[發明專利]直接連接氧傳感器

無效

• 申請號: 201010139774.4
• 申請日: 2010-02-12
• 公開（公告）號: CN102155280A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發明（設計）人: B·吉布森;T·L·舒爾克;J·A·塞爾;A·W·鮑爾
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作公司
• 主分類號: F01N11/00
• 分類號: F01N11/00;F02D41/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 劉楨;譚祐祥

技術領域

本發明通常涉及一種傳感器，該傳感器用于測量穿過汽車動力系和排氣系統的流體中的氧(O₂)比例，且尤其涉及連接器布置，其用于可操作地將氧傳感器連接至能夠利用由該傳感器產生的信號的裝置。

背景技術

幾乎所有傳統的機動車輛，例如現代車輛，包括用于排出和減少車輛內燃機(ICE)正常操作產生的副產物的排氣系統。多數排氣系統包括催化轉化器和類似的排氣后處理裝置，其通過流體管道或“排氣管”接收來自發動機排氣歧管(或頭部器)的輸出，并還原和氧化排氣排放物。消聲器組件或類似裝置，通常定向于催化轉化器的下游，以消弱排氣排放過程產生的噪聲。

電子傳感器用于各種需要做定性和定量流體分析的應用中。在汽車行業中，例如，氧傳感器，通俗地稱為“O₂傳感器”，用于內燃控制系統，以提供汽車排氣中精確的氧濃度測量值。發動機排氣中的氧濃度與提供給發動機的燃料混合物的空燃比具有直接的聯系。由此，O₂傳感器獲取的測量值可用于確定最有利的燃燒條件、優化空燃比、使燃料經濟性最大化以及控制排氣排放。

多種氧傳感器商業化地用于汽車應用中。典型地，用于汽車應用的電化學類型的氧傳感器利用了套筒型電化學原電池，其在“電位模式(potentiometricmode)”下運行以確定，或感測發動機排氣流中存在的氧的相對含量。這種類型的氧傳感器包括離子導電性固體電解質材料，典型地，氧化鈦和氧化釔穩定氧化鋯(yttria?stabilized?zirconia)，暴露在排氣流中的涂覆于傳感器外部的多孔電極，以及暴露于已知濃度的參照氣體(reference?gas)的涂覆于傳感器內部的多孔電極。

針對氧氣而言，固體電解質傳感器用來測量在未知氣體試樣和已知氣體試樣之間的氧活度差異。在汽車排氣應用中，例如，未知氣體是排氣而已知的參照氣體通常是大氣空氣，因為空氣中的氧含量是相對恒定且易于獲得的。經過固體電解質的氣體濃度梯度產生伽伐尼電位。也就是說，當這個原電池的相對表面暴露在不同的氧分壓下，根據能斯脫方程(Nernst?equation)在電極之間產生電動勢(“emf”)：

E＝ATln(P1/P2)

其中，E是單元的還原電勢或“伽伐尼電壓”，T是氣體的絕對溫度，P1/P2是兩個電極處參照氣體的氧分壓的比值，和A＝R/4F，這里R是通用的氣體常數(R＝8.314472J·K^-1·mol^-1)，而F是法拉第常數(F＝96485.3399C/mol)。

濃差型氧傳感器(potentiometric?oxygen?sensor)通常用于ICE的排氣系統，從而與化學計量相比較，量化地判定發動機是在富燃條件(空燃比是帶有未燃燃料的“富的”)或是在貧燃條件(空燃比具有過量的氧氣)下運行。達到平衡之后，由在這兩個運行條件下運行的發動機產生的排氣具有兩個較大差異的氧分壓。這個信息被提供到空燃比控制系統，該系統試圖提供在兩個極端條件之間的平均化學計量空燃比。在空燃比化學計量點下，氧濃度會變化若干數量級。因此，濃差型氧傳感器能夠量化地指示發動機是在富燃或是在貧燃條件下運行，而不必提供關于實際空燃比的更具體信息。

由于對提高燃料經濟性和改進排放控制的日益增長的需求，開發了寬范圍氧傳感器，它們能夠準確地確定發動機在富燃和貧燃條件下運行時排氣中的氧分壓。這些條件要求氧傳感器能夠以足夠的靈敏度精確地判定在富燃和貧燃條件下的氧分壓的同時，快速響應氧分壓的幾個數量級的變化。氧傳感器會產生與空燃比成比例的輸出，從而為發動機控制系統提供額外的性能優勢。在擴散極限電流模式下工作的氧傳感器可產生這樣的比例輸出，該輸出提供了充分的分辨率以確定空燃比在富燃或貧燃的條件下。通常，擴散極限電流氧傳感器具有用于產生內部氧參考值的泵送單元和氧儲存單元。在儲存單元和泵送單元之間保持恒定的電動勢，使得泵送電流的大小和極性可被檢測作為排氣組分的表示。

當前的O₂傳感器設計成包括兩個電連接點，用于將氧傳感器電連接至電子裝置，例如車載發動機控制模塊(ECM)，該模塊利用傳感器產生的信號。一個連接點相對于傳感器在內部，而第二、外連接點與線束電連通。在這種設計中，細長的“絞編組件(pigtail?assembly)”電連接這兩個電連接點。絞編組件在其各個相對的端部具有截然不同的電連接器：第一金屬連接器夾用于連接至傳感器內部的連接點，而第二、便宜的塑料連接器夾用于將絞編組件附連至車輛線束。