车用尾气检测传感器的技术进展及展望
PDF下载 (1329)简家文,邹 杰,王 杰.车用尾气检测传感器的技术进展及展望[J].宁波大学学报(理工版),2025,38(6):1-8.DOI:10.20098/j.cnki.1001-5132.2025.0619
JIAN Jiawen,ZOU Jie,WANG Jie.Technical progress and outlook for automotive gas sensors[J].Journal of Ningbo University(Natural Science & Engineering Edition),2025,38(6):1-8.DOI:10.20098/j.cnki.1001-5132.2025.0619
| Title: | Technical progress and outlook for automotive gas sensors |
| 作者: | 简家文, 邹 杰, 王 杰 |
| Author(s): | JIAN Jiawen, ZOU Jie, WANG Jie |
| 关键词: | 汽车尾气; 氧传感器; 氮氧传感器; 新型可燃气体传感器 |
| Keywords: | automobileexhaust; oxygen sensor; nitrogen oxide sensor; new combustible gas sensor |
| 分类号: | TP212.2 |
| DOI: | 10.20098/j.cnki.1001-5132.2025.0619 |
| 文献标识码: | A |
| 摘要: | 为减少尾气的排放，汽车中大量使用了氧传感器及氮氧传感器。本文从测氧范围（窄域和宽域型）与核心部件结构（管式和片式）两个维度对氧传感器进行全面介绍；基于氧传感器的极限电流工作机理，详细阐述氮氧化物传感器的多腔工作模式，并对比分析其两腔和三腔结构的技术特点；同时，还基于氮氧化物传感器多腔工作模式的特点，提出了研发新型可燃气体传感器的思路。 |
| Abstract: | Oxygen sensors and nitrogen oxide sensors are used in large numbers in automobiles in order to reduce tailpipe emissions. This paper provides a comprehensive introduction to oxygen sensors from the perspectives of both oxygen measurement range (narrow and wide range type) and core component structure (tube and chip type). Based on the limiting-current working mechanism of the oxygen sensor, the multi-cavity working mode of NOx sensor is elaborated in detail, and the technical characteristics of two-cavity and three-cavity structure of NOx sensor are compared and analyzed. Meanwhile, based on the characteristics of multi-cavity working mode of NOx sensor, the idea of developing a new type of combustible gas sensor is also proposed. |
| 参考文献 /References: | [1] ALIRAMEZANI M, KOCH C R, SECANELL M, et al. An electrochemical model of an amperometric NOx sensor[J]. Sensors and actuators B: chemical, 2019, 290:302-311. [2] 马云. 汽车尾气污染的危害及其控制对策[J]. 北方环境, 2013, 25(3):61-62. [3] 崔亮, 倪红, 戴春蓓, 等. 国五国六汽车尾气颗粒物的生态毒性分析[J]. 环境科学学报, 2020, 40(4):1483-1490. [4] RAMAMOORTHY R, DUTTA P K, AKBAR S A. Oxygen sensors: materials, methods, designs and applications[J]. Journal of materials science, 2003, 38(21):4271-4282. [5] 沈建明, 胡元云, 徐鑫, 等. 浅谈汽车四线片式氧传感器[J]. 传感器世界, 2019, 25(7):12-17. [6] 石敏, 刘宁. ZrO2基固体电解质氧传感器的研究现状及发展趋势[J]. 合肥工业大学学报(自然科学版), 2003, 26(3):388-393. [7] 李松峰, 张春化, 李阳阳, 等. 柴油车选择性催化还原和氨逃逸催化研究进展[J]. 长安大学学报(自然科学版), 2022, 42(1):97-114. [8] 戴佳伟, 吴锋, 姚栋伟, 等. 基于反应动力学模型的SCR催化剂氨存储特性研究[J]. 内燃机工程, 2017, 38(2):54-58, 66. [9] TAKEUCHI T. Oxygen sensors[J]. Sensors and actuators, 1988, 14(2):109-124. [10] RIEGEL J, NEUMANN H, WIEDENMANN H M. Exhaust gas sensors for automotive emission control[J]. Solid state ionics, 2002, 152:783-800. [11] MASKELL W C, STEELE B C H. Solid state potentiometric oxygen gas sensors[J]. Journal of applied electrochemistry, 1986, 16(4):475-489. [12] RAMAMOORTHY R, SUNDARARAMAN D, RAMA- SAMY S. Ionic conductivity studies of ultrafine-grained yttria stabilized zirconia polymorphs[J]. Solid state ionics, 1999, 123(1/2/3/4):271-278. [13] 何锐, 刘光葵, 孙尧卿. 氧传感器及其在汽车中的应用[J]. 传感器技术, 1999, 18(3):1-4, 15. [14] RIEGEL J, NEUMANN H, WIEDENMANN H M. Exhaust gas sensors for automotive emission control[J]. Solid state ionics, 2002, 152:783-800. [15] 曾佳, 黄海琴, 邹杰, 等. 一种基于高温宽域氧传感器湿度测量工作机理的研究[J]. 传感技术学报, 2021, 34(6):742-748. [16] 章晓娟, 周坤, 谢建军, 等. 基于宽域氧传感器的空燃比分析仪设计与实现[J]. 传感器与微系统, 2017, 36(12): 80-83. [17] ISHIBASHI K, KASHIMA T, ASADA A. Planar type of limiting current oxygen sensors[J]. Sensors and actuators B: chemical, 1993, 13(1/2/3):41-44. [18] AKASAKA S. Thin film YSZ-based limiting current-type oxygen and humidity sensor on thermally oxidized silicon substrates[J]. Sensors and actuators B: chemical, 2016, 236:499-505. [19] USUI T, NURI K, NAKAZAWA M, et al. Output characteristics of a gas-polarographic oxygen sensor using a zirconia electrolyte in the Knudsen diffusion region[J]. Japanese journal of applied physics, 1987, 26(12A):L2061. [20] 尹春岳, 周明军, 文吉延, 等. 绝缘层烧结收缩率对氧传感器输出特性的影响[J]. 传感器与微系统, 2022, 41(7):48-51. [21] 钱显威, 李雪宾, 周明军, 等. 氮氧化物气体传感器氧气干扰的补偿方法[J]. 传感器与微系统, 2022, 41(9):34-37, 41. [22] 王佐硕, 邹杰, 王梓, 等. 电流型氮氧化物传感器输出特性分析及控制策略的优化[J]. 传感技术学报, 2022, 35(4):454-460. [23] 朱华. 车用ZrO2基固体电解质氧传感器[J]. 汽车零部件, 2008(4):70-71, 53. [24] 武强, 刘其中, 褚雷阳. 极限电流型氧传感器的研究[J]. 传感器与微系统, 2006, 25(6):46-48. [25] 简家文, 杨邦朝, 张益康. 汽车用氧传感器的工作原理及其应用[J]. 传感器技术, 2002, 21(3):55-57. [26] 杨邦朝, 简家文, 段建华, 等. 氧传感器的原理与进展[J]. 传感器世界, 2002, 8(1):1-8. [27] 杨斌, 王超, 肖建中. 一种宽域型氧气传感器的制备及其性能研究[J]. 传感技术学报, 2020, 33(12):1713-1717. [28] BOSCH. Technical product information of planar wide band Lambda sensor(4.9) Y 258 E00 015e[EB/OL]. [2025-05-22]. https://www.bosch-motorsport.com/content/downloads/Raceparts/en-GB/51865867208058251.html. [29] 侯洁, 颜伏伍, 胡杰, 等. Urea-SCR系统NOx传感器的NH3交叉感应研究[J]. 内燃机学报, 2014, 32(3):249- 253. [30] 黄海琴, 谢光远, 王杏, 等. ZrO2基电化学NOx传感器非活化电极浆料的研究[J]. 武汉科技大学学报(自然科学版), 2012, 35(1):41-43. [31] CHATTERJEE D, KOČÍ P, SCHMEIßER V, et al. Modelling of a combined NOx storage and NH3-SCR catalytic system for Diesel exhaust gas aftertreatment[J]. Catalysis today, 2010, 151(3/4):395-409. [32] KOEBEL M, ELSENER M, KLEEMANN M. Urea-SCR: a promising technique to reduce NOx emissions from automotive diesel engines[J]. Catalysis today, 2000, 59(3/4):335-345. |
| 备注/Memo: | 收稿日期：2025−06−19 宁波大学学报（理工版）网址：http://journallg.nbu.edu.cn/ 基金项目：国家自然科学基金（62471267）；浙江省基础公益研究计划项目（LGG22F010017）；宁波市重点研发计划（2022Z093，2022Z092） 第一作者：简家文，教授，主要研究方向为敏感材料传感器、检测技术及仪表开发。E-mail: jianjiawen@nbu.edu.cn 宁波大学学报（理工版）网址：http://journallg.nbu.edu.cn/ |
