氧传感器与空燃比传感器精品PPT课件
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只能在理论空燃比附近工作的传感器称 为氧传感器，可以在整个稀薄燃烧区范围内 工作的传感器称为空燃比传感器。
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1 、 氧传感器的结构与工作原理
氧传感器可以安装在发动机的排气管上 （见图2.56），位于三元催化转化器的前面 或后面。
安装在三元催化转化器前面的氧传感器 的作用是通过检测废气中氧分子的浓度，让 ECM获得可燃混合气浓度的反馈信号，据此 对喷油量的控制进行修正，使混合气的空燃 比更接近于理论空燃比。
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图2.56 氧传感器的安装位置
1—氧传感器（左前） 2—进气管 3—氧传感器（右前） 4—三元催化转化器 5—氧传感器（后） 6—排气管 7—预热式三元催化转换器
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氧传感器通常和安装在排气管中段 的三元催化反应器一同使用，以保证混 合气的空燃比处于接近理论空燃比的一 个窄小范围内，从而使三元催化反应器 能充分发挥其净化作用。
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假设计算机供给氧传感器5V的参考电压，当混合 比浓时电阻低所得到电压较高(将近5V)，若混 合比较稀时电阻高所得到的电压较低(将近0V) ，因此由电阻的变化即可得知当时混合比的状 况，不过近来的车型为了使氧化钛型氧传感器 有着与氧化锆型相同的变化，即将参考电压改 成1V，所以其电压即成了0~1V的范围内。另 外由于高温下电阻容易产生变化，因此氧化钛 型氧传感器会设一温度补偿电路，以反应温度 高低所产生误差。
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控制电路使正极的电压高于负极［ 见图2.61（a）］，从而在氧化锆元件中 产生一个泵电流，阴极上的氧分子在此 电流的作用下移动到阳极。
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发动机运转时，锆管两侧存在氧浓度差， 使锆管形成微电池，在锆管两个铂电极间产生 一个微小的电压［见图2.58（a）］。
PageHale Waihona Puke Baidu10
当混合气的实际空燃比小于理论空燃 比，即发动机以较浓的混合气运转时，排 气中缺氧，锆管中氧离子移动较快，并产 生0.6～0.9V的电压；当混合气的实际空燃 比大于理论空燃比，即发动机以较稀的混 合气运转时，废气中有一定的氧分子，使 锆管中氧离子的移动能力减弱，只产生0.1 ～0.3V的电压。
空燃比传感器有两种结构形式：单元件和 双元件。
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1）单元件空燃比传感器
单元件空燃比传感器的氧化锆元件 采用平面型结构，两侧有铂电极，其中 正极通过空气腔与大气相通，负极与排 气之间有一多孔性的扩散障碍层和多孔 氧化铝层，排气管中的氧分子可以通过 多孔性氧化铝层和扩散障碍层到达阴极 表面。
采用氧传感器的发动机必须使用无铅汽 油。
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图2.59 氧传感器的控制电路
1—加热器 2—氧传感器
氧化钛型氧传感器
相对于氧化锆型的氧传感器是以产生电压的 讯号，氧化钛(T 氧化钛型氧传感器iO2)型则 是利用电阻的变化来判别其中的含氧量。在某 个温度以上钛与氧的结合微弱，在氧气极少的 情况下就必须放弃氧气，因此缺氧而形成低电 阻的氧化半导体。相反的，若氧气较多，则形 成高电阻的状态。就像水温度传感器一样，有 着电阻高低的变化，这时只要供给一参考电压 ，即可由电压来可知冷却水的温度。
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图2.57 氧传感器的结构
1—保护罩 2—接线端子 3—外壳（接地） 4—空气侧铂电极 5—氧化锆陶
瓷体（锆管） 6—排气侧铂电极 7—加热器 8—陶瓷涂层
锆管外部套有一个带长缝槽的耐热 金属套管，对锆管起保护作用。
在外电极表面还有一层多孔陶瓷涂 层，这样既可以防止废气烧蚀电极，又 可保证废气渗进保护层，和电极接触。
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氧传感器信号随混合气成分不同而 变化的，并以理论空燃比为界产生突变 ［见图2.58（b）］。
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图2.58 氧传感器工作原理图
ECM根据氧传感器的信号电压的高低判 定混合气的浓度。
当信号电压大于0.45V时，ECM判定混 合气过浓；相反，当信号电压低于0.45V时， ECM判定混合气过稀。
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2 、 空燃比传感器的结构与工作原理
空燃比传感器又叫宽带氧传感器（ 或宽范围氧传感器、线性氧传感器、稀 混合比氧传感器等）。
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它能连续检测出稀薄燃烧区的空燃比，可 正常工作的空燃比范围大约为12∶1～20∶1， 使得ECM在非理论空燃比区域范围内实现喷油 量的反馈控制成为可能。
氧传感器和空燃比传感器
氧传感器和空燃比传感器都安装在发动 机的排气管上，与排气管中的废气接触，用 来检测排气中氧气分子的浓度，并将其转换 成电压信号。
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ECM根据这一信号对喷油量进行调整， 以实现对可燃混合气浓度的精确控制，改善 发动机的燃烧过程，达到即降低排放污染， 又减少燃油消耗的目的。
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安装在三元催化转化器后面的氧传 感器则用于监测三元催化转化器的工作 效率，以保证其能正常发挥作用。
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氧化锆型氧传感器
氧化锆氧传感器内有一个由氧化锆 陶瓷体制成的一端封闭不透气的管状体 （简称锆管，见图2.57）。
锆管的内外表面各自覆盖着一层透 气的多孔性薄铂层，作为电极。
锆管内表面电极与空气相通，外表 面则与废气接触。
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ECM根据氧传感器传来的信号，及 时对混合气的浓度进行修正，使之尽可 能接近14.7∶1的理论空燃比。
因此氧传感器是ECM控制可燃混合 气浓度的重要传感器。
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氧化锆的这种特性只有在较高温度时（ 600℃左右）才能充分体现出来，
带加热器的氧传感器内有一个陶瓷加热 元件（见图2.57），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（见 图2.59）。
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1、氧化钛式氧传感器 2、1V电压端子 3、ECU 4、输出电压端子
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氧化钛式氧传感器对比氧化锆式氧传感器的工作 原理有很大的不同，它是利用多孔状导体TiO2 的导电性随排气中氧含量的变化而变化的特性 制成的，故又称电阻性氧传感器。这种传感器 的结构简单、体积小、成本低，但是在300℃ ～900℃工作时，电阻值随温度变化较大，所 以必须用温度补偿的方法来提高精度，通常用 另一个实心TiO2导体作为温度补偿。
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1 、 氧传感器的结构与工作原理
氧传感器可以安装在发动机的排气管上 （见图2.56），位于三元催化转化器的前面 或后面。
安装在三元催化转化器前面的氧传感器 的作用是通过检测废气中氧分子的浓度，让 ECM获得可燃混合气浓度的反馈信号，据此 对喷油量的控制进行修正，使混合气的空燃 比更接近于理论空燃比。
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图2.56 氧传感器的安装位置
1—氧传感器（左前） 2—进气管 3—氧传感器（右前） 4—三元催化转化器 5—氧传感器（后） 6—排气管 7—预热式三元催化转换器
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氧传感器通常和安装在排气管中段 的三元催化反应器一同使用，以保证混 合气的空燃比处于接近理论空燃比的一 个窄小范围内，从而使三元催化反应器 能充分发挥其净化作用。
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假设计算机供给氧传感器5V的参考电压，当混合 比浓时电阻低所得到电压较高(将近5V)，若混 合比较稀时电阻高所得到的电压较低(将近0V) ，因此由电阻的变化即可得知当时混合比的状 况，不过近来的车型为了使氧化钛型氧传感器 有着与氧化锆型相同的变化，即将参考电压改 成1V，所以其电压即成了0~1V的范围内。另 外由于高温下电阻容易产生变化，因此氧化钛 型氧传感器会设一温度补偿电路，以反应温度 高低所产生误差。
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控制电路使正极的电压高于负极［ 见图2.61（a）］，从而在氧化锆元件中 产生一个泵电流，阴极上的氧分子在此 电流的作用下移动到阳极。
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发动机运转时，锆管两侧存在氧浓度差， 使锆管形成微电池，在锆管两个铂电极间产生 一个微小的电压［见图2.58（a）］。
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当混合气的实际空燃比小于理论空燃 比，即发动机以较浓的混合气运转时，排 气中缺氧，锆管中氧离子移动较快，并产 生0.6～0.9V的电压；当混合气的实际空燃 比大于理论空燃比，即发动机以较稀的混 合气运转时，废气中有一定的氧分子，使 锆管中氧离子的移动能力减弱，只产生0.1 ～0.3V的电压。
空燃比传感器有两种结构形式：单元件和 双元件。
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1）单元件空燃比传感器
单元件空燃比传感器的氧化锆元件 采用平面型结构，两侧有铂电极，其中 正极通过空气腔与大气相通，负极与排 气之间有一多孔性的扩散障碍层和多孔 氧化铝层，排气管中的氧分子可以通过 多孔性氧化铝层和扩散障碍层到达阴极 表面。
采用氧传感器的发动机必须使用无铅汽 油。
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图2.59 氧传感器的控制电路
1—加热器 2—氧传感器
氧化钛型氧传感器
相对于氧化锆型的氧传感器是以产生电压的 讯号，氧化钛(T 氧化钛型氧传感器iO2)型则 是利用电阻的变化来判别其中的含氧量。在某 个温度以上钛与氧的结合微弱，在氧气极少的 情况下就必须放弃氧气，因此缺氧而形成低电 阻的氧化半导体。相反的，若氧气较多，则形 成高电阻的状态。就像水温度传感器一样，有 着电阻高低的变化，这时只要供给一参考电压 ，即可由电压来可知冷却水的温度。
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图2.57 氧传感器的结构
1—保护罩 2—接线端子 3—外壳（接地） 4—空气侧铂电极 5—氧化锆陶
瓷体（锆管） 6—排气侧铂电极 7—加热器 8—陶瓷涂层
锆管外部套有一个带长缝槽的耐热 金属套管，对锆管起保护作用。
在外电极表面还有一层多孔陶瓷涂 层，这样既可以防止废气烧蚀电极，又 可保证废气渗进保护层，和电极接触。
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氧传感器信号随混合气成分不同而 变化的，并以理论空燃比为界产生突变 ［见图2.58（b）］。
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图2.58 氧传感器工作原理图
ECM根据氧传感器的信号电压的高低判 定混合气的浓度。
当信号电压大于0.45V时，ECM判定混 合气过浓；相反，当信号电压低于0.45V时， ECM判定混合气过稀。
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2 、 空燃比传感器的结构与工作原理
空燃比传感器又叫宽带氧传感器（ 或宽范围氧传感器、线性氧传感器、稀 混合比氧传感器等）。
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它能连续检测出稀薄燃烧区的空燃比，可 正常工作的空燃比范围大约为12∶1～20∶1， 使得ECM在非理论空燃比区域范围内实现喷油 量的反馈控制成为可能。
氧传感器和空燃比传感器
氧传感器和空燃比传感器都安装在发动 机的排气管上，与排气管中的废气接触，用 来检测排气中氧气分子的浓度，并将其转换 成电压信号。
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ECM根据这一信号对喷油量进行调整， 以实现对可燃混合气浓度的精确控制，改善 发动机的燃烧过程，达到即降低排放污染， 又减少燃油消耗的目的。
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安装在三元催化转化器后面的氧传 感器则用于监测三元催化转化器的工作 效率，以保证其能正常发挥作用。
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氧化锆型氧传感器
氧化锆氧传感器内有一个由氧化锆 陶瓷体制成的一端封闭不透气的管状体 （简称锆管，见图2.57）。
锆管的内外表面各自覆盖着一层透 气的多孔性薄铂层，作为电极。
锆管内表面电极与空气相通，外表 面则与废气接触。
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ECM根据氧传感器传来的信号，及 时对混合气的浓度进行修正，使之尽可 能接近14.7∶1的理论空燃比。
因此氧传感器是ECM控制可燃混合 气浓度的重要传感器。
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氧化锆的这种特性只有在较高温度时（ 600℃左右）才能充分体现出来，
带加热器的氧传感器内有一个陶瓷加热 元件（见图2.57），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（见 图2.59）。
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1、氧化钛式氧传感器 2、1V电压端子 3、ECU 4、输出电压端子
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氧化钛式氧传感器对比氧化锆式氧传感器的工作 原理有很大的不同，它是利用多孔状导体TiO2 的导电性随排气中氧含量的变化而变化的特性 制成的，故又称电阻性氧传感器。这种传感器 的结构简单、体积小、成本低，但是在300℃ ～900℃工作时，电阻值随温度变化较大，所 以必须用温度补偿的方法来提高精度，通常用 另一个实心TiO2导体作为温度补偿。