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《汽車氧傳感器》PPT課件《汽車氧傳感器》PPT課件16.1氧(O2)傳感器的基本介紹6.1.1二氧化鋯型氧(O2)傳感器氧(O2)傳感器可用于電子控制燃油噴射裝置中的反饋系統(tǒng);用以檢測排放氣體中的氧氣濃度、空燃比的濃稀,監(jiān)測氣缸內(nèi)是否按理論空燃比(15:1)進(jìn)行燃燒,并向計(jì)算機(jī)反饋。這種傳感器的結(jié)構(gòu)如圖6一1所示,它是由產(chǎn)生電動(dòng)勢的二氧化鋯管、起電極作用的襯套以及防止二氧化鋯管損壞和導(dǎo)入汽車排氣的進(jìn)氣孔組成的。二氧化鋯管的內(nèi)、外表面均涂覆有薄薄一層鉑,鉑既可以成為電極又具有電勢放大作用。二氧化鋯管的外表面處于氧氣濃度較低的汽車所排放的氣體中,而管的內(nèi)表面則導(dǎo)入周圍空氣,兩表面氧氣濃度之差就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢。下一頁返回6.1氧(O2)傳感器的基本介紹6.1.1二氧化鋯型氧(26.1氧(O2)傳感器的基本介紹二氧化鋯型傳感器的工作原理如下所述:當(dāng)空燃比較濃時(shí),排放氣體中的氧氣比較少,大氣中的氧離子通過二氧化鋯管后產(chǎn)生電壓,所以指示燈亮;反之,當(dāng)空燃比較低時(shí),氧氣濃度很高,所以產(chǎn)生的電壓很低,指示燈不亮。上一頁下一頁返回6.1氧(O2)傳感器的基本介紹二氧化鋯型傳感器36.1氧(O2)傳感器的基本介紹6.1.2帶加熱器的二氧化鋯氧濃淡電動(dòng)勢型氧(O2)傳感器為了保證氧傳感器具有穩(wěn)定的輸出信號(hào),就需要使其處于300℃以上的環(huán)境中,因此,一般可以把它安裝在離發(fā)動(dòng)機(jī)較近、溫度較高的位置處,但是,由于設(shè)計(jì)上的原因,有時(shí)必須將其安裝在離發(fā)動(dòng)機(jī)較遠(yuǎn)、溫度較低的位置處,在這種位置處也能工作的是帶加熱器的氧傳感器,即在排放氣體溫度為150℃~200℃時(shí)可以工作。
上一頁下一頁返回6.1氧(O2)傳感器的基本介紹6.1.2帶加熱器的二氧46.1氧(O2)傳感器的基本介紹
這種傳感器的工作原理與前面介紹過的無加熱器氧傳感器完全相同,在試管形的固體電解質(zhì)的內(nèi)側(cè)設(shè)置了陶瓷加熱器,在給加熱器加上電壓之后,從內(nèi)側(cè)進(jìn)行加熱,所以在低溫下就可以工作。傳感器的結(jié)構(gòu)如圖6-2所示。在這種場合下,氧傳感器是作電子控制燃油噴射裝置上的空燃比反饋控制傳感器用的,用以檢測排放氣體中的氧氣濃度。上一頁下一頁返回6.1氧(O2)傳感器的基本介紹這種傳感器的工作56.1氧(O2)傳感器的基本介紹
在空燃比反饋系統(tǒng)中,當(dāng)空燃比稀薄時(shí),排放氣體中的氧濃度增加,氧傳感器把“稀薄狀況”通知計(jì)算機(jī),然后,計(jì)算機(jī)發(fā)出信號(hào)增加噴油量,由此,當(dāng)空燃比比理論值還濃時(shí),排放氣體中的氧濃度降低,氧傳感器把“較濃狀況”通知計(jì)算機(jī),然后計(jì)算機(jī)減少噴油量,又回復(fù)到原來狀態(tài)。如上所述,反饋系統(tǒng)就是這樣往復(fù)動(dòng)作,從而把空燃比控制在理論值。氧傳感器的性能與溫度有很大的關(guān)系。上一頁下一頁返回6.1氧(O2)傳感器的基本介紹在空燃比反饋系統(tǒng)66.1氧(O2)傳感器的基本介紹6.1.3二氧化鈦型氧(OZ)傳感器這種氧傳感器采用了半導(dǎo)體材料二氧化鈦,二氧化鈦屬N型半導(dǎo)體,其電阻值的大小取決于周圍環(huán)境的氧濃度情況,因此,二氧化鈦型傳感器和二氧化鋯型傳感器一樣,也可以用作檢測排放氣體中的氧濃度。二氧化鈦型氧傳感器的結(jié)構(gòu)如圖6一3所示。在二氧化鈦元件中嵌有圓板形鉑電極,它的周圍有陶瓷。在絕緣體的一端,就是二氧化鈦元件和熱敏電阻,從兩極和兩個(gè)元件的連接點(diǎn)處共引出3根引線。在絕緣體表面上繞有鎢絲,以其作為氧傳感器的加熱器,并引出2根引線。上一頁下一頁返回6.1氧(O2)傳感器的基本介紹6.1.3二氧化鈦型氧(76.1氧(O2)傳感器的基本介紹當(dāng)周圍氧氣比較多時(shí),二氧化鈦的阻值增大;反之,當(dāng)周圍氧氣比較少時(shí),二氧化鈦的阻值減小,所以,二氧化鈦氧傳感器的阻值在理論空燃比附近處急劇變化,輸出電壓也急劇地變化。用二氧化鈦制作的氧傳感器有3個(gè)端子,即“基準(zhǔn)電源”、“輸出”和“搭鐵”。二氧化鈦的阻值隨溫度的變化情況如圖6一4所示。與二氧化鈦元件串聯(lián)的熱敏電阻起溫度補(bǔ)償作用。當(dāng)溫度很低時(shí),二氧化鈦的阻值很大而無法正常工作,對此進(jìn)行快速預(yù)熱激活,所以傳感器上配裝了加熱器上面所說的二氧化鈦氧傳感器,還有耐鉛中毒能力強(qiáng)、產(chǎn)品體積小的優(yōu)點(diǎn)。上一頁返回6.1氧(O2)傳感器的基本介紹當(dāng)周圍氧氣比較多86.2氧傳感器的開發(fā)背景自從1970年有些國家制定了嚴(yán)格的汽車廢氣排放法規(guī)以來,大大加快了汽車排放凈化裝置的研制步伐,一開始時(shí)出現(xiàn)了許多種類的凈化裝置,隨著技術(shù)不斷地革新,不斷地加以淘汰,最后留下來的也就是合理的系統(tǒng),即可以同時(shí)凈化NOx、CO及HC三種有害物質(zhì)的三元催化方式。在此系統(tǒng)中占主導(dǎo)地位的是催化劑技術(shù)的發(fā)展與氧傳感器的成功開發(fā),氧傳感器是使此系統(tǒng)最有效地發(fā)揮作用必不可少的部件。
下一頁返回6.2氧傳感器的開發(fā)背景自從1970年有些國家制定96.2氧傳感器的開發(fā)背景從原理上講,氧傳感器有足夠的理由成立。但因汽車使用非常廣泛,氧傳感器必須能承受苛刻環(huán)境,要長期保證穩(wěn)定的性能,當(dāng)初,生產(chǎn)廠家并沒有充分的把握。但當(dāng)無論如何都需要這一部件時(shí),不僅從事傳感器開發(fā)的部件廠,而且包括汽車制造廠的開發(fā)部門,以及與汽車技術(shù)有關(guān)的技術(shù)人員、研究人員從各個(gè)角度作了大量的研究。上一頁下一頁返回6.2氧傳感器的開發(fā)背景從原理上講,氧傳感器有足夠106.2氧傳感器的開發(fā)背景1976年,博世公司首先在沃爾沃車上裝用了氧傳感器,借此機(jī)會(huì),通用、福田、豐田、日產(chǎn)相繼完成了氧傳感器的開發(fā)工作。時(shí)至今日,氧傳感器已成為燃燒控制技術(shù)中最重要的功能部件,在對排放已訂立法規(guī)的國家里,它已是到處可見的普通產(chǎn)品。氧傳感器是為解決廢氣凈化而開發(fā)出的部件,但目前來說,節(jié)油問題與提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能問題都與氧傳感器有很大的關(guān)系,因此,就要求性能更好,可靠性更高的傳感器。下面采用比較的方法,對二氧化鋯型與二氧化鈦型氧傳感器加以說明。上一頁返回6.2氧傳感器的開發(fā)背景1976年,博世公司首先在116.3氧傳感器在三元系統(tǒng)中的作用6.3.1空燃比控制與氧傳感器先來說明三元催化劑系統(tǒng)的基本原理與氧傳感器的作用?,F(xiàn)在大批量生產(chǎn)的氧傳感器都是檢測理論空燃比點(diǎn)的,它用于三元催化中,凈化效率最高且將廢氣控制于理論空燃比的反饋系統(tǒng)上。三元催化劑的凈化率一般是用空氣過剩率A的函數(shù)來表示。A=1意味著是理論空燃比,小于1時(shí)為濃狀態(tài),大于1時(shí)為稀狀態(tài)。下一頁返回6.3氧傳感器在三元系統(tǒng)中的作用6.3.1空燃比控制與126.3氧傳感器在三元系統(tǒng)中的作用下面說明氧傳感器的基本特性與系統(tǒng)的控制方法。圖6一5是有代表性的空燃比反饋系統(tǒng)的概括。一般來說,噴油量的控制主要采取圖(1)所示的控制法。對燃燒后廢氣而言,氧傳感器的輸出信號(hào)如圖(2)所示。
比較電平大致相當(dāng)于理論空燃比點(diǎn)時(shí)氧傳感器的輸出電平,通常將其調(diào)整在0.5左右,但實(shí)際上,氧傳感器的空燃比特性是變化著的.從圖(3)中還可以看出,控制電路具有將出信號(hào)滯后時(shí)間再輸出的功能.圖(4)是積分電路,與積分量相應(yīng),逐漸地增加噴油量。也有采用圖(5)所示辦法的,在比較器翻轉(zhuǎn)時(shí),提高整個(gè)系統(tǒng)的反饋頻率.上一頁下一頁返回6.3氧傳感器在三元系統(tǒng)中的作用下面說明氧傳感器的136.3氧傳感器在三元系統(tǒng)中的作用從前面的說明中可知:氧傳感器的基本空燃比特性、濃與稀狀態(tài)的響應(yīng)特性對尾氣空燃比的影響很敏感,因此應(yīng)適當(dāng)?shù)卣{(diào)整系統(tǒng)側(cè)的參數(shù):,以維持三元催化的最高凈化效率。近些年來,隨著數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)展,通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)整可以做到這些參數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)的各種工況條件相協(xié)調(diào),按各種使用目的加以區(qū)分。作為氧傳感器的基本特性,除了上面講過的基本空燃比特性、響應(yīng)特性之外,還有內(nèi)阻特性。此外,在低溫范圍內(nèi),空燃比在適當(dāng)范圍內(nèi)變化時(shí),三元催化劑本身的凈化效率還高些,所以要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能選用特性適當(dāng)?shù)难鮽鞲衅?。上一頁下一頁返?.3氧傳感器在三元系統(tǒng)中的作用從前面的說明中可知146.3氧傳感器在三元系統(tǒng)中的作用6.3.2氧傳感器在車載自我診斷系統(tǒng)中的應(yīng)用從1994年開始實(shí)施的車載自我診斷系統(tǒng)一Ⅱ法規(guī)中規(guī)定:車輛上必須配有排放系統(tǒng)部件的故障自我診斷系統(tǒng)。其中也包含有很多利用氧傳感器診斷的技術(shù),下面分項(xiàng)加以說明。上一頁下一頁返回6.3氧傳感器在三元系統(tǒng)中的作用6.3.2氧傳感器在車156.3氧傳感器在三元系統(tǒng)中的作用(1)檢測催化劑老化。法規(guī)中規(guī)定:當(dāng)尾氣達(dá)到限制值的1.5倍時(shí),報(bào)警燈應(yīng)該點(diǎn)亮報(bào)警。對這一要求的檢測,可采用直接檢測尾氣成分的辦法。(2)空燃比控制。車用自我診斷一Ⅱ法規(guī)要求:控制用氧傳感器及燃油控制也能進(jìn)行自我診斷,這時(shí),也可以采用監(jiān)測催化劑后的氧傳感器的輸出信號(hào)的辦法,與前方相比,催化劑的后方尾氣中的未燃燒成分經(jīng)催化劑后已反應(yīng)完成,所以,對氧傳感器來說,穩(wěn)定平衡尾氣的測定表示出理想的輸出。上一頁下一頁返回6.3氧傳感器在三元系統(tǒng)中的作用(1)檢測催化劑老166.3氧傳感器在三元系統(tǒng)中的作用(3)斷火檢測。發(fā)動(dòng)機(jī)斷火將引起催化劑異常發(fā)熱,造成催化劑老化。因此,車用自我診斷-Ⅱ法規(guī)還規(guī)定:應(yīng)檢測出斷火,并發(fā)出警報(bào)。檢測斷火的方法有兩種,一種是直接法,即利用催化劑溫度傳感器、氧傳感器與離子電流傳感器等直接檢測斷火狀況;另一種是間接法,利用曲軸角度傳感器檢測發(fā)動(dòng)機(jī)因斷火引起的轉(zhuǎn)速變化。上一頁返回6.3氧傳感器在三元系統(tǒng)中的作用(3)斷火檢測。發(fā)176.4氧傳感器的材料與工作原理6.4.1二氧化鋯型已經(jīng)批量生產(chǎn)的二氧化鋯部件的結(jié)構(gòu)原理如圖6一6所示。它是由一端已密封的試管狀固體電解質(zhì)元件、其表面的鉑電極及保護(hù)用陶瓷層組成的。一般的尾氣中含有未燃燒成分與剩余的氧,為了弄清楚準(zhǔn)確的空氣過剩率,就需要使這些未燃燒成分與剩余的氧進(jìn)行反應(yīng)以達(dá)平衡狀態(tài)。通過電極上所用鉑的催化作用,可以促進(jìn)其反應(yīng)的進(jìn)行。從空氣過剩率與平衡氧分壓的關(guān)系可知,以λ=1.00處為界,平衡氧分壓出現(xiàn)了急劇的變化。下一頁返回6.4氧傳感器的材料與工作原理6.4.1二氧化鋯型下一186.4氧傳感器的材料與工作原理氧傳感器將產(chǎn)生圖6-7所示的電壓。二氧化鋯型氧傳感器的電動(dòng)勢隨溫度的變化情況,如圖6-8所示。低溫區(qū)濃狀態(tài)下氧傳感器的輸出電壓比較低,這是傳感器元件的內(nèi)阻在低溫區(qū)時(shí)相當(dāng)高的原因造成的,即使利用輸入阻抗很高的普通電壓表也無法測出其輸出電壓。高溫區(qū)濃狀態(tài)下氧傳感器的輸出電壓也比較低,這是由高溫下氧分壓引起的。上一頁下一頁返回6.4氧傳感器的材料與工作原理氧傳感器將產(chǎn)生圖6-196.4氧傳感器的材料與工作原理低溫區(qū)稀狀態(tài)下氧傳感器的輸出電壓增高,這是非平衡氣體影響所造成的,對此點(diǎn)后面還要加以說明,總之,要想在低溫區(qū)快速利用傳感器時(shí),就要降低傳感器的內(nèi)阻,采用高輸入阻抗的電壓表。也需要設(shè)法在傳感器內(nèi)設(shè)加熱器,以加熱傳感元件。上一頁下一頁返回6.4氧傳感器的材料與工作原理低溫區(qū)稀狀態(tài)下氧傳感206.4氧傳感器的材料與工作原理ZrO2有三種晶體:單斜晶體(M),正方晶體(T)及立方晶體(C),其中M/T的轉(zhuǎn)換,會(huì)使晶體體積變化4%左右,這很容易使晶體老化。當(dāng)ZrO2中加入Y2O3,CaO,MgO,Yb2O3后,就可以控制M/T的轉(zhuǎn)移,增加其穩(wěn)定性。強(qiáng)度的機(jī)理與T/M的轉(zhuǎn)移存在著一定關(guān)系,利用這一機(jī)理制成的二氧化鋯陶瓷簡稱為TTZ或ZTC。對傳感器來說,電導(dǎo)率是一項(xiàng)很重要的參數(shù),為了保證批量生產(chǎn)的傳感器在經(jīng)受嚴(yán)格的熱循環(huán)后電特性保持正常,若穩(wěn)定性很好的話,往往選定Y2O3在4~6mol%。上一頁下一頁返回6.4氧傳感器的材料與工作原理ZrO2有三種晶體:216.4氧傳感器的材料與工作原理傳感器上,二氧化鋯固體電解質(zhì)的外側(cè)電極涂敷有陶瓷保護(hù)層。對傳感器的性能來說,催化劑特性有兩個(gè)重要的作用。一是尾氣中存在有未燃燒的氣體,由此造成測量誤差,催化劑對此起著平衡作用;另一個(gè)是,因電極上進(jìn)行的是電化學(xué)反應(yīng),其內(nèi)容包括電子的移動(dòng)、氧分子的吸附,脫離,氧離子的形成,因移動(dòng)與脫離而滲入固體電解質(zhì),而作為逆反應(yīng)包括從固體電解質(zhì)中捕獲氧離子,使其移動(dòng),形成氧分子,形成氣態(tài)等,催化劑都擔(dān)負(fù)著重要作用。上一頁下一頁返回6.4氧傳感器的材料與工作原理傳感器上,二氧化鋯固226.4氧傳感器的材料與工作原理6.4.2二氧化鈦型二氧化鈦的熔點(diǎn)是1750℃,它以三種狀態(tài)存在,氧化鈦(B)、銳鈦礦形(A)、板鈦礦形(B)。其中的R形從低溫到高溫一直是穩(wěn)定狀態(tài),沒有必要像ZrO2那樣,需要考慮狀態(tài)轉(zhuǎn)移的問題,是適合制作傳感器的材料,下面以多孔形TiO2陶瓷的電阻溫度特性為例加以說明,如圖6一9所示,將此圖大致分5個(gè)方面加以說明。上一頁下一頁返回6.4氧傳感器的材料與工作原理6.4.2二氧化鈦型上一236.4氧傳感器的材料與工作原理(1)表面的化學(xué)吸附。這是指表面靠化學(xué)吸附的O2,H2O,CO,HC氣體與TiO2表面之間電子轉(zhuǎn)移所引起的現(xiàn)象,這主要從室溫至400℃可以發(fā)現(xiàn):電阻的變化程度隨溫度及表面狀態(tài)而變化。(2)TiO2自身體電阻的變化。隨著溫度的升高,熱量激勵(lì)出的載流子的數(shù)量增多。所以,電阻減小。這種變化相當(dāng)于熱量形成空穴的能量,這是TiO2固有的性質(zhì).(3)氧分壓的影響.(4)非平衡氣體的影響.(5)原子價(jià)控制的影響.上一頁返回6.4氧傳感器的材料與工作原理(1)表面的化學(xué)吸附246.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)6.5.1圓筒形二氧化鋯傳感器為保證二氧化鋯傳感器能夠安裝在汽車等的排氣管上,都用金屬件將陶瓷零件—二氧化鋯件保護(hù)起來。二氧化鋯氧傳感器大致可分為帶加熱器和不帶加熱器兩種,其結(jié)構(gòu)分別如圖6一10和圖6一11所示。近年來,隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn),尾氣溫度有下降的趨勢,為了獲取更穩(wěn)定的信號(hào),加上目前又趨向?qū)⒀鮽鞲衅靼惭b在尾氣混合狀態(tài)良好的下游側(cè),所以目前的主導(dǎo)產(chǎn)品是帶加熱器型的氧傳感器(簡稱為HEGO)。下一頁返回6.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)6.5.1圓筒形二氧化鋯傳感256.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)NTK公司很久以前就已經(jīng)利用IC外殼的封裝技術(shù),并可把加熱器的圖形印刷在陶瓷片上,利用同時(shí)燒結(jié)的辦法制出精巧的加熱器。帶加熱器型氧傳感器的輸出特性如圖6-12所示。在加熱器的作用下,元件很快被加熱,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)之后,在很短的時(shí)間內(nèi)元件達(dá)到活性溫度,并進(jìn)入控制狀態(tài)。對排放控制來說,與無加熱器型相比,帶加熱器的氧傳感器要好多了。今后,排放法規(guī)會(huì)越來越嚴(yán)格,所以,帶加熱器的氧傳感器將成為今后的主流產(chǎn)品。上一頁下一頁返回6.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)NTK公司很久以前就已經(jīng)266.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)6.5.2搭鐵絕緣型二氧化鋯傳感器為了對發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)行更精密的控制,要把氧傳感器安裝在各氣缸氣體已經(jīng)均勻混合的下游,這樣效果好。但這時(shí),傳感器與微機(jī)之間會(huì)形成電位差,即兩者之間的電阻增加,此外,發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的干擾會(huì)竄到信號(hào)線上,造成發(fā)動(dòng)機(jī)控制出現(xiàn)故障。上一頁下一頁返回6.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)6.5.2搭鐵絕緣型二氧化鋯276.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)也就是說,傳感器安裝位置附近的搭鐵電位與蓄電池、微機(jī)等的搭鐵電位會(huì)出現(xiàn)電位差。與微機(jī)的搭鐵電位相比,當(dāng)傳感器搭鐵電位高△V時(shí),則電位差的值疊加到傳感器的信號(hào)上,由此而造成理論空燃比控制出現(xiàn)偏差。此外,也有的將氧傳感器安裝在排氣管上,隨著汽車使用時(shí)間的加長與傳感器間的連接電阻增加。上一頁下一頁返回6.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)也就是說,傳感器安裝位置286.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)為了解決這一問題,有一種方案是,將引出線焊在傳感器的本體上,再引出傳感器搭鐵線,由此可能造成在搭鐵線回路中,電波干擾調(diào)制了傳感器輸出信號(hào)。為了避免出現(xiàn)上述問題,就要設(shè)法使傳感器的信號(hào)不通過發(fā)動(dòng)機(jī)的本體,而從元件直接輸出。稱這種規(guī)格的為搭鐵絕緣型(或稱為不搭鐵型)氧傳感器,NTK公司最先將這種產(chǎn)品供向市場。目前,有70%以上的氧傳感器都是搭鐵絕緣型,且?guī)Ъ訜崞鳌I弦豁撓乱豁摲祷?.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)為了解決這一問題,有一種296.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)主絕緣采用了機(jī)械強(qiáng)度高、絕緣性能好的結(jié)構(gòu)材料—氧化鋁陶瓷,氧化鋁陶瓷件設(shè)置在主接頭與傳感元件之間,采用滑石作填加材料,通過熱鉚主接頭,將傳感元件密封固定。通過印刷、燒結(jié)工藝將引出線與傳感元件外表面相連,負(fù)信號(hào)就從這里輸出。傳感器的結(jié)構(gòu)如圖6一13所示。絕緣特性的調(diào)查結(jié)果如圖6一14所示。上一頁下一頁返回6.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)主絕緣采用了機(jī)械強(qiáng)度高、306.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)6.5.3板狀二氧化鋯傳感器以前的氧傳感器采用的都是陶瓷粉末的壓力成形工藝,這種工藝與從前火花塞絕緣件的成形工藝完全相同,可靠性也非常高。與此相比,近幾年又開發(fā)出了陶瓷的新工藝,即層壓工藝,這種工藝已用于疊層電容器及陶瓷IC封裝的生產(chǎn)之中。這種工藝的流程是,將熱可塑性樹脂混合在陶瓷粉末中,制成薄片,再將這些薄片重疊制成板狀件,接著燒結(jié)成一個(gè)整的工件。因?yàn)楸∑容^柔軟、容易加工,所以可切斷或鉆孔。此外,在其表面涂覆金屬漿料,還可以包鍍金屬。采用這種工藝制作板狀二氧化鋯傳感器公開于1985年,其結(jié)構(gòu)如圖6一15所示。上一頁下一頁返回6.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)6.5.3板狀二氧化鋯傳感器316.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)6.5.4二氧化鈦氧傳感器與二氧化鋯件不同,二氧化鈦氧傳感器不需要與大氣壓進(jìn)行對比,所以,很簡單地就可以做到防水。為支撐基板,可用玻璃做到完全密封。這樣,利用玻璃密封就可以隔斷尾氣中的水分。此外,通過在引出線與保護(hù)殼之間設(shè)置用硅橡膠材料制成的襯墊,可以防止水從傳感器四周滲入。
上一頁下一頁返回6.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)6.5.4二氧化鈦氧傳感器上326.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)傳感元件的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖6一16所示,傳感器多層(3層)氧化鋁基板上設(shè)有二氧化鈦厚膜,基板內(nèi)部有利用Pt噴涂工藝形成的加熱器及分壓電阻,屬于小型混合集成電路結(jié)構(gòu)。利用分壓電阻從蓄電池電壓上分壓出約1V的電壓作傳感器電源。中間的氧化鋁層起保護(hù)加熱器、提高耐久性的作用,同時(shí),可以防止加熱器電源誤加至傳感元件上。因?yàn)榛迮c二氧化鈦的密合性對傳感器的可靠性非常重要。所以,利用陶瓷小球?qū)⒒灞砻嬖O(shè)計(jì)成凸凹不平的結(jié)構(gòu),二氧化鈦膜填滿了球與基板之間空隙,由此可以防止二氧化鈦厚膜從基板上脫落。上一頁下一頁返回6.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)傳感元件的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖6336.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)
本節(jié)介紹的傳感器屬電阻變化型,所以電極附近的二氧化鈦電阻變化時(shí),傳感器就可以測出周圍氣氛的變化。因?yàn)殡姌O位于二氧化鈦厚膜的最深處,所以,尾氣向厚膜中的擴(kuò)散速度及其間非平衡氣體的反應(yīng)狀況決定著傳感器的特性。目的就是要使二氧化鈦的氣孔直徑、厚膜及催化特性對各項(xiàng)應(yīng)用達(dá)到最佳狀態(tài)。上一頁下一頁返回6.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)本節(jié)介紹的傳感器屬電阻變346.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)
歸納起來,本節(jié)介紹的傳感器有下述特點(diǎn)。①因?yàn)榧訜崞?、電極分壓電阻制成一個(gè)整體,所以以較低的成本就可生產(chǎn)出帶加熱器的傳感器;②與二氧化鋯傳感器不同,不需要比較元件,所以,防水設(shè)計(jì)比較簡單;③不易出現(xiàn)含鉛汽油引起的中毒現(xiàn)象。上一頁返回6.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)歸納起來,本節(jié)介紹的傳感356.6氧傳感器使用中的問題6.6.1氧傳感器的安裝在考慮氧傳感器的安裝位置時(shí),需要考慮到為激活元件頂端檢測部位所需的最低溫度和防止高溫老化的最高溫度。通常,二氧化鋯傳感器的標(biāo)準(zhǔn)工作溫度為350℃~850℃。僅就熱老化來看時(shí),當(dāng)元件溫度在100℃時(shí)其壽命可提高9倍,但當(dāng)溫度過低時(shí),所析出的沉淀物增多,所以希望其工作溫度范圍為600℃~800℃。下一頁返回6.6氧傳感器使用中的問題6.6.1氧傳感器的安裝下一366.6氧傳感器使用中的問題氧傳感器大多安裝在多個(gè)氣缸排放的匯合部位,但傳感元件溫度及尾氣混合程度隨安裝位置而變化。為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的控制,目前大多都把傳感器安裝在匯合管道的下游,各缸的排氣得以在匯合管道內(nèi)充分混合。在這種場合下,因?yàn)槲矚鉁囟缺容^低,所以一般用帶加熱器的氧傳感器。上一頁下一頁返回6.6氧傳感器使用中的問題氧傳感器大多安裝在多個(gè)氣376.6氧傳感器使用中的問題6.6.2耐高溫與中毒老化在推測傳感器質(zhì)量保證時(shí)間時(shí),很重要的一項(xiàng)工作是搞清楚氧傳感器的老化機(jī)理。為了保護(hù)地球的環(huán)境,法規(guī)要求增加傳感器的質(zhì)量保證時(shí)間。但是,另一方面,車輛的使用方法即傳感器的使用方法不盡相同,按理是不能用一種評(píng)價(jià)方法來推測壽命。下面就來說明尾氣溫度與各種中毒原因之間的關(guān)系;對老化機(jī)理的分析,僅供讀者參考。上一頁下一頁返回6.6氧傳感器使用中的問題6.6.2耐高溫與中毒老化上386.6氧傳感器使用中的問題(1)尾氣空燃比與老化(2)鉛中毒(3)磷(P)中毒(4)硅(Si)中毒上一頁下一頁返回6.6氧傳感器使用中的問題(1)尾氣空燃比與老化上396.6氧傳感器使用中的問題6.6.3非平衡氣體的影響氧傳感器的作用本來只是測量尾氣中的含氧量。但在實(shí)際的尾氣中,還殘留有未燃燒氣體,因此,怎樣分析未燃燒氣體的成分就擺在人們的面前。汽車上裝用氧傳感器的日的是有效地發(fā)揮三元催化劑的作用。前面已經(jīng)講過,氧傳感器裝在催化劑下游時(shí),其輸出電壓精度最高。本節(jié)將說明氧傳感器對未燃燒氣體的影響。二氧化鋯傳感器的氣敏機(jī)理如圖6一17所示,現(xiàn)分區(qū)加以說明。上一頁下一頁返回6.6氧傳感器使用中的問題6.6.3非平衡氣體的影響上406.6氧傳感器使用中的問題(1)低溫區(qū)(低于400℃)。在此區(qū)域內(nèi)傳感器電極的催化能力很低,傳感器的輸出信號(hào)也低。一般來說,傳感器電極上吸附有尾氣中的未燃?xì)怏w,然后憑借與電極的催化能力,未燃?xì)怏w完全燃燒,傳感器測得平衡氧分壓,但在低溫區(qū)域時(shí),僅能吸附氣體,引起燃燒的能力下降。上一頁下一頁返回6.6氧傳感器使用中的問題(1)低溫區(qū)(低于400416.6氧傳感器使用中的問題(2)中溫區(qū)(400℃一600℃)。在中溫區(qū),傳感器的內(nèi)阻減小,所以就沒有(1)中①所述的問題。傳感器的催化劑活性也在某種程度上呈現(xiàn)出來,CO被吸附的同時(shí),與氧氣發(fā)生催化反應(yīng),消除了CO吸附電位的影響。對這種場合下所出現(xiàn)的控制空燃比多少有一點(diǎn)向稀側(cè)偏移的現(xiàn)象,可用擴(kuò)散理論試加解釋。上一頁下一頁返回6.6氧傳感器使用中的問題(2)中溫區(qū)(400℃一426.6氧傳感器使用中的問題(3)中~高溫區(qū)(600℃~700℃)。在這一區(qū)域,傳感器的輸出最穩(wěn)定發(fā)動(dòng)機(jī)自身可以穩(wěn)定燃燒的區(qū)域,未燃燒氣體處于熱活性化狀態(tài),可在排氣管中進(jìn)行反應(yīng).(4)高溫區(qū)(700℃以上)。對高溫區(qū)工作的氧傳感器來說,一個(gè)是熱老化問題,這在前曲已經(jīng)作了說明,另一個(gè)問題是NOx氣體的影響。上一頁返回6.6氧傳感器使用中的問題(3)中~高溫區(qū)(600436.7氧傳感器的評(píng)定技術(shù)隨著車輛性能的不斷提高,對左右車輛性能的氧傳感器的功能要求也越來越高,要求其工作性能要更加穩(wěn)定,在開發(fā)過程中,根據(jù)評(píng)定技術(shù)確立維持一定精度的測量方法則已變?yōu)楸匾獥l件.因此,要根據(jù)下述兩點(diǎn)來研究氧傳感器的評(píng)定技術(shù)①氧傳感器作為內(nèi)燃機(jī)上的重要部件,它應(yīng)滿足一般性能、機(jī)械、溫度及電性能的要求。②作為發(fā)動(dòng)機(jī)上排放控制系統(tǒng)的部件應(yīng)具有足夠的功能。下一頁返回6.7氧傳感器的評(píng)定技術(shù)隨著車輛性能的不斷提高,對446.7氧傳感器的評(píng)定技術(shù)下面就以目前廣泛應(yīng)用的二氧化鋯氧傳感器的評(píng)定技術(shù)為中心,對其主要項(xiàng)目加以說明?,F(xiàn)在部分車輛上,已采用二氧化鈦?zhàn)鳈z測元件,但占主導(dǎo)地位的還是二氧化鋯,而且,兩種傳感器的使用目的、安裝位置等大致都相同,所以,可采用大致相同的評(píng)價(jià)方法。上一頁下一頁返回6.7氧傳感器的評(píng)定技術(shù)下面就以目前廣泛應(yīng)用的二氧456.7氧傳感器的評(píng)定技術(shù)6.7.1機(jī)械性能(1)引出線的抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)(2)扭矩強(qiáng)度試驗(yàn)(3)沖擊強(qiáng)度試驗(yàn)(4)尾氣密封程度試驗(yàn)(5)振動(dòng)試驗(yàn)
上一頁下一頁返回6.7氧傳感器的評(píng)定技術(shù)6.7.1機(jī)械性能上一頁下一頁466.7氧傳感器的評(píng)定技術(shù)6.7.2溫度性能(1)高溫存放試驗(yàn)
(2)低溫存放試驗(yàn)(3)熱循環(huán)沖擊試驗(yàn)(4)熱循環(huán)試驗(yàn)上一頁下一頁返回6.7氧傳感器的評(píng)定技術(shù)6.7.2溫度性能上一頁下一頁476.7氧傳感器的評(píng)定技術(shù)6.7.3電性能(1)絕緣電阻試驗(yàn)(2)傳感器輸出電壓的測量(3)響應(yīng)性試驗(yàn)(4)內(nèi)阻的檢測上一頁下一頁返回6.7氧傳感器的評(píng)定技術(shù)6.7.3電性能上一頁下一頁返486.7氧傳感器的評(píng)定技術(shù)6.7.4控制特性的評(píng)定方法氧傳感器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管上,其輸出信號(hào)隨發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣成分的比例而變化,通過控制氧傳感器的輸出變化就可以控制發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒狀態(tài)。因此,只要傳感器沒有損壞,最重要的工作就是評(píng)定其控制特性。(1)利用燃燒后的尾氣進(jìn)行評(píng)定(2)利用模擬氣體進(jìn)行評(píng)定(3)排放的評(píng)定上一頁下一頁返回6.7氧傳感器的評(píng)定技術(shù)6.7.4控制特性的評(píng)定方法上496.7氧傳感器的評(píng)定技術(shù)6.7.5其他評(píng)定方法在工作環(huán)境很差或處于劣質(zhì)燃油中時(shí),實(shí)際裝用的傳感器可能發(fā)生變質(zhì),尤其是汽油中混有鉛或者硅時(shí),傳感器的控制會(huì)出現(xiàn)很大的變化,嚴(yán)重時(shí)其功能會(huì)完全喪失。對傳感器的耐熱溫度來說,還要充分注意其上所用部件的耐熱性能,要使其在低于最高使用溫度下工作。關(guān)于噴水試驗(yàn),飛石的評(píng)定,鹽霧試驗(yàn)等,可和普通的發(fā)動(dòng)機(jī)部件同樣試驗(yàn)與評(píng)定。上一頁下一頁返回6.7氧傳感器的評(píng)定技術(shù)6.7.5其他評(píng)定方法上一頁下506.7氧傳感器的評(píng)定技術(shù)6.7.6檢查方法將氧傳感器的“+”極與微機(jī)相連,“一”極通過安裝螺帽與排氣管相連,因此,在檢查發(fā)動(dòng)機(jī)的混合狀態(tài)的同時(shí),還監(jiān)測傳感器正極上輸出電壓的變化的話,就可以評(píng)定傳感器的特性上一頁下一頁返回6.7氧傳感器的評(píng)定技術(shù)6.7.6檢查方法上一頁下一頁516.7氧傳感器的評(píng)定技術(shù)一般來說,通過設(shè)置在控制組件上的監(jiān)測燈及安裝有氧傳感器的檢測器后,就可以判斷出正常還是異常。但是,因?yàn)槲矚鉁囟炔怀^某一程度(約400℃)時(shí),氧傳感器就不會(huì)正常輸出,所以,測試前需要充分熱機(jī),此外,因?yàn)檠鮽鞲衅麟妱?dòng)勢的能量非常小,所以,需要用高內(nèi)阻的萬用表或示波器來測量傳感器的輸出信號(hào)。氧傳感器是以固體電解質(zhì)二氧化鋯瓷的電動(dòng)勢作為輸出信號(hào)的,所以檢查時(shí),很重要的事項(xiàng)是不能反復(fù)地使傳感器通電,還要充分注意:高電壓加到傳感器上時(shí),可能會(huì)損壞傳感器上一頁下一頁返回6.7氧傳感器的評(píng)定技術(shù)一般來說,通過設(shè)置在控制組526.7氧傳感器的評(píng)定技術(shù)6.7.7今后的要求對作為三元催化系統(tǒng)中的重要部件氧傳感器來說,首先要求的是其質(zhì)量的可靠性。此外,作為車輛發(fā)動(dòng)機(jī)上的部件來說,要求其設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)出質(zhì)量的要求。近幾年來,隨著對車輛整體壽命的要求,也要求氧傳感器的壽命相應(yīng)要加長氧傳感器的作用,不僅停留在為了提高三元催化劑的凈化效率,僅控制混合比的階段,在催化劑變換器的前后裝兩個(gè)傳感器可以按車載自我診斷系統(tǒng)的規(guī)定檢測出催化劑的老化狀態(tài),進(jìn)一步在整個(gè)燃燒控制技術(shù)中發(fā)揮中堅(jiān)作用。上一頁下一頁返回6.7氧傳感器的評(píng)定技術(shù)6.7.7今后的要求上一頁下一536.7氧傳感器的評(píng)定技術(shù)二氧化鋯傳感器和二氧化鈦傳感器各有優(yōu)缺點(diǎn),其選用要按汽車廠的燃燒控制的整體思想來決定。一般來說,汽車廠主要選用的是二氧化鋯型氧傳感器,但對具有重要功能的氧傳感器來說,今后還會(huì)從各個(gè)角度繼續(xù)進(jìn)行研究??刂品绞讲煌哂袛?shù)項(xiàng)特點(diǎn)的二氧化鈦傳感器在今后燃燒系統(tǒng)的開發(fā)過程中,將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。總之,還不能說氧傳感器是一種非常成熟的產(chǎn)品,作為用戶方的汽車制造廠會(huì)對此陸續(xù)地提出許多新要求,對部件廠來說,還面臨許多新課題。上一頁返回6.7氧傳感器的評(píng)定技術(shù)二氧化鋯傳感器和二氧化鈦傳54圖6一1二氧化鋯型氧傳感器的結(jié)構(gòu)返回圖6一1二氧化鋯型氧傳感器的結(jié)構(gòu)返回55圖6一2帶加熱器的氧傳感器的結(jié)構(gòu)返回圖6一2帶加熱器的氧傳感器的結(jié)構(gòu)返回56圖6一3二氧化鈦型氧傳感器的結(jié)構(gòu)返回圖6一3二氧化鈦型氧傳感器的結(jié)構(gòu)返回57圖6一4二氧化鈦氧傳感器的特性返回圖6一4二氧化鈦氧傳感器的特性返回58圖6一5空燃比反饋系統(tǒng)的概要返回圖6一5空燃比反饋系統(tǒng)的概要返回59圖6一6二氧化鋯氧傳感器的結(jié)構(gòu)原理返回圖6一6二氧化鋯氧傳感器的結(jié)構(gòu)原理返回60圖6一7空氣過剩率與電壓返回圖6一7空氣過剩率與電壓返回61圖6一8二氧化鋯氧傳感器的電動(dòng)勢與溫度的關(guān)系返回圖6一8二氧化鋯氧傳感器的電動(dòng)勢與溫度的關(guān)系返回62圖6一9二氧化鈦氧傳感器的電阻—溫度特性返回圖6一9二氧化鈦氧傳感器的電阻—溫度特性返回63圖6一10NTK牌帶加熱器的二氧化鋯氧傳感器返回圖6一10NTK牌帶加熱器的二氧化鋯氧傳感器返回64圖6一11NTK牌無加熱器的二氧化鋯氧傳感器返回圖6一11NTK牌無加熱器的二氧化鋯氧傳感器返回65圖6一12上升特性;開關(guān)閉合后,怠速加濃時(shí)的輸出特性返回圖6一12上升特性;開關(guān)閉合后,怠速加濃時(shí)的輸出特性返回66圖6一13NTK公司牛產(chǎn)的搭鐵絕緣型二氧化鋯氧傳感器返回圖6一13NTK公司牛產(chǎn)的搭鐵絕緣型二氧化鋯氧傳感器返回67圖6一14傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)上的絕緣特性返回圖6一14傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)上的絕緣特性返回68圖6一15傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)上的絕緣特性返回圖6一15傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)上的絕緣特性返回69圖6一16厚膜式二氧化鈦氧傳感器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)返回圖6一16厚膜式二氧化鈦氧傳感器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)返回70圖6一17氧傳感器的溫度特性模擬圖返回圖6一17氧傳感器的溫度特性模擬圖返回71結(jié)束結(jié)束《汽車氧傳感器》PPT課件《汽車氧傳感器》PPT課件736.1氧(O2)傳感器的基本介紹6.1.1二氧化鋯型氧(O2)傳感器氧(O2)傳感器可用于電子控制燃油噴射裝置中的反饋系統(tǒng);用以檢測排放氣體中的氧氣濃度、空燃比的濃稀,監(jiān)測氣缸內(nèi)是否按理論空燃比(15:1)進(jìn)行燃燒,并向計(jì)算機(jī)反饋。這種傳感器的結(jié)構(gòu)如圖6一1所示,它是由產(chǎn)生電動(dòng)勢的二氧化鋯管、起電極作用的襯套以及防止二氧化鋯管損壞和導(dǎo)入汽車排氣的進(jìn)氣孔組成的。二氧化鋯管的內(nèi)、外表面均涂覆有薄薄一層鉑,鉑既可以成為電極又具有電勢放大作用。二氧化鋯管的外表面處于氧氣濃度較低的汽車所排放的氣體中,而管的內(nèi)表面則導(dǎo)入周圍空氣,兩表面氧氣濃度之差就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢。下一頁返回6.1氧(O2)傳感器的基本介紹6.1.1二氧化鋯型氧(746.1氧(O2)傳感器的基本介紹二氧化鋯型傳感器的工作原理如下所述:當(dāng)空燃比較濃時(shí),排放氣體中的氧氣比較少,大氣中的氧離子通過二氧化鋯管后產(chǎn)生電壓,所以指示燈亮;反之,當(dāng)空燃比較低時(shí),氧氣濃度很高,所以產(chǎn)生的電壓很低,指示燈不亮。上一頁下一頁返回6.1氧(O2)傳感器的基本介紹二氧化鋯型傳感器756.1氧(O2)傳感器的基本介紹6.1.2帶加熱器的二氧化鋯氧濃淡電動(dòng)勢型氧(O2)傳感器為了保證氧傳感器具有穩(wěn)定的輸出信號(hào),就需要使其處于300℃以上的環(huán)境中,因此,一般可以把它安裝在離發(fā)動(dòng)機(jī)較近、溫度較高的位置處,但是,由于設(shè)計(jì)上的原因,有時(shí)必須將其安裝在離發(fā)動(dòng)機(jī)較遠(yuǎn)、溫度較低的位置處,在這種位置處也能工作的是帶加熱器的氧傳感器,即在排放氣體溫度為150℃~200℃時(shí)可以工作。
上一頁下一頁返回6.1氧(O2)傳感器的基本介紹6.1.2帶加熱器的二氧766.1氧(O2)傳感器的基本介紹
這種傳感器的工作原理與前面介紹過的無加熱器氧傳感器完全相同,在試管形的固體電解質(zhì)的內(nèi)側(cè)設(shè)置了陶瓷加熱器,在給加熱器加上電壓之后,從內(nèi)側(cè)進(jìn)行加熱,所以在低溫下就可以工作。傳感器的結(jié)構(gòu)如圖6-2所示。在這種場合下,氧傳感器是作電子控制燃油噴射裝置上的空燃比反饋控制傳感器用的,用以檢測排放氣體中的氧氣濃度。上一頁下一頁返回6.1氧(O2)傳感器的基本介紹這種傳感器的工作776.1氧(O2)傳感器的基本介紹
在空燃比反饋系統(tǒng)中,當(dāng)空燃比稀薄時(shí),排放氣體中的氧濃度增加,氧傳感器把“稀薄狀況”通知計(jì)算機(jī),然后,計(jì)算機(jī)發(fā)出信號(hào)增加噴油量,由此,當(dāng)空燃比比理論值還濃時(shí),排放氣體中的氧濃度降低,氧傳感器把“較濃狀況”通知計(jì)算機(jī),然后計(jì)算機(jī)減少噴油量,又回復(fù)到原來狀態(tài)。如上所述,反饋系統(tǒng)就是這樣往復(fù)動(dòng)作,從而把空燃比控制在理論值。氧傳感器的性能與溫度有很大的關(guān)系。上一頁下一頁返回6.1氧(O2)傳感器的基本介紹在空燃比反饋系統(tǒng)786.1氧(O2)傳感器的基本介紹6.1.3二氧化鈦型氧(OZ)傳感器這種氧傳感器采用了半導(dǎo)體材料二氧化鈦,二氧化鈦屬N型半導(dǎo)體,其電阻值的大小取決于周圍環(huán)境的氧濃度情況,因此,二氧化鈦型傳感器和二氧化鋯型傳感器一樣,也可以用作檢測排放氣體中的氧濃度。二氧化鈦型氧傳感器的結(jié)構(gòu)如圖6一3所示。在二氧化鈦元件中嵌有圓板形鉑電極,它的周圍有陶瓷。在絕緣體的一端,就是二氧化鈦元件和熱敏電阻,從兩極和兩個(gè)元件的連接點(diǎn)處共引出3根引線。在絕緣體表面上繞有鎢絲,以其作為氧傳感器的加熱器,并引出2根引線。上一頁下一頁返回6.1氧(O2)傳感器的基本介紹6.1.3二氧化鈦型氧(796.1氧(O2)傳感器的基本介紹當(dāng)周圍氧氣比較多時(shí),二氧化鈦的阻值增大;反之,當(dāng)周圍氧氣比較少時(shí),二氧化鈦的阻值減小,所以,二氧化鈦氧傳感器的阻值在理論空燃比附近處急劇變化,輸出電壓也急劇地變化。用二氧化鈦制作的氧傳感器有3個(gè)端子,即“基準(zhǔn)電源”、“輸出”和“搭鐵”。二氧化鈦的阻值隨溫度的變化情況如圖6一4所示。與二氧化鈦元件串聯(lián)的熱敏電阻起溫度補(bǔ)償作用。當(dāng)溫度很低時(shí),二氧化鈦的阻值很大而無法正常工作,對此進(jìn)行快速預(yù)熱激活,所以傳感器上配裝了加熱器上面所說的二氧化鈦氧傳感器,還有耐鉛中毒能力強(qiáng)、產(chǎn)品體積小的優(yōu)點(diǎn)。上一頁返回6.1氧(O2)傳感器的基本介紹當(dāng)周圍氧氣比較多806.2氧傳感器的開發(fā)背景自從1970年有些國家制定了嚴(yán)格的汽車廢氣排放法規(guī)以來,大大加快了汽車排放凈化裝置的研制步伐,一開始時(shí)出現(xiàn)了許多種類的凈化裝置,隨著技術(shù)不斷地革新,不斷地加以淘汰,最后留下來的也就是合理的系統(tǒng),即可以同時(shí)凈化NOx、CO及HC三種有害物質(zhì)的三元催化方式。在此系統(tǒng)中占主導(dǎo)地位的是催化劑技術(shù)的發(fā)展與氧傳感器的成功開發(fā),氧傳感器是使此系統(tǒng)最有效地發(fā)揮作用必不可少的部件。
下一頁返回6.2氧傳感器的開發(fā)背景自從1970年有些國家制定816.2氧傳感器的開發(fā)背景從原理上講,氧傳感器有足夠的理由成立。但因汽車使用非常廣泛,氧傳感器必須能承受苛刻環(huán)境,要長期保證穩(wěn)定的性能,當(dāng)初,生產(chǎn)廠家并沒有充分的把握。但當(dāng)無論如何都需要這一部件時(shí),不僅從事傳感器開發(fā)的部件廠,而且包括汽車制造廠的開發(fā)部門,以及與汽車技術(shù)有關(guān)的技術(shù)人員、研究人員從各個(gè)角度作了大量的研究。上一頁下一頁返回6.2氧傳感器的開發(fā)背景從原理上講,氧傳感器有足夠826.2氧傳感器的開發(fā)背景1976年,博世公司首先在沃爾沃車上裝用了氧傳感器,借此機(jī)會(huì),通用、福田、豐田、日產(chǎn)相繼完成了氧傳感器的開發(fā)工作。時(shí)至今日,氧傳感器已成為燃燒控制技術(shù)中最重要的功能部件,在對排放已訂立法規(guī)的國家里,它已是到處可見的普通產(chǎn)品。氧傳感器是為解決廢氣凈化而開發(fā)出的部件,但目前來說,節(jié)油問題與提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能問題都與氧傳感器有很大的關(guān)系,因此,就要求性能更好,可靠性更高的傳感器。下面采用比較的方法,對二氧化鋯型與二氧化鈦型氧傳感器加以說明。上一頁返回6.2氧傳感器的開發(fā)背景1976年,博世公司首先在836.3氧傳感器在三元系統(tǒng)中的作用6.3.1空燃比控制與氧傳感器先來說明三元催化劑系統(tǒng)的基本原理與氧傳感器的作用?,F(xiàn)在大批量生產(chǎn)的氧傳感器都是檢測理論空燃比點(diǎn)的,它用于三元催化中,凈化效率最高且將廢氣控制于理論空燃比的反饋系統(tǒng)上。三元催化劑的凈化率一般是用空氣過剩率A的函數(shù)來表示。A=1意味著是理論空燃比,小于1時(shí)為濃狀態(tài),大于1時(shí)為稀狀態(tài)。下一頁返回6.3氧傳感器在三元系統(tǒng)中的作用6.3.1空燃比控制與846.3氧傳感器在三元系統(tǒng)中的作用下面說明氧傳感器的基本特性與系統(tǒng)的控制方法。圖6一5是有代表性的空燃比反饋系統(tǒng)的概括。一般來說,噴油量的控制主要采取圖(1)所示的控制法。對燃燒后廢氣而言,氧傳感器的輸出信號(hào)如圖(2)所示。
比較電平大致相當(dāng)于理論空燃比點(diǎn)時(shí)氧傳感器的輸出電平,通常將其調(diào)整在0.5左右,但實(shí)際上,氧傳感器的空燃比特性是變化著的.從圖(3)中還可以看出,控制電路具有將出信號(hào)滯后時(shí)間再輸出的功能.圖(4)是積分電路,與積分量相應(yīng),逐漸地增加噴油量。也有采用圖(5)所示辦法的,在比較器翻轉(zhuǎn)時(shí),提高整個(gè)系統(tǒng)的反饋頻率.上一頁下一頁返回6.3氧傳感器在三元系統(tǒng)中的作用下面說明氧傳感器的856.3氧傳感器在三元系統(tǒng)中的作用從前面的說明中可知:氧傳感器的基本空燃比特性、濃與稀狀態(tài)的響應(yīng)特性對尾氣空燃比的影響很敏感,因此應(yīng)適當(dāng)?shù)卣{(diào)整系統(tǒng)側(cè)的參數(shù):,以維持三元催化的最高凈化效率。近些年來,隨著數(shù)字計(jì)算機(jī)的發(fā)展,通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)整可以做到這些參數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)的各種工況條件相協(xié)調(diào),按各種使用目的加以區(qū)分。作為氧傳感器的基本特性,除了上面講過的基本空燃比特性、響應(yīng)特性之外,還有內(nèi)阻特性。此外,在低溫范圍內(nèi),空燃比在適當(dāng)范圍內(nèi)變化時(shí),三元催化劑本身的凈化效率還高些,所以要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能選用特性適當(dāng)?shù)难鮽鞲衅?。上一頁下一頁返?.3氧傳感器在三元系統(tǒng)中的作用從前面的說明中可知866.3氧傳感器在三元系統(tǒng)中的作用6.3.2氧傳感器在車載自我診斷系統(tǒng)中的應(yīng)用從1994年開始實(shí)施的車載自我診斷系統(tǒng)一Ⅱ法規(guī)中規(guī)定:車輛上必須配有排放系統(tǒng)部件的故障自我診斷系統(tǒng)。其中也包含有很多利用氧傳感器診斷的技術(shù),下面分項(xiàng)加以說明。上一頁下一頁返回6.3氧傳感器在三元系統(tǒng)中的作用6.3.2氧傳感器在車876.3氧傳感器在三元系統(tǒng)中的作用(1)檢測催化劑老化。法規(guī)中規(guī)定:當(dāng)尾氣達(dá)到限制值的1.5倍時(shí),報(bào)警燈應(yīng)該點(diǎn)亮報(bào)警。對這一要求的檢測,可采用直接檢測尾氣成分的辦法。(2)空燃比控制。車用自我診斷一Ⅱ法規(guī)要求:控制用氧傳感器及燃油控制也能進(jìn)行自我診斷,這時(shí),也可以采用監(jiān)測催化劑后的氧傳感器的輸出信號(hào)的辦法,與前方相比,催化劑的后方尾氣中的未燃燒成分經(jīng)催化劑后已反應(yīng)完成,所以,對氧傳感器來說,穩(wěn)定平衡尾氣的測定表示出理想的輸出。上一頁下一頁返回6.3氧傳感器在三元系統(tǒng)中的作用(1)檢測催化劑老886.3氧傳感器在三元系統(tǒng)中的作用(3)斷火檢測。發(fā)動(dòng)機(jī)斷火將引起催化劑異常發(fā)熱,造成催化劑老化。因此,車用自我診斷-Ⅱ法規(guī)還規(guī)定:應(yīng)檢測出斷火,并發(fā)出警報(bào)。檢測斷火的方法有兩種,一種是直接法,即利用催化劑溫度傳感器、氧傳感器與離子電流傳感器等直接檢測斷火狀況;另一種是間接法,利用曲軸角度傳感器檢測發(fā)動(dòng)機(jī)因斷火引起的轉(zhuǎn)速變化。上一頁返回6.3氧傳感器在三元系統(tǒng)中的作用(3)斷火檢測。發(fā)896.4氧傳感器的材料與工作原理6.4.1二氧化鋯型已經(jīng)批量生產(chǎn)的二氧化鋯部件的結(jié)構(gòu)原理如圖6一6所示。它是由一端已密封的試管狀固體電解質(zhì)元件、其表面的鉑電極及保護(hù)用陶瓷層組成的。一般的尾氣中含有未燃燒成分與剩余的氧,為了弄清楚準(zhǔn)確的空氣過剩率,就需要使這些未燃燒成分與剩余的氧進(jìn)行反應(yīng)以達(dá)平衡狀態(tài)。通過電極上所用鉑的催化作用,可以促進(jìn)其反應(yīng)的進(jìn)行。從空氣過剩率與平衡氧分壓的關(guān)系可知,以λ=1.00處為界,平衡氧分壓出現(xiàn)了急劇的變化。下一頁返回6.4氧傳感器的材料與工作原理6.4.1二氧化鋯型下一906.4氧傳感器的材料與工作原理氧傳感器將產(chǎn)生圖6-7所示的電壓。二氧化鋯型氧傳感器的電動(dòng)勢隨溫度的變化情況,如圖6-8所示。低溫區(qū)濃狀態(tài)下氧傳感器的輸出電壓比較低,這是傳感器元件的內(nèi)阻在低溫區(qū)時(shí)相當(dāng)高的原因造成的,即使利用輸入阻抗很高的普通電壓表也無法測出其輸出電壓。高溫區(qū)濃狀態(tài)下氧傳感器的輸出電壓也比較低,這是由高溫下氧分壓引起的。上一頁下一頁返回6.4氧傳感器的材料與工作原理氧傳感器將產(chǎn)生圖6-916.4氧傳感器的材料與工作原理低溫區(qū)稀狀態(tài)下氧傳感器的輸出電壓增高,這是非平衡氣體影響所造成的,對此點(diǎn)后面還要加以說明,總之,要想在低溫區(qū)快速利用傳感器時(shí),就要降低傳感器的內(nèi)阻,采用高輸入阻抗的電壓表。也需要設(shè)法在傳感器內(nèi)設(shè)加熱器,以加熱傳感元件。上一頁下一頁返回6.4氧傳感器的材料與工作原理低溫區(qū)稀狀態(tài)下氧傳感926.4氧傳感器的材料與工作原理ZrO2有三種晶體:單斜晶體(M),正方晶體(T)及立方晶體(C),其中M/T的轉(zhuǎn)換,會(huì)使晶體體積變化4%左右,這很容易使晶體老化。當(dāng)ZrO2中加入Y2O3,CaO,MgO,Yb2O3后,就可以控制M/T的轉(zhuǎn)移,增加其穩(wěn)定性。強(qiáng)度的機(jī)理與T/M的轉(zhuǎn)移存在著一定關(guān)系,利用這一機(jī)理制成的二氧化鋯陶瓷簡稱為TTZ或ZTC。對傳感器來說,電導(dǎo)率是一項(xiàng)很重要的參數(shù),為了保證批量生產(chǎn)的傳感器在經(jīng)受嚴(yán)格的熱循環(huán)后電特性保持正常,若穩(wěn)定性很好的話,往往選定Y2O3在4~6mol%。上一頁下一頁返回6.4氧傳感器的材料與工作原理ZrO2有三種晶體:936.4氧傳感器的材料與工作原理傳感器上,二氧化鋯固體電解質(zhì)的外側(cè)電極涂敷有陶瓷保護(hù)層。對傳感器的性能來說,催化劑特性有兩個(gè)重要的作用。一是尾氣中存在有未燃燒的氣體,由此造成測量誤差,催化劑對此起著平衡作用;另一個(gè)是,因電極上進(jìn)行的是電化學(xué)反應(yīng),其內(nèi)容包括電子的移動(dòng)、氧分子的吸附,脫離,氧離子的形成,因移動(dòng)與脫離而滲入固體電解質(zhì),而作為逆反應(yīng)包括從固體電解質(zhì)中捕獲氧離子,使其移動(dòng),形成氧分子,形成氣態(tài)等,催化劑都擔(dān)負(fù)著重要作用。上一頁下一頁返回6.4氧傳感器的材料與工作原理傳感器上,二氧化鋯固946.4氧傳感器的材料與工作原理6.4.2二氧化鈦型二氧化鈦的熔點(diǎn)是1750℃,它以三種狀態(tài)存在,氧化鈦(B)、銳鈦礦形(A)、板鈦礦形(B)。其中的R形從低溫到高溫一直是穩(wěn)定狀態(tài),沒有必要像ZrO2那樣,需要考慮狀態(tài)轉(zhuǎn)移的問題,是適合制作傳感器的材料,下面以多孔形TiO2陶瓷的電阻溫度特性為例加以說明,如圖6一9所示,將此圖大致分5個(gè)方面加以說明。上一頁下一頁返回6.4氧傳感器的材料與工作原理6.4.2二氧化鈦型上一956.4氧傳感器的材料與工作原理(1)表面的化學(xué)吸附。這是指表面靠化學(xué)吸附的O2,H2O,CO,HC氣體與TiO2表面之間電子轉(zhuǎn)移所引起的現(xiàn)象,這主要從室溫至400℃可以發(fā)現(xiàn):電阻的變化程度隨溫度及表面狀態(tài)而變化。(2)TiO2自身體電阻的變化。隨著溫度的升高,熱量激勵(lì)出的載流子的數(shù)量增多。所以,電阻減小。這種變化相當(dāng)于熱量形成空穴的能量,這是TiO2固有的性質(zhì).(3)氧分壓的影響.(4)非平衡氣體的影響.(5)原子價(jià)控制的影響.上一頁返回6.4氧傳感器的材料與工作原理(1)表面的化學(xué)吸附966.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)6.5.1圓筒形二氧化鋯傳感器為保證二氧化鋯傳感器能夠安裝在汽車等的排氣管上,都用金屬件將陶瓷零件—二氧化鋯件保護(hù)起來。二氧化鋯氧傳感器大致可分為帶加熱器和不帶加熱器兩種,其結(jié)構(gòu)分別如圖6一10和圖6一11所示。近年來,隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn),尾氣溫度有下降的趨勢,為了獲取更穩(wěn)定的信號(hào),加上目前又趨向?qū)⒀鮽鞲衅靼惭b在尾氣混合狀態(tài)良好的下游側(cè),所以目前的主導(dǎo)產(chǎn)品是帶加熱器型的氧傳感器(簡稱為HEGO)。下一頁返回6.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)6.5.1圓筒形二氧化鋯傳感976.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)NTK公司很久以前就已經(jīng)利用IC外殼的封裝技術(shù),并可把加熱器的圖形印刷在陶瓷片上,利用同時(shí)燒結(jié)的辦法制出精巧的加熱器。帶加熱器型氧傳感器的輸出特性如圖6-12所示。在加熱器的作用下,元件很快被加熱,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)之后,在很短的時(shí)間內(nèi)元件達(dá)到活性溫度,并進(jìn)入控制狀態(tài)。對排放控制來說,與無加熱器型相比,帶加熱器的氧傳感器要好多了。今后,排放法規(guī)會(huì)越來越嚴(yán)格,所以,帶加熱器的氧傳感器將成為今后的主流產(chǎn)品。上一頁下一頁返回6.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)NTK公司很久以前就已經(jīng)986.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)6.5.2搭鐵絕緣型二氧化鋯傳感器為了對發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)行更精密的控制,要把氧傳感器安裝在各氣缸氣體已經(jīng)均勻混合的下游,這樣效果好。但這時(shí),傳感器與微機(jī)之間會(huì)形成電位差,即兩者之間的電阻增加,此外,發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的干擾會(huì)竄到信號(hào)線上,造成發(fā)動(dòng)機(jī)控制出現(xiàn)故障。上一頁下一頁返回6.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)6.5.2搭鐵絕緣型二氧化鋯996.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)也就是說,傳感器安裝位置附近的搭鐵電位與蓄電池、微機(jī)等的搭鐵電位會(huì)出現(xiàn)電位差。與微機(jī)的搭鐵電位相比,當(dāng)傳感器搭鐵電位高△V時(shí),則電位差的值疊加到傳感器的信號(hào)上,由此而造成理論空燃比控制出現(xiàn)偏差。此外,也有的將氧傳感器安裝在排氣管上,隨著汽車使用時(shí)間的加長與傳感器間的連接電阻增加。上一頁下一頁返回6.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)也就是說,傳感器安裝位置1006.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)為了解決這一問題,有一種方案是,將引出線焊在傳感器的本體上,再引出傳感器搭鐵線,由此可能造成在搭鐵線回路中,電波干擾調(diào)制了傳感器輸出信號(hào)。為了避免出現(xiàn)上述問題,就要設(shè)法使傳感器的信號(hào)不通過發(fā)動(dòng)機(jī)的本體,而從元件直接輸出。稱這種規(guī)格的為搭鐵絕緣型(或稱為不搭鐵型)氧傳感器,NTK公司最先將這種產(chǎn)品供向市場。目前,有70%以上的氧傳感器都是搭鐵絕緣型,且?guī)Ъ訜崞?。上一頁下一頁返?.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)為了解決這一問題,有一種1016.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)主絕緣采用了機(jī)械強(qiáng)度高、絕緣性能好的結(jié)構(gòu)材料—氧化鋁陶瓷,氧化鋁陶瓷件設(shè)置在主接頭與傳感元件之間,采用滑石作填加材料,通過熱鉚主接頭,將傳感元件密封固定。通過印刷、燒結(jié)工藝將引出線與傳感元件外表面相連,負(fù)信號(hào)就從這里輸出。傳感器的結(jié)構(gòu)如圖6一13所示。絕緣特性的調(diào)查結(jié)果如圖6一14所示。上一頁下一頁返回6.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)主絕緣采用了機(jī)械強(qiáng)度高、1026.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)6.5.3板狀二氧化鋯傳感器以前的氧傳感器采用的都是陶瓷粉末的壓力成形工藝,這種工藝與從前火花塞絕緣件的成形工藝完全相同,可靠性也非常高。與此相比,近幾年又開發(fā)出了陶瓷的新工藝,即層壓工藝,這種工藝已用于疊層電容器及陶瓷IC封裝的生產(chǎn)之中。這種工藝的流程是,將熱可塑性樹脂混合在陶瓷粉末中,制成薄片,再將這些薄片重疊制成板狀件,接著燒結(jié)成一個(gè)整的工件。因?yàn)楸∑容^柔軟、容易加工,所以可切斷或鉆孔。此外,在其表面涂覆金屬漿料,還可以包鍍金屬。采用這種工藝制作板狀二氧化鋯傳感器公開于1985年,其結(jié)構(gòu)如圖6一15所示。上一頁下一頁返回6.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)6.5.3板狀二氧化鋯傳感器1036.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)6.5.4二氧化鈦氧傳感器與二氧化鋯件不同,二氧化鈦氧傳感器不需要與大氣壓進(jìn)行對比,所以,很簡單地就可以做到防水。為支撐基板,可用玻璃做到完全密封。這樣,利用玻璃密封就可以隔斷尾氣中的水分。此外,通過在引出線與保護(hù)殼之間設(shè)置用硅橡膠材料制成的襯墊,可以防止水從傳感器四周滲入。
上一頁下一頁返回6.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)6.5.4二氧化鈦氧傳感器上1046.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)傳感元件的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖6一16所示,傳感器多層(3層)氧化鋁基板上設(shè)有二氧化鈦厚膜,基板內(nèi)部有利用Pt噴涂工藝形成的加熱器及分壓電阻,屬于小型混合集成電路結(jié)構(gòu)。利用分壓電阻從蓄電池電壓上分壓出約1V的電壓作傳感器電源。中間的氧化鋁層起保護(hù)加熱器、提高耐久性的作用,同時(shí),可以防止加熱器電源誤加至傳感元件上。因?yàn)榛迮c二氧化鈦的密合性對傳感器的可靠性非常重要。所以,利用陶瓷小球?qū)⒒灞砻嬖O(shè)計(jì)成凸凹不平的結(jié)構(gòu),二氧化鈦膜填滿了球與基板之間空隙,由此可以防止二氧化鈦厚膜從基板上脫落。上一頁下一頁返回6.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)傳感元件的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖61056.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)
本節(jié)介紹的傳感器屬電阻變化型,所以電極附近的二氧化鈦電阻變化時(shí),傳感器就可以測出周圍氣氛的變化。因?yàn)殡姌O位于二氧化鈦厚膜的最深處,所以,尾氣向厚膜中的擴(kuò)散速度及其間非平衡氣體的反應(yīng)狀況決定著傳感器的特性。目的就是要使二氧化鈦的氣孔直徑、厚膜及催化特性對各項(xiàng)應(yīng)用達(dá)到最佳狀態(tài)。上一頁下一頁返回6.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)本節(jié)介紹的傳感器屬電阻變1066.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)
歸納起來,本節(jié)介紹的傳感器有下述特點(diǎn)。①因?yàn)榧訜崞?、電極分壓電阻制成一個(gè)整體,所以以較低的成本就可生產(chǎn)出帶加熱器的傳感器;②與二氧化鋯傳感器不同,不需要比較元件,所以,防水設(shè)計(jì)比較簡單;③不易出現(xiàn)含鉛汽油引起的中毒現(xiàn)象。上一頁返回6.5氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)歸納起來,本節(jié)介紹的傳感1076.6氧傳感器使用中的問題6.6.1氧傳感器的安裝在考慮氧傳感器的安裝位置時(shí),需要考慮到為激活元件頂端檢測部位所需的最低溫度和防止高溫老化的最高溫度。通常,二氧化鋯傳感器的標(biāo)準(zhǔn)工作溫度為350℃~850℃。僅就熱老化來看時(shí),當(dāng)元件溫度在100℃時(shí)其壽命可提高9倍,但當(dāng)溫度過低時(shí),所析出的沉淀物增多,所以希望其工作溫度范圍為600℃~800℃。下一頁返回6.6氧傳感器使用中的問題6.6.1氧傳感器的安裝下一1086.6氧傳感器使用中的問題氧傳感器大多安裝在多個(gè)氣缸排放的匯合部位,但傳感元件溫度及尾氣混合程度隨安裝位置而變化。為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的控制,目前大多都把傳感器安裝在匯合管道的下游,各缸的排氣得以在匯合管道內(nèi)充分混合。在這種場合下,因?yàn)槲矚鉁囟缺容^低,所以一般用帶加熱器的氧傳感器。上一頁下一頁返回6.6氧傳感器使用中的問題氧傳感器大多安裝在多個(gè)氣1096.6氧傳感器使用中的問題6.6.2耐高溫與中毒老化在推測傳感器質(zhì)量保證時(shí)間時(shí),很重要的一項(xiàng)工作是搞清楚氧傳感器的老化機(jī)理。為了保護(hù)地球的環(huán)境,法規(guī)要求增加傳感器的質(zhì)量保證時(shí)間。但是,另一方面,車輛的使用方法即傳感器的使用方法不盡相同,按理是不能用一種評(píng)價(jià)方法來推測壽命。下面就來說明尾氣溫度與各種中毒原因之間的關(guān)系;對老化機(jī)理的分析,僅供讀者參考。上一頁下一頁返回6.6氧傳感器使用中的問題6.6.2耐高溫與中毒老化上1106.6氧傳感器使用中的問題(1)尾氣空燃比與老化(2)鉛中毒(3)磷(P)中毒(4)硅(Si)中毒上一頁下一頁返回6.6氧傳感器使用中的問題(1)尾氣空燃比與老化上1116.6氧傳感器使用中的問題6.6.3非平衡氣體的影響氧傳感器的作用本來只是測量尾氣中的含氧量。但在實(shí)際的尾氣中,還殘留有未燃燒氣體,因此,怎樣分析未燃燒氣體的成分就擺在人們的面前。汽車上裝用氧傳感器的日的是有效地發(fā)揮三元催化劑的作用。前面已經(jīng)講過,氧傳感器裝在催化劑下游時(shí),其輸出電壓精度最高。本節(jié)將說明氧傳感器對未燃燒氣體的影響。二氧化鋯傳感器的氣敏機(jī)理如圖6一17所示,現(xiàn)分區(qū)加以說明。上一頁下一頁返回6.6氧傳感器使用中的問題6.6.3非平衡氣體的影響上1126.6氧傳感器使用中的問題(1)低溫區(qū)(低于400℃)。在此區(qū)域內(nèi)傳感器電極的催化能力很低,傳感器的輸出信號(hào)也低。一般來說,傳感器電極上吸附有尾氣中的未燃?xì)怏w,然后憑借與電極的催化能力,未燃?xì)怏w完全燃燒,傳感器測得平衡氧分壓,但在低溫區(qū)域時(shí),僅能吸附氣體,引起燃燒的能力下降。上一頁下一頁返回6.6氧傳感器使用中的問題(1)低溫區(qū)(低于4001136.6氧傳感器使用中的問題(2)中溫區(qū)(400℃一600℃)。在中溫區(qū),傳感器的內(nèi)阻減小,所以就沒有(1)中①所述的問題。傳感器的催化劑活性也在某種程度上呈現(xiàn)出來,CO被吸附的同時(shí),與氧氣發(fā)生催化反應(yīng),消除了CO吸附電位的影響。對這種場合下所出現(xiàn)的控制空燃比多少有一點(diǎn)向稀側(cè)偏移的現(xiàn)象,可用擴(kuò)散理論試加解釋。上一頁下一頁返回6.6氧傳感器使用中的問題(2)中溫區(qū)(400℃一1146.6氧傳感器使用中的問題(3)中~高溫區(qū)(600℃~700℃)。在這一區(qū)域,傳感器的輸出最穩(wěn)定發(fā)動(dòng)機(jī)自身可以穩(wěn)定燃燒的區(qū)域,未燃燒氣體處于熱活性化狀態(tài),可在排氣管中進(jìn)行反應(yīng).(4)高溫區(qū)(700℃以上)。對高溫區(qū)工作的氧傳感器來說,一個(gè)是熱老化問題,這在前曲已經(jīng)作了說明,另一個(gè)問題是NOx氣體的影響。上一頁返回6.6氧傳感器使用中的問題(3)中~高溫區(qū)(6001156.7氧傳感器的評(píng)定技術(shù)隨著車輛性能的不斷提高,對左右車輛性能的氧傳感器的功能要求也越來越高,要求其工作性能要更加穩(wěn)定,在開發(fā)過程中,根據(jù)評(píng)定技術(shù)確立維持一定精度的測量方法則已變?yōu)楸匾獥l件.因此,要根據(jù)下述兩點(diǎn)來研究氧傳感器的評(píng)定技術(shù)①氧傳感器作為內(nèi)燃機(jī)上的重要部件,它應(yīng)滿足一般性能、機(jī)械、溫度及電性能的要求。②作為發(fā)動(dòng)機(jī)上排放控制系統(tǒng)的部件應(yīng)具有足夠的功能。下一頁返回6.7氧傳感器的評(píng)定技術(shù)隨著車輛性能的不斷提高,對1166.7氧傳感器的評(píng)定技術(shù)下面就以目前廣泛應(yīng)用的二氧化鋯氧傳感器的評(píng)定技術(shù)為中心,對其主要項(xiàng)目加以說明?,F(xiàn)在部分車輛上,已采用二氧化鈦?zhàn)鳈z測元件,但占主導(dǎo)地位的還是二氧化鋯,而且,兩種傳感器的使用目的、安裝位置等大致都相同,所以,可采用大致相同的評(píng)價(jià)方法。上一頁下一頁返回6.7氧傳感器的評(píng)定技術(shù)下面就以目前廣泛應(yīng)用的二氧1176.7氧傳感器的評(píng)定技術(shù)6.7.1機(jī)械性能(1)引出線的抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)(2)扭矩強(qiáng)度試驗(yàn)(3)沖擊強(qiáng)度試驗(yàn)
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