汽车电子控制基础7气体浓度传感器研讨.ppt

第七章 气体浓度传感器 曹家喆 概述 气体传感器的作用 用于检测汽车内外产生的各种气体浓度 气体传感器种类 氧传感器（检测排气中的氧含量以控制空燃比） 空燃比传感器（与氧传感器类似，用于稀薄燃烧技术中控制较大空燃比） 烟雾浓度传感器（检测车内空气烟尘） 碳烟传感器（用于柴油车检测排气烟度） 氧传感器与三元催化 关于三元催化 三元催化反应器中装有铂、铑、钯三种催化剂,能同时净化排气中CO、 HC和NOx三种主要的有害成分，转化成无害的二氧化碳、氮气和水 氧传感器与三元催化 三元催化 排气有氧：促进一氧化碳、碳氢化合物的氧化反应（生成水和二氧化碳） 排气缺氧：促进氮氧化物的还原反应（生成氮气） 催化反应器的净化效率 混合气在理论空燃比附近（排气中氧含量在零附近）时三元催化反应器净化效率最高 氧传感器与三元催化 氧传感器的作用 安装在三元催化器两端，分别称为上游和下游氧传感器，或称主氧传感器与副氧传感器 是给ECU的反馈信号 氧传感器与三元催化 氧传感器的作用 上游氧传感器：检查废气中氧含量以调整空燃比 下游氧传感器：检查三元催化器是否正常工作 氧传感器 外形与安装位置 种类 二氧化锆（ZrO2）型 二氧化钛（TiO2）型 二氧化锆（ZrO2）氧传感器 氧传感器的引线 一条线：信号线（外壳接地） 两条线：信号线+接地线 三条线：元件加热（两条线）+ 信号线（外壳接地） 四条线：元件加热（两条线）+ 信号线+接地线 氧传感器的安装 二氧化锆（ZrO2）氧传感器 传感器结构 二氧化锆（ZrO2）氧传感器 传感器工作原理 大气与废气中出现氧浓度差时形成微电池电压 锆管两侧以铂（Pt）膜作电极，起催化剂作用 二氧化锆（ZrO2）氧传感器 传感器输出特性 属于电压型 氧传感器 工作条件 300℃以上 常带加热电阻 二氧化锆（ZrO2）氧传感器 传感器与ECU的连接 二氧化锆（ZrO2）氧传感器 二氧化锆氧传感器输出信号 氧传感器的反馈作用 信号变化频率 ≈0.8Hz (约10s内变化8次) 二氧化钛（TiO2）氧传感器 传感器结构 二氧化钛（TiO2）氧传感器 基本原理 二氧化钛属半导体材料 若废气中氧气较少，二氧化钛分子中氧将脱离分子表面，晶格出现缺陷，电阻减小 二氧化钛（TiO2）氧传感器 传感器输出特性 属于电阻型 氧传感器 工作条件 约250℃至850℃之间， 平均比二氧化锆型氧传 感器高 温度较低时传感器电阻 受温度影响较大，通常电 路中带加热电阻 二氧化钛（TiO2）氧传感器 传感器与ECU的连接 传感器本身相当于一个可变电阻，阻值随排气中氧含量变化，反映在电路中信号端电压的变化。 空燃比（λ）传感器 概述 采用二氧化锆型氧 传感器 可测量大范围内的 空燃比 空燃比传感器 应用场合 用于冷起动、急加速等偏离理论空燃比的工况，可迅速调整空燃比，改善发动机性能 或用于稀薄燃烧领域*进行空燃比的反馈控制 空燃比传感器 基本性能 传感器电极两端施加一定 的外加电压时，其电流与排 气中氧浓度成正比 可以连续地检测出稀薄燃 烧时的空燃比 工作温度较高（约650℃） 空燃比传感器 基本结构* 空燃比传感器 泵氧原理* 根据尾气中氧含量，ECU控制泵电流Ip的大小和方向 Ip为正时将氧离子 从扩散室移到尾气侧 Ip为负时将氧离子 从尾气侧移到扩散室 空燃比传感器 工作原理* 空燃比传感器 工作原理* 空燃比传感器 输出特性 输出电流可正可负 传感器内部电路中将电流转换成电压信号提供给ECU以调整空燃比（但通常从外部电路中测量不到） 关于稀薄燃烧与FSI技术* 关于稀薄燃烧：空燃比很大，可达25:1 稀薄燃烧多与FSI技术有关（FSI：Fuel Stratified Injection，燃油分层喷射，多采用缸内直喷） 采用FSI技术的意义：进一步提高燃烧效率，降低油耗，改进排放（降低NOX） 关于降低NOX的措施 三元催化方法：利用催化反应将CO、HC、NOX还原成二氧化碳、水和氮气 FSI技术：可降低缸内温度、减少NOX 烟尘浓度传感器 功能 感受车内烟尘的存在 原理 利用烟尘颗粒对光的 散射作用，光电信号与 烟尘浓度有关 控制 启动空气净化器运转 使车内空气始终保持清 洁 烟尘浓度传感器应用 柴油机排烟传感器 柴油机碳烟的形成 排烟控制 排烟传感器感受碳烟 ECU控制调节进气和燃油供给 柴油机排烟传感器 传感器结构 基本原理 没有烟尘时，电极间 电阻很大（不通）。 有烟尘时，电极间 电阻减小，电流与 烟尘浓度成比例 思考题 1、说明常用的气体浓度传感器有哪些种类。 2、说明两种常用氧传感器的名称、各自的基本原理以及各自的类型（电压型/电阻型）。 3、分别画出两种氧传感器的输出特性曲线大致形状。 4、简述车内