关于氧传感器的研究论文.docx
- 文档编号:30400400
- 上传时间:2023-08-14
- 格式:DOCX
- 页数:12
- 大小:347.51KB
关于氧传感器的研究论文.docx
《关于氧传感器的研究论文.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《关于氧传感器的研究论文.docx(12页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
关于氧传感器的研究论文
本科生毕业论文
题目:
XXXXXXXXXXX
学生姓名:
专业:
班级:
指导教师:
2011年1月
摘要
汽车行业是目前在国际上应用传感器最大的市场之一,而氧传感器申报的专利数,居汽车传感器的首位。
氧传感器装在汽车排气管道内,用它来检测废气中的氧含量。
因而可根据氧传感器所得到的信号,把它反馈到控制系统,来微调燃料的喷射量,使A/F控制在最佳状态,既大大地降低了排污量,又节省了能源。
关键词:
氧传感器故障检查汽车
目录
绪论1
第一章氧传感器的应用2
1.1氧化锆式氧传感器的构造2
1.2汽车氧传感器的工作原理3
1.3氧传感器的应用4
第二章汽车氧传感器的常见故障6
2.1氧传感器中毒6
2.2积碳6
2.3氧传感器陶瓷碎裂7
2.4加热器电阻丝烧断7
2.5氧传感器内部线路断脱7
第三章汽车氧传感器的检查方法8
3.1氧传感器加热器电阻的检查8
3.2氧传感器反馈电压的测量8
第四章汽车氧传感器的发展趋势11
总结13
参考文献14
绪论
汽车行业是目前国际上应用传感器最大市场之一,现在世界上汽车年产量在4000万辆以上,其中日本的年产量达1000万辆以上。
从世界各国公布的专利情况来看,各主要汽车生产厂家和电气、元件生产厂家,都很重视汽车传感器的研制和生产。
而氧传感器的申报专利数,居汽车传感器的首位,这反映了该传感器的技术难度和各国的重视程度。
控制汽车空燃比用的氧传感器在日本以每年50%-60%的速度增长。
就我国来说,仅近三年需改加氧传感器的旧车就超过2000万辆,每年新生产的轿车所需的氧传感器也超过200万个。
目前,一辆普通家用轿车大约要安装几十到近百只传感器,而豪华轿车上的传感器数量可多达200余只。
据报道,2000年汽车传感器的市场为61.7亿美元(9.04亿件产品),2005年达到84.5亿美元(12.68亿件产品),增长率为6.5%(按美元计)和7.0%(按产品件数计),所以,氧传感器(氧探头)的市场前景非常广阔,对氧传感器的研究也成为热点。
第一章氧传感器的应用
目前,实际应用的氧传感器有氧化锆式氧传感器和氧化钛式氧传感器两种。
而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。
其中应用最多的是氧化锆式氧传感器。
1.1氧化锆式氧传感器的构造
氧化锆式氧传感器主要由氧化锆(ZrO2)、和护套组成,如(图1)所示。
氧化锆式氧传感器有加热式的和非加热式的两种。
现代轿车大部分使用加热式的氧化锆式氧传感器。
加热式的氧传感器在锆管中间有加热棒,锆管是由陶瓷体制成、固定在带有安装螺纹的固定套中。
导人排气管罩插入排气管中,它的内表面与空气相通,外表面与废气相通。
锆管的内、外表面覆盖一层多孔性铂膜作电极,为防止废气腐蚀铂膜,在锆管外表面的铂膜层上覆盖一层多孔陶瓷层,并有一个防护套管,套管上开有槽口或孔。
氧传感器的接线端有一个金属护套,上面开有孔,使锆管内表面与空气相通,电线将锆管内表面铂极经绝缘套从传感器引出。
图1氧化锆式氧传感器结构与组成
1.2汽车氧传感器的工作原理
氧化锆式氧传感器的工作原理如(图2)所示。
锆管的陶瓷体是多孔体,氧气可以渗入该多孔体固体电解质内。
温度较高时,氧气发生电离。
只要锆管内(大气)外(废气)氧含量不一样,存在氧浓度差,则在固体电解质内部氧离子从大气一侧向排气一侧扩散,使锆管形成微电池,在锆管铂极间产生电压。
当混合气稀时,排气中氧含量多,两侧氧浓度差小,产生的电压小;当混合气浓时,排气中氧含量少,CO、HO、H2的含量较多,这些成分在锆管外表面的铂的催化作用下,与氧发生反应,消耗废气中残余的氧,使锆管外表面氧浓度变成零,这样使得锆管内、外两侧的氧浓度差突然增大,两极间产生的电压也增大。
因此,氧传感器产生的电压在过量空气系数λ=1时产生突变,λ>1时,氧传感器输出电压几乎为零,λ<1时,氧传感器输出电压接近1V,如(图3)所示氧传感器电压特性。
在发动机混合气闭环控制过程中,氧传感器相当于一个浓度开关,根据混合气空燃比的变化向ECU输入宽度变化的电脉冲信号,ECU根据氧传感器反馈信号,控制喷油量,使排气中有害气体的成分减到最少。
。
图2氧化锆式氧传感器的工作原理
1电动势;2大气一侧铂金电极;3圃态电解质(氧化锆元素);4-排气一侧的铂金电极;5陶瓷涂层
图3 氧传感器的电压特性1电动势;⒉传感器表面的氧浓度
氧传感器的这种特性只有在温度较高时(600℃左右)才充分体现出来。
在低温时,这种特性会发生很大变化。
为了得到稳定的输出,在氧传感器内部增加一个陶瓷加热元件,用于保证其工作温度,这种叫做加热式氧化锆氧传感器,如(图4)所示。
这种加热式的氧传感器有四根线,两根与ECU相连,另外两根是电源正、负极线。
加热元件受ECU控制,无论排气温度是多少,只要不超过工作极限温度,陶瓷体温度总是不变化。
图4加热式氧化锆传感器1壳体;⒉陶瓷管
支承;3电缆,⒋带槽的保护套;5氧化锆⒍接触部,⒎外保护套;⒏加热元件;⒐电加热接头
1.3氧传感器的应用
氧传感器安装在排气歧管上,它可以检测废气中的氧气浓度,据此计算空燃比,并将结果传送到ECU。
1.3.1废气中氧气浓度高
废气中氧气的百分比很大时,ECU将据此判定空燃比大,即混合气很稀。
1.3.2废气中氧气浓度低
当废气中氧气的百分比很小时,ECU将据此判定空燃比小,即混合气很浓。
温度高于300℃时,所采用的陶瓷材料,用作氧化铁的导体。
在此条件下,如果传感器两侧氧的百分比含量不同,就会在两端产生电压变化。
两种环境(空气侧和排气侧)中不同含氧量的测量值的这种变化告诉ECU,在排气中剩余的氧含量,对保证燃烧有害废气生成是不合适的百分比。
陶瓷材料在低于300℃温度时是非线性的,因而传感器不输送有用信号。
ECU有一个特殊功能,即在暧机时(开环运转)停止对混合气的调整。
传感器装有加热元件以尽快达到工作温度。
当电流流通过加热元件时,它缩短了使陶瓷成为铁的导体的时间,而且使得传感器可以装在排气管较后的部位。
在三元催化净化器中,ECU利用来自氧传感器的数据,调节空燃比,但其方法EFI装置各标准化油器多少有些不同。
在EFI装置中,EFI的ECU通过增减从喷油喷入气缸的燃油量,调节空燃比。
如果ECU从氧传感器检测到混合气太浓,就会逐渐减少燃油喷射量,于是混合气就变稀了。
实际空燃比因此变得比理论空燃比大些(稀些)。
发生这种情况时,ECU通过氧传感器测出这个事实,就会开始逐渐增加喷射量。
这样,空燃比就会娈得低些(浓些)直到低于理论空燃比。
于是,这样循环反复,ECU主浊以这种方式,不断地增减空燃比,使实际空燃比接近理论空燃比。
在使用化油器的装置中,是用调节进入进气口的空气量调节空燃比。
混合气通常保持略浓理论空燃比。
ECU内氧传感器不断得到空燃比的信息,并要据实际空燃比操纵EBCU(电控进气阀)调节进入化油器进气口的空气量。
如果混合气太浓,就允许较多空气进入,使其变稀:
如果混合气太稀,就允许较少空气进入,使其变浓些。
第二章汽车氧传感器的常见故障
氧传感器一旦出现故障,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、
2.1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,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。
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,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
2.2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,ECU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,就会恢复正常工作。
2.3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。
2.4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,就很难使传感器达到正常的工作温度而失去作用。
2.5氧传感器内部线路断脱
找一个新的氧传感器进行检测,如果故障消失则是氧传感器的毛病,反之,则是线路的问题,需更换线路。
第三章汽车氧传感器的检查方法
3.1氧传感器加热器电阻的检查
点火开关置于“OFF”位置,拔下氧传感器的导线连接器,用万用表的Ω档测量氧传感器接线端中加热器端子和搭铁端子(图5的端子1和2)间的电阻, 其电阻值应符合标准值(一般为4-40Ω;具体数值参见具体车型说明书)。
如不符合标准,应更换氧传感器。
测量后,接好氧传感器线束连接器,以便作进一步的检测。
图5测量氧传感器加热器电阻
3.2氧传感器反馈电压的测量
测量氧传感器的反馈电压时,应拔下氧传感器的线束插头,对照车型的电路图,从氧传感器的反馈电压输出接线柱上引出一条细导线,然后插好线束插头,在发动机运转中,从引出线上测出反馈电压。
对氧传感器的反馈电压进行检测时,最好使用具有低量程(通常为2V)和高阻抗(内阻大于10MΩ)的指针型万用表。
具体的检测方法如下:
(1)将发动机热车至正常工作温度(或起动后以2500r/min的转速运转2min);
(2)将万用表电压档的负表笔接故障检测插座内的E1或蓄电池负极,正表笔接故障检测插座内的OX1或OX2插孔,或接氧传感器线束插头上的号|出线(图6)。
(3)让发动机以2500r/min左右的转速保持运转,同时检查电压表指针能否在0-1V之间来回摆动,记下10s内电压表指针摆动的次数。
在正常情况下,随着反馈控制的进行,氧传感器的反馈电压将在0.45V上下不断变化,10s内反馈电压的变化次数应不少于8次。
如果少于8次,则说明氧传感器或反馈控制系统工作不正常,其原因可能是氧传感器表面有积碳,使灵敏度降低所致。
对此,应让发动机以2500r/min的转速运转约2min,以清除氧传感器表面的积碳,然后再检查反馈电压。
如果在清除积碳可后电压表指针变化依旧缓慢,则说明氧传感器损坏,或电脑反馈控制电路有故障。
(4)检查氧传感器有无损坏
拔下氧传感器的线束插头,使氧传感器不再与电脑连接,反馈控制系统处于开环控制状态。
将万用表电压档的正表笔直接与氧传感器反馈电压输出接线柱连接(图7),负表笔良好搭铁。
在发动机运转中测量反馈电压,先脱开接在进气管上的曲轴箱强制通风管或其他真空软管,人为地形成稀混合气,同时观看电压表,其指针读数应下降。
然后接上脱开的管路,再拔下水温传感器接头,用一个4-8KΩ的电阻代替水温传感器,人为地形成浓混合气,同时观看电压表,其指针读数应上升。
也可以用突然踩下或松开加速踏板的方法来改变混合气的浓度,在突然踩下加速踏板时,混合气变浓,反馈电压应上升;突然松开加速踏板时,混合气变稀,反馈电压应下降。
如果氧传感器的反馈电压无上述变化,表明氧传感器已损坏。
另外,氧化钛式氧传感器在采用上述方法检测时,若是良好的氧传感器,输出端的电压应以2.5V为中心上下波动。
否则可拆下传感器并暴露在空气中,冷却后测量其电阻值。
若电阻值很大,说明传感器是好的,否则应更换传感器。
(5)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。
通过观察氧传感器顶尖部位的颜色也可以判断故障:
① 淡灰色顶尖:
这是氧传感器的正常颜色;
② 白色顶尖:
由硅污染造成的,此时必须更换氧传感器;
③ 棕色顶尖:
由铅污染造成的,如果严重,也必须更换氧传感器;
④ 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。
图6测量反馈电压图7拔掉线束插头后测量反
馈电压
第四章汽车氧传感器的发展趋势
受金融危机的影响,2008年市场对氧传感器行业需求有所减缓。
在市场氧传感器行业需求增长有所减缓的现状下,产能扩张的势头并没有得到较好的控制。
产能过剩、重复建设不仅导致生产与消费的失衡,而且还引发了氧传感器行业内的一系列恶性价格竞争,影响了氧传感器行业业的盈利能力。
中国氧传感器行业市场现状,为外资企业入驻中国创造了条件,国际许多氧传感器行业企业已经看中在中国低成本拓展市场的机会,随着外资投入逐步加大,中国国内企业改革重组迅速加快。
同时新的行业制度等政策的颁布和实施将促使我国氧传感器行业洗牌,企业兼并重组将在政策的促使下大力发展。
由于当前氧传感器行业效益下滑,所以对氧传感器行业企业授信更要慎重。
建议银行加强对氧传感器行业企业的筛选,选择行业龙头企业、长期增长的企业、具有良好赢利模式的企业,关注氧传感器行业子行业,关注氧传感器行业上下游企业,优化客户结构,针对氧传感器行业行业需求进行新产品开发
中国汽车氧传感器产业发展出现的问题中,许多情况不容乐观,如产业结构不合理、产业集中于劳动力密集型产品;技术密集型产品明显落后于发达工业国家;生产要素决定性作用正在削弱;产业能源消耗大、产出率低、环境污染严重、对自然资源破坏力大;企业总体规模偏小、技术创新能力薄弱、管理水平落后等。
从什么角度分析中国汽车氧传感器产业的发展状况?
以什么方式评价中国汽车氧传感器产业的发展程度?
中国汽车氧传感器产业的发展定位和前景是什么?
中国汽车氧传感器产业发展与当前经济热点问题关联度如何……诸如此类,都是汽车氧传感器产业发展必须面对和解决的问题——中国汽车氧传感器产业发展已到了岔口;中国汽车氧传感器产业生产企业急需选择发展方向。
中国汽车氧传感器产业发展研究报告阐述了世界汽车氧传感器产业的发展历程,分析了中国汽车氧传感器产业发展现状与差距,开创性地提出了“新型汽车氧传感器产业”及替代品产业概念,在此基础上,从四个维度即“以人为本”、“科技创新”、“环境友好”和“面向未来”准确地界定了“新型汽车氧传感器产业”及替代产品的内涵。
根据“新型汽车氧传感器产业”及替代品的评价体系和量化指标体系,从全新的角度对中国汽车氧传感器产业发展进行了推演和精准预测,在此基础上,对中国的行政区划和四大都市圈的汽车氧传感器产业发展进行了全面的研究。
总结
随着汽车工业的发展,汽车尾气所带来的环境污染问题日益严重。
因此,有效地控制汽车尾气,减少其对环境污染已成为当今重要的研究课题之一。
许多汽车在发动机排放系统中装有三元催化转换器,以降低排放污染。
空燃比一旦偏离理论空燃比(14.7:
1),三元催化剂对CO,HC和NOx的净化能力急剧下降。
故在排气管中插入氧传感器,根据排气中的氧浓度测定空燃比,向微机控制装置发出反馈信号,以控制空燃比收敛于理论值。
。
如果废气中的氧含量高,说明混合气偏稀,氧传感器将这一信息输入发动机电控单元(ECU),ECU指令喷油器增加喷油量;如果废气中的氧含量低,说明混合气偏浓,ECU指令喷油器减少喷油量,从而帮助ECU把混合气的空燃比控制在理论值(14.7)附近。
因此,氧传感器相当于一个混合气的浓度开关,它是电喷发动机实行闭环控制不可缺少的重要部件。
它的信号是电脑对空燃比进行闭环控制不可缺少的依据,由于它的功能及工作原理比较独特,所以掌握氧传感器的性质,对于维修人员诊断电喷发动机的故障具有非常重要的意义。
参考文献
[1]杨邦朝,简家文,张益康.氧传感器与现代生活[J].世界产品与技术,200l
(1)
[2]陈渝光,汽车电器与电子设备[M].北京:
机械工业出版社,1999
[3]杨邦朝,简家文等.氧传感器原理与进展[J].传感器世界,2002(8)
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 关于 传感器 研究 论文
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)