淺析電噴汽車的寬量程氧傳感器

一、普通氧傳感器的缺陷

普通氧傳感器一般有4根線，其中2根是加熱線，第3根是信號(hào)線，另1根是接地線。它是在陶瓷體兩側(cè)附著二氧化錯(cuò)涂層，在350℃或更高的溫度下能傳導(dǎo)氧離子，傳感器兩側(cè)氧氣的濃度差使兩個(gè)表面之間產(chǎn)生電位差，且工作曲線非常陡峭，混合氣在接近理論空燃比時(shí)，輸出0.45V電壓。尾氣稍微偏濃時(shí)，輸出電壓就突變?yōu)?.6V～0.9V；反之，尾氣變稀后，輸出電壓突變?yōu)?.3V～0.1V（圖1）,我們來分析一下：如果尾氣進(jìn)一步增濃，氧傳感器的電壓會(huì)不會(huì)再增加呢？0.9V的輸出電壓已經(jīng)封頂，另外如果尾氣進(jìn)一步變稀，氧傳感器的電壓會(huì)不會(huì)再一次降低呢？0.1V的輸出電壓已經(jīng)是谷底。從上面分析來看，過濃與過稀的尾氣對(duì)普通氧傳感已無法測量。0.1V～0.9V的兩狀態(tài)電壓信號(hào)已無法滿足對(duì)汽車排放的控制。它只能在混合氣為14.7:1的理論空燃比下，在混合氣燃燒后，對(duì)排放的尾氣含氧量在比較狹窄的范圍內(nèi)進(jìn)行檢測，因此這是普通氧傳感器的缺陷所在。

二、寬量程氧傳感器的結(jié)構(gòu)和工作

為了克服普通氧傳感器帶來的缺陷，新一代寬量程氧傳感器誕生了。寬量程氧傳感器的結(jié)構(gòu)如圖2所示。它由1個(gè)普通窄范圍濃差電壓型氧傳感器（氧化錯(cuò)參考電池、1個(gè)界限電流型氧傳感器、氧化錯(cuò)泵電池）及擴(kuò)散小孔、擴(kuò)散室構(gòu)成。它需要一個(gè)專門設(shè)計(jì)的傳感器控制器來控制其正常工作。在圖2中傳感器控制器用A和B表示。尾氣通過擴(kuò)散小孔進(jìn)人擴(kuò)散室，尾氣可能是富油的濃混合氣，也可能是富氧的稀混合氣。氧化錯(cuò)參考電池感知尾氣的濃度后，產(chǎn)生電壓Us，根據(jù)尾氣濃度的不同，富油的濃混合氣將產(chǎn)生高于參考電壓UsRef的Us，傳感器控制器將產(chǎn)生一個(gè)方向的泵電流Ip，該泵電流Ip將氧氣泵入擴(kuò)散室內(nèi)進(jìn)行化學(xué)分解反應(yīng)，在廢氣中產(chǎn)生水和一氧化碳及一些氧化物，附著在泵氧元的表面。在化學(xué)反應(yīng)中將過多的碳?xì)浠衔锓纸猓瑥亩档土藦U氣的濃度，使擴(kuò)散室恢復(fù)到Us電壓為0.45V的尾氣含氧濃度的平衡狀態(tài)。相反，富氧的稀混合氣將產(chǎn)生低于參考電壓UsRef的Us，傳感器控制器將產(chǎn)生一個(gè)反方向的泵電流Ip，該泵電流Ip將氧氣泵出擴(kuò)散室。當(dāng)HC燃料或氧氣被中和時(shí)，參考電池產(chǎn)生的電壓Us等于參考電壓UsRef,此時(shí)的泵電流IP就反映了尾氣的濃度，傳感器控制器將泵電流IP轉(zhuǎn)換成輸出電壓Uout通過改變泵電流的極性（電流流動(dòng)方向）與大小就可以達(dá)到平衡擴(kuò)散室里的尾氣含氧量，如何將這個(gè)變化的泵電流再去控制發(fā)動(dòng)機(jī)ECU對(duì)噴油器噴油時(shí)間的調(diào)整，是至關(guān)重要的。在控制環(huán)路中有一塊DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）電路，該電路有二路輸出，一路將變化的泵電流信號(hào)通過放大數(shù)模轉(zhuǎn)換成線性電壓，此電壓從0V～5V連續(xù)變化，去控制發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的空燃比調(diào)整。另一路輸出脈寬調(diào)制信號(hào)去控制COM場效應(yīng)開關(guān)晶體管導(dǎo)通與截止時(shí)間，給加熱器提供電流，加熱氧傳感器。

從圖3中可以看到寬量程氧傳感器的特點(diǎn)，工作曲線平滑，能夠連續(xù)檢測空燃比從10至20，相當(dāng)于過量空氣系數(shù)從0.686至1.405的寬范圍，當(dāng)線性電壓在2.5V時(shí)，就達(dá)到了理論空燃比14.7的控制。

在檢測寬量程氧傳感器時(shí)，不能用萬用表電壓檔及示波器進(jìn)行直接測量氧傳感器的端口線束電壓。只能用相關(guān)的專用檢測儀進(jìn)行數(shù)據(jù)流分析。本田新款車系安裝在三效催化轉(zhuǎn)化器上游的為空燃比（AFR）傳感器，檢測信號(hào)為電流（mA）值（圖4）。

三、寬量程氧傳感器的測試方法

寬量程氧傳感器單件檢測只要1項(xiàng)：端子3和4是加熱器，不應(yīng)該開路，加在上面的電壓為12V，端子1是信號(hào)輸出，端子5和6是參考電壓，端子2是泵電流輸入。有的寬量程氧傳感器端子5和6是作為同一個(gè)端子輸出。

維修站的方法是通過讀取數(shù)據(jù)流進(jìn)行分析。以寶來為例說明：發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元將寬量程氧傳感器的電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓值顯示出來。寬量程氧傳感器的電壓規(guī)定值為1.0V～2.0V。電壓值大于1.5V時(shí)混合氣過稀（氧多），電壓值小于1.5V時(shí)混合氣過濃（氧少）。電壓值為OV、1.5V、4.9V的恒定值時(shí)都說明氧傳感器線路有故障。用示波器觀察的電壓峰值可能到4.9V，這是正常的。

氧化錯(cuò)型氧傳感器的電壓規(guī)定值為0.0V～1.0V。電壓值大于0.45V時(shí)混合氣過濃，電壓值小于0.45V時(shí)混合氣過稀，電壓值為OV、0.4V～0.5V、1.1V的恒定值時(shí)都說明氧傳感器線路出現(xiàn)故障。(end)