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什么是氧传感器

发布时间:2012-11-21

传感器,相信大家一定不会陌生了。那氧传感器,不知道大家是否有了解呢?什么是氧传感器呢?氧传感器的作用和原理又是什么呢?以下,小编将与大家分享氧传感器的相关方面知识。
  氧传感器
 氧传感器
氧传感器的概述
在使用三元催化转换器以减少排气污染的发动机上,氧传感器是必不可少的元件。由于混合气的空燃比一旦偏离理论空燃比,三元催化剂对CO、HC和NOx的净化能力将急剧下降,故在排气管中安装氧传感器,用以检测排气中氧的浓度,并向ECU发出反馈信号,再由ECU控制喷油器喷油量的增减,从而将混合气的空燃比控制在理论值附近。
 管式氧传感器核心元件
管式氧传感器核心元件
 
氧传感器的作用
电喷车为获得高排气净化率,降低排气中(CO)一氧化碳、(HC)碳氢化合物和(NOx)氮氧化合物成份,必须利用三元催化器。但为了能有效地使用三元催化器,必须精确地控制空燃比,使它始终接近理论空燃比。催化器通常装在排气歧管与消声器之间。氧传感器具有一种特性,在理论空燃比(14.7:1)附近它输出的电压有突变。这种特性被用来检测排气中氧气的浓度并反馈给电脑,以控制空燃比。当实际空燃比变高,在排气中氧气的浓度增加而氧传感器把混合气稀的状态(小电动势:O伏)通知ECU。当空燃比比理论空燃比低时,在排气中氧气的浓度降低,而氧传感器的状态(大电动势:1伏)通知(ECU)电脑。   
ECU根据来自氧传感器的电动势差别判断空燃比的低或高,并相应地控制喷油持续的时间。但是,如氧传器有故障使输出的电动势不正常,(ECU)电脑就不能精确控制空燃比。所以氧传感器还能弥补由于机械及电喷系统其它件磨损而引起空燃比的误差。可以说是电喷系统中唯一有“智能”的传感器。   
传感器的作用是测定发动机燃烧后的排气中氧是否过剩的信息,即氧气含量,并把氧气含量转换成电压信号传递到发动机计算机,使发动机能够实现以过量空气因数为目标的闭环控制;确保三效催化转化器对排气中的碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)和氮氧化合物(NOX)三种污染物都有最大的转化效率,最大程度地进行排放污染物的转化和净化。
 
氧传感器的工作原理
氧传感器是利用陶瓷敏感元件测量各类加热炉或排气管道中的氧电势,由化学平衡原理计算出对应的氧浓度,达到监测和控制炉内燃烧空燃比,保证产品质量及尾气排放达标的测量元件,广泛应用于各类煤燃烧、油燃烧、气燃烧等炉体的气氛控制。它是目前最佳的燃烧气分测量方式,具有结构简单、响应迅速、维护容易、使用方便、测量准确等优点。运用该传感器进行燃烧气氛测量和控制既能稳定和提高产品质量,又可缩短生产周期,节约能源。
 
氧传感器的工作原理与干电池相似,传感器中的氧化锆元素起类似电解液的作用。其基本工作原理是:在一定条件下(高温和铂催化),利用氧化锆内外两侧的氧浓度差,产生电位差,且浓度差越大,电位差越大。大气中氧的含量为21%,浓混合气燃烧后的废气实际上不含氧,稀混合气燃烧后生成的废气或因缺火产生的废气中含有较多的氧,但仍比大气中的氧少得多。 在高温及铂的催化下,带负电的氧离子吸附在氧化锆套管的内外表面上。由于大气中的氧气比废气中的氧气多,套管上与大气相通一侧比废气一侧吸附更多的负离子,两侧离子的浓度差产生电动势。当套管废气一侧的氧浓度低时,在电极之间产生一个高电压(0。6~1V),这个电压信号被送到ECU放大处理,ECU把高电压信号看作浓混合气,而把低电压信号看作稀混合气。根据氧传感器的电压信号,电脑按照尽可能接近14.7:1的理论最佳空燃比来稀释或加浓混合气。因此氧传感器是电子控制燃油计量的关键传感器。氧传感器只有在高温时(端部达到300°C以上)其特性才能充分体现,才能输出电压。它在约800°C时,对混合气的变化反应最快,而在低温时这种特性会发生很大变化。
 片式氧传感器芯片
片式氧传感器芯片
 
氧传感器的杂波分析
因为杂波可能是由于燃烧效率低造成的,只要上流动系统不是处在正确的工作状态下,催化器就不能被精确地测试,氧传感器波形的杂波能警告各个发动机气缸性能的下降,这时废气诊断是最主要的。因为它能发现催化器转换效率的降低和个别气缸的性能降低。杂波信号也妨碍燃油反馈控制系统控制器的正常运行(在发动机控制电脑中的反馈程序运行),“燃油反馈控制系统控制器”专门指起作用的软件程序(从现在起,称之为“反馈控制器”),它是接受氧传感器电压信号并计算正确的即时喷油或混合气控制命令的程序。 通常,反馈控制器程序不是设计成有效地去处理由非正常的系统操作和燃油控制命令所产生的氧传感器信号频率。杂乱的高频变动信号能使反馈控制器失掉控制精度,或失去“反馈节奏”。这里有几个影响,首先,当反馈控制器的操作精度受影响时,燃油混合比就会超出催化剂窗口,这将影响转换器的工作效率和废气排放。其次,当反馈控制器的操作精度受影响时,发动机性能也将受到影响。 杂波可以成为失去控制的废气进入催化剂的判定性指示,经常可发现当杂波存在时,进入催化剂的废气便没有了正确的混合气空燃比,理解氧传感器波形上的杂波对废气排放的修理诊断是很重要的。在一些情况下,杂波是催化转换效率减少的明显信号,随后就是尾气排放超出标准。此外,氧传感器波形上杂波的解释、对发动机性能或行驶能力诊断是一个有价值的工具。杂波是燃烧效率从一缸到另一个缸不平衡指示。对氧传器波形上的杂波的解释和理解对有效地运用氧传感器信号修理验证也是很重要的。 在氧传感强器波形上的杂波表明排气变化从一个缸到另一个缸的不平衡,或者是比较特别地从个别的燃烧过程中没有得到较高的氧的含量。大多数氧传感器当工作正常时能够比较快的反馈各个燃烧过程所产生的电压偏差。杂波的信号限制越大,从各个燃烧过程测得氧成分的差别就越大,在不同行驶方式下看到的杂波不但对确定稳态和瞬态废气试验失效的根本原因是重要的,而且也是有效的可驾驶性能诊断的判断依据。 在加速方式下与BC的峰值毛刺形成一对一废气波形的氧传感器信号杂波是一种非常重要的诊断信号,因为它意味着在有负荷的情况下点火出现断火现象。通常,杂波幅度越大。在排气中氧传感器的成份就越多,所以杂波是由于进入催化器的反馈气平均氧含量升高造成氧化氮排前增加的指示,在浓氧环境中(稀混合气)催化器中的氧化氮不能被减少(化学地)。 综上所述,已知一些反馈类型系统完全正常的氧传感器波形上的杂波信号对废气或发动机性能不产生明显影响。对于少量的杂波可以不去管它,而大量的杂波是重要的。这正说明诊断是一种艺术,要学会判断什么是正常的杂波,什么不是就需要实践,而最好的老师是经验,学习的最好方法是从观察不同行驶里程和不同类型的汽车上观察氧传感器波形。理解什么是正常的杂波,什么是不正常杂波,对有效地进行废气排放修理以及行驶能力诊断是非常有价值的,它值得花时间去学习。 对于大多数普通系统,一个软件波形是绝对有价值的,对正在控制着的系统拥有一张氧传感器参考波形,能判断出什么样的杂波是允许的、正常的,而什么样的杂波是应该关注的,关于好的杂波标准是:如果发动机性能是好的,则应该没有真空泄漏,废气中的碳氢(HC)化合物和氧含量是正常的。 在本部分的试验中将尽可能地给出大量的资料,以便去理解在这个训练中正好有充分的时间和空间来包括所有的关于这个的课题。
 
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