8汽车气体传感器

气体浓度度传感器器的结构构、原理理与检测测汽车传感器第一节概概述第二节氧氧传感感器第三节稀稀薄混混合比传传感器第四节全全范围围空燃比比传感器器第五节烟烟度浓浓度传感感器第六节柴柴油机机烟度传传感器第一节概概述述氧传感器器用于发动动机电控控燃油喷喷射系统统中，检检测发动动机排放放气体中中氧的含含量来获获得混合合气的空空燃比信信息，输输入到ECU实实现空燃燃比反馈馈控制。。稀薄混合合比传感感器用于稀薄薄燃烧发发动机空空燃比反反馈控制制系统中中，检测测出稀薄薄燃烧区区空燃比比信息，，输入到到ECU实现发发动机稀稀薄燃烧烧。全范围空空燃比传传感器是一种传传感器能能连续检检测混合合气从浓浓到稀的的整个范范围的空空燃比。。烟尘浓度度传感器器用于驾驶驶室内空空气净化化装置中中，检测测烟雾浓浓度的信信息，输输入到空空气净化化装置控控制电路路，实现现空气净净化控制制。排烟传感感器用于柴油油机电子子控制系系统中，，检测发发动机排排气中形形成的烟烟炭或未未燃烧的的炭颗粒粒的信息息，输入入到ECU调节节空气与与燃油的的供给，，以减少少排气中中的黑烟烟。第二节氧氧传感感器为降低汽汽车尾气气排放污污染，目目前汽车车发动机机的排气气管上普普遍安装装了三元元催化转转化器，，它能净净化排气气中的CO、HO和NOx三三种有害害气体的的成分。。1）三元元催化转转化器对对发动机机在接近近理论空空燃比的的范围燃燃烧的排气有较较好的净净化作用用；2）催化化剂最适适合的工工作温度度是400~800℃℃，过高高的温度度使催化剂过早早老化，，缩短使使用寿命命；3）发动动机窜机机油会降降低催化化剂活性性；4）燃烧烧含铅油油，铅颗颗粒随废废气排放放会覆盖盖在催化化剂表面面，使催化剂剂作用用面积积减少少，降降低催催化器器的转转换效效率；；影响三三元催催化转转化器器净化化排气气的效效率因因素2.氧氧传传感器器的种种类汽车上采用用的氧传感感器有两种种：氧化钛（TiO2）式氧传感感器，本身身带有一个个电加热器器；氧化锆（ZrO2）式氧传感感器，热型型氧传感器器和非加热热型氧传感感器。检测排放气气体中氧的的含量来获获得发动机机燃烧的混混合气空燃燃比信号，，并将检测测结果转变变成电压信信号输入ECU，ECU根据据氧传感器器输人的信信号，对喷喷油量进行行修正，使使混合气浓浓度保持在在理想范围围内，实现现空燃比的的反馈控制制。1.氧传传感器的作作用由于混合气气的空燃比比对三元催催化转化器器净化效率率有明显影影响，就需需要检测排排气中的氧氧浓度信号号，以控制制混合气的的空燃比。。氧传感器器就是排气气中的氧浓浓度的传感感器。氧化锆是一种固态态电解质，在高温下（（高于300℃）呈现离子子导电现象象。在氧化锆两两侧面分别别烧结铂电电极，在一一定温度下下，当电解解质两侧氧氧浓度不同同时，高浓浓度侧的铂铂电极正电电，低氧浓浓度侧铂极极带负电。。使两侧的电电极间产生生了电位差差，即气体体的氧电势势。该电势势与氧化锆两侧侧的氧浓度和气体温度成正比。实实际应用用中，若在在氧传感器探头中，其其高浓度侧侧气体（如如空气）氧氧浓度已知知，作为参参比气，如如能测出氧氧探头的输输出电势E和被测气气体的绝对对温度T，即可算出出被测气体体的氧浓度度。1.氧化锆锆氧传感器器的测氧原原理一、氧化锆锆式氧传感感器的结构构、原理空气氧浓度度约20.6%，则则有以空气气为参比气气的能斯特公式式：E=0.0215Tln（0.2059／废气氧浓度度）E—氧传感器输出电动势势；T—被测气体体的绝对温温度。如图氧化锆锆式氧传感感器的基本本元件是专专用陶瓷体体制成管状状锆管，固固定在带有有安装螺纹纹的固定套套中。锆管管内、外表表面装有透透气铂电极极，配有护护管及电接接头，其内内表面与大大气相通，，外表面与与废气相通通，外表面面还加装了了一个防护护套管，套套管上开有有通气槽。。导入废气保护管套排气管废气锆管铂电极弹簧引线绝缘支架导线空气进气槽排气管2.氧传感感器的结构构氧化锆式传传感器安装装结构简图图及工作原原理废气大气陶瓷体防护层排气管陶瓷体铂电极电极引线点电极引线点锆管的陶陶瓷体是是多孔的的，允许许氧渗入入该固体体电解质质内，温温度较高高时(高高于300℃)，氧气气发生电电离。当当锆管内内表面的的大气与与外表面面的废气气氧气浓浓度不同同，就会会在两个个电极产产生电位位差，含含氧量高高的一侧侧为高电电位。3.氧氧化锆式式氧传感感器工作作原理当混合气气稀时，，排气中中含氧多多，两侧侧浓度差差小，只只产生小小的电压压；反之之，混合合气浓时时，产生生高电压压。传感感器的电电压输出出特性如如图所示示。根据所测测电压值值就可测测量氧传传感器外外表面废废气的含含氧量，，而发动动机废气气排放中中的氧含含量主要要取决于于混合气气的空燃燃比，因因此，ECU根根据氧传传感器输输入的电电信号分分析汽油油的燃烧烧状况，，以便及及时修正正喷油量量，使空空燃比处处于理想想状况，，即=1。所以这种种传感器器又称为为空燃比比传感器器或传感器。。氧化锆式式传感器器电压输输出特性性浓稀理论空燃比氧传感器器安装在在发动机机的排气气管上。。氧传感器器被安装装在发动动机的排排气管，，直接与与高温排排放废气气接触。。因此，，氧传感感器密封封要求具具有良好好的耐热热性。4.氧氧化锆式式氧传感感器安装装氧化钛式式氧传感感器是利利用二氧氧化钛(TiO2)材料料的电阻阻值随排排气中氧氧含量的的变化而而变化的的特性构构成的，，故又称称为电阻阻型氧传传感器。。氧化钛在在某个温温度以上上钛与氧氧的结合合微弱，，在氧气气极少的的情况下下就必须须放弃氧氧气，因因此缺氧氧而形成成低电阻阻的氧化化半导体体。相反反的，若若氧气较较多，则则形成高高电阻的的状态。。此种现现象与温温度和氧氧含量有有关，因因此，欲欲将二氧氧化钛在在300～900℃的的排气温温度中连连续使用用，必须须作温度度补偿。。利用氧化化钛式氧氧传感器器电阻随随含氧量量变化来来判断混混合气浓浓度。当当混合气气浓度高高时，则则排气中中含氧量量少，传传感器电电阻低；；反之亦亦然。二、氧化化钛式氧氧传感器器的结构构、原理理1.氧化化钛氧传传感器的的测氧原原理如图为氧氧化钛式式氧传感感器的结结构示意意图，有有两个二二氧化钛钛元件，，一个是是具有多多孔性二二氧化钛钛陶瓷的的用来感感测排气气中氧含含量的，，另一个个为实心心二氧化化钛陶瓷瓷，用作作加热调调节，补补偿温度度误差。。传感器器用具有有孔槽的的金属管管作为防防护套，，让废气气进出，，同时防防止二氧氧化钛元元件受到到外物撞撞击，传传感器接接线端以以橡胶作作为密封封材料，，防止外外界气体体渗入。。2.氧传传感器的的结构导线二氧化钛元件陶瓷绝缘材料接线头金属外壳陶瓷元件金属保护管ECU提提供氧传传感器5V的参参考电压压，当混混合比浓浓时电阻阻低所得得到电压压较高，，若混合合比较稀稀时电阻阻高所得得到的电电压较低低，因此此由电阻阻的变化化即可得得知当时时混合比比的状况况，近来来为了使使氧化钛钛型氧传传感器有有着与氧氧化锆型型相同的的变化，，即将参参考电压压改成1V，其其电压即即成了0~1V的的范围内内。空气过量系数3.氧化锆锆式氧传感器器工作原理类似于热电阻阻温度传感器器的原理。氧化钛式氧传传感器一般安安装在排气歧歧管或尾管上上，可借助排排气高温将传传感器加热至至适当的工作作温度。4.氧化钛氧氧传感器的安安装排气歧管早期汽车上使使用的控制空空燃比氧传感感器为ZrO2固体电解质氧氧传感器，属属于氧浓度差电池池型，利用电池两两极间的电势势差与两极间间氧浓度比值值的对数成正正比的能斯特特公式测定氧氧浓度，但其其存在结构复复杂、价格昂昂贵、贵金属属催化剂容易易受铅毒害等等缺点。TiO2是一种良好的的氧敏材料，，氧电阻式TiO2氧传感器因其其结构简单、、价格较低、、体积小、抗抗腐蚀、抗污污染能力强、、经久耐用、、可靠性高，，不需要参比比气体电极而而得到了广泛泛的应用。三、两种氧传传感器的比较较氧传感器产生生故障会造成成其反馈信号号出现异常，，从而使电脑脑失去对混合合气空燃比的的调节。若混混合气控制比比不精确，会会使排气净化化恶化，因而而必须及时排排除故障或更更换。导致氧传感器器出现故障的原因如下：氧传感感器破碎失效效；氧传感器器内部进入油油污或尘埃等等沉积物，使使传感器信号号失真；使用用含铅汽油使使传感器中毒毒，而使其失失效；此外，，传感器橡胶胶垫及涂剂也也会使传感器器失效；电加加热器故障也也可能造成传传感器在发动动机起动及低低温时不工作作。四、氧传感器器的故障原因因德国大众在发发动机实验台台上运转实验验氧传感器沉沉积物情况氧传感器一般般有单线、双双线、三线、、四线4种引引线形式。单单线为氧化锆锆式氧传感器器；双线为氧化钛钛式氧传感器器；三线和四线为为氧化锆式氧氧传感器。三线和四线线的区别：三三线氧传感器器的加热器负负极和信号输输出负极共用用一根线，四四线氧传感器器的加热器负负极和信号负负极分别各用用一根线。五、氧传感器器的检测（1）氧传感感器加热器电电阻的检测点火开关置于于“OFF””，拔下氧传传感器的导线线连接器，用用万用表Ω档档测量氧传感感器接线端中中加热器端子子与自搭铁端端子间的电阻阻，其电阻值值应符合标准准值；具体数数值参见具体体车型说明书书。如不符合合标准，应更更换氧传感器器。测量后，，接好氧传感感器线束连接接器，以便作作进一步的检检测。测量氧氧传感感器反反馈电电压时时，应应先拔拔下氧氧传感感器线线束连连接器器插头头，对对照被被测车车型的的电路路图，，从氧氧传感感器反反馈电电压输输出端端引出出一条条细导导线，，然后后插好好连接接器，，在发发动机机运转转时从从引出出线上上测量量反馈馈电压压。（2））氧传传感器器反馈馈电压压的检检测使发动动机以以2500r/m转转速运运转。。电压压应在在0～～1V变换换如电电压保保持在在0V或或1V不不变，，改变变油门门开度度的办办法人人为地地改变变混合合气浓浓度：：突然踏踏下油油门踏踏板时时产生生浓混混合气气，反反馈电电压应应上升升；突然松松开油油门时时产生生稀混混合气气，反反馈电电压应应下降降。若没没有变变化，，说明明氧传传感器器已损损坏，，应更更换。。在采用用上述述方法法检测测时，，良好好的氧氧化钛钛式氧氧传感感器输输出端端电压压应以以2.5V为中中心上上下波波动，，否则则可拆拆下传传感器器并暴暴露在在空气气中，，冷却却后测测量其其电阻阻值。。若阻阻值很很大，，说明明传感感器良良好；；反之之，则则传感感器已已损坏坏，应应予更更换。。（3））氧化化钛式式氧传传感器器的检检测如果测测得的的电压压值在在0V且保保持不不变，，则需需反复复开、、闭节节气门门，使使发动动机转转速变变化。。此时时，若若电压压随节节气门门的开开闭而而变，，则表表明氧氧传感感器良良好；；若电电压值值仍为为0V，则则说明明氧传传感器器已经经损坏坏。如果测测得的的电压压值在在1V且保保持不不变，，则需需拆去去进气气歧管管上的的一根根真空空软管管，让让混合合气变变稀。。此时时，若若电压压值开开始变变化，，则说说明氧氧传感感器有有效，，否则则，说说明氧氧传感感器已已损坏坏，应应更换换。第三节节稀稀薄薄混合合比传传感器器稀薄燃燃烧是是指通通过提提高发发动机机内混混合气气的空空燃比比，大大于理理论空空燃比比数值值的状状态下下燃烧烧。理理论空空燃比比是发发动机机的一一个基基本参参数，，如果果要让让发动动机实实现稀稀薄燃燃烧，，就必必须具具备两两个条条件：：很高高的点点火能能量，，空气气能跟跟汽油油充分分混合合。稀薄燃燃烧技技术的的发动动机混混合气气的汽汽油与与空气气比可可达1:25以上。。通用用、福福特、、丰田田、本本田、、日产产等汽汽车公公司先先后展展开稀稀薄燃燃烧技技术研研发。。随着着进气气口燃燃料喷喷射技技术的的发展展和稀稀混合合气传传感器器技术术的开开发，，精密密控制制空燃燃比已已成为为可能能。进入90年代，三三菱汽车车公司研研制出来来的缸内内直喷技技术使稀稀燃技术术又进了了一步，，三菱缸缸内喷注注汽油机机(GDI)，可令令混合比比达到40:1。大众的直直喷汽油发发动机(FSI)，则是采采用了一个个高压泵，，汽油通过过一个分流流轨道(共共轨)到达达电磁控制制的高压喷喷射气门。。本田最新新的VTEC发动机也将将采用稀燃燃技术。稀薄混合比比传感器应用在采用用稀薄燃烧烧技术的发发动机空燃燃比反馈控控制系统中中。这种传传感器也和和氧传感器器一样，利利用氧化锆锆元件测定定排气中的的氧浓度，，从而测定定空燃比。。稀薄混合比比传感器特特点是能在在混合气极极稀薄领域域中，连续续地检测出出稀薄燃烧烧区空燃比比，实现稀稀薄领域的的反馈控制制。达到降降低燃料消消耗的目的的。还有一种传传感器能连连续检测混混合气从浓浓到稀的整整个范围的的空燃比，，称为全范范围空燃比比传感器。。如图为稀薄薄混合比传传感器的结结构。传感感器内部有有氧化锆陶陶瓷元件和和加热器，，它的工作作原理是利利用传感器器电极两端端施加一定定的外加电电压时其电电流与排气气中氧浓度度成正比这这一特性，，可以连续续地检测出出稀薄燃烧烧区域的空空燃比。图1稀薄薄混合比传传感器的结结构2.氧传感感器的结构构与原理电流检测电阻

大气侧电极加热圈氧化锆固体电解质排气侧电极涂层护壳排气稀薄混合比比传感器的的输出特性性对于稀薄混混合比传感感器，在电电极两端施施加一定电电压时，将将产生与排排气中氧浓浓度成正比比的电流，，这样就可可以在稀薄薄燃烧领域域连续检测测出空燃比比变化。所所以稀薄混混合比传感感器与普通通氧化锆式式氧传感器器在工作原原理上有区区分。丰田田卡卡利利那那牌牌汽汽车车上上T-LCS系系统统装装用用了了稀稀薄薄混混合合比比传传感感器器，，用用以以在在稀稀薄薄混混合合气气状状态态下下对对空空燃燃比比进进行行反反馈馈控控制制，，其其系系统统的的构构成成如如图图所所示示：：排气喷射信号ECU独立喷射稀薄混合比传感器空气喷油器点火线圈

分电器加热控制点火信号负压转换阀旋流控制阀各传感器信号氧浓度信号氧化催化全范范围围空空燃燃比比传传感感器器的的结结构构如如图图所所示示。。该该传传感感器器是是利利用用氧浓差电池原原理和氧气泵的泵电原理，，能连续检测测混合气从过过浓到理论空空燃比再到稀稀薄状态整个个过程的一种种传感器。第四节全范范围空燃比传传感器当混合气过浓浓时，氧泵就就会吸入O2到测定室中；；而当排放气气比混合气空空燃比稀薄时时，则从测定定室中放出O2到排气中去。。全范围空燃燃比就是利用用这一特点用用氧气泵供给给出人测定室室的O2，使排放气保保持在理论空空燃比上。这这样就通过测测定氧泵的电电流值I，，来测定排放放气体中的空空燃比A/F。全范围空燃比比传感器原理理氧泵就是利用用氧化锆传感感器的反作用用原理，将电电流施加于氧氧化锆组件上上，这样会造造成氧离子的的移动，把排排气中的氧泵泵入测试腔当当中，使感应应室两侧的电电压值维持在在450mv这个施加在在泵氧元上变变化的电流，，才是我们要要的氧含量信信号。混合气空燃比比在过浓一侧侧为负电流，，在稀薄一侧侧为正电流，，当理论空燃燃比A/F为为14.7时时，电流值为为零，即可连连续测量出空空燃比。烟尘浓度传感感器用于车内内空气净化装装置中，该传传感器通过检检测烟雾浓度度，可使空气气净化器自动动运转或停止止，从而达到到净化驾驶室室内空气的目目的。第五节烟度度浓度传感器器烟雾进口光电型散射光光式烟度浓度度传感器结构构光敏元件发光元件电路部分1.传感器的的结构光电型散射光光式烟度浓度度传感器的工工作原理光敏元件发光元件工作电路烟粒子香烟细缝2.传感器的的原理发光元件间歇歇的发出不可可见的红外光光。有烟雾时时，烟粒子对对红外光进行行漫反射，光光敏元件接受受到红外光，，电路工作，，启动空气净净化器内的鼓鼓风机电机旋旋转；无烟雾雾时，红外光光射不到光敏敏元件上，电电路不工作。。发光电路光敏电路脉冲振荡电路修正电路放大同步电路延迟定时电路信号判别电路3.烟烟度浓浓度传传感器器的内内部电电路脉冲振振荡电电路：：保证证收发发光同同步，，防止止外界界光干干扰。。延时定定时电电路：：检测测烟雾雾后，，鼓风风机一一次连连续工工作至至少2分钟钟。丰田公司司马克ⅡⅡ型汽汽车就装装用了烟烟浓度传传感器，，检测到到烟雾污污染就自自动接通通空气净净化器使使其工作作。如图图所示其其车内空空气净化化系统的的构成。。空气滤清器本体烟雾传感器控制开关吸入口排出口如图所示示为烟雾雾浓度传传感器的的外观，，当烟雾雾浓度达达到0.3%·m-3，即抽1~2根香香烟时，，即可使使烟度浓浓度传感感器动作作，此外外还设有有灵敏度度调整按按钮以调调整传感感器的灵灵敏度。。细缝灵敏度调整电位器细缝本体罩盖滤清器除臭盒鼓风电动机及风扇风扇细缝滤清器外壳格栅鼓风电动机调速电阻如图所示示为空气气净化器器本体结结构，滤滤清器为为加有活活性炭的的滤纸式式结构，，在滤清清器侧面面塑料盒盒内放有有中和除除臭剂。。鼓风电电动机带带动风扇扇旋转，，在吸风风口处把把车内的的灰尘、、烟雾等等吸入，，把经滤滤清器过过滤、除除臭的空空气在出出风口处处吹到车车内。自动空气净净化系统电电路第六节柴柴油机烟度度传感器柴油机烟度度传感器用用于检测发动机机排气中形形成的烟炭炭或未燃烧烧的炭颗粒粒，并将其其信号反馈馈给电子控控制单元，，电子控制制装置发出出指令，自自动调节空空气与燃油油的供给，，使柴油完完全燃烧以以减少排气气中的黑烟烟。目前在柴油油机电子控控制系统中中，广泛采采用一种可可以连续测测量柴油机机排烟的传传感器，用用它来检测测发动机排排放气体中中形成的碳碳烟和未燃燃烧的碳粒粒，并把表表示碳烟存存在的电信信号输人电电子控制单单元ECU，ECU根据烟度度信号调节节空气和柴柴油的供给给量，以达达到完全燃燃烧减少碳碳烟。该传传感器头是是由绝缘材材料和两个个贵金属电电极组成，，暴露在烟烟气中的电电极周围涂涂有强化催催化剂材料料，使沉积积在电极上上的碳能迅迅速被氧化化，保持电电极清洁，，满足连续续测量的要要求。感应应头头装在在金属属体体中，，通通过过中间间体体与接线线盒盒连接接，，金金属属体体下下端端的的螺螺纹纹便便于于传传感感器器安安装装在在排排气气管管上上。。中间体金属体其他金属丝感应头本体焊点缝隙催化剂铂丝陶瓷粉末与粘合剂接线盒烟度传感器的的结构1.度传感器器的结构传感器感应头头的结构：用氧化铝作成成陶瓷体感应头本体；电极用金属属铂