AF传感器结构和工理

1、汽车技术培训汽车技术培训on board diagnosisair fuel ratio(a/f)传感器结构与功能传感器结构与功能2006广州 honda motor co., ltd. all rights reserved.page-11、概述2、o2 (oxygen) 传感器复习3、两种 af 传感器4、四线型 af 传感器结构5、四线型af 传感器工作原理6、五线型 af传感器结构7、五线型 af传感器工作原理汽车技术培训汽车技术培训on board diagnosisair fuel ratio(a/f)传感器结构与功能传感器结构与功能2006广州 honda motor co.,

2、ltd. all rights reserved.page-21.概述以前氧传感器只可能检测到排出气体浓度高低。因此，就会出现如图1所示的样子，就是以理论空燃比为界，反复出现浓度或高或低的现象。这样的话，要使a/f能够不断保持在理论空燃比就显得非常困难。 为了减少有害气体的排出量，近年来，我们引进了可以线性检测空燃比的传感器，代替了以前使用的氧传感器，这就是air fuel ratio (af) sensor 。这种传感器不但能检测出排出气体的浓度高低，同时也可以正确地检测出实际的空燃比状况。如图2，采用了这种传感器，不但可以控制高精度的空燃比，同时可以大大地减少燃料费用上升以及有害气体的排出

3、。目前所销售的本田车基本上都采用了这种a/f传感器。如果参照s/m，就可以判断出哪辆车已经采用了a/f传感器，并且，由于它不像氧传感器是采用电压，而是采用电流检测，因此根据hds数据清单，就可以识别出是否可以适用于对象车。图图1 1氧传感器的输出特性（转换特性氧传感器的输出特性（转换特性）图图五线型五线型a/fa/f传感器输出特性传感器输出特性( (线型特性线型特性）图图3 a/f 传感器与氧传感器传感器与氧传感器四线型 a/f传感器o2传感器 浓度高 浓度低浓度高 浓度低理论空燃比理论空燃比汽车技术培训汽车技术培训on board diagnosisair fuel ratio(a/f)传感

4、器结构与功能传感器结构与功能2006广州 honda motor co., ltd. all rights reserved.page-32.o2 (oxygen) 传感器复习首先，在学习a/f传感器前，我们先复习一下氧传感器。 氧传感器的结构如右图3所示，其外侧与排出气接触，而内侧有大气进入。传感器的中心部位由在筒状氧化锆元件内外贴上白金电极膜的元件以及用于早期活化的加热器构成。氧化锆元件的二个电极间由于存在氧气浓度差，因此在电极之间会产生电动势。其电压特性如右图4所示，排出气体侧在浓度高时，会产生近1v的电压，浓度低时输出则几乎是0v。由于在理论空燃比附近，其输出值会发生极大变化，因此只能

5、判断出排出气体的浓度是高还是低。氧化锆元件大气加热器白金电极图图4 4氧传感器的构造氧传感器的构造图图5 5 氧传感器的输出特性（转换特性氧传感器的输出特性（转换特性）理论空燃比浓度高 浓度低汽车技术培训汽车技术培训on board diagnosisair fuel ratio(a/f)传感器结构与功能传感器结构与功能2006广州 honda motor co., ltd. all rights reserved.page-43.两种 af 传感器现在本田车上所使用的a/f传感器有二种。四线型 af 传感器（极限电流式)这种a/f传感器的连结器处有四个接线头，其主要用于l4车，从外观上看与氧

6、传感器基本没有变化，因此比较难以区分。五线型 af 传感器（泵氧式）这种a/f传感器是：连接器的传感器侧有五个接线头，在ecm/pc侧有七个接线头。在传感器侧的连接器处有一个电阻（是制造时，用于识别个体差异），主要用于v6车，它与four wire type 相比，在浓度低一侧精度很高，因此价格也较贵。图图6四线型 af 传感器图图7五线型 af 传感器图图8五线型 af 传感器传感器连接器汽车技术培训汽车技术培训on board diagnosisair fuel ratio(a/f)传感器结构与功能传感器结构与功能2006广州 honda motor co., ltd. all right

7、s reserved.page-54.四线型 af 传感器结构前端部分的构造如图9所示，在氧化锆元件与加热器之间设有一个排出气体不能进入的大气导入室。氧化锆元件与扩散层之间有一个排出气体检测室，这是为了限制扩散层通过的排气量。而在氧化锆元件的大气侧与排气侧各有一个白金电极。与氧传感器的主要不同就是扩散层，还有就是在ecm/pc传感器两个电极上加载了电压。a/f就是通过流过电极间的电流值来进行判断。这个电流值如图9所示，浓度高时为正值，浓度低时为负值。端子线共有4根，分别是氧化锆元件二个电极上的2根，以及加热器的正负极的2根。理论空燃比a/f=14.70 maa/f 传感器输出浓度高浓度低图10

8、四线型 af传感器输出特性观察此断面扩散层排气检测室氧化锆元件afs+afs-排出气体o2大气检测室电流扩大图9四线型 af 传感器构造大气检测室加热器电极afs-电极afs汽车技术培训汽车技术培训on board diagnosisair fuel ratio(a/f)传感器结构与功能传感器结构与功能2006广州 honda motor co., ltd. all rights reserved.page-65.四线型af 传感器工作原理基本工作原理进入排气检测室的排出气体，被扩散层控制在一定量，因此，对氧化锆元件加载电压，当浓度低时将排气检测的氧气吸到大气检测室，而在浓度高时从大气导入室吸

9、入到排气检测室内，这样就可以用排气检测室内的a/f来得到理论空燃比。为了使排气检测室内保持理论空燃比，加载电压后使氧气移动时，与排气a/f相对应的氧气就会通过氧化锆元件。由于通过afs+与afs-间的电流值与其氧气量是成比例的，因此通过测定电流，就可以得到此时的排气的a/f。观察此断面扩散层排气检测室氧化锆元件afs+afs-排出气体o2大气检测室电流扩大图11four wire type af 传感器 工作原理1汽车技术培训汽车技术培训on board diagnosisair fuel ratio(a/f)传感器结构与功能传感器结构与功能2006广州 honda motor co., lt

10、d. all rights reserved.page-7 a/f传感是一个检测电流值的传感器。由于电流值的直接检测会使ecm/pcm或是传感器产生故障，因此比较困难。在这里说明一下如何检测电压。测定电压值测定电压值这种类型的a/f传感器在工作时，afs+与sg之间的电压常常是在2.2v的附近值。（根据车型不同，也会有不同情况）。ecm/pcm如果要变更afs值的话，就要控制流过氧化锆元件的氧气量。afs+，afs-之间的电压在理论空燃比时输出为0.45v，浓度高时会稍低（0.4v等)，浓度低时则会稍高一点， （0.5v）。但是，实际上为了取得电流值而使用的电压值，有可能会由于老化而出现变动，

11、因此有可能出现与上述不同的数值，这一点需要注意。扩散层afs+afs-排出气体o2ab图1 2 四线型 af传感器工作点火图13 回路图示例汽车技术培训汽车技术培训on board diagnosisair fuel ratio(a/f)传感器结构与功能传感器结构与功能2006广州 honda motor co., ltd. all rights reserved.page-8a/f=13a/f=14.6a/f=18a/f=23传感器电流(il电流ma)afs+ ,afs-间的电压0ma0v四线型四线型a af f 传感器详细的工作状况传感器详细的工作状况浓度高的情况氧化锆元件会产生电动势，从

12、而对a向加载电压。对与此相反方向的b则是由ecm/pcm来稍加电压，形成电动势大，且朝向a的加压状态，所以氧气由大气侧向排气侧（a）移动。另外，由于从扩散层进入的排出气体受到限制，与吸入的氧气反应，排气中的hc或co也受到限制。由于这些作用，排气检测室内的a/f在达到理论空燃比之前，氧气就一直在移动。因此，氧化锆元件中是只流过为达到理论空燃比所必要的氧气，这时通过检测电流就可以得到排出气体的a/f。浓度低的情况由于氧化锆元件不会产生电动势，根据ecm/pcm对b向加载的电压，使氧气由排气侧向大气侧（b）移动，强制性地使用排气检测室的a/f达到理论空燃比。氧化锆元件在特性上，不能使排气检测室内比

13、理论空燃比的浓度高（注1），即使再加大加载电压流过的电流也不会增加。（增加是指向a方向流动的氧气）。这个称为极限电流，测定出这个时候的电流值就可以得到a/f。扩散层afs+afs-排出气体o2ab注1：强制地使其达到浓度高时，在氧化锆元件中发产生逆电动势，即使加大加载电压流动氧气的电压也不会增加。使电流变得不能流动。=极限电流ba电流电流图图四线型四线型a af f传传感器感器的工作原理的工作原理2图图 four wire type af传传感器感器的电流特性的电流特性汽车技术培训汽车技术培训on board diagnosisair fuel ratio(a/f)传感器结构与功能传感器结构与

14、功能2006广州 honda motor co., ltd. all rights reserved.page-9四线型四线型a af f传感器传感器追加信息追加信息这种类型的传感器生产厂家是denso。（2006年到现在）特性修正特性修正传感器的电流特性是根据内部阻抗的变化而变化的。因此，ecm/pcm从加载在a/f传感器上的电压与检测出来的电流，以一定间隔来检测内部阻抗。其内部阻抗与传感器的激活状态有关，也可以判断出是否被激活。a/f=13a/f=14.6a/f=18a/f=23传感器电流(il电流ma)afs+ ，afs-间的电压0ma0v图图c 四线型四线型a af f传感器的电流特性

15、传感器的电流特性汽车技术培训汽车技术培训on board diagnosisair fuel ratio(a/f)传感器结构与功能传感器结构与功能2006广州 honda motor co., ltd. all rights reserved.page-10四线型四线型a/fa/f传感器测量传感器测量实际上电流值ili不能直接用ecm/pcm来测量，要利用并联电阻rs来变换为电压，再将此电压增幅以及ad变换来测定。化学反应图图e e所表示是发生了化学反应。所表示是发生了化学反应。实际上是氧气作为2o2-流动于氧化锆元件内。krsil（ （hds)a/dafcafvvafoa/dvafc空然比传

16、感器ecu图图e four wire type af传感器电极的化学反应传感器电极的化学反应图图d four wire type af传感器的等价回路传感器的等价回路浓度低的区域浓度高的区域电动势汽车技术培训汽车技术培训on board diagnosisair fuel ratio(a/f)传感器结构与功能传感器结构与功能2006广州 honda motor co., ltd. all rights reserved.page-116.五线型 af传感器结构这种类型的a/f传感器也是由氧化锆元件和加热器的两层构成。氧化锆元件的内部构造氧化锆元件的内部构造氧化锆元件部分的内部由二个空间与四个电

17、极构成，一个空间称为排出气体检测室，它是将排出气体通过扩散层少量导入，另外一个称为大气导入室，它导入外部气体。 voltage sensing (vs) cell将这两个空间分离开，另外，在氧化锆元件加热器的反面装有一个ion pumping (ip) cell 。 各元件都有正负的白金电极。氧化锆元件加热器ipvcentvs加热器+ip cell+电极ip cell 电极vs cell 电极vs cell vs cell +电极排出气体检测室ip cell扩散层加热器-label电阻+label电阻-大气导入室图图1414五线型五线型a/fa/f传感器构造传感器构造 1 1图图1515五线型

18、五线型a/fa/f传感器构造传感器构造 2 2汽车技术培训汽车技术培训on board diagnosisair fuel ratio(a/f)传感器结构与功能传感器结构与功能2006广州 honda motor co., ltd. all rights reserved.page-12ipvcentvs加热器+加热器-label电阻+label电阻-ip cell 负电极与vs cell 的负电极都采用共同的接线 (vcent)。这种类型的a/f sensor 为了使输出值的误差降到最小，在生产后要对每个传感器特性偏差进行全数检查，为了可以用ecm/pcm来修正误差，针对其偏差量要在a/f传

19、感器的连结器部位装配一个的电阻。因此连结器的传感器侧会有5根接线，而在ecm/pcm侧有7根接线。图图1616五线型五线型a/fa/f传感器构造传感器构造 3汽车技术培训汽车技术培训on board diagnosisair fuel ratio(a/f)传感器结构与功能传感器结构与功能2006广州 honda motor co., ltd. all rights reserved.page-137.五线型 af传感器工作原理此传感器主要是在如下所示的三个阶段工作1)大气导入室的氧气浓度要比气体检测室高。如果开始vs元件与通常的氧传感器浓度一样，浓度高时，输出1v左右电压，而浓度低时，则输出0

20、v，如为完全理论空燃比时则输出0.45v。总之，vs元件就是检测排气检测室现在的浓度是高还是低。2)如果可以从vs元件可以得到浓度高的电压（0.45v以上），加载在ip元件上的电压就可能将氧气吸入到气体检测室，使气体检测室的a/f达到理论空燃比。相反，如果得到浓度低的电压（0.45v以下），利用ip元件将氧气从气体检测室吸出，使气体检测室的a/f达到理论空燃比。vs元件的电压在不是0.45v时就一直这样工作。之后，为了使vs元件电压维持在0.45v，就要调整加载在ip元件上的电压。3)此时，可以利用检测流过ip元件的氧气量来检测a/f。由于这个量也与流过ip元件的电流值是成比例的，这样传感器就

21、通过检测ip电流从而得到a/f值。其特性如图16所示，由于是利用流过vcent的电流来进行检测，就可以检测出浓度高时的负电流，浓度底时的正电流。理论空燃比a/f=14.70 maa/f传感器输出浓度高浓度低图图18 五线型五线型 af 传传感器感器输输出特性出特性ip cell +电极ip cell 电极vs cell 电极vs cell vs cell +电极排出气体检测室ip cell扩散律速层大气导入室ipvsvcent图图17五线型 af传感器工作原理4汽车技术培训汽车技术培训on board diagnosisair fuel ratio(a/f)传感器结构与功能传感器结构与功能20

22、06广州 honda motor co., ltd. all rights reserved.page-14 五线型a/f传感是一个检测电流值的传感器.由于电流值的直接检测会使ecm/pcm或是传感器产生故障,因此比较困难.在这里,就说明一下电压如何才可以检测。检测电压值的方法检测电压值的方法vcent vs间的电压通常是输出0.45v。（虽然根据车型而定，比如vs=2.45，vcent=2.00) 如果由于突变而使a/f强制性地变化，排气检测室的a/f也会短时发生变化。因此vcent vs之间的电压是变动的，换句话说，由于突变使电压变动的话，也可以确认此传感器是运作的。ip与vcent间的电压值根据传感器的工作状况会有很大变动，通常是浓度低时数值大，浓