氧化锆式氧传感器课件

第六节第六节 氧传感器氧传感器Exhaust Gas Oxygen SensorExhaust Gas Oxygen Sensor，EGOEGO 【作用【作用】氧传感器是用来检测排气管中氧传感器是用来检测排气管中氧气的浓度，并将氧气浓度信号转变成氧气的浓度，并将氧气浓度信号转变成电子信号输送给发动机控制模块，作为电子信号输送给发动机控制模块，作为判定混合气浓度并对混合气浓度进行修判定混合气浓度并对混合气浓度进行修正的重要参考信号。正的重要参考信号。【目的目的】采用氧传感器的最终目的是为采用氧传感器的最终目的是为了提高发动机的排放性能。了提高发动机的排放性能。【安装位置【安装位置】排气管上排气管上 【分类【分类】按检测按检测A/FA/F范围分范围分 窄带式窄带式 氧化锆（氧化锆（ZrO2ZrO2）式）式 氧化钛（氧化钛（TiO2TiO2）式）式 宽带式宽带式一、氧化锆式氧传感器（窄带式）一、氧化锆式氧传感器（窄带式）SANTANASANTANA氧传感器氧传感器JETTAJETTA氧传感器的外型氧传感器的外型宝来六线式氧传感器宝来六线式氧传感器的外型的外型1 1、结构、结构由陶瓷二氧化锆管、由陶瓷二氧化锆管、防护罩、电极等组成。防护罩、电极等组成。2 2、工作原理、工作原理二氧化锆固体电解质二氧化锆固体电解质U U型管，安装在带有型管，安装在带有螺丝的固定套中，内螺丝的固定套中，内表面与大气相通，外表面与大气相通，外表面与废气相通，安表面与废气相通，安装于排气管上，锆管装于排气管上，锆管的陶瓷体是多孔的，的陶瓷体是多孔的，允许氧渗入该固体电允许氧渗入该固体电解质内。解质内。温度较高时，氧气分子温度较高时，氧气分子发生电离变成氧离子，发生电离变成氧离子，若陶瓷体内（大气）外若陶瓷体内（大气）外（废气）侧氧离子含量（废气）侧氧离子含量不一致，即存在浓度差不一致，即存在浓度差时，在固体电解质内部时，在固体电解质内部氧离子从大气一侧向排氧离子从大气一侧向排气一侧扩散，锆管元件气一侧扩散，锆管元件成了一个微电池，在锆成了一个微电池，在锆管两铂极间产生电压。管两铂极间产生电压。当混合气稀时，排气当混合气稀时，排气中所含氧多，两侧氧中所含氧多，两侧氧浓度差小，只产生小浓度差小，只产生小的电压；当混合气浓的电压；当混合气浓时，排气中氧含量少，时，排气中氧含量少，两电极间产生较大的两电极间产生较大的电压。电压。(1)(1)氧传感器产生的氧传感器产生的电压将在理想空燃比电压将在理想空燃比14.714.7时产生突变，稀时产生突变，稀混合气时，氧传感器混合气时，氧传感器输出电压几乎为零，输出电压几乎为零，一般为一般为0.1V0.1V，浓混合，浓混合气时，氧传感器输出气时，氧传感器输出电压去接近电压去接近1V1V或或0.9V0.9V。3 3、信号特性、信号特性（2 2）ECUECU如何根据信号电压识别空燃比，如何根据信号电压识别空燃比，控制喷油？控制喷油？大于大于0.45V0.45V ，ECUECU控制控制减油减油；小于；小于0.45V0.45V，ECUECU控制控制增油增油。维持空燃比。维持空燃比14.714.7。4 4、工作条件、工作条件v发动机水温高于发动机水温高于6060v传感器自身温度高于传感器自身温度高于300300v中等负荷工况形成闭环控制中等负荷工况形成闭环控制 （在中等负荷工况时（在中等负荷工况时ECUECU根据输出信号根据输出信号对喷油量进行修正，其他工况采用开环对喷油量进行修正，其他工况采用开环控制）控制）二、氧化钛式氧传感器二、氧化钛式氧传感器1 1、结构组成、结构组成二氧化钛元件金属外壳陶瓷绝缘体接线端子陶瓷元件导线金属保护套 由二氧化钛元件、导线、金属外壳和由二氧化钛元件、导线、金属外壳和接线端子等。接线端子等。2 2、工作原理（电阻型氧传感器）、工作原理（电阻型氧传感器）在排气管中氧气浓度发生变化的时候，氧在排气管中氧气浓度发生变化的时候，氧传感器的电阻将发生变化（氧含量少，电阻下传感器的电阻将发生变化（氧含量少，电阻下降），发动机控制模块根据传感器两端的电压降），发动机控制模块根据传感器两端的电压降来判定混合气的浓度，进而对混合气的浓度降来判定混合气的浓度，进而对混合气的浓度进行适当的调整。进行适当的调整。(a)(a)废气中的氧浓度高时，二氧化钛的电阻值废气中的氧浓度高时，二氧化钛的电阻值增大；增大；(b)(b)废气中氧浓度较低时二氧化钛的电阻值减废气中氧浓度较低时二氧化钛的电阻值减小。小。3 3、信号特性、信号特性氧传感器产生的电氧传感器产生的电压将在理想空燃比压将在理想空燃比14.714.7时产生突变，时产生突变，浓混合气时，氧传浓混合气时，氧传感器输出电压几乎感器输出电压几乎为零，一般为为零，一般为0.1V0.1V，稀混合气时，氧，稀混合气时，氧传感器输出电压去传感器输出电压去接近接近1V1V或或0.9V0.9V。4 4、工作条件、工作条件v发动机水温高于发动机水温高于6060v传感器自身温度高于传感器自身温度高于600600v中等负荷工况形成闭环控制中等负荷工况形成闭环控制 三、宽带式氧传感器三、宽带式氧传感器 UEGOv能够提供准确的空燃比反馈信号给能够提供准确的空燃比反馈信号给ECUECU，从而使从而使ECUECU精确地控制喷油时间，使气缸精确地控制喷油时间，使气缸内混和气浓度始终保持理论空燃比值。内混和气浓度始终保持理论空燃比值。1 1、组成、组成 感应室（一面通大气，一面接测试腔）感应室（一面通大气，一面接测试腔）泵氧元（一面接测试腔，一面通排气）泵氧元（一面接测试腔，一面通排气）2 2、工作原理、工作原理v浓混合气：排气中氧气浓混合气：排气中氧气测试腔氧气扩散到测试腔氧气扩散到排气中排气中电压大于电压大于0.45VECU控制泵氧元的控制泵氧元的电流变化，使测试腔的氧气增多，维持电压电流变化，使测试腔的氧气增多，维持电压在在0.45V，此时电流为负电流，此时电流为负电流v稀混合气：排气中氧气稀混合气：排气中氧气排气中氧气扩散到排气中氧气扩散到测试腔测试腔电压小于电压小于0.45VECU控制泵氧元的控制泵氧元的电流变化，使测试腔的氧气减少，维持电压电流变化，使测试腔的氧气减少，维持电压在在0.45V，此时电流为正电流，此时电流为正电流3 3、电路图、电路图 教材教材P70 2-79P70 2-79v1-1-泵电流输入端泵电流输入端v2 2、4-4-参考电压端参考电压端v3-3-信号输出端信号输出端 电压值为电压值为1-2V1-2V 稀：稀：1.5-2.0V1.5-2.0V 浓：浓：1.0-1.5V1.0-1.5Vv5 5、6 6加热端子加热端子泵氧元电阻泵氧元电阻v三元催化器之前为主三元催化器之前为主EGOEGO：用作空燃比控制的反馈信号用作空燃比控制的反馈信号v三元催化器之后为副三元催化器之后为副EGOEGO：用来检测三元催化器（用来检测三元催化器（TWCTWC）转化）转化效能效能四、主、副四、主、副EGO五、氧传感器电路五、氧传感器电路丰田丰田LS400LS400轿车氧传感器控制电路轿车氧传感器控制电路两个热型氧传感器两个热型氧传感器两个普通型氧传感器两个普通型氧传感器氧传感器外部接线：氧传感器外部接线：单线：单线：信号线、外壳信号线、外壳接地接地双线：双线：信号线、接地信号线、接地线线三线：三线：电源、加热、电源、加热、信号（外壳接地）信号（外壳接地）四线：四线：电源、加热、电源、加热、信号、接地信号、接地（1 1）万用表检测）万用表检测 桑塔纳桑塔纳AJRAJR起动，起动，水温大于水温大于80801 1）检测加热线圈）检测加热线圈 a a、线圈电阻：、线圈电阻：室温室温1-51-5 b b、供电电压：、供电电压：起动后起动后12V12V c c、搭铁电阻：、搭铁电阻：00V六、氧传感器检测六、氧传感器检测2 2）检测信号电路）检测信号电路动态值动态值：发动机运转：发动机运转2500r/min2500r/min，以以0.45V0.45V为中心上下波动次数为中心上下波动次数10s10s内内不少于不少于8 8次次静态值静态值：发动机不运转，：发动机不运转，0.45-0.5V0.45-0.5VV（2 2）示波器检测）示波器检测最高信号电压最高信号电压850mV最低信号电压最低信号电压75175mV从浓到稀的最从浓到稀的最大允许响应时大允许响应时间间100ms发动机转速发动机转速2500r/min2500r/min，2-3min2-3min，每每10s10s内，变化不少于内，变化不少于8 8次。次。氧传感器的信号波形氧传感器的信号波形氧传感器的信号波形氧传感器的信号波形七、故障分析七、故障分析氧传感器失效氧传感器失效怠速不稳、油耗增大、污染增大怠速不稳、油耗增大、污染增大传感器头部的孔堵塞、传感器头部的孔堵塞、传感器脏污、无加热传感器脏污、无加热解除闭环控制解除闭环控制氧传感器氧传感器信号电压持信号电压持信号电压持信号电压持续偏低续偏低续偏低续偏低加速、减速加速、减速加速、减速加速、减速无变化无变化无变化无变化变化次数少变化次数少变化次数少变化次数少信号电压持信号电压持信号电压持信号电压持续偏高续偏高续偏高续偏高氧传感器故障氧传感器故障氧传感器故障氧传感器故障混合气过浓、过稀混合气过浓、过稀混合气过浓、过稀混合气过浓、过稀氧传感器故障氧传感器故障氧传感器故障氧传感器故障EFIEFI系统的闭环控制过程系统的闭环控制过程 在带氧传感器的在带氧传感器的EFIEFI系统中，并不是所有工况都进行系统中，并不是所有工况都进行闭环控制。在闭环控制。在起动、怠速、暖机、加速、全负荷、减速断起动、怠速、暖机、加速、全负荷、减速断油油等工况下，发动机不可能以理论空燃比工作，此时仍采等工况下，发动机不可能以理论空燃比工作，此时仍采用开环控制方式。用开环控制方式。案例：氧传感器铅中毒案例：氧传感器铅中毒车型车型：宁波美日：宁波美日MR6370AMR6370A型轿车，装用天津丰田型轿车，装用天津丰田8A-FE8A-FE电电喷发动机。喷发动机。故障故障：发动机怠速不稳、排气管冒黑烟且排污超标，故：发动机怠速不稳、排气管冒黑烟且排污超标，故障灯亮起。障灯亮起。检查检查：故障代码：故障代码2121，无氧传感器信号。起动待发动机温，无氧传感器信号。起动待发动机温度上升为度上升为6060以上时，用万用表检测氧传感器的输出信以上时，用万用表检测氧传感器的输出信号，始终为号，始终为0.7V0.7V。拔下一根发动机的真空管，使混合气。拔下一根发动机的真空管，使混合气变稀，再堵住空气滤清器，使混合气变浓，输出电压还变稀，再堵住空气滤清器，使混合气变浓，输出电压还是是0.7V0.7V不变，说明氧传感器损坏。拆下氧传感器，顶尖不变，说明氧传感器损坏。拆下氧传感器，顶尖呈棕色状（铅中毒），更换后试车，故障灯熄灭，故障呈棕色状（铅中毒），更换后试车，故障灯熄灭，故障排除。排除。分析分析：使用含铅汽油，汽油中的铅造成氧传感器失效。：使用含铅汽油，汽油中的铅造成氧传感器失效。ECUECU不能实行空燃比闭环控制，造成怠速时混合气较浓。不能实行空燃比闭环控制，造成怠速时混合气较浓。继继 续续 加加 油油