浅析电喷汽车的宽量程氧传感器

一、普通氧传感器的缺陷

普通氧传感器一般有4根线，其中2根是加热线，第3根是信号线，另1根是接地线。它是在陶瓷体两侧附着二氧化错涂层，在350℃或更高的温度下能传导氧离子，传感器两侧氧气的浓度差使两个表面之间产生电位差，且工作曲线非常陡峭，混合气在接近理论空燃比时，输出0.45V电压。尾气稍微偏浓时，输出电压就突变为0.6V～0.9V；反之，尾气变稀后，输出电压突变为0.3V～0.1V（图1）,我们来分析一下：如果尾气进一步增浓，氧传感器的电压会不会再增加呢？0.9V的输出电压已经封顶，另外如果尾气进一步变稀，氧传感器的电压会不会再一次降低呢？0.1V的输出电压已经是谷底。从上面分析来看，过浓与过稀的尾气对普通氧传感已无法测量。0.1V～0.9V的两状态电压信号已无法满足对汽车排放的控制。它只能在混合气为14.7:1的理论空燃比下，在混合气燃烧后，对排放的尾气含氧量在比较狭窄的范围内进行检测，因此这是普通氧传感器的缺陷所在。

二、宽量程氧传感器的结构和工作

为了克服普通氧传感器带来的缺陷，新一代宽量程氧传感器诞生了。宽量程氧传感器的结构如图2所示。它由1个普通窄范围浓差电压型氧传感器（氧化错参考电池、1个界限电流型氧传感器、氧化错泵电池）及扩散小孔、扩散室构成。它需要一个专门设计的传感器控制器来控制其正常工作。在图2中传感器控制器用A和B表示。尾气通过扩散小孔进人扩散室，尾气可能是富油的浓混合气，也可能是富氧的稀混合气。氧化错参考电池感知尾气的浓度后，产生电压Us，根据尾气浓度的不同，富油的浓混合气将产生高于参考电压UsRef的Us，传感器控制器将产生一个方向的泵电流Ip，该泵电流Ip将氧气泵入扩散室内进行化学分解反应，在废气中产生水和一氧化碳及一些氧化物，附着在泵氧元的表面。在化学反应中将过多的碳氢化合物分解，从而降低了废气的浓度，使扩散室恢复到Us电压为0.45V的尾气含氧浓度的平衡状态。相反，富氧的稀混合气将产生低于参考电压UsRef的Us，传感器控制器将产生一个反方向的泵电流Ip，该泵电流Ip将氧气泵出扩散室。当HC燃料或氧气被中和时，参考电池产生的电压Us等于参考电压UsRef,此时的泵电流IP就反映了尾气的浓度，传感器控制器将泵电流IP转换成输出电压Uout通过改变泵电流的极性（电流流动方向）与大小就可以达到平衡扩散室里的尾气含氧量，如何将这个变化的泵电流再去控制发动机ECU对喷油器喷油时间的调整，是至关重要的。在控制环路中有一块DSP（数字信号处理器）电路，该电路有二路输出，一路将变化的泵电流信号通过放大数模转换成线性电压，此电压从0V～5V连续变化，去控制发动机ECU的空燃比调整。另一路输出脉宽调制信号去控制COM场效应开关晶体管导通与截止时间，给加热器提供电流，加热氧传感器。

从图3中可以看到宽量程氧传感器的特点，工作曲线平滑，能够连续检测空燃比从10至20，相当于过量空气系数从0.686至1.405的宽范围，当线性电压在2.5V时，就达到了理论空燃比14.7的控制。

在检测宽量程氧传感器时，不能用万用表电压档及示波器进行直接测量氧传感器的端口线束电压。只能用相关的专用检测仪进行数据流分析。本田新款车系安装在三效催化转化器上游的为空燃比（AFR）传感器，检测信号为电流（mA）值（图4）。

三、宽量程氧传感器的测试方法

宽量程氧传感器单件检测只要1项：端子3和4是加热器，不应该开路，加在上面的电压为12V，端子1是信号输出，端子5和6是参考电压，端子2是泵电流输入。有的宽量程氧传感器端子5和6是作为同一个端子输出。

维修站的方法是通过读取数据流进行分析。以宝来为例说明：发动机控制单元将宽量程氧传感器的电流信号转化为电压值显示出来。宽量程氧传感器的电压规定值为1.0V～2.0V。电压值大于1.5V时混合气过稀（氧多），电压值小于1.5V时混合气过浓（氧少）。电压值为OV、1.5V、4.9V的恒定值时都说明氧传感器线路有故障。用示波器观察的电压峰值可能到4.9V，这是正常的。

氧化错型氧传感器的电压规定值为0.0V～1.0V。电压值大于0.45V时混合气过浓，电压值小于0.45V时混合气过稀，电压值为OV、0.4V～0.5V、1.1V的恒定值时都说明氧传感器线路出现故障。(end)