任继文，成佐明

(华东交通大学机电工程学院，江西南昌　330013)

0　引言

据统计，近10年来国内汽车产量的平均增长率保持在13%左右，机动车排放已成为城市大气污染的一个重要来源[1]。为了控制汽车尾气排放，汽车已经由传统的化油器发展为电子喷射系统，采用带有氧传感器和三元催化反应器的空燃比闭环反馈控制系统，其中，氧传感器对于提高燃烧效率、降低污染排放量和三元催化起着重要的作用。

氧传感器开始工作温度大约是300 ℃，理想稳定工作温度在800 ℃左右，虽然，尾气排放能够使得传感器温度升高，但其升温速率太慢，响应时间较长，汽车在冷启动阶段排放的尾气净化效果很差，使得不能满足尾气排放法规的要求。在传统管式氧传感器中，引入分离的陶瓷加热器，减小了响应时间，但仍然无法满足越来越严格的尾气排放法规的要求，目前，低尾气排放汽车(LEV)要求响应时间30～60 s，超低尾气排放汽车(ULEV)要求响应时间15～20 s，极低尾气排放汽车(SULEV)要求响应时间小于5 s，这促使集成加热器的平板式氧传感器得到迅速发展，平板式氧传感器与传统管式氧传感器相比响应快、能耗低、性能好。然而，集成加热器的平板式氧传感器也比分离式加热器的管式氧传感器将遭遇更严重的热梯度和热应力，这就要求我们对其进行更加精心设计。

文中以集成加热器的平板式浓差型汽车氧传感器为例，建立其有限元模型，对其冷启动工况下的传感器温度场分布和热应力场分布进行分析，使得设计的传感器响应时间和强度均满足需要。……