发动机后氧传感器的布置方法

１实车布置分析
万方数据
伽鳓嗡
ＦＯＣＵＳ
２０１
４年１ ０月
ａ头部布置
整车线束分支 ｂ线束布置
的底盘孔
传感器安装点 ｂ线束布置 插 接 件
ｃ－接捕什布置
１．１．２分析
车身底板
１）线束在底盘上有１个固定点，线束上由于没有 固定点标示，易产生线束固定长短不一的情况，部分拉 扯过紧（线束余量小于３００，４），导致传感器根部线束疲 劳老化断裂； ２）传感器接插件固定在底盘下部，极易造成液态 水泼溅，从而导致传感器内部锆元件失效。
北京：人民邮电出版社，２０１３：２３５—２５０． 【３】孙骏．汽车电子工程学［Ｍ】．合肥：合肥工业大学出版社，２０１
１：９９—１３５．
（收稿日期：２０１４—０５一０１）
万方数据
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ
ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ
ｒｅａｒ
ｏｘｙｇｅｎ
ｓｅｎｓｏｒ
ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｐｅｒｉｏｄ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ
ｒｅａｒ
ｔｏ
ｍｅｅｔ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ
装配法兰结构时，为了防止因联结法兰漏气，造成排气 氧含量信号的错误判断，须将传感器装配布置在三元 催化转化器一侧的联结法兰的上游。同时由于后氧传 感器采集氧信号的头部布置位置，需要根据三维ＣＦＤ 软件Ｆｉｒｅ对整车的排气管路流场进行分析，因此布置 在排气管道上的主流区，以避免信号采集失效。图４示 出氧传感器安装位置示意图。图５示出某车型排气管 路流场分析。 后氧传感器的安装方向应尽可能减少冷凝水，在 传感器头部附近或传感器自身内产生聚集的可能性， 以避免在排气中，冷凝水使传感器锆元件造成热冲击 损坏。在调整传感器头部角度时，传感器的根部应与底 盘位置保持最大的间隙，以防止汽车在极限路况或底 盘排气系统橡胶悬臂老化时，出现传感器根部磕碰底 盘的现象。在布置允许的情况下，可以考虑在传感器外 部增加防护，以防止砂石泼溅碰撞至传感器导致失效１３１。 ２．２．３车身装配孔尺寸 对于接插件选在车身内部的后氧传感器布置设
Ａ（传感
余量（松弛度）＝型韭唆雩哥蔷詈篱鲁严
图８线束布置余量示意图
参考文献
【ｌ】李春明．汽车发动机燃油喷射技术［Ｍ】．４版．北京：理工大学出版社．
２０１３：３９－４２．
３结论
１）实车的布置试验结果显示，未严格按照布置设 计方法进行应用布置，会产生这样或那样的失效问题，
—．４６．．
【２】胡斌，吉玲，胡松．电子工程师必备——九大系统电路识图宝典【Ｍ】．
原前支架螺 栓的位置
的结构设计和材料的质量，密封胶的选配及质量；３）紧 固力的大小和分布；４）装配质量。除以上４个要素外， 三结合面渗油时，还应该考虑存油结构及外力影响等。 检测三结合面渗油时，可以通过各种方法来观察， 比如面压试验；在机油中加人荧光剂，观察渗油状况； 螺栓拧紧后做标记，观察渗油处的螺栓松动情况等。同 时，对标分析也是解决渗油难题的有效途径。 在设计之初，应尽量避免出现缸盖一缸盖罩一缸体 三结合面的结构，如果要保留此结构，必须从以上方面 出发，做好防渗油和漏油的措施。
１．２实例２
１．２．１
ｃ，接插什布置
１．２．２分析 传感器接插件宽度尺寸大于底盘钣金开孔直径， 导致装配工艺只能是先装传感器再装接插件，导致传 感器根部安装结束后线束扭曲严重。同时线束没有固 定点标示，导致固定位置距离传感器根部较近，线束余 量无法保证，从而导致传感器线束内部断裂失效。
布置方法
Ｂ车型后氧传感器实车布置状态，如图２所示；布 置方法示意图，如图３所示。 １）传感器根部朝上，并与水平夹角为６０。（符合≥ １０。的要求），如图３ａ所示； ２）传感器线束长度为３４０ ｍｍ，线束穿过车身孔， 并在底盘隔热罩上有个固定点，如图３ｂ所示； ３）接插件（１ Ｘ４）布置在车身内部，并给予固定，可 以有效避免防止液态水泼溅，如图３ｃ所示。
ｓｅｎｓｏｒ
ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ
ｐｒｏｄｕｃｔ
ｔｈｅ ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｆ ｗｉｔｈ
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ｗａｓ
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ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅ ＥＦＩ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｖｅｈｉｃｌｅ；Ｅｎｇｉｎｅ；Ｒｅａｒ ｏｘｙｇｅｎ ｓｅｎｓｏｒ；Ｌａｙｏｕｔ
２０１
４（１ Ｏ）
ＦＯＣＵＳ
摘要：为了使后氧传感器在汽车使用寿命期间内，能够适应不同的环境，并能提供稳定的传感信号，文章对其布置方法进 行了分析。从后氧传感器的工作原理及布置边界入手，通过案例剖析，对传感器本体及车身上的匹配孔位提出了建议，并 形成了具体完善的设计方法。该布置方法已经通过了汽车在试验场不同路况的耐久考核。通过对一种传感器的布置设计 探讨，意识到随着发动机电喷技术的不断进步，各类传感器的布置设计方法的合理性也将会直接影响到汽车品质。 关键词：汽车；发动机；后氧传感器；布置 Ｌａｙｏｕｔ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅ Ｒｅａｒ Ｏｘｙｇｅｎ Ｓｅｎｓｏｒ
２后氧传感器布置要求
２．１工作环境
传感器常规工作温度范围要求，如表１所示。最大 过热温度定义为：氧传感器可在其寿命期限内忍受此 最大温度下不超过２５０ ｈ，并且这２５０ ｈ内由每次不超 过１０ ｍｉｎ的时间段累计而成。
表：传感器工作环境要求表
℃
ａ头部安装布置状态
ｂ接插件安装布置状态
万方数据
２．２安装要求
在使用三元催化转化器降低排放污染的发动机 上，氧传感器是必不可少的。为了发挥三元催化剂对 ＣＯ，ＨＣ，ＮＯ，的最佳净化功能，必须把混合气体的空燃 比控制在理论空燃比附近很窄的范围内。为了检测出 实际空燃比，在排气管中设置了氧传感器，由此检测实 际空燃比，并向ＥＣＵ提供空燃比反馈信号，以控制空 燃比收敛于理论值【１１。一般汽油发动机氧传感器，在布 置上普遍采用前后氧布置形式，分别布置在三元催化 器的前后。前氧传感器作用是检测发动机不同工况下 的空燃比，ＥＣＵ根据该信号调整喷油量，计算点火时 间。后氧传感器作用是检测三元催化器的工作好坏，通 过前后氧传感器检测数据对比来进行评价１２１。文章以后 氧传感器（氧化锆式氧传感器）某些实车的布置进行分 析，通过ＣＦＤ技术等对其进行优化设计并形成布置设 计方法。
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图５中蓝色区域为废气稀薄区，红色区域为废弃 主流区。传感器头部布置在蓝色区域时将不能完全与 废气接触，对废气中氧信号的判断会产生数据漂移，故 不应布置在蓝色区域。
２．２．２安装方向
将固定卡扣直接随传感器线束设计固化，从而指导工 艺装配，避免因线束余量的选型正确，而在装配工艺上 无法保证一致。线束走向上选择时，为避免传感器根部 线束磨损，应杜绝线束折弯角度过小（＜９０。）的现象产 生，避免氧传感器线束在装配时过分扭曲和变形。另
因此可以按文章所提出的布置方法进行改善。在设计 上，现阶段普通车型后氧传感器的布置应严格按照要 ２）现阶段随着电喷系统的升级换代，传感器对布 置的要求也越来越高，但是大部分传感器的布置经验 仅停留在静态布置经验，应结合零部件开发，运用相应 的实车验证试验，并总结动态布置经验，结合零部件本 身工作环境要求及工厂的装配工艺要求、售后的维修 便利要求３个方面进行布置设计方法总结。
参考文献
［１】丁国栋．某型号柴油机机体和机座结合面漏油问题的原因分析们．内 燃机与动力装置，２０１２（５）：５２—５３． ［２】张明兴．缸体缸盖结合面平面度超差问题的解决［Ｊ】．汽车工艺与材 料，２０１０（５）：２４—２７． ［３】董峰．发动机缸体缸盖结合面密封性方法研究【Ｄ】．上海：上海交通大 学。２０１２．
ｒｅａｒ
ｒｅａｒ
ｏｘｙｇBiblioteka Baiduｎ
ｓｅｎｓｏｒ
ａｎ
ａｎａｌｙｚｅ，
ｐｕｔｔｉｎｇ ｆｏｒｗａｒｄ ｓｏｍｅ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｎｓｔａｌｌｉｎｇ ｈｏｌｅｓ ｏｆ
ｏｘｙｇｅｎ
ｓｅｎｓｏｒ
ａｎｄ ｂｏｄｙ，ａ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．Ｔｈｅ
ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ｔｅｓｔ ｗａｓ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｏａｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｇｒｏｕｎｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｉｓ
将前支架这个紧 固螺栓移到该处 图９修改渗油处固定螺栓位置示意图
５）从机油快速回流角度考虑，将缸盖渗油处水平 结构改为倾斜状，同时为了减小前支架的振动对密封
的影响，在缸盖上增加一个大倒角，如图１０所示，保护
密封胶在发动机运转过程中不受磨损。事实证明，该措 施有效。
图１０缸盖处倾斜倒角示意图
【４】韩进宏，迟彦孝．互换性与技术测量【Ｍ】．北京：机械工业出版社，
ａ整体示意图 ‘—‘
计，由于传感器需要穿过车身底板，传感器线束设计了 防水橡胶密封塞，用于防止线束磨损造成短路。传感器 一般采用从外向内装配方式。图７示出后氧传感器橡 胶密封塞结构示意图。
ｂ补充示意图
曲《徽黻黼
一
ａ氧传感器的布置位置
伊雳
ｂ实际的主流区
２．２．４传感器线束布置
３
传感器线束需要结合不同车型的实际布置选取最 优长度，底盘的线束过孑Ｌ尽量设计在传感器的安装位 置上部，从而杜绝线束在底盘进行固定。如实在需要一 个固定点，建议传感器线束根部至第一固定点留有 ３０％～４０％的线束余量，如图８所示。为了固化量产装 配一致性，在线束上需要固定的位置进行颜色标示，或
１．１实例１
１．１．１
布置方法
Ａ车型后氧传感器布置，如图ｌ所示。 １）传感器根部朝下且装配孔与水平面夹角为６８。， 如图１ａ所示； ２）传感器线束长度为６４０ ｍｉｌｌ，但是从传感器根部 至接插件固定点直接距离为１６５ ｍｎｌ，如图ｌｂ所示； ３）传感器接插件（１ｘ４）布置在底盘下部，并由一个 底盘支架进行卡扣固定，如图ｌｃ所示。
接冲击，或飞溅到氧传感器的外壳及传感器的线束上。 所以氧传感器的头部应朝下装配，且其装配孔轴心线 与水平面夹角不小于１００。图６示出氧传感器安装方向 要求示意图。
２．２．１安装位置 后氧传感器的理想安装位置是在三元催化转化器 至下游外壳的延长管上、且距催化器载体后端面８０～
３００
ｍｌｎ。当三元催化器下游与排气消声器之间为带有
ａ
ｓｔａｂｌｅ
ｓｅｎｓｏｒ
ｓｉｇｎａｌ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅ
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ｏｘｙｇｅｎ
ａｓ
ｓｅｎｓｏｒ．Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｅｘａｍｐｌｅ
ｔｏ
ｏｆ ｗｏｒｋｉｎｇ
ａｎｄ ｔｈｅ
ｌａｙｏｕｔ ｃｏｎｔｏｕｒ ｏｆ ｔｈｅ ｏｘｙｇｅｎ ｓｅｎｓｏｒ，ｔａｋｉｎｇ
（下转第４６页）
一３９—
后氧传感器的装配位置选择，应避免路面砂石直 万方数据
故采用延展性更好的密封胶是一个有效措施。 ４）渗油处增加固定螺栓，同时改变原前支架螺栓 位置，如图９所示。
增加１个螺栓
将以上措施全部实施后，经过多次台架验证以及 整车道路试验，均未出现渗油，渗油问题得到解决。
３结论
在任何结合面处，保证密封的４个要素ＩＳ］是：１）直 线性、不平度、光滑度、清洁度及密封面形状设计等在 内的结合表面的状况；２）密封介质的状况，包括密封垫
２００５：１１６．
装配后的被差。
（上接第３９页）
６）缩小缸体与缸盖定位销间隙，减小缸体与缸盖
，＇－八＾／ｎ、八＾／●、八／—－八＾／—－八＾／—－八
外，传感器安装扭矩应为３８～４６ Ｎ・ｍ，新传感器螺纹表 面应涂有防烧结剂。 求布置，才能大大降低开发成本，缩短开发匹配周期。
瞪体椎发动机防漏密封技巧叨・汽车维修’２裟嚣恐１４－０８－２９）