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发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 汽车电控系统的组成 汽车电控系统的组成：汽车电控系统的组成： 传感器控制电脑（ECU）执行器 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 51 氧传感器氧传感器p42氧传感器：氧传感器： 在使用三元催化转换器以减少在使用三元催化转换器以减少排气污染的发动机上，是必排气污染的发动机上，是必不可少的元件。不可少的元件。 由于混合气的空燃比一旦偏离由于混合气的空燃比一旦偏离理论空燃比，三元催化剂对理论空燃比，三元催化剂对CO、HC和和NOx的净化能力的净化能力将急剧下降，故在排气管中将急剧下降，故在排气管中安装氧传感器，用以检测排安装氧传感器，用以检测排气中氧的浓度，并向气中氧的浓度，并向ECU发发出反馈信号，再由出反馈信号，再由ECU控制控制喷油器喷油量的增减，从而喷油器喷油量的增减，从而将混合气的空燃比控制在理将混合气的空燃比控制在理论值附近。论值附近。发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 51 氧传感器氧传感器p42发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 氧传感器的作用氧传感器的作用发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 氧传感器的作用氧传感器的作用发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 51 氧传感器氧传感器p42氧传感器的作用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。 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。 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 51 氧传感器氧传感器p42氧传感器氧传感器， 安装在排气歧管上，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，保证尾气排放达标的测量元件。发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 51 氧传感器氧传感器p42氧传感器氧传感器，安装在排气歧管上， 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 51 氧传感器氧传感器p42发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 51 氧传感器氧传感器p42氧传感器的工作原理氧传感器的工作原理 (传感器中的氧化锆元素起类似电解液的作用) 1. 其在一定条件下其在一定条件下（高温和铂催化），利用氧化锆骨外两侧的氧浓度差，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。 2.在高温及铂的催化下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，因而两侧离子的浓度差便可生产电动势。 3.当套管废气一侧的氧浓度低时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（0.61V），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。 4. 氧传达感器只有在高温时（端部达到300以上）其特性才充分体现，才能输出电压；它在约800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。发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 氧传感器的工作原理氧传感器的工作原理发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 氧传感器的工作原理氧传感器的工作原理发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 51 氧传感器氧传感器p42氧传感器的组成氧传感器的组成主氧传感器包括一根加热氧化锆元件的热棒，加热棒受（ECU）电脑控制，当空气进量小（排气温度低）电流流向加热棒加 热传感器，使能精确检测氧气浓度。 在试管状态化锆元素（ZRO2）的内外两侧，设置有白金电极，为了保护白金电极，用陶瓷包覆电极外侧，内侧输入氧浓度高于大气，外侧输入的氧浓度低于汽车排出气体浓度。 采用三元催化器后，必须使用无铅汽油，否则三元催化器和氧传感器会很快失效。 注意，氧传感器在油门稳定，配制标准混合时较为重要的作用，而在频繁加浓或变稀混合时，（ECU）电脑将忽略氧传感器的信息，氧传感器就不能起作用。现有的氧传感器分为片式和管式两种现有的氧传感器分为片式和管式两种 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 51 氧传感器氧传感器p42 常用的氧传感器按照所用感应组件的材料分为： 氧化锆型和氧化钛型。氧化锆型和氧化钛型。 在排气含氧量为零的前后，这两种氧传感器的输出电压都会发生突变，只是发生突变的原理不同。 近年来还出现了一种宽域空燃比传感器，其输出电压随空燃比变化而连续变化，可用于稀燃发动机的空燃比控制。 常见的氧传感器又有单引线、双引线和三根引线之分，；常见的氧传感器又有单引线、双引线和三根引线之分，；单引线的为氧化锆式氧传感器； 双引线的为氧化钛式氧传感器； 三根引线的为加热型氧化锆式氧传感器， 原则上三种引线方式的氧传感器是不能替代使用的。原则上三种引线方式的氧传感器是不能替代使用的。 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 氧传感器的工作原理氧传感器的工作原理发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 511 氧化锆型氧传感器氧化锆型氧传感器p42（1）氧化锆式氧传感器）氧化锆式氧传感器 氧化锆式氧传感器的基本元件是氧化锆陶瓷管（固体电解质），亦称锆管（图图 1）。锆管固定在带有安装螺纹的固定套中，内外表面均覆盖着一层多孔性的铅膜，其内表面与大气接触，外表面与废气接触。氧传感器的接线端有一个金属护套，其上开有一个用于锆管内腔与大气相通的孔；电线将锆管内表面铂极经绝缘套从此接线端引出。发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 511 氧化锆型氧传感器氧化锆型氧传感器p42（1）氧化锆式氧传感器）氧化锆式氧传感器 氧化锆在温度超过300后，才能进行正常工作。早期使用的氧传感器靠排气加热，这种传感器必须在发动机起动运转数分钟后才能开始工作，它只有一根接线与ECU相连（图图 2（a）。大部分汽车使用带加热器的氧传感器（图图 2（b），这种传感器内有一个电加热元件，可在发动机起动后的20-30s内迅速将氧传感器加热至工作温度。它有三根接线，一根接ECU，另外两根分别接地和电源。 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 511 氧化锆型氧传感器氧化锆型氧传感器p42（1）氧化锆式氧传感器）氧化锆式氧传感器 锆管的陶瓷体是多孔的，渗入其中的氧气，在温度较高时发生电离。锆管的陶瓷体是多孔的，渗入其中的氧气，在温度较高时发生电离。由于锆管内、外侧氧含量不一致，存在浓差，因而氧离子从大气侧向排由于锆管内、外侧氧含量不一致，存在浓差，因而氧离子从大气侧向排气一侧扩散，从而使锆管成为一个微电池，在两铂极间产生电压（气一侧扩散，从而使锆管成为一个微电池，在两铂极间产生电压（图图 3）。）。 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 511 氧化锆型氧传感器氧化锆型氧传感器p42发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 511 氧化锆型氧传感器氧化锆型氧传感器p42氧化锆陶瓷材料氧化锆陶瓷材料(Zr02)是一种固体电解质，具有氧离子电导特性。是一种固体电解质，具有氧离子电导特性。 氧化锆型传感器是一个由氧浓度差驱动的微电池。如图5-1所示，在氧化锆陶瓷管3的两侧各镀上一层多孔涂层1和4作为电极，管内侧与空气接触(氧含量208)，外侧与排气接触(氧含量低)，两侧的氧气分压不等。 当Zr02陶瓷体温度超过3000C时，管表面及管内吸附的氧离子化，并且氧离子会从氧气分压高的大气侧向氧气分压低的排气侧流动，在排气侧堆积较多的氧离子，造成两侧铂膜的电位差，排气侧为负极，空气侧为正极。 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 511 氧化锆型氧传感器氧化锆型氧传感器p42 （1）氧化锆式氧传感器）氧化锆式氧传感器 要准确地保持混合气浓度为理论空燃比是不可能的。实际要准确地保持混合气浓度为理论空燃比是不可能的。实际上的反馈控制只能使混合气在理论空燃比附近一个狭小的上的反馈控制只能使混合气在理论空燃比附近一个狭小的范围内波动，故氧传感器的输出电压在范围内波动，故氧传感器的输出电压在0.1-0.8V之间不断变之间不断变化（通常每化（通常每10s内变化内变化8次以上）。如果氧传感器输出电压次以上）。如果氧传感器输出电压变化过缓（每变化过缓（每1Os少于少于8次）或电压保持不变（不论保持在次）或电压保持不变（不论保持在高电位或低电位），则表明氧传感器有故障，需检修。高电位或低电位），则表明氧传感器有故障，需检修。 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 氧化锆型氧传感器输出特性氧化锆型氧传感器输出特性(理论计算理论计算) p43电动势的大小正比于两侧氧气分压力比值的对数。当发动机以曲：1的混合气工作时，理论上排气中应无氧气，实际上由于燃烧反应不完全，总还有一些未燃的O2存在。 采用金属铂作电极是为了利用铂的氧化催化作用，使铂膜表面浓混合气燃烧生成物中的残存O2与CO、HC发生反应而消除，这样就可以形成如图5-2b所示的阶跃形氧传感器输出特性：对应a1的稀混合气工况，输出电压就小得多了。发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 氧化锆型氧传感器输出特性氧化锆型氧传感器输出特性(理论计算理论计算) 实际上在混合气浓度由浓变稀和由稀变浓的过程中，氧传感器输出电压的升降曲线是不重合的，如图5-3所示。 有效的铂的催化作用有助于减小这种差别，但随着氧传感器的使用和老化，上述不重合情况将会越来越严重。 氧传感器必须及时更换，氧传感器必须及时更换，进口氧传感器的使用寿命约为46万千米或900小时。发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 温度对传感器输出的影响温度对传感器输出的影响p44在如图51所示氧传感器的结构中安排了一个加热器。这是因为Zr02的电导率和铂的催化作用都与温度有关。图5-4中给出了两个不同温度下的实测氧传感器输出特性，随着温度的升高，实测输出特性是向着理论计算特性(图中虚线)趋近的。设加热管的目的就是要保证设加热管的目的就是要保证Zr02管的温度在管的温度在7000C左右。左右。发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 实现准确的空燃比闭环控制实现准确的空燃比闭环控制p44过去认为，要实现准确的空燃比闭环控制，使a保持在10.01之内，氧传感器的输出电压Vo必须在a=1且发生图5-2b那样陡直的阶跃变化。 如果输出特性是图5-3那样的斜线，a=1只对应于一个输出电压值，则在选定了该电压值作为比较基准后，ECU根据输出电压比该电压值是高还是低来判断混合气是浓或稀，一旦由于某种原因(如陶瓷组件老化、温度变化等)造成该电压值所对应的a不再是1了，就会引起混合气稀、浓的错判。为了获得陡直阶跃的输出特性，人们除了采用上述自加热措施外，还一再努力提高氧化锆材料的纯度、增加铂的用量，这些都使氧传感器的成本随之提高。实际上还做不到使氧化锆型氧传感器的输出特性在实际上还做不到使氧化锆型氧传感器的输出特性在a为为1时发生陡直时发生陡直的阶跃。另一方面，随着技术的发展和电控系统开发实践的增多，的阶跃。另一方面，随着技术的发展和电控系统开发实践的增多，对氧传感器输出特性也有了一些新的看法。对氧传感器输出特性也有了一些新的看法。发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 对氧传感器输出特性也有了一些新的看法。对氧传感器输出特性也有了一些新的看法。 p44 首先，随着三效催化剂配方和工艺的改进，已有一些催化首先，随着三效催化剂配方和工艺的改进，已有一些催化剂的高效率转化所对应的空燃比窗口的中值略大于剂的高效率转化所对应的空燃比窗口的中值略大于1 。 在早先高效转化窗口中值偏浓时，按照a=1来控制还可以兼顾排放和节油。 而在高效转化窗口中值已经偏稀的情况下，若仍按a=1来控制，则在排放和节油两方面就都不合理了。 从这一点来考虑，氧传感器输出特性成图5-3那样的斜线是有好处的，因为可以在斜线所对a区间灵活选择闭环控制的比较电压，使其对应的a与具体催化剂的空燃比特性相匹配。发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 对氧传感器输出特性也有了一些新的看法。对氧传感器输出特性也有了一些新的看法。其次，研究发现，闭环控制空燃比时会发生空燃比随负荷升高而变稀其次，研究发现，闭环控制空燃比时会发生空燃比随负荷升高而变稀的现象，的现象，原因：原因：氧传感器只能感受排气中的自由氧，不能感受存在于氧传感器只能感受排气中的自由氧，不能感受存在于NOx中的氧，而中的氧，而负荷升高时负荷升高时NOx生成量增多，结果使同一生成量增多，结果使同一a在发动机负荷高时排气在发动机负荷高时排气中的氧气分压较低，氧传感器就会输出一个较高的电压，使正常的混中的氧气分压较低，氧传感器就会输出一个较高的电压，使正常的混合气被合气被ECU误判为偏浓而通过指令减少喷油，导致实际空燃比偏稀而误判为偏浓而通过指令减少喷油，导致实际空燃比偏稀而催化剂对催化剂对NOx的转化率降低。的转化率降低。对于这种现象，若氧传感器输出特性呈陡直阶跃就无法纠正，而有一对于这种现象，若氧传感器输出特性呈陡直阶跃就无法纠正，而有一条斜线段的输出特性则可以通过相应适当地改变闭环控制的比较电压条斜线段的输出特性则可以通过相应适当地改变闭环控制的比较电压值的办法加以解决值的办法加以解决(负荷升高时相应适当加大比较电压负荷升高时相应适当加大比较电压)，即进行所谓，即进行所谓“氧传感器中值电压修正氧传感器中值电压修正”。 只要电控系统能进行这种中值电压修正，不同工况下因排气温度只要电控系统能进行这种中值电压修正，不同工况下因排气温度不同而引起的氧传感器输出特性改变，以及不同工况下通过催化转化不同而引起的氧传感器输出特性改变，以及不同工况下通过催化转化器的排气体积流量不同所引起的催化剂空燃比特性上的高效转化窗口器的排气体积流量不同所引起的催化剂空燃比特性上的高效转化窗口的改变，也都可以利用中值修正予以补偿或获得相应的改变。的改变，也都可以利用中值修正予以补偿或获得相应的改变。发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 对氧传感器输出特性也有了一些新的看法。对氧传感器输出特性也有了一些新的看法。 综上所述，只要在电控系统综上所述，只要在电控系统ECU的功能中设计了上述氧传的功能中设计了上述氧传感器中值电压修正功能，感器中值电压修正功能， 图图5-3那样的输出特性那样的输出特性 就反倒优于陡直阶跃形特性了。就反倒优于陡直阶跃形特性了。发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 512 氧化钛型氧传感器氧化钛型氧传感器p45（2）氧化钛式氧传感器）氧化钛式氧传感器 氧化钛式氧传感器是利用二氧化钛材料的电阻值随排气中氧含量的变化而变化的特性制成的，故又称电阻型氧传感器。二氧化钛式氧传感器的外形和氧化锆式氧传感器相似，在传感器前端的护罩内是一个二氧化钛厚膜元件（图图 4）。纯二氧化钛在常温下是一种高电阻的半导体，但表面一旦缺氧，其品格便出现缺陷，电阻随之减小。由于二氧化钛的电阻也随温度不同而变化，因此，在二氧化钛式氧传感器内部也有一个电加热器，以保持氧化钛式氧传感器在发动机工作过程中的温度恒定不变。发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 512 氧化钛型氧传感器氧化钛型氧传感器p45（2）氧化钛式氧传感器）氧化钛式氧传感器 如图图 5所示，ECU 2#端子将一个恒定的1V电压加在氧化钛式氧传感器的一端上，传感器的另一端与ECU4#端子相接。当排出的废气中氧浓度随发动机混合气浓度变化而变化时，氧传感器的电阻随之改变，ECU4#端子上的电压降也随着变化。当4#端子上的电压高于参考电压时，ECU判定混合气过浓；当当4#端子上的电压低于参考电压时，端子上的电压低于参考电压时，ECU判定混合气过稀。通过ECU的反馈控制，可保持混合气的浓度在理论空燃比附近。在实际的反馈控制过程中，在实际的反馈控制过程中，二氧化钛式氧传感器与ECU连接的4#端子上的电压也是在0.1-0.9V之间不断变化，这一点与氧化锆式氧传感器是相似的。 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 512 氧化钛型氧传感器氧化钛型氧传感器p45氧化钛陶瓷(Ti02)是在常温下具有很高电阻的半导体，当它处于高温排气中时，它的电阻值会随着排气中氧含量的有(稀混合气)和无(浓混合气)，发生由高到低的阶跃变化，如图5-5所示。 二氧化钛的这种特性在高温下才能保持稳定，这就要求必须在传感器总成内装加热器，并设置温度补偿电路，以确保其电阻值不会随着温度的变化而变化。为了能以输出电压的突变来表示排气有氧和无氧，氧化钛式氧传感器要和一个电阻串联以后再接上电压为2V的稳压电源。串联电阻的电阻值通常选的同氧化钛在有氧环境中的高电阻值一样大，这样，在可燃混合气的a1时，氧化钛组件上的电压降就是1V左右，混合气的曲。1时，电压降就接近于0了。发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 512 氧化钛型氧传感器氧化钛型氧传感器p45 （2）氧化钛式氧传感器）氧化钛式氧传感器 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 氧化钛型氧传感器的结构氧化钛型氧传感器的结构p46 氧化钛型氧传感器的结构如图5-6所示，保护套管1的头部开有缝隙，让氧化钛厚膜元件3接触排气。这种传感器体积小、结构简单，价格便宜，抗腐蚀和抗污染能力强，可靠性好，使用寿命长，只是必须有电压稳定的电源，还必须有温度补偿，电路稍微复杂一些。它能提供完全阶跃形的输出特性，以前也被认为是其优点，但实际上却存在着与三效催化转化器匹配不好的问题，优点反而变成缺点了 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 氧化钛型氧传感器的结构氧化钛型氧传感器的结构p46 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 氧化钛型氧传感器的结构氧化钛型氧传感器的结构p46 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 氧化钛型氧传感器的结构氧化钛型氧传感器的结构 氧化锆和氧化钛型氧传感器只能显示混合气的浓或稀氧化锆和氧化钛型氧传感器只能显示混合气的浓或稀， 当汽油机配备了三效催化转化器而以混合气空燃比保持为化学计量比附近的某一设定值为闭环控制目标时，这些传感器才能发挥作用。 对于要以更稀的空燃比作为控制目标的稀燃发动机来说，它们就没有用了。 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 513 宽域空燃比传感器宽域空燃比传感器p46 日本特陶公司(NGK)开发出了一种氧化锆型宽域空燃比传感器。它由一个能检出化学计量比的氧传感器和检测临界电流的氧泵组成。如图5-7所示便是其原理简图。发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 513 宽域空燃比传感器宽域空燃比传感器 泵氧膜片是氧化锆材料的。当电流通过泵氧膜片时，就有氧分子顺着与电流相反的方向由膜片一侧移向另一侧。利用这特点可以在氧泵上施加不同方向的电流，使氧气泵入或抽出检测室，而使检测室内被测气体的含氧量始终保持在与a=1时的排气含氧量相等的水平。由图5-2a可见，随着混合气由稀变浓排气中的氧含量趋于减少。因此，要让检测室中被测排气的氧含量保持与a=1时的排气含氧量相同，在a1时需从检测室抽出氧气，而且a越大，抽出氧气量应越多，即加在泵氧膜片上的B向电流越大。只要有办法保持被测气体的含氧量相同，则根据氧泵上的电流方向和大小就能间接确定混合气的空燃比。发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 513 宽域空燃比传感器宽域空燃比传感器氧传感膜片的作用：氧传感膜片的作用： p47能以其输出电压提供一个被测气体含氧量与a=1时的含氧量是否相等的依据。使用时应在暖机过程中先给氧传感膜片加一个小电流，使其一侧的基准氧气室中的氧浓度很高后断电，则发动机工作时，氧传感膜片两侧的氧浓度差即造成输出电压。控制器以450mV作为比较基准，1.若氧传感膜片输出电压450mV，即判断混合气为浓混合气，并令A向电流通过泵氧膜片给检测室补充氧气； 2.若氧传感膜片的输出电压450mV，即判混合气为稀混合气，并令B向电流通过泵氧膜片从检测室抽出氧气。这样对氧传感膜片的输出电压进行闭环控制，就可以维持检测室内含氧量与a=1时的含氧量相等。由泵氧电流的方向和大小即可知混合气的空燃比。由泵氧电流的方向和大小即可知混合气的空燃比。 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 宽域空燃比仪输出特性宽域空燃比仪输出特性p47这种空燃比仪的输出特性如图5-8所示。泵氧电流为泵氧电流为0时的相对空燃比定义为时的相对空燃比定义为a=1，在混合气稀时泵氧电流为正，混合气浓时泵氧电流为负，稀区和浓区的输出特性斜率明显不同。定义泵氧电流为0时a=1，只是在所用的氧传感膜片输出特性为450mV对应a=10时才是准确的，否则就会有一定的误差。在稀燃发动机上可以用这种空燃比仪作传感器，选择与所需的稀混合气空燃比对应的泵氧电流值作为控制目标，即可通过泵氧电流闭环反馈控制来控制稀混合气空燃比。 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 513 宽域空燃比传感器宽域空燃比传感器 这种空燃比仪已在少数稀燃发动机的EFI系统中应用，它还可以配上二次仪表在发动机试验中用作空燃比测量仪器。有的空燃比仪的二次仪表直接输出空燃比值，并以泵氧电流为0时的读数为147， 不过应注意化学计量比因燃料成分的不同而不同，即使对汽油，也会因产地和炼油厂的不同而不同，如果是液化石油气、天然气，化学计量比就更不同了，所以使用者必须根据燃料的成分算出其化学计量比作为泵氧电流为0时的空燃比读数，以纠正原二次仪表的系统误差。 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 513 宽域空燃比传感器宽域空燃比传感器 这种空燃比仪已在少数稀燃发动机的EFI系统中应用，它还可以配上二次仪表在发动机试验中用作空燃比测量仪器。有的空燃比仪的二次仪表直接输出空燃比值，并以泵氧电流为0时的读数为147， 不过应注意化学计量比因燃料成分的不同而不同，即使对汽油，也会因产地和炼油厂的不同而不同，如果是液化石油气、天然气，化学计量比就更不同了，所以使用者必须根据燃料的成分算出其化学计量比作为泵氧电流为0时的空燃比读数，以纠正原二次仪表的系统误差。 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 氧传感器的常见故障氧传感器的常见故障 氧传感器出现故障，将使电子燃油喷射系统的电脑不能得氧传感器出现故障，将使电子燃油喷射系统的电脑不能得到排气管中氧浓度的信息，因而不能对空燃比进行反馈控到排气管中氧浓度的信息，因而不能对空燃比进行反馈控制，会使发动机油耗和排气污染增加，发动机出现怠速不制，会使发动机油耗和排气污染增加，发动机出现怠速不稳、缺火、喘振等故障现象。稳、缺火、喘振等故障现象。 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 氧传感器的常见故障氧传感器的常见故障 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 氧传感器的常见故障氧传感器的常见故障 1.氧传感器中毒氧传感器中毒 氧传感器中毒是经常出现的且较难防治的一种故障，氧传感器中毒是经常出现的且较难防治的一种故障，尤其是经常使用含铅汽油的汽车，即使是新的氧传感器，尤其是经常使用含铅汽油的汽车，即使是新的氧传感器，也只能工作几千公里。如果只是轻微的铅中毒，接着使用也只能工作几千公里。如果只是轻微的铅中毒，接着使用一箱不含铅的汽油，就能消除氧传感器表面的铅，使其恢一箱不含铅的汽油，就能消除氧传感器表面的铅，使其恢复正常工作。但往往由于过高的排气温度，而使铅侵入其复正常工作。但往往由于过高的排气温度，而使铅侵入其内部，阻碍了氧离子的扩散，使氧传感器失效，这时就只内部，阻碍了氧离子的扩散，使氧传感器失效，这时就只能更换了。能更换了。 另外，氧传感器发生硅中毒也是常有的事。一般来说，另外，氧传感器发生硅中毒也是常有的事。一般来说，汽油和润滑油中含有的硅化合物燃烧后生成的二氧化硅，汽油和润滑油中含有的硅化合物燃烧后生成的二氧化硅，硅橡胶密封垫圈使用不当散发出的有机硅气体，都会使氧硅橡胶密封垫圈使用不当散发出的有机硅气体，都会使氧传感器失效，因而要使用质量好的燃油和润滑油。修理时传感器失效，因而要使用质量好的燃油和润滑油。修理时要正确选用和安装橡胶垫圈，不要在传感器上涂敷制造厂要正确选用和安装橡胶垫圈，不要在传感器上涂敷制造厂规定使用以外的溶剂和防粘剂等。规定使用以外的溶剂和防粘剂等。 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 氧传感器的常见故障氧传感器的常见故障 2.积碳积碳 由于发动机燃烧不好，在氧传感器表面形成积碳，由于发动机燃烧不好，在氧传感器表面形成积碳，或氧传感器内部进入了油污或尘埃等沉积物，会阻碍或阻或氧传感器内部进入了油污或尘埃等沉积物，会阻碍或阻塞外部空气进入氧传感器内部，使氧传感器输出的信号失塞外部空气进入氧传感器内部，使氧传感器输出的信号失准，准，ECU不能及时地修正空燃比。产生积碳，主要表现为不能及时地修正空燃比。产生积碳，主要表现为油耗上升，排放浓度明显增加。此时，若将沉积物清除，油耗上升，排放浓度明显增加。此时，若将沉积物清除，就会恢复正常工作。就会恢复正常工作。 3.氧传感器陶瓷碎裂氧传感器陶瓷碎裂 氧传感器的陶瓷硬而脆，用硬物敲击或用强烈气流吹氧传感器的陶瓷硬而脆，用硬物敲击或用强烈气流吹洗，都可能使其碎裂而失效。因此，处理时要特别小心，洗，都可能使其碎裂而失效。因此，处理时要特别小心，发现问题及时更换。发现问题及时更换。 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 氧传感器的常见故障氧传感器的常见故障 4.加热器电阻丝烧断加热器电阻丝烧断 对于加热型氧传感器，如果加热器电阻丝烧蚀，就很对于加热型氧传感器，如果加热器电阻丝烧蚀，就很难使传感器达到正常的工作温度而失去作用。难使传感器达到正常的工作温度而失去作用。 5.氧传感器内部线路断脱。氧传感器内部线路断脱。 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 氧传感器的常见故障氧传感器的常见故障 6氧传感器外观颜色的检查氧传感器外观颜色的检查 从排气管上拆下氧传感器，检查传感器外壳上的通从排气管上拆下氧传感器，检查传感器外壳上的通气孔有无堵塞，陶瓷芯有无破损。如有破损，则应更换氧气孔有无堵塞，陶瓷芯有无破损。如有破损，则应更换氧传感器。传感器。 通过观察氧传感器顶尖部位的颜色也可以判断故障：通过观察氧传感器顶尖部位的颜色也可以判断故障： 淡灰色顶尖：这是氧传感器的正常颜色；淡灰色顶尖：这是氧传感器的正常颜色； 白色顶尖：由硅污染造成的，此时必须更换氧传感白色顶尖：由硅污染造成的，此时必须更换氧传感器；器； 棕色顶尖：由铅污染造成的，如果严重，也必须更棕色顶尖：由铅污染造成的，如果严重，也必须更换氧传感器；换氧传感器； 黑色顶尖：由积碳造成的，在排除发动机积碳故障黑色顶尖：由积碳造成的，在排除发动机积碳故障后，一般可以自动清除氧传感器上的积碳。后，一般可以自动清除氧传感器上的积碳。 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 主氧氧传感器主氧氧传感器 主氧传感器主氧传感器 包括一根加热氧化锆元件的热棒，加热棒受（包括一根加热氧化锆元件的热棒，加热棒受（ECU）电脑）电脑控制，当空气进量小（排气温度低）电流流向加热棒加热控制，当空气进量小（排气温度低）电流流向加热棒加热传感器，使能精确检测氧气浓度。传感器，使能精确检测氧气浓度。 在试管状态化锆元素（在试管状态化锆元素（ZRO2）的内外两侧，设置有）的内外两侧，设置有白金电极，为了保护白金电极，用陶瓷包覆电机外侧，内白金电极，为了保护白金电极，用陶瓷包覆电机外侧，内侧输入氧浓度高于大气，外侧输入的氧浓度低于汽车排出侧输入氧浓度高于大气，外侧输入的氧浓度低于汽车排出气体浓度。气体浓度。 应当指出采用三元催化器后，必须使用无铅汽油，否应当指出采用三元催化器后，必须使用无铅汽油，否则三元催化器和氧传感器会很快失效。再注意，氧传感器则三元催化器和氧传感器会很快失效。再注意，氧传感器在油门稳定，配制标准混合时较为重要的作用，而在频繁在油门稳定，配制标准混合时较为重要的作用，而在频繁加浓或变稀混合时，（加浓或变稀混合时，（ECU）电脑将忽略氧传感器的信息，）电脑将忽略氧传感器的信息，氧传感器就不能起作用。氧传感器就不能起作用。 发动机电控系统的给构与维修 朱明工作室朱明工作室授人以鱼不如授人以渔授人以鱼不如授人以渔第第5 章章 控制系统的主要器件控制系统的主要器件 后氧传感器后氧传感器 现今车辆安有两个氧传感器，三元催化器前放一个，后放一个。 1.前方的作用是检测发动机不同工况的空燃比，同时电脑根据该信号调整喷油量和计算点火时间。 2.后方的主要是