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第七章气体浓度传感器汽车电子控制基础——第一节概述•用于检测汽车内外产生的各种气体浓度：•氧传感器•空燃比传感器•烟雾浓度传感器•碳烟传感器第二节氧传感器•理论空燃比14.7﹕1图7-1氧传感器外形与安装位置1－排气管2－氧传感器氧传感器的功能是通过检测排放气体中氧气的含量，间接反映出混合气空燃比的高低，并将检测结果变为电压或电阻信号，反馈给计算机，计算机根据氧传感器信号，不断修正喷油时间与喷油量，使混合气浓度保持在理想范围内，实现空燃比反馈控制（即闭环控制）。氧化锆式氧传感器的基本元件是氧化锆（ZrO2）陶瓷管（固体电解质），亦称锆管。锆管固定在带有安装螺纹的固定套中，内外表面均覆盖着一层多孔的铂膜，其内表面与大气接触，外表面与废气接触。氧传感器的接线端有一个金属护套，其上开有一个用于锆管内腔与大气相通的孔，电线将锆管内表面的铂极经绝缘套从此接线端引出。•锆管的陶瓷体是多孔的，渗入其中•的氧气在温度较高时发生电离。由•于锆管内、外侧氧含量不一致，存•在浓度差，因而氧离子从大气侧向•排气一侧扩散，从而使锆管成为一个微电池，在两铂极间产生电压。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，排气中氧含量少，但CO、HC等较多。这些气体在锆管外表面的铂催化作用下与氧发生反应，将耗尽排气中残余的氧，使锆管外表面氧气变为零，这就使得锆管内、外侧氧浓度差加大，两铂极间电压陡增。因此锆管传感器产生的电压将在理论空燃比时发生突变：稀混合气时，输出电压几乎为零；浓混合气时，输出电压接近1V。电离•电离，就是指电解质（分子：如醋酸、NH3·H2O、H2S、HCl等或晶体，如NaCl、NH4NO3、BaSO4等）在水溶液中或熔融状态下产生自由移动离子的一种过程。原子是由带正电的原子核及其周围的带负电的电子所组成.•由于原子核的正电荷数与电子的负电荷数相等,所以原子是中性的.原子最外层的电子称为价电子.所谓电离,就是原子受到外界的作用,如被加速的电子或离子与原子碰撞时使原子中的外层电子特别是价电子摆脱原子核的束缚而脱离,原子成为带一个或几个正电荷的离子,这就是正离子.如果在碰撞中原子得到了电子,则就成为负离子.奈斯特方程式•能斯特方程式是表达电极电势跟浓度的关系式。氧化还原电对的电极电势是半反应式中各物质浓度（或气体的压强）的函数。设电对[氧化型]/[还原型]的半反应式是氧化型+ne还原型，则该电对的电极电势跟浓度的关系是••式中E是该电对在非标准态下的电极电势，E是标准电极电势，n是半反应中得失电子数。这就是能斯特方程式。在半反应中，如果还有其他物质参与，则其浓度也应写在方程式中（固体和水除外）。利用奈斯特方程，可以由改变物质的浓度（或气体压强）的方法来改变电对的电极电势，从而有可能改变氧化还原反应的方向。相对普通氧传感器而言，有一种传感器能连续检测混合气从浓到稀的整个范围的空燃比，称为全范围空燃比传感器。•三元催化反应器能同时净化排气中CO、HC和NOx三种主要的有害成分图7-2三元催化反应器净化效率特性曲线图7-4二氧化锆氧传感器工作原理图7-4二氧化锆氧传感器工作原理图7-6氧传感器输出特性曲线图图7-7氧传感器与电控单元ECU的连接图7-8带加热器的氧传感器与ECU的连接电路图7-9反馈控制特性曲线图a）混合气实际空燃比b）氧传感器输出电压c）喷油量图7-12氧传感器的检测二氧化钛式氧传感器第三节稀薄混合气传感器•在超稀薄燃烧领域进行空燃比的反馈控制，与氧化催化剂结合，达到降低燃料消耗的目的。图7-14稀薄混合气传感器的基本特性图7-15稀薄燃烧系统的构成全范围空燃比传感器第四节烟尘浓度传感器•当烟尘浓度传感器感知烟尘的存在时，就会使空气净化器自动运转；没有烟尘时就会使空气净化器自动停止工作，使车内空气始终保持清洁。空气交通化装置的组成第五节柴油机排烟传感器NOx传感器图3-25GDI发动机排气系统的组成存储式NOX催化转化器与三元催化转化器的结构相当，均为细陶瓷蜂窝状结构。存储式NOX催化转化器的细陶瓷表面具有氧化钡薄涂层。当温度达到250°C~500°C时，存储式NOX催化转化器可将氧化钡转化为硝酸盐存储起来。如果存储空气占满了，还通过NOX传感器使发动机控制单元识别出这种情况，以切换到还原模式图3-30NOX存储式催化转化器的存储过程（在λ1时存储）图3-31NOX存储式催化转化器的还原过程（在λ1时还原）作业1.二氧化锆型氧传感器的工作原理2.二氧化钛型氧传感器的工作原理3.二氧化锆型氧传感器与二氧化钛型氧传感器的区别4.查找资料,论述酒精浓度传感器的工作原理5.何谓能斯特(Nernst)方程、电离