课程设计论文--浅谈现代汽车径流式涡轮增压技术.doc

太原科技大学交通与物流学院课程设计设计说明书 专业名称： 交通运输 班 级： 交通运输122401班 学生姓名： 学 号： 201224010110 指导教师： 1 目 录 第1章 浅谈现代汽车径流式涡轮增压技术 摘要31.1 引言32.1 基本工作原理42.2 基本工作简图52.3 基本工作流程52.4 涡轮增压器优缺点63.1 应用6 参考文献6 浅谈现代汽车径流式涡轮增压器技术摘要： 涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。所谓涡轮增压，就是将进入发动机气缸内的空气，利用一种装置预先进行压缩，提高其密度，并在供油系统的合理配合下，使更多的燃料得到充分燃烧，从而使发动机发出更大的功率，达到增压、提高发动机功率的目的。 关键词：增压器；涡轮；燃烧；Abstract: Turbocharger is, in fact, a kind of air compressor, through the compressed air to increase the intake. A turbocharged, is to enter the air inside the engine cylinder, the use of a device in advance for compression, to increase its density, and in conjunction with the fuel supply system of the reasonable, make full combustion of the more fuel, so as to make the engine more power, achieve the goal of pressurization, improve engine power.Key words:The supercharger; The turbine; Burning；1.1 引言 发动机是靠燃料在汽缸内燃烧作功来产生功率的，输入的燃料量受到吸入汽缸内空气量的限制，所产生的功率也会受到限制，如果发动机的运行性能已处于最佳状态1，再增加输出功率只能通过压缩更多的空气进入汽缸来增加燃料量，提高燃烧作功能力。在目前的技术条件下，涡轮增压器是惟一能使发动机在工作效 率不变的情况下增加输出功率的机械装置。 涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮2，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入汽缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入汽缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。 在最近30年时间里，涡轮增压器已经普及到许多类型的汽车上，在汽车改装中得到了充分应用。它弥补了一些自然吸气式发动机的先天不足，使发动机在不改变汽缸工作容积的情况下可以提高输出功率10以上，因此许多汽车制造公司都采用这种增压技术来改进发动机的输出功率，藉以实现轿车的高性能化。 2.1 基本工作原理 涡轮机叶轮与压气机叶轮通过增压器轴刚性连接，这部分称作增压器转子。增压器转子通过浮动轴承（转子高速旋转时可保证摩擦阻力矩较小）固定在增压器中。发动机工作时，排出的废气以一定角度高速冲击涡轮机叶轮，使增压器转子高速旋转（最高可达20104低转/分钟）。压气机叶轮的高速旋转使得发动机进气管内的气压升高，达到增压效果。如此，在进气过程中，空气会受到较大的压力，从而使更多密度更大的空气进入气缸。这样，燃油就可以更加充分的燃烧，发动机的性能便更上一层楼。2.2 基本工作简图 涡轮机的作用是将排气能量尽可能多地转化为涡轮旋转的机械功。径流式涡轮机主要由进气蜗壳、喷嘴环、工作轮以及出气道等组成，如图2-2所示。1-进气蜗壳 2-喷嘴环 3-工作轮图2-2 径流式涡轮工作简图2.3 基本工作流程 排气从工作轮转子的外缘由进气蜗壳流入，作功后从涡轮中心轴向流出。进气蜗壳的作用是引导发动机的排气均匀地进入涡轮4。 根据增压系统的要求，蜗壳可以有多个进气口。由于发动机的排气具有一定的压力、温度与速度，经进气蜗壳后直接流入喷嘴环中。 喷嘴环是周向均匀安装、带有一定倾角的叶片所组成的多个渐缩通道。 气流流过喷嘴环时，部分压力能转变为动能，气体得到加速而压力、温度下降，且具有很强的方向性，便于均匀有序地流入涡轮机的工作轮。 在工作轮中，气体向心流动，工作轮上叶片之间的通道呈渐缩状，气体在通道中将继续膨胀。气流在工作轮叶片的导向下转弯，由于离心力作用在叶面的凹面上压力得到提高，而在凸面则压力降低。作用在叶片表面压力的合力，产生了转矩。 此时，在工作轮出口处的压力、温度以及速度均下降，且出口处的气体速度已经大大小于进口速度，说明废气在喷嘴中膨胀所获得的动能已大部分传给了工作轮。 在排气涡轮的工作过程中，具有一定动能及压力能的排气在喷嘴环通道中仅部分地得到加速，流经工作轮时大部分转变为机械功用来驱动压气机。2.4 涡轮增压器优缺点优点： 1、提高发动机升功率。在发动机排量不变的情况下可以通过增加进气密度，让发动机可以多喷油，从而提高发动机的功率，加装增压器后的发动机的功率及扭矩要增大20%30%。反之在同样的功率输出的要求下可以降低发动机的缸径，缩小发动机的体积和重量5。 2、改善发动机的排放。涡轮增压器发动机通过改善发动机的燃烧效率，减少发动机废气中颗粒物和氮氧化物等有害成分的排量。 3、提供高原补偿的功能。部分高海拔地区，海拔越高，空气越稀薄，带涡轮增压器的发动机就可以克服因高原空气稀薄导致的发动机的功率下降。 4、提高燃油经济性，降低油耗。由于带涡轮增压器的发动机燃烧性能更好，可以节省燃油3%-5%。缺点：涡轮增压器的缺点是滞后，即由于叶轮的惯性作用对油门骤时变化反应迟缓，使发动机延迟增加或减少输出功率，这对于要突然加速或超车的汽车而言，瞬间会有点提不上劲的感觉。3应用参加竞赛的跑车一般均装有涡轮增压器，以使汽车迸发更大的功率。发动机是靠燃料在气缸内燃烧来产生功率的，输入的燃料量受到吸入气缸内空气量的限制，所产生的功率也受到限制，如果发动机的运行性能已处于最佳状态，再增加输出功率只能通过压缩更多的空气进入气缸来增加燃料量，提高燃烧做功能力。涡轮增压器是唯一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。参 考 文 献1 楼梦麟废气涡轮增压器的正确使用J同济大学学报，1997.2 李刚 增压器金属密封件结构性能分析M北京：机械工业出版社，20073 杨阳. 车用柴油机涡轮增压技术的新发展M.上海：机械工业出版社，20144 李婷. 车用涡轮增压技术的发展回顾J. 上海大学学报，2003，12.5 杨刚. 径流式涡轮增压器叶片成形方法M. 北京：机械工业出版社，2001. 目 录第2章 湿式车辆双离合器技术研究 摘要141.1 引言142.1 基本工作原理152.2 基本工作简图162.3 基本工作流程102.4 种类及区别112.5 湿式双离合器优缺点113.1 结论11 参考文献12 湿式双离合器摘要： 双离合器自动变速器由电控机械式自动变速器发展而来，它综合了液力机械自动变速器（AT）和电控机械自动变速器（AMT）的优点，能够实现动力换挡、减少了换档时间、提高了换档品质、极大地提高了汽车的舒适性和操纵性。装备自动变速器的汽车，具有操纵方便、起步平稳、乘坐舒适性好、燃油经济性高、安全可靠等一系列优点。关键词：双离合；无间断；动力；Abstract: Dual clutch automatic transmission by electronically controlled the development of automated mechanical transmission, it combines hydraulic mechanical automatic transmission (AT) and the advantages of electronic control automatic mechanical transmission (AMT), can achieve power shift, reduced the shift time, improves the shift quality, greatly improve the comfort and maneuverability of a car. Equipped with automatic transmission cars, is easy to manipulate, smooth start, good ride comfort, high fuel economy, safe and reliable, and a series of advantages. Key words: Double clutch; Uninterrupted; Power;1.1 引言 DCT是按照动力换挡的原理来设计的，在换挡过程中避免了动力中断，保留了AT、CVT等换挡品质好的优点。车辆在换挡过程中，发动机的动力始终可以传递到车轮1，换挡迅速平稳，不仅保证了车辆的加速性，而且由于车辆不再产生由于换挡时动力中断引起的冲击，也极大的改善了车辆运行的舒适性。其次，由于双离合器式自动变速器是在传统的手动变速器基础上进行自动化的，从而以结构简单的平行轴式结构达到了结构复杂的旋转轴（行星齿轮）式自动变速器的效果，但结构更加紧凑，成本更低。并且挡位是在离合器分离的情况下预先挂挡的，因此可以有较充分的转速同步时间，原来的同步器还可以改用啮合套，其结构更为简单，其成本远远低于AT、CVT等自动变速器。双离合器分为湿式双离合变速器和干式双离合变速器两种，从工作原理和基本构造上，干式双离合与湿式双离合变速器并没有本质上的差别，不同之处在于双离合器摩擦片的冷却方式：湿式离合器的两组离合器片在一个密封的油槽中，通过浸泡着离合器片的变速器油吸收热量，而干式离合器的摩擦片则没有密封油槽，需要通过风冷散热。2.1 基本工作原理 有两个离合器，其中一个负责奇数档（1、3、5、7挡），另一个离合器负责偶数档（2、4、6挡）。用“双”离合器控制与发动机动力的通断，这两台自动控制的离合器，由电子控制及液压推动，能同时控制两组离合器的运作。切换为2挡后，奇数档离合器（红色）断开动力传向偶数挡离合器（绿色） 2档运转当变速箱运作时，一组齿轮被啮合，而接近换挡之时，下一组挡段的齿轮已被预选，但离合器仍处于分离状态；当换挡时一具离合器将使用中的齿轮分离2，同时另一具离合器啮合已被预选的齿轮，这四个动作都是在电控单元的控制和作用下同时进行的，因此变速反应极快，在整个换挡期间能确保最少有一组齿轮在输出动力，理论上动力不会出现间断的状况。要配合以上运作，DSG的传动轴被分为两条，一条是放于内里实心的传动轴，而另一条则是外面空心的传动轴；内里实心的传动轴连接了1、3、5及倒挡，而外面空心的传动轴则连接2、4及6挡，两具离合器各自负责一条传动轴的啮合动作3，引擎动力便会由其中一条传动轴作出无间断的传送。2.2 基本工作简图 图2-2 双离合器工作原理示意图 2.3 基本工作流程 图2-2展示的是福特6速DCT齿轮箱，内含两台自动控制的离合器，由电子控制及液压推动，能同时控制两台离合器的运作。当变速器运作时，一组齿轮被啮合，而接近换挡时，下一组挡段的齿轮已被预选，但离合器仍处于分离状态；当换挡时，一台离合器将使用中的齿轮分离，同时另一台离合器啮合已被预选，在整个换挡期间能确保最少有一组齿轮在输出动力，从而不会出现动力中断的状况。为配合以上运作，DCT的传动轴运动时被分为两部分，一为实心的传动轴，另一为空心的传动轴。实心的传动轴连接了1、3、5及倒挡，而空心的传动轴则连接2、4 及6挡，两台离合器各自负责一根传动轴的啮合动作4，引擎动力便会由其中一根传动轴做出无间断的传送。2.4 种类及区别2.4.1 种类湿式双离合变速器：湿式双离合变速器，就是指双离合器为一大一小2组同轴安装在一起的多片式离合器，它们都被安装在一个充满液压油的密闭油腔里，因此湿式离合器结构有着更好的调节能力和优异的热熔性，它能够传递比较大的扭矩。湿式双离合变速器干式双离合变速器：是指通过离合器从动盘上的摩擦片来传递扭矩。由于节省了相关液力系统，并且干式离合器本身所具有的传递扭矩的高效性。然而湿式离合器相比干式在换档滑摩时要消耗更多能量，因此干式系统很大程度地提高了燃油经济性。同时，干式双离合变速箱要比湿式双离合变速箱要轻。因为湿式双离合变数箱必须有液压泵、润滑液、冷却管和外部冷却系统，而干式则无需这些配件。干式双离合变速器2.4.2 区别从工作原理和基本构造上，干式离合与湿式离合变速器并没有本质上的差别，不同之处在于离合器摩擦片的冷却方式：(1)湿式离合器的两组离合器片在一个密封的油槽中，通过浸泡着离合器片的变速器油吸收热量。其冷却油不对摩擦片起保护作用，而使动力传递平滑柔和，其优点是使用寿命长，一般不会发生故障，除非违反操作规程，经常使离合器处于半离合状态工作。多用于自动变速器上，如现在普遍使用的手自一体化变速器。通过液压缸的作用压紧多个钢片和摩擦片使离合器结合，回油后则在弹簧力的作用下使钢片和摩擦片分离。(2)干式离合器的摩擦片则没有密封油槽，需要通过风冷散热。使用中，要求离合器能轻便自如地与动力接合与分离，在较短时间的半离合状态下工作，离合器也不应出现过热现象。干式离合器因为没有机油的阻力，一般来说咬合的反应较快而且咬合力大一点。亦因为没有机油的降温，一般干式离合器都会采用外露的方式来散热3。2.5 湿式双离合器优缺点优点： 1. 换挡快。双离合变速器的换挡时间非常短，比手动变速箱的速度还要快，只有0.2秒不到5。 2. 省油。双离合变速器因为消除了扭矩的中断，也就是让发动机的动力一直在利用，而且始终在最佳的工作所以能够大量节省燃油。相比传统行星齿轮式自动变速箱更利于提升燃油经济性，油耗大约能够降15%。 3. 舒适性。因为换挡速度快，所以DCT的每次换挡都非常平顺，顿挫感已经小到了人体很难察觉的地步。 4. 在换挡过程中，几乎没有扭矩损失。 5. 当高挡齿轮已处于预备状态时，升挡速度极快，达到惊人的8毫秒。 6. 无论油门或者运转模式处于何种状况，换挡时间至少能达到600毫秒(从奇数挡降到奇数挡，或者从偶数挡降偶数挡时，耗时约为900毫秒，例如从第5挡降到3挡)。缺点： 1.扭矩问题。虽然在可以承受的扭矩上，双离合变速箱已经绝对能满足一般的车辆的要求，但是对于激烈的使用还是不够。因为如果是干式的离合，则会产生太多的热量，而湿式的离合，摩擦力又会不够。 2.成本问题。双离合变速器的结构复杂，制造工艺要求的也比较高，所以成本也是比较高的。所以我们看到配备双离合变速器的都是一些中高档的车型。 3 .由于电控系统和液压系统的存在，双离合器变速箱的效率仍然不及传统手动变速箱，特别是用于传递大扭矩的湿式双离合器变速箱更是如此。 4. 当需要切换的挡位并未处于预备状态时，换挡时间相对较长，在某些情况下甚至超过1秒。 5. 双离合器变速箱相比传统手动变速箱更重。6. 早期的双离合器变速箱可靠性欠佳。3.1结论双离合变速箱拥有手动变速箱的灵活性，以及自动变速箱的舒适性，还能提供无间断的动力输出。但或许因为结构复杂，因此最初的量产进程非常缓慢，无论如何，从七十多年前技术的最初提出，到今天在车坛发热发亮，算是熬出头了。此外，双离合变速箱这项技术并非大众一家所有，但无疑，没有大众的推波助澜，或许双离合变速箱技术距离我们还有十万八千里。不过以今天的局面看，大众在双离合变速箱领域的一家独大还将继续。参 考 文 献1王双. 湿式双离合器换挡最优控制J江苏大学学报，1997.2谭喜善. 汽车技术J 北京：机械工业出版社，20073王莉. 双离合式自动变速器M 机械工业出版社，20054陈勇. 双离合器与换挡品质研究M 北京工业大学，2012.5陈嘉庚. 湿式双离合器的升档控制J. 南京工业大学学报.2011.目 录 第3章 车辆空气悬架理论 摘要141.1 引言142.1 空气悬架系统基本结构152.2 基本原理简图162.3 基本工作原理172.4 空气悬架系统优势18 3.1 功能作用18参考文献1814车辆空气悬架理论摘要： 通常来讲，装备空气式可调悬架的车型前轮和后轮的附近都会设有离地距离传感器，按离地距离传感器的输出信号，行车电脑会判断出车身高度变化，再控制空气压缩机和排气阀门，使弹簧自动压缩或伸长，从而降低或升高底盘离地间隙，以增加高速车身稳定性或复杂路况的通过性。关键词：空气式;可调悬架；弹簧；Abstract: Generally speaking, equipment type adjustable air suspension vehicle front and rear wheels will be equipped with distance from the ground near the sensor, according to the distance from the earth sensor output signal, the driving computer can judge the body height change, to control the air compressor and the exhaust valve, make the spring automatic compression or elongation, so as to reduce or increase the chassis ground clearance, in order to increase the stability of car body through sexual or complex road conditions.Key words: Air type; Adjustable suspension;Spring;1.1 引言空气悬架从十九世纪中期诞生以来，经历了一个世纪的发展，经历了“气动弹簧气囊复合式悬架半主动空气悬架中央充放气悬架（即ECAS电控空气悬架系统）”等多种变化型式。到二十世纪五十年代才被应用在载重车、大客车、小轿车及铁道汽车上。目前国外高级大客车几乎全部使用空气悬架,重型载货车使用空气悬架的比例已达80%以上，空气悬架在轻型汽车上的应用量也在迅速上升。部分轿车也逐渐安装使用空气悬架1，如美国的林肯、德国的Benz300SE和Benz600 等。在一些特种车辆（如对防震要求较高的仪表车、救护车、特种军用车及要求的集装箱运输车等）上，空气悬架的使用几乎为唯一选择。而我国仍处于起步阶段， 空气悬架系统只应用在一些豪华客车和少部分重型货车和挂车上。空气悬架在1991年海湾战争中， 由于科威特全是沙漠，而且是细沙和软沙组成。美军的悍马车配备中央充放气系统，也就是空气悬架；把胎压降低轮胎和地面的摩擦力升高这样在沙漠中可以防止轮胎打滑的情况，在雪地路面时降低胎压也和沙漠一样轮胎的摩擦力会增强。这就是液压悬架的弊端，空气悬架和液压悬架各有优势。空气悬架能降低胎压防滑，液压 悬架能上高速，能跑山路过河等就是各自的优势。 在理想状态下，装有空气弹簧悬架的汽车通过压缩空气的压力能够随载荷和道路条件变化进行自动调节，不论满载还是空载整车高度几乎不会发生变化。可以大大提高乘坐的舒适性2。2.1 空气悬架系统基本结构 空气弹簧悬架具有变刚度、刚度小、振动频率低、车身高度不变等优点。典型的机械式空气悬架主要包括以下几个部分： (1)空气弹簧 空气弹簧是由橡胶囊所围成的一个密闭容器，在其中贮入压缩空气，利用空气的可压缩性实现其弹簧的作用。这种弹簧的刚度是可变的，因为作用在弹簧上的载荷增加时，容器内的定量气体气压升高，弹簧刚度增大。反之，当载荷减小时，弹簧内的气压下降，刚度减小，故空气弹簧具有较理想的弹性特性。 (2)导向机构 导向机构是承受汽车的纵向力、力矩及横向力。由于空气悬架只能承受垂直载荷，所以需要安装导向机构以承受横向力、纵向力及力矩以使车桥(或者车轮)按一定的轨迹相对车身或车架跳动。 (3)减振装置 减振装置主要是用来消耗振动能量，衰减振动。空气作为空气弹簧的工作介质，内摩擦极小，与板簧相比空气弹簧本身只有少量阻尼，所以空气悬架必须装有阻尼器，而且其阻尼要相应增加以达到迅速衰减振动的目的。但如果阻尼过大又会使反应迟钝并向车身传递过多的高频振动和冲击，所以减振器阻尼的匹配是否合理将影响悬架的性能。 (4)高度控制阀 高度控制阀是空气弹悬架系统的一个重要组成部分，其主要功能是：随整车载荷变化保持合理的悬架行程；高速时降低车身高度，保持车身稳定性，减少空气阻力；在起伏不平的路面上，可以提高车身高度从而提高了汽车的通过性，空气弹簧的优越性通过安装高度控制阀充分的显现出来。 (5)其它附属装置 空气弹簧以压缩空气作为介质，所以必须装有压气机以产生压缩空气，另外为了进一步提高空气弹簧的性能大部分空气悬架还装有辅助气室。现如今，随着科技的迅速发展，很多高档的客车、轿车以及商用车上已经成功的使用了电控空气悬架3，这种悬架使用高度传感器和电子控制单元来控制空气弹簧的充气和排气，从而更加提高了空气悬架的控制精度和反应速度。但在功能好的同时也有其缺点：这种汽车悬架的结构更为复杂，而且成本非常高。图2-1 空气悬架系统基本结构示意图2.2 基本原理简图图2-2 空气悬架系统基本原理示意图 图2-3 空气悬架系统基本原理示意图2.3 基本工作原理 空气悬架的工作原理：空气压缩机供给储气筒压缩空气，储气筒上装有压力保护阀，当储气筒的压力超出设定压力时，压力保护阀会自动打开把过载压力卸掉。当车辆在平直路面上行驶时，高度阀的充气阀门和排气阀门均关闭，空气弹簧气囊内即不充气也不放气，车架高度保持不变。当车辆行驶在不平路面或转弯时，车轮产生跳动或转弯离心力都会使车架产生倾斜，连接在车架上的高度控制阀的控制杆就会转过一定的角度，当车辆载荷增加时，空气弹簧被压缩，车架整体下移，高度控制阀控制杆向上旋转，使控制阀的充气阀门打开，压缩空气经高度控制阀向气囊内充气，在气压的作用下，车架回升，高度控制阀的控制杆随之向下旋转，使控制阀的充气阀门的开度逐渐变小直至关闭，此时车架恢复到设定高度，即空气弹簧气囊回升到原来的高度；当车辆载荷下降时，空气弹簧气囊在其腔内压缩空气的作用下伸长，车架整体上移，高度控制阀控制杆向下旋转，使控制阀的放气阀门打开，压缩空气经高度控制阀向外界排出，车架下降，高度控制阀控制杆随之向上旋转，使控制阀的放气阀门的开度逐渐变小直至关闭，此时车架逐渐恢复到设定高度4。2.4 空气悬架系统优势 性能优点：由于空气弹簧可以设计得比较柔软，因而空气悬架可以得到较低的固有振动频率，同时空气弹簧的变刚度特性使得这一频率在较大的载荷变化范围内保持不变，从而提高了汽车的行驶平顺性。空气悬架的另一个优点在于通过调节车身高度使大客车的地板高度随载荷的变化基本保持不变。此外，空气悬架还具有空气弹簧寿命长，质量小以及噪音低等一些优点。而这些都明显优越于机械弹簧悬架5。空气弹簧的刚性导向臂与车架支架用橡胶衬套相连接，在加速和刹车时，允许车桥有控制的运动，以减少桥壳应力，防止损坏。对于高扭矩/低转速发电机车辆而言，这是一个重要考虑因素。刹车时，车桥略向前和向下运动，保持轮胎贴近地面，缩短刹车距离刹车不跑偏，从而更安全。轮胎和刹车片寿命增加。3. 功能作用空气悬架会有几个状态：（1）保持状态。当车辆被举升器举起，离开地面时，空气悬架系统将关闭相关的电磁阀，同时电脑记忆车身高度，使车辆落地后保持原来高度。（2）正常状态，即发动机运转状态。行车过程中，若车身高度变化超过一定范围，空气悬架系统将每隔一段时间调整车身高度。所谓正常状态，是指车辆在出厂时储存在AS系统控制电脑内的高度。（3）唤醒状态。当空气悬架系统被遥控钥匙、车门开关或行李厢盖开关唤醒后，系统将通过车身水平传感器检查车身高度。如果车身高度低于正常高度一定程度，储气罐将提供压力使车身升至正常高度。同时，空气悬架可以调节减震器软硬度，包括软态、正常及硬态3个状态，驾驶者可以通过车内的控制钮进行控制1。空气悬架可随时改变车身高度参 考 文 献1李杰 汽车底盘电控技术J江苏大学学报，2012，252李刚 人椅工程和空气悬架技术M北京：机械工业出版社，20073吴倩. 商用车空气悬架的关键技术分析 20084王猛. 空气悬架理论及关键技术 20045吴浩然. 车辆空气悬架研究综述 2011 目 录 第4章 氧传感闭环反馈系统 摘要201.1 引言202.1 氧传感器的作用212.2 氧传感器基本结构222.3 氧传感器工作原理232.4 氧传感器应用232.5 市场前景23 参考文献24 氧传感闭环反馈系统摘要： 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，用它来检测废气口的氧含量。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；排气管道；Abstract: The auto industry is currently one of the largest markets in the application of sensor in the world, and the oxygen sensor to declare the patent number, the automobile sensor first. Oxygen sensor is installed in car exhaust pipe, use it to detect mouth of the exhaust gas oxygen content. And therefore can be obtained based on oxygen sensor signal, put it in the feedback control system, to fine-tune the fuel injection quantity, makes the control of A/F in the best condition, both greatly reduce emissions, and energy saving.Key words: Oxygen sensor; Fault; Check; The exhaust pipe;1.1 引言 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4000万辆车以上，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器、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，仅进三年需要改加氧传感器的旧车就超过2000万两，每年新生产的轿车所需的氧传感器也超过200万个1。目前，一辆普通家用轿车大约要安装几十到几百只传感器，而豪华轿车上的传感器数量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）如表11,所以，氧传感器的市场前景非常广阔，对氧传感器的研究也成为热点。年份产品件数（亿）增长率2000年9.042005年12.687.0% 图1-1 汽车传感器生产量示意图2.1 氧传感器的作用 在使用三元催化转换器以减少排气污染的发动机上，氧传感器是必不可少的元件。由于混合气的空燃比一旦偏离理论空燃比，三元催化剂对CO、HC和NOx的净化能力将急剧下降，故在排气管中安装氧传感器，用以检测排气中氧的浓度，并向ECU发出反馈信号，再由ECU控制喷油器喷油量的增减，从而将混合气的空燃比控制在理论值附近。 电喷车为获得高排气净化率，降低排气中一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）和氮氧化合物（NOx）成份，必须利用三元催化器。但为了能有效地使用三元催化器，必须精确地控制空燃比，使它始终接近理论空燃比。催化器通常装在排气歧管与消声器之间。氧传感器具有一种特性，在理论空燃比（14.7：1）附近它输出的电压有突变3。这种特性被用来检测排气中氧气的浓度并反馈给电脑，以控制空燃比。当实际空燃比变高，在排气中氧气的浓度增加而氧传感器把混合气稀的状态（小电动势：O伏）通知ECU。当空燃比比理论空燃比低时，在排气中氧气的浓度降低，而氧传感器的状态（大电动势：1伏）通知ECU。ECU根据来自氧传感器的电动势差别判断空燃比的低或高，并相应地控制喷油持续的时间。但是，如氧传器有故障使输出的电动势不正常，（ECU）电脑就不能精确控制空燃比。所以氧传感器还能弥补由于机械及电喷系统其它件磨损而引起空燃比的误差。可以说是电喷系统中唯一有“智能”的传感器。 传感器的作用是测定发动机燃烧后的排气中氧是否过剩的信息，即氧气含量，并把氧气含量转换成电压信号传递到发动机计算机，使发动机能够实现以过量空气因数为目标的闭环控制；确保三效催化转化器对排气中的碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）和氮氧化合物（NOX）三种污染物都有最大的转化效率，最大程度地进行排放污染物的转化和净化。其核心元件是多孔的ZrO2陶瓷管，它是一种固态电解质，两侧面分别烧结上多孔铂（Pt）电极。在一定温度下，由于两侧氧浓度不同，高浓度侧(陶瓷管内侧4)的氧分子被吸附在铂电极上与电子（4e）结合形成氧离子O2-，使该电极带正电，O2-离子通过电解质中的氧离子空位迁移到低氧浓度侧(废气侧)，使该电极带负电, 即产生电势差4。氧传感器是进行闭环反馈控制的主要元件之一,用于检测发动机的燃烧状况,通过测定发动机排气管内废气中的氧含量(浓度) 判定空燃比,电子控制单元ECU 据此发出反馈信号不断修正喷油量,使空燃比收敛于理论值(= 1) 。其性能的好坏直接影响汽车的使用,因此,应及时检测、诊断并排除氧传感器的故障,从而保障汽车的使用性能 2.2氧传感器基本结构基本结构：氧化钛型传感器的外形与氧化锆型传感器相似，其结构主要由二氧化锆传感器元件、钢制壳体、加热元件和电极引线等组成，如图22。图2-2 氧传感器基本结构示意图 钢制壳体上制有螺纹，以便传感器安装。与氧化锆型传感器不同的是，氧化钛型传感器不需要与大气进行氧气浓度比较，因此传感元件的密封与防水十分简单，利用玻璃或滑石粉等材料即可达到使用要求。此外，在电极引线与护套之间设有一个硅橡胶密封衬垫，可以防止水汽侵入传感器内部而腐蚀电极。加热元件用钨丝或陶瓷材料制成，加热的目的此是使二氧化钛芯温度度保持恒定，使输出特性不受温度的影响。二氧化钛是一种多孔性的陶瓷材料，可以利用热传导方式对芯或厚膜直接加热，达到规定温度600的加热时间短，对降低发动机刚刚起动后HC的排放量十分有利。2.3氧传感器工作原理二氧化钛半导体材料的电阻具有随氧离子浓度变化而变化得特性，因此，二氧化钛传感器的信号源相当于一个可变电阻4。当发动机的可燃混合气浓时，燃烧不完全，排气中氧剩余很少，传感元件周围的氧离子浓度较小，二氧化钛呈高阻状态，输出高电平。与此同时在铂的催化作用下，使剩余氧离子与排气中的一氧化碳产生化学反应，生成二氧化碳，将排气中的一氧化碳进一步消耗，从而大大提高传感器的灵敏度。当发动机的可燃混合气稀时，排气中的氧离子较多，传感元件周围的氧离子浓度较大，二氧化钛呈低阻状态，输出低电平。可见，氧化钛传感器的电阻将在混合气空燃比等于1是产生突变。当给氧传感器施加稳定的电压时，在其输出端便可得到一个交替变化的信号。该稳定电压一般由ECU内部的稳定电源提供。2.4氧传感器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ECU5。废气中氧气浓度高当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。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。2.5市场前景 汽车行业是目前国际上应用传感器的最大市场之一，现在世界上汽车年产量4000万辆以上，其中，日本的年产量达1000万辆以上。从世界各国工夫的专利情况来看，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，这反映了传感器的难度和各国的重视程度，控制汽车空/燃比用的氧传感器日本以每年5060%的速度增长着。就我国来说，仅近三年需改进加氧传感器的就车就有2000万辆，每年新生