發(fā)動(dòng)機(jī)后氧傳感器的布置方法

李 飛 許 濤

（安徽江淮汽車股份有限公司）

在使用三元催化轉(zhuǎn)化器降低排放污染的發(fā)動(dòng)機(jī)上，氧傳感器是必不可少的。為了發(fā)揮三元催化劑對CO，HC，NOx的最佳凈化功能，必須把混合氣體的空燃比控制在理論空燃比附近很窄的范圍內(nèi)。為了檢測出實(shí)際空燃比，在排氣管中設(shè)置了氧傳感器，由此檢測實(shí)際空燃比，并向ECU提供空燃比反饋信號，以控制空燃比收斂于理論值[1]。一般汽油發(fā)動(dòng)機(jī)氧傳感器，在布置上普遍采用前后氧布置形式，分別布置在三元催化器的前后。前氧傳感器作用是檢測發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況下的空燃比，ECU根據(jù)該信號調(diào)整噴油量，計(jì)算點(diǎn)火時(shí)間。后氧傳感器作用是檢測三元催化器的工作好壞，通過前后氧傳感器檢測數(shù)據(jù)對比來進(jìn)行評價(jià)[2]。文章以后氧傳感器（氧化鋯式氧傳感器）某些實(shí)車的布置進(jìn)行分析，通過CFD技術(shù)等對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)并形成布置設(shè)計(jì)方法。

1 實(shí)車布置分析

1.1 實(shí)例1

1.1.1 布置方法

A車型后氧傳感器布置，如圖1所示。

1）傳感器根部朝下且裝配孔與水平面夾角為68°，如圖1a所示；

2）傳感器線束長度為640 mm，但是從傳感器根部至接插件固定點(diǎn)直接距離為165 mm，如圖1b所示；

3）傳感器接插件（1×4）布置在底盤下部，并由一個(gè)底盤支架進(jìn)行卡扣固定，如圖1c所示。

1.1.2 分析

1）線束在底盤上有1個(gè)固定點(diǎn)，線束上由于沒有固定點(diǎn)標(biāo)示，易產(chǎn)生線束固定長短不一的情況，部分拉扯過緊（線束余量小于30%），導(dǎo)致傳感器根部線束疲勞老化斷裂；

2）傳感器接插件固定在底盤下部，極易造成液態(tài)水潑濺，從而導(dǎo)致傳感器內(nèi)部鋯元件失效。

1.2 實(shí)例2

1.2.1 布置方法

B車型后氧傳感器實(shí)車布置狀態(tài)，如圖2所示；布置方法示意圖，如圖3所示。

1）傳感器根部朝上，并與水平夾角為60°（符合≥10°的要求），如圖 3a所示；

2）傳感器線束長度為340 mm，線束穿過車身孔，并在底盤隔熱罩上有個(gè)固定點(diǎn)，如圖3b所示；

3）接插件（1×4）布置在車身內(nèi)部，并給予固定，可以有效避免防止液態(tài)水潑濺，如圖3c所示。

1.2.2 分析

傳感器接插件寬度尺寸大于底盤鈑金開孔直徑，導(dǎo)致裝配工藝只能是先裝傳感器再裝接插件，導(dǎo)致傳感器根部安裝結(jié)束后線束扭曲嚴(yán)重。同時(shí)線束沒有固定點(diǎn)標(biāo)示，導(dǎo)致固定位置距離傳感器根部較近，線束余量無法保證，從而導(dǎo)致傳感器線束內(nèi)部斷裂失效。

2 后氧傳感器布置要求

2.1 工作環(huán)境

傳感器常規(guī)工作溫度范圍要求，如表1所示。最大過熱溫度定義為：氧傳感器可在其壽命期限內(nèi)忍受此最大溫度下不超過250 h，并且這250 h內(nèi)由每次不超過10 min的時(shí)間段累計(jì)而成。

表1 傳感器工作環(huán)境要求表 ℃

2.2 安裝要求

2.2.1 安裝位置

后氧傳感器的理想安裝位置是在三元催化轉(zhuǎn)化器至下游外殼的延長管上、且距催化器載體后端面80～300 mm。當(dāng)三元催化器下游與排氣消聲器之間為帶有裝配法蘭結(jié)構(gòu)時(shí)，為了防止因聯(lián)結(jié)法蘭漏氣，造成排氣氧含量信號的錯(cuò)誤判斷，須將傳感器裝配布置在三元催化轉(zhuǎn)化器一側(cè)的聯(lián)結(jié)法蘭的上游。同時(shí)由于后氧傳感器采集氧信號的頭部布置位置，需要根據(jù)三維CFD軟件Fire對整車的排氣管路流場進(jìn)行分析，因此布置在排氣管道上的主流區(qū)，以避免信號采集失效。圖4示出氧傳感器安裝位置示意圖。圖5示出某車型排氣管路流場分析。

圖5中藍(lán)色區(qū)域?yàn)閺U氣稀薄區(qū)，紅色區(qū)域?yàn)閺U棄主流區(qū)。傳感器頭部布置在藍(lán)色區(qū)域時(shí)將不能完全與廢氣接觸，對廢氣中氧信號的判斷會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)漂移，故不應(yīng)布置在藍(lán)色區(qū)域。

2.2.2 安裝方向

后氧傳感器的裝配位置選擇，應(yīng)避免路面砂石直接沖擊，或飛濺到氧傳感器的外殼及傳感器的線束上。所以氧傳感器的頭部應(yīng)朝下裝配，且其裝配孔軸心線與水平面夾角不小于10°。圖6示出氧傳感器安裝方向要求示意圖。

后氧傳感器的安裝方向應(yīng)盡可能減少冷凝水，在傳感器頭部附近或傳感器自身內(nèi)產(chǎn)生聚集的可能性，以避免在排氣中，冷凝水使傳感器鋯元件造成熱沖擊損壞。在調(diào)整傳感器頭部角度時(shí)，傳感器的根部應(yīng)與底盤位置保持最大的間隙，以防止汽車在極限路況或底盤排氣系統(tǒng)橡膠懸臂老化時(shí)，出現(xiàn)傳感器根部磕碰底盤的現(xiàn)象。在布置允許的情況下，可以考慮在傳感器外部增加防護(hù)，以防止砂石潑濺碰撞至傳感器導(dǎo)致失效[3]。

2.2.3 車身裝配孔尺寸

對于接插件選在車身內(nèi)部的后氧傳感器布置設(shè)計(jì)，由于傳感器需要穿過車身底板，傳感器線束設(shè)計(jì)了防水橡膠密封塞，用于防止線束磨損造成短路。傳感器一般采用從外向內(nèi)裝配方式。圖7示出后氧傳感器橡膠密封塞結(jié)構(gòu)示意圖。

2.2.4 傳感器線束布置

傳感器線束需要結(jié)合不同車型的實(shí)際布置選取最優(yōu)長度，底盤的線束過孔盡量設(shè)計(jì)在傳感器的安裝位置上部，從而杜絕線束在底盤進(jìn)行固定。如實(shí)在需要一個(gè)固定點(diǎn)，建議傳感器線束根部至第一固定點(diǎn)留有30%～40%的線束余量，如圖8所示。為了固化量產(chǎn)裝配一致性，在線束上需要固定的位置進(jìn)行顏色標(biāo)示，或?qū)⒐潭壑苯与S傳感器線束設(shè)計(jì)固化，從而指導(dǎo)工藝裝配，避免因線束余量的選型正確，而在裝配工藝上無法保證一致。線束走向上選擇時(shí)，為避免傳感器根部線束磨損，應(yīng)杜絕線束折彎角度過?。ǎ?0°）的現(xiàn)象產(chǎn)生，避免氧傳感器線束在裝配時(shí)過分扭曲和變形。另外，傳感器安裝扭矩應(yīng)為38～46 N·m，新傳感器螺紋表面應(yīng)涂有防燒結(jié)劑。

3 結(jié)論

1）實(shí)車的布置試驗(yàn)結(jié)果顯示，未嚴(yán)格按照布置設(shè)計(jì)方法進(jìn)行應(yīng)用布置，會(huì)產(chǎn)生這樣或那樣的失效問題，因此可以按文章所提出的布置方法進(jìn)行改善。在設(shè)計(jì)上，現(xiàn)階段普通車型后氧傳感器的布置應(yīng)嚴(yán)格按照要求布置，才能大大降低開發(fā)成本，縮短開發(fā)匹配周期。

2）現(xiàn)階段隨著電噴系統(tǒng)的升級換代，傳感器對布置的要求也越來越高，但是大部分傳感器的布置經(jīng)驗(yàn)僅停留在靜態(tài)布置經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)結(jié)合零部件開發(fā)，運(yùn)用相應(yīng)的實(shí)車驗(yàn)證試驗(yàn)，并總結(jié)動(dòng)態(tài)布置經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合零部件本身工作環(huán)境要求及工廠的裝配工藝要求、售后的維修便利要求3個(gè)方面進(jìn)行布置設(shè)計(jì)方法總結(jié)。