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氧传感器的结构和工作原理

发布日期:2020-08-25 22:32

  1. 氧传感器的功用与类型 排气中的氧传感器浓度可以反映空燃比的大小, 所以在电子控制燃油喷射系 统中广泛使用氧传感器。氧传感器将检测到的氧气浓度反馈给 ECU,ECU 根据此信号判断空燃比是否偏离理论值,若偏离则调节喷油量,使空燃比控 制在理论允许的范围之内。 常见的氧传感器有二氧化锆和二氧化钛型氧传感器两种。 2. 二氧化锆氧传感器 (1) 结构 二氧化锆型氧传感器由二氧化锆管、起电极作用的衬套,以及防止二氧化锆 管损坏和导入汽车的带孔护罩等构成,如图一所示。 图一 二氧化锆氧传感器 (2) 工作原理 氧传感器安装于排气管上,二氧化锆的管内、外表面均涂有薄薄的一层铂, 铂既起到电极的作用,又具有催化的作用。二氧化锆管内侧通大气,并且保 持氧浓度不变,外侧直接与氧浓度较低的排气相抵触。工作时,在排气高温 作用下,氧气发生分离,由于锆管内侧氧离子浓度高,外侧氧在两个表面电 极有氧浓度差, 氧离子就从浓度高的一侧向低的一侧流动, 从而产生电动势, 所以二氧化锆传感器实际为一种容量较小的化学电池,也称氧浓度差电池。 当混合气稀(空燃比大)时,排气中的氧含量高,传感器元件内、外侧氧浓 度差小,氧化锆元件内、外侧两电极之间产生的电压很低(接近于 0V) ; 当混合气浓(空燃比小)时,排气中几乎没有氧,传感器内、外侧氧浓度差 很大,内、外侧电极之间产生的电压高(约 1V)。在理论空燃比附近,氧传 感器输出电压信号值有一突变,如图二所示。 图二 氧传感器的输出特性 二氧化锆管内外涂有铂起催化作用,能使排气中氧气与一氧化碳、碳化氢等 发生反应,减少排气中氧含量,使外侧铂表面的氧几乎不存在,提高了传感 器的灵敏度。 氧传感器的输出特性与排气温度有关,二氧化锆式氧传感器的工作温度在 300℃以上。当排气温度低于一定值(约 300℃)时,氧传感器的输出特性 不稳定,因此氧传感器一般都安装在排气温度较高的位置。如图三所示。 图三 氧传感器的安装位置 为此, 有些车上海装有排气温度传感器,当排气温度传感器的信号达到一定 值后,控制单元才根据氧传感器的信号进行空燃比反馈修正。 3.二氧化钛氧传感器 二氧化钛氧传感器是利用半导体材料二氧化钛的电阻值, 随排气中氧含量的 变化而变化的特性制成的, 属于电阻型氧传感器。在常态下此传感器具有高 电阻值;二氧化钛在表面缺氧时,sunbet,电阻值降低。其结构图如图四所示。 图四 氧化钛型氧传感器的结构 当混合气较稀时,排气中氧含量多,氧浓度高,二氧化钛呈高阻状态;当混 合气较浓时,排气中氧含量低,二氧化钛的电阻大大降低。其电阻值的变化 在理论空然比附近发生突变,如图五所示。 图五 二氧化钛传感器的输出特性 二氧化钛的电阻受温度影响较大,所以在电路中一般接有热敏电阻 Rt,起 到温度补偿作用。