af傳感器結(jié)構(gòu)工作原理

1、概述2、O2

(Oxygen)傳感器復(fù)習(xí)3、兩種A／F傳感器4、四線型A／F傳感器結(jié)構(gòu)5、四線型A／F傳感器工作原理6、五線型A／F傳感器結(jié)構(gòu)7、五線型A／F傳感器工作原理11.

概述以前氧傳感器只可能檢測(cè)到排出氣體濃度高低。因此，就會(huì)出現(xiàn)如圖1所示的樣子，就是以理論空燃比為界，反復(fù)出現(xiàn)濃度或高或低的現(xiàn)象。這樣的話，要使A/F能夠不斷保持在理論空燃比就顯得非常困難。為了減少有害氣體的排出量，近年來(lái)，我們引進(jìn)了可以線性檢測(cè)空燃比的傳感器，代替了以前使用的氧傳感器，這就是Air

Fuel

Ratio

(A／F)

Sensor

。這種傳感器不但能檢測(cè)出排出氣體的濃度高低，同時(shí)也可以正確地檢測(cè)出實(shí)際的空燃比狀況。如圖2，采用了這種傳感器，不但可以控制高精度的空燃比，同時(shí)可以大大地減少燃料費(fèi)用上升以及有害氣體的排出。目前所銷售的本田車基本上都采用了這種A/F傳感器。如果參照S/M，就可以判斷出哪輛車已經(jīng)采用了A/F傳感器，并且，由于它不像氧傳感器是采用電壓，而是采用電流檢測(cè)，因此根據(jù)

HDS數(shù)據(jù)清單，就可以識(shí)別出是否可以適用于對(duì)象車。圖1

氧傳感器的輸出特性（轉(zhuǎn)換特性）圖２

五線型A/F傳感器輸出特性(線型特性）圖3

A/F

傳感器與氧傳感器四線型A/F傳感器O2傳感器濃度高濃度低濃度高濃度低理論空燃比理論空燃比O2傳感器輸出A/F2傳感器輸出2. O2

(Oxygen)傳感器復(fù)習(xí)首先，在學(xué)習(xí)A/F傳感器前，我們先復(fù)習(xí)一下氧傳感器。氧傳感器的結(jié)構(gòu)如右圖3所示，其外側(cè)與排出氣接觸，而內(nèi)側(cè)有大氣進(jìn)入。傳感器的中心部位由在筒狀氧化鋯元件內(nèi)外貼上白金電極膜的元件以及用于早期活化的加熱器構(gòu)成。氧化鋯元件的二個(gè)電極間由于存在氧氣濃度差，因此在電極之間會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。其電壓特性如右圖4所示，排出氣體側(cè)在濃度高時(shí)，會(huì)產(chǎn)生近1V的電壓，濃度低時(shí)輸出則幾乎是0V。由于在理論空燃比附近，其輸出值會(huì)發(fā)生極大變化，因此只能判斷出排出氣體的濃度是高還是低。大氣加熱器白金電極3圖4

氧傳感器的構(gòu)造氧化鋯元件圖5氧傳感器的輸出特性（轉(zhuǎn)換特性）理論空燃比濃度高濃度低3.

兩種A／F傳感器現(xiàn)在本田車上所使用的A/F傳感器有二種。四線型A／F傳感器（極限電流式)這種A/F傳感器的連結(jié)器處有四個(gè)接線頭，其主要用于L4車，從外觀上看與氧傳感器基本沒有變化，因此比較難以區(qū)分。五線型A／F傳感器（泵氧式）這種A/F傳感器是：連接器的傳感器側(cè)有五個(gè)接線頭，在ECM/PC側(cè)有七個(gè)接線頭。在傳感器側(cè)的連接器處有一個(gè)電阻（是制造時(shí)，用于識(shí)別個(gè)體差異），主要用于V6車，它與Four

wire

Type

相比，在濃度低一側(cè)精度很高，因此價(jià)格也較貴。圖6

四線型

A／F

傳感器4圖7

五線型

A／F

傳感器圖8

五線型

A／F

傳感器傳感器連接器54.

四線型A／F傳感器結(jié)構(gòu)前端部分的構(gòu)造如圖9所示，在氧化鋯元件與加熱器之間設(shè)有一個(gè)排出氣體不能進(jìn)入的大氣導(dǎo)入室。氧化鋯元件與擴(kuò)散層之間有一個(gè)排出氣體檢測(cè)室，這是為了限制擴(kuò)散層通過的排氣量。而在氧化鋯元件的大氣側(cè)與排氣側(cè)各有一個(gè)白金電極。與氧傳感器的主要不同就是擴(kuò)散層，還有就是在ECM/PCM傳感器兩個(gè)電極上加載了電壓。A/F就是通過流過電極間的電流值來(lái)進(jìn)行判斷。這個(gè)電流值如圖9所示，濃度高時(shí)為正值，濃度低時(shí)為負(fù)值。端子線共有4根，分別是氧化鋯元件二個(gè)電極上的2根，以及加熱器的正負(fù)極的2根。理論空燃比A/F=14.70

mAA/F

傳感器輸出濃度高濃度低圖10

四線型

A／F傳感器輸出特性觀察此斷面擴(kuò)散層氧化鋯元件AFS+AFS-排出氣體O2大氣檢測(cè)室電流擴(kuò)大圖9

四線型

A／F

傳感器構(gòu)造大氣檢測(cè)室加熱器排氣檢測(cè)室電極AFS-電極AFS＋白金電極5.

四線型A／F傳感器工作原理基本工作原理進(jìn)入排氣檢測(cè)室的排出氣體，被擴(kuò)散層控制在一定量，因此，對(duì)氧化鋯元件加載電壓，當(dāng)濃度低（過?。r(shí)將排氣檢測(cè)的氧氣吸到大氣檢測(cè)室，而在濃度高（過濃）時(shí)從大氣導(dǎo)入室吸入到排氣檢測(cè)室內(nèi)，這樣就可以用排氣檢測(cè)室內(nèi)的A/F來(lái)得到理論空燃比。為了使排氣檢測(cè)室內(nèi)保持理論空燃比，加載電壓后使氧氣移動(dòng)時(shí)，與排氣A/F相對(duì)應(yīng)的氧氣就會(huì)通過氧化鋯元件。由于通過

AFS+與AFS-間的電流值與其氧氣量是成比例的，因此通過測(cè)定電流，就可以得到此時(shí)的排氣的A/F。觀察此斷面擴(kuò)大圖11

Four

wire

Type

A／F

傳感器

工作原理1擴(kuò)散層氧化鋯元件AFS+AFS-排出氣體O2大氣導(dǎo)入室電流排氣檢測(cè)室電極AFS-電極AFS＋6A/F傳感是一個(gè)檢測(cè)電流值的傳感器。由于電流值的直接檢測(cè)會(huì)使ECM/PCM或是傳感器產(chǎn)生故障，因此比較困難。在這里說(shuō)明一下如何檢測(cè)電壓。測(cè)定電壓值這種類型的A/F傳感器在工作時(shí)，AFS+與SG之間的電壓常常是在2.2V的附近值。（根據(jù)車型不同，也會(huì)有不同情況）。ECM/PCM如果要變更AFS值的話，就要控制流過氧化鋯元件的氧氣量。AFS+，AFS-之間的電壓在理論空燃比時(shí)輸出為0.45V，濃度高時(shí)會(huì)稍低（0.4V等)，濃度低時(shí)則會(huì)稍高一點(diǎn)，（0.5V）。但是，實(shí)際上為了取得電流值而使用的電壓值，有可能會(huì)由于老化而出現(xiàn)變動(dòng)，因此有可能出現(xiàn)與上述不同的數(shù)值，這一點(diǎn)需要注意。擴(kuò)散層AFS+AFS-排出氣體O2AB圖1

2四線型A／F傳感器工作IG17圖13

回路圖示例A/F=13A/F=14.6A/F=18A/F=23傳感器電流(IL電流mA)AFS+,AFS-間的電壓0mA0v四線型A／F傳感器詳細(xì)的工作狀況濃度高的情況氧化鋯元件會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，從而對(duì)A向加載電壓。對(duì)與此相反方向的B則是由ECM/PCM來(lái)施加電壓，形成電動(dòng)勢(shì)大，且朝向A的加壓狀態(tài)，所以氧氣由大氣側(cè)向排氣側(cè)（A’）移動(dòng)。另外，由于從擴(kuò)散層進(jìn)入的排出氣體受到限制，與吸入的氧氣反應(yīng)，排氣中的HC或CO也受到限制。由于這些作用，排氣檢測(cè)室內(nèi)的A/F在達(dá)到理論空燃比之前，氧氣就一直在移動(dòng)。因此，氧化鋯元件中是只流過為達(dá)到理論空燃比所必要的氧氣，這時(shí)通過檢測(cè)電流就可以得到排出氣體的A/F。濃度低的情況由于氧化鋯元件不會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，根據(jù)ECM/PCM對(duì)B向加載的電壓，使氧氣由排氣側(cè)向大氣側(cè)（B’）移動(dòng)，強(qiáng)制性地使排氣檢測(cè)室的A/F達(dá)到理論空燃比。氧化鋯元件在特性上，不能使排氣檢測(cè)室內(nèi)比理論空燃比的濃度高（注1），即使再加大加載電壓流過的電流也不會(huì)增加。（增加是指向A方向流動(dòng)的氧氣）。這個(gè)稱為極限電流，測(cè)定出這個(gè)時(shí)候的電流值就可以得到A/F。擴(kuò)散層AFS+AFS-O2B注1：強(qiáng)制地使其達(dá)到濃度高時(shí)，在氧化鋯元件中發(fā)產(chǎn)生逆電動(dòng)勢(shì)，即使加大加載電壓流動(dòng)氧氣的電壓也不會(huì)增加。使電流變得不能流動(dòng)。=極限電流B’A’電流A電流8圖Ａ四線型A／F傳感器的工作原理2排出氣體圖Ｂ

Four

wire

Type

A／F傳感器的電流特性四線型A／F傳感器追加信息這種類型的傳感器生產(chǎn)廠家是DENSO。（2006年到現(xiàn)在）特性修正傳感器的電流特性是根據(jù)內(nèi)部阻抗的變化而變化的。因此，ECM/PCM從加載在A/F傳感器上的電壓與檢測(cè)出來(lái)的電流，以一定間隔來(lái)檢測(cè)內(nèi)部阻抗。其內(nèi)部阻抗與傳感器的激活狀態(tài)有關(guān)，也可以判斷出是否被激活。A/F=13A/F=14.6A/F=18A/F=23AFS+，AFS-間的電壓傳感器電流(IL電流mA)0mA0v圖C

四線型A／F傳感器的電流特性9四線型A/F傳感器測(cè)量實(shí)際上電流值ILI不能直接用ECM/PCM來(lái)測(cè)量，要利用并聯(lián)電阻Rs來(lái)變換為電壓，再將此電壓增幅以及AD變換來(lái)測(cè)定?；瘜W(xué)反應(yīng)圖E所表示是發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。實(shí)際上是氧氣作為2O2-流動(dòng)于氧化鋯元件內(nèi)。kRsIL（HDS))A/DAFCAFVVafoA/D

Vafc空然比傳感器圖E Four

wire

Type

A／F傳感器電極的化學(xué)反應(yīng)10圖D

Four

wire

Type

A／F傳感器的等價(jià)回路ECU濃度低的區(qū)域濃度高的區(qū)域電動(dòng)勢(shì)6.

五線型A／F傳感器結(jié)構(gòu)這種類型的A/F傳感器也是由氧化鋯元件和加熱器的兩層構(gòu)成。氧化鋯元件的內(nèi)部構(gòu)造氧化鋯元件部分的內(nèi)部由二個(gè)空間與四個(gè)電極構(gòu)成，一個(gè)空間稱為排出氣體檢測(cè)室，它是將排出氣體通過擴(kuò)散層少量導(dǎo)入，另外一個(gè)稱為大氣導(dǎo)入室，它導(dǎo)入外部氣體。VoltageSensing

(VS)

Cell將這兩個(gè)空間分離開，另外，在氧化鋯元件加熱器的反面裝有一個(gè)Ion

Pumping

(IP)Cell

。各元件都有正負(fù)的白金電極。氧化鋯元件加熱器IPVCENTVSIP

Cell+電極IP

Cell

–電極VS

CellVS

Cell

+電極排出氣體檢測(cè)室IP

Cell擴(kuò)散層VS

Cell

–電極加熱器+加熱器-LABEL電阻+LABEL電阻-大氣導(dǎo)入室11圖14五線型A/F傳感器構(gòu)造1圖15五線型A/F傳感器構(gòu)造2IP12VCENTVS加熱器+加熱器-LABEL電阻+LABEL電阻-IP

Cell

負(fù)電極與VS

Cell

的負(fù)電極都采用共同的接線(VCENT)。這種類型的A/FSensor

為了使輸出值的誤差降到最小，在生產(chǎn)后要對(duì)每個(gè)傳感器特性偏差進(jìn)行全數(shù)檢查，為了可以用ECM/PCM來(lái)修正誤差，針對(duì)其偏差量要在A/F傳感器的連結(jié)器部位裝配一個(gè)的電阻。因此連結(jié)器的傳感器側(cè)會(huì)有5根接線，而在ECM/PCM側(cè)有7根接線。圖16五線型A/F傳感器構(gòu)造3137.

五線型A／F傳感器工作原理此傳感器主要是在如下所示的三個(gè)階段工作大氣導(dǎo)入室的氧氣濃度要比排出氣體檢測(cè)室高。如果開始VS元件與通常的氧傳感器濃度一樣，濃度高時(shí)，輸出1V左右電壓，而濃度低時(shí)，則輸出0V，如為完全理論空燃比時(shí)則輸出0.45V?？傊?，VS元件就是檢測(cè)排氣檢測(cè)室現(xiàn)在的濃度是高還是低。如果可以從VS元件可以得到濃度高的電壓（0.45V以上），加載在IP元件上的電壓就可能將氧氣吸入到氣體檢測(cè)室，使氣體檢測(cè)室的A/F達(dá)到理論空燃比。相反，如果得到濃度低的電壓（0.45V以下），利用IP元件將氧氣從氣體檢測(cè)室吸出，使氣體檢測(cè)室的A/F達(dá)到理論空燃比。VS元件的電壓在不是0.45V時(shí)就一直這樣工作。之后，為了使VS元件電壓維持在0.45V，就要調(diào)整加載在IP元件上的電壓。此時(shí)，可以利用檢測(cè)流過IP元件的氧氣量來(lái)檢測(cè)A/F。由于這個(gè)量也與流過IP元件的電流值是成比例的，這樣傳感器就通過檢測(cè)IP電流從而得到A/F值。其特性如圖16所示，由于是利用流過Vcent的電流來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，就可以檢測(cè)出濃度高時(shí)的負(fù)電流，濃度底時(shí)的正電流。理論空燃比A/F=14.70

mAA/F傳感器輸出濃度高濃度低圖18

五線型A／F

傳感器輸出特性IP

Cell

+電極IP

Cell

–電極VS

Cell

–電極VS

CellVS

Cell+電極排出氣體檢測(cè)室IP

Cell擴(kuò)散層大氣導(dǎo)入室IPVSVCENT圖17五線型A／F傳感器工作原理4五線型A/F傳感器是一個(gè)檢測(cè)電流值的傳感器.由于電流值的直接檢測(cè)會(huì)使ECM/PCM或是傳感器產(chǎn)生故障,因此比較困難.在這里,就說(shuō)明一下電壓如何才可以檢測(cè)。檢測(cè)電壓值的方法VCENT

VS間的電壓通常是輸出0.45V。（雖然根據(jù)車型而定，比如VS=2.45，VCENT=2.00)如果由于突變而使A/F強(qiáng)制性地變化，排氣檢測(cè)室的A/F也會(huì)短時(shí)發(fā)生變化。因此VCENT

VS之間的電壓是變動(dòng)的，換句話說(shuō)，由于突變使電壓變動(dòng)的話，也可以確認(rèn)此傳感器是運(yùn)作的。IP與VCENT間的電壓值根據(jù)傳感器的工作狀況會(huì)有很大變動(dòng)，通常是濃度低時(shí)數(shù)值大，濃度高時(shí)數(shù)值低，總之，由于利用了電壓來(lái)控制，使氣體檢測(cè)室保持在理論空燃比，在控制過程中會(huì)有正負(fù)。但是，由于怠速等原因，如果穩(wěn)定在理論空燃比附近的A/F上時(shí)，就會(huì)變?yōu)樵?V附近值（在