开度的办法人为地改变混合气浓度：为地改变混合气浓度：突然突然踏下油门踏板时产生浓混合踏下油门踏板时产生浓混合气，反馈电压应上升气，反馈电压应上升；突然突然松开油门时产生稀混合气，松开油门时产生稀混合气，反

23、馈电压应下降反馈电压应下降。若没有变。若没有变化，说明氧传感器已损坏，化，说明氧传感器已损坏，应更换。应更换。 在采用上述方法检测时，良好的氧化钛式氧传感器输出在采用上述方法检测时，良好的氧化钛式氧传感器输出端电压应以端电压应以2.5V为中心上下波动，否则可拆下传感器并暴露为中心上下波动，否则可拆下传感器并暴露在空气中，冷却后测量其电阻值。若阻值很大，说明传感器在空气中，冷却后测量其电阻值。若阻值很大，说明传感器良好；反之，则传感器已损坏，应予更换。良好；反之，则传感器已损坏，应予更换。 （3）氧化钛式氧传感器的检测）氧化钛式氧传感器的检测 如果测得的电压值在如果测得的电压值在0V且保持不变，

24、则需反复开、闭节且保持不变，则需反复开、闭节气门，使发动机转速变化。此时，若电压随节气门的开闭而气门，使发动机转速变化。此时，若电压随节气门的开闭而变，则表明氧传感器良好；若电压值仍为变，则表明氧传感器良好；若电压值仍为0V，则说明氧传感，则说明氧传感器已经损坏。器已经损坏。 如果测得的电压值在如果测得的电压值在1V且保持不变，则需拆去进气歧管且保持不变，则需拆去进气歧管上的一根真空软管，让混合气变稀。此时，若电压值开始变上的一根真空软管，让混合气变稀。此时，若电压值开始变化，则说明氧传感器有效，否则，说明氧传感器已损坏，应化，则说明氧传感器有效，否则，说明氧传感器已损坏，应更换。更换。第三节

25、第三节 稀薄混合比传感器稀薄混合比传感器 稀薄燃烧是指通过提高发动机内混合气的空燃比，大于稀薄燃烧是指通过提高发动机内混合气的空燃比，大于理论空燃比数值的状态下燃烧。理论空燃比是发动机的一个理论空燃比数值的状态下燃烧。理论空燃比是发动机的一个基本参数，如果要让发动机实现稀薄燃烧，就必须具备两个基本参数，如果要让发动机实现稀薄燃烧，就必须具备两个条件：很高的点火能量，空气能跟汽油充分混合。条件：很高的点火能量，空气能跟汽油充分混合。 稀薄燃烧技术的发动机混合气的汽油与空气比可达稀薄燃烧技术的发动机混合气的汽油与空气比可达1: 25以上。通用、福特、丰田、本田、日产等汽车公司先后展开以上。通用、福

26、特、丰田、本田、日产等汽车公司先后展开稀薄燃烧技术研发。随着进气口燃料喷射技术的发展和稀混稀薄燃烧技术研发。随着进气口燃料喷射技术的发展和稀混合气传感器技术的开发，精密控制空燃比已成为可能。合气传感器技术的开发，精密控制空燃比已成为可能。 进入进入90年代，三菱汽车公司研制出来的缸内直喷技术使年代，三菱汽车公司研制出来的缸内直喷技术使稀燃技术又进了一步，三菱缸内喷注汽油机稀燃技术又进了一步，三菱缸内喷注汽油机(GDI)，可令混，可令混合比达到合比达到40:1。大众的直喷汽油发动机。大众的直喷汽油发动机(FSI)，则是采用了一，则是采用了一个高压泵，汽油通过一个分流轨道个高压泵，汽油通过一个分流

27、轨道(共轨共轨)到达电磁控制的高到达电磁控制的高压喷射气门。本田最新的压喷射气门。本田最新的VTEC发动机也将采用稀燃技术。发动机也将采用稀燃技术。 稀薄混合比传感器稀薄混合比传感器应用在采用稀薄燃烧技术的发动机空应用在采用稀薄燃烧技术的发动机空燃比反馈控制系统中。这种传感器也和氧传感器一样，利用燃比反馈控制系统中。这种传感器也和氧传感器一样，利用氧化锆元件测定排气中的氧浓度，从而测定空燃比。氧化锆元件测定排气中的氧浓度，从而测定空燃比。 稀薄混合比传感器特点是能在混合气极稀薄领域中，连稀薄混合比传感器特点是能在混合气极稀薄领域中，连续地检测出稀薄燃烧区空燃比，实现稀薄领域的反馈控制。续地检测

28、出稀薄燃烧区空燃比，实现稀薄领域的反馈控制。达到降低燃料消耗的目的。达到降低燃料消耗的目的。 还有一种传感器能连续检测混合气从浓到稀的整个范围还有一种传感器能连续检测混合气从浓到稀的整个范围的空燃比，称为全范围空燃比传感器。的空燃比，称为全范围空燃比传感器。 如图为稀薄混合比传如图为稀薄混合比传感器的结构。传感器内部感器的结构。传感器内部有氧化锆陶瓷元件和加热有氧化锆陶瓷元件和加热器，它的工作原理是利用器，它的工作原理是利用传感器电极两端施加一定传感器电极两端施加一定的外加电压时其电流与排的外加电压时其电流与排气中氧浓度成正比这一特气中氧浓度成正比这一特性，可以连续地检测出稀性，可以连续地检测

29、出稀薄燃烧区域的空燃比。薄燃烧区域的空燃比。图图1 1 稀薄混合比传感器的结构稀薄混合比传感器的结构2.2.氧传感器的结构与原理氧传感器的结构与原理电流检测电阻电流检测电阻 大气侧电极大气侧电极加热圈加热圈氧化锆固体氧化锆固体电解质电解质排气侧电极排气侧电极涂层涂层护壳护壳排气排气 稀薄混合比传感器的输出特性稀薄混合比传感器的输出特性 对于稀薄混合比传感器，在电极两端施加一定电压时，对于稀薄混合比传感器，在电极两端施加一定电压时，将产生与排气中氧浓度成正比的电流，这样就可以在稀薄燃将产生与排气中氧浓度成正比的电流，这样就可以在稀薄燃烧领域连续检测出空燃比变化。所以稀薄混合比传感器与普烧领域连续

30、检测出空燃比变化。所以稀薄混合比传感器与普通氧化锆式氧传感器在工作原理上有区分。通氧化锆式氧传感器在工作原理上有区分。 丰田卡利那牌汽车上丰田卡利那牌汽车上T-LCS系统装用了稀薄混合比传感系统装用了稀薄混合比传感器，用以在稀薄混合气状态下对空燃比进行反馈控制，其系器，用以在稀薄混合气状态下对空燃比进行反馈控制，其系统的构成如图所示：统的构成如图所示：排气排气喷射信号喷射信号ECUECU独立喷射独立喷射稀薄混合比传感器稀薄混合比传感器空气空气喷油器喷油器点点火火线线圈圈 分电器分电器加热控制加热控制点火信号点火信号负压转换阀负压转换阀旋流控制阀旋流控制阀各传感器信号各传感器信号氧浓度信号氧浓度

31、信号氧化催化氧化催化 全范围空燃比传感器的结构如图所示。该传感器是利用全范围空燃比传感器的结构如图所示。该传感器是利用氧氧浓差电池原理浓差电池原理和和氧气泵氧气泵的泵电原理，能连续检测混合气从过浓的泵电原理，能连续检测混合气从过浓到理论空燃比再到稀薄状态整个过程的一种传感器。到理论空燃比再到稀薄状态整个过程的一种传感器。 第四节第四节 全范围空燃比传感器全范围空燃比传感器 当混合气过浓时，氧泵当混合气过浓时，氧泵就会吸入就会吸入O2到测定室中；而到测定室中；而当排放气比混合气空燃比稀当排放气比混合气空燃比稀薄时，则从测定室中放出薄时，则从测定室中放出O2到排气中去。全范围空燃比到排气中去。全范

32、围空燃比就是利用这一特点用氧气泵就是利用这一特点用氧气泵供给出人测定室的供给出人测定室的O2，使排，使排放气保持在理论空燃比上。放气保持在理论空燃比上。这样就通过测定氧泵的电流这样就通过测定氧泵的电流值值 I，来测定排放气体中的，来测定排放气体中的空燃比空燃比A/F。全范围空燃比传感器原理全范围空燃比传感器原理 氧泵就是利用氧化锆传感器的反作用原理，将电流施加氧泵就是利用氧化锆传感器的反作用原理，将电流施加于氧化锆组件上，这样会造成氧离子的移动，把排气中的氧于氧化锆组件上，这样会造成氧离子的移动，把排气中的氧泵入测试腔当中，使感应室两侧的电压值维持在泵入测试腔当中，使感应室两侧的电压值维持在4

33、50mv这个这个施加在泵氧元上变化的电流，才是我们要的氧含量信号。施加在泵氧元上变化的电流，才是我们要的氧含量信号。 混合气空燃比在过浓一侧为负电流，在稀薄一侧为正电混合气空燃比在过浓一侧为负电流，在稀薄一侧为正电流，当理论空燃比流，当理论空燃比A/F为为14.7时，电流值为零，即可连续测时，电流值为零，即可连续测量出空燃比。量出空燃比。 污染：香烟烟雾、灰尘等烟尘污染。污染：香烟烟雾、灰尘等烟尘污染。措施：烟浓度传感器与空气净化器配套使用。检测烟雾，净化措施：烟浓度传感器与空气净化器配套使用。检测烟雾，净化器自动运转，否则停转，总是保持乘员室内空气处于净化状态。器自动运转，否则停转，总是保持

34、乘员室内空气处于净化状态。第五节第五节 烟度浓度传感器烟度浓度传感器 烟雾进口烟雾进口光电型散射光式烟度浓度传感器结构光电型散射光式烟度浓度传感器结构光敏元件光敏元件发光元件发光元件电路部分电路部分光典型散射式烟度浓度传感器的结构：光典型散射式烟度浓度传感器的结构：发光元件；光敏元件；信号处理电路发光元件；光敏元件；信号处理电路光敏元件光敏元件发光元件发光元件工工作作电电路路烟粒子烟粒子香烟香烟细缝细缝工作原理：工作原理：发光元件间歇的发出不可见的红外光。发光元件间歇的发出不可见的红外光。无烟雾时，红外光射不到光敏元件上，电路不工作；无烟雾时，红外光射不到光敏元件上，电路不工作；有烟雾时，烟粒

35、子对红外光进行漫反射，光敏元件接有烟雾时，烟粒子对红外光进行漫反射，光敏元件接受到红外光，电路工作，启动空气净化器内的鼓风机受到红外光，电路工作，启动空气净化器内的鼓风机电机旋转。电机旋转。发光发光电路电路光敏光敏电路电路脉冲脉冲振荡振荡电路电路修正修正电路电路放大放大同步同步电路电路延迟延迟定时定时电路电路信号信号判别判别电路电路烟度浓度传感器的内部电路烟度浓度传感器的内部电路电路工作原理：电路工作原理：脉冲振荡电路：保证收发光同步，防止外界光干扰。脉冲振荡电路：保证收发光同步，防止外界光干扰。延时定时电路：检测烟雾后，鼓风机一次连续工作至少延时定时电路：检测烟雾后，鼓风机一次连续工作至少2

36、分钟。分钟。丰田公司马克丰田公司马克型汽车就装用了烟浓度传感器，检测到烟雾型汽车就装用了烟浓度传感器，检测到烟雾污染就自动接通空气净化器使其工作。污染就自动接通空气净化器使其工作。车内空气净化系统的构成：车内空气净化系统的构成：空气滤清器本体、控制开关、烟度浓度传感器空气滤清器本体、控制开关、烟度浓度传感器烟雾浓度传感器的外观：本体（设置有许多细缝）烟雾浓度传感器的外观：本体（设置有许多细缝）+盖板盖板当烟雾浓度达到当烟雾浓度达到0.3%m-3,即抽即抽12根香烟时，即可使烟度根香烟时，即可使烟度浓度传感器动作，此外还设有灵敏度调整按钮以调整传感浓度传感器动作，此外还设有灵敏度调整按钮以调整传

37、感器的灵敏度。器的灵敏度。滤清器滤清器除除臭臭盒盒鼓风电动机及风扇鼓风电动机及风扇风风扇扇细缝细缝滤清器滤清器外壳外壳格栅格栅鼓风电动机鼓风电动机调速电阻调速电阻空气净化器本体的结构：空气净化器本体的结构： 鼓风机电动机、风扇、滤清器、调速电阻、壳体。鼓风机电动机、风扇、滤清器、调速电阻、壳体。滤清器采用加活性炭的滤纸式结构，在滤清器侧面塑料盒内放有中和除臭剂，滤清器采用加活性炭的滤纸式结构，在滤清器侧面塑料盒内放有中和除臭剂，目的是增大除臭作用。目的是增大除臭作用。鼓风电动机旋转时带动风扇旋转，在吸风口处把灰尘、烟雾等吸入，把经滤鼓风电动机旋转时带动风扇旋转，在吸风口处把灰尘、烟雾等吸入，把

38、经滤清器过滤、除臭的空气在出风口处吹响乘员室内。清器过滤、除臭的空气在出风口处吹响乘员室内。自动空气净化系统电路自动空气净化系统电路第六节第六节 柴油机烟度传感器柴油机烟度传感器在采用电子控制式柴油机上，广泛采用一种可以连续测量在采用电子控制式柴油机上，广泛采用一种可以连续测量柴油机排烟的传感器，用它来检测发动机排放气体中形成柴油机排烟的传感器，用它来检测发动机排放气体中形成的碳烟和未燃烧的碳粒，并把表示碳烟存在的电信号输人的碳烟和未燃烧的碳粒，并把表示碳烟存在的电信号输人电子控制单元电子控制单元ECU，ECU根据烟度信号调节空气和柴油的根据烟度信号调节空气和柴油的供给量，以达到完全燃烧减少碳

39、烟。该传感器头是由绝缘供给量，以达到完全燃烧减少碳烟。该传感器头是由绝缘材料和两个贵金属电极组成，暴露在烟气中的电极周围涂材料和两个贵金属电极组成，暴露在烟气中的电极周围涂有强化催化剂材料，使沉积在电极上的碳能迅速被氧化，有强化催化剂材料，使沉积在电极上的碳能迅速被氧化，保持电极清洁，满足连续测量的要求。保持电极清洁，满足连续测量的要求。 工作原理图：传感器的感应头由工作原理图：传感器的感应头由绝缘体绝缘体1、电极、电极2和催化剂和催化剂3组成。组成。绝缘体中埋有两个电极，电极下绝缘体中埋有两个电极，电极下端伸出绝缘体，两电极之间保持端伸出绝缘体，两电极之间保持很小的缝隙，并涂有绝缘强催化很小

40、的缝隙，并涂有绝缘强催化剂，电极上端连接直流电源，图剂，电极上端连接直流电源，图中中A为电流表，表盘上标有对应为电流表，表盘上标有对应的烟度值，的烟度值，A1、A2与与ECU相连。相连。 柴油机烟度传感器的工作原理图柴油机烟度传感器的工作原理图绝缘体绝缘体电极电极催化剂催化剂缝隙缝隙当感应头连接到电路中时，由于电极当感应头连接到电路中时，由于电极之间的电阻很大，电流表之间的电阻很大，电流表A无电流指无电流指示或指示很微小的电流，当感应头插示或指示很微小的电流，当感应头插人烟气中时，缝隙中充满了碳烟，形人烟气中时，缝隙中充满了碳烟，形成碳桥，电极之间的电阻就发生变化，成碳桥，电极之间的电阻就发生变化，碳烟少电阻大，碳烟多电阻小，电流碳烟少电阻大，碳烟多电阻小，电流表的读数随碳烟的多少相应变化。所表的读数随碳烟的多少相应变化。所以，在以，在ECU系统中，系统中，ECU输出的电信输出的电信号也随碳烟的多少作相应变化。在传号也随碳烟的多少作相应变化。在传感头的电极涂有强催化剂，加上烟气感头的电极涂有强催化剂，加上烟气中有充足的氧气存在，沉积在电极上中有充足的氧气存在，沉积在电极上的碳烟能迅速氧化，不会因电极上的的碳烟能迅速氧化，不会因电极上的碳烟堆积而使测