线性宽域氧传感器的特性分析

Ｅ Ｃ Ｕ精确 地控 制喷油时间，使气缸 内混合气浓度始终保持理 由于感应室两侧的氧含量不 同而产生一个 电动势 ，一般 的氧 论空燃 比值 。 线性 宽域氧传感器 的使用提 高了 Ｅ Ｃ Ｕ 的控制精 化锆传 感器 将此 电压作 为控制 单元 的输入 信号来 控制 混合 度 ，最大 限度地 发挥 了三 元催 化器的作用，更加有效地 降低 比，而宽域型氧传感器与此不 同的是 ，发动机控制单元需把 了有 害 气 体 的排 放 。 感 应 室 两 侧 的 氧 含 量 保 持 一 致 ，让 电压 值 维 持 在 ０ ． ４ ５ Ｖ，这 根据氧传感 器的制造 材料不同，宽域型氧传感器可分为
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郭应兵 等：线性宽域氧传感器 的特性分析 流，加热氧传感器 。
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图１ 普 通氧传 感器 的输出特性 图 ２ 线性宽域氧传感器的结构
２ 、线性 宽域 氧传 感器பைடு நூலகம்的结构原理
线 性 宽域 氧 传 感 器 （ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ａ ｌ Ｅ ｘ ｈ ａ ｕ ｓ ｔ Ｇａ ｓ Ｏ ｘ ｙ ｇ ｅ ｎ Ｓ ｅ ｎ ｓ ，
化型两大类 ，前 者装 车使用较多。
２ ． １ 线 性 宽 域 氧 传 感 器 的 结构
的反作用原理 ，将 电压施加于氧化锆组件 即泵氧元上 ，这样
会造成氧离子的移动 ，把排气 中的氧泵入测试腔当 中，使感 浓差 电压型氧传感器 （ 氧 化锆参考 电池、１个界限 电流型氧 应室两侧的 电压值维持在 ０ ． ４ ５ Ｖ。这个施加在泵氧元上变化 传感器 、氧化锆泵 电池 ）及扩 散小孔、扩散室构成 。它需要 的电压，就是反映氧含量的信号 电压 。如果混合气太浓 ，那 个专 门设计 的传感器控 制器 来控 制其 正常工作，在图 ２中 么排 气 中 含 氧 量 下 降 ， 此 时 从 扩 散 孔 益 出 的 氧 较 多 ，感 应 室 传感器控制器用 Ａ和 Ｂ表 示 尾气通过扩散小孔进 入扩 散室， 的电压升高 。为达到平衡发动机控制单元增加控制 电流使泵 氧化锆 参考 电池 感知混合气的浓度后，产生 电压 Ｕｓ ，根据混 氧元增加泵氧效率 ，使测试腔 的氧含量增加 ，这样可 以调节 合 气 浓 度 的 不 同 ，富 油 的浓 混 合 气 将产 生 高 于 参考 电压 感应室的 电压恢复 的 ０ ． ４ ５ ｖ ； 相反混合气太稀 ， 则排气 中的含 Ｕ ｓ Ｒ ｅ ｆ 的 Ｕｓ ，传感器控制器将产生一个方 向的泵 电流 Ｉ Ｄ ，该 氧量增加 ， 这时氧要从扩散孔进入测试腔， 感应 室电压 降低 ， 泵 电流 Ｉ 口将氧气泵入扩 散室内进 行化学分解反应， 在废气 中 此时泵氧 元 向外排 出氧来平衡测试腔 中的含氧量，使感应室 产生水和一氧化碳及 一些 氧化物，附着 在泵氧元的表面 。在 的电压维持在 ０ ． ４ ５ ｖ 。 所 以， 加在泵氧元上的 电压可 以保证当 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 测试 腔内的氧 多时，排出腔 内的氧，这时发动机控 制单元的 度 ，使扩散室恢 复到 ｕ ｓ电压为 ０ ． ４ ５ Ｖ 的尾气含氧浓度的平 控制 电流 是正 电流；当腔 内的氧少时，进 行供氧，此时发动 衡 状 态 。相 反 ， 富氧 的稀 混 合 气 将 产 生低 于 参考 电压 Ｕｓ Ｒｅ ｆ 机控 制单元的控制 电流 是负 电流 。以上过程供给泵氧元的电 的 Ｕｓ ， 传感器控制器将 产生一个反方 向的泵 电流 Ｉ Ｐ ， 该泵 电 流 就 反 映 了排 气 中 的 乘 余 空 气 含 量 系 数 。 流 口 将氧气泵出扩散室。当 Ｈ Ｃ燃料或氧气被 中和时 ，参考 ２ ． ２ 线性 宽域 氧传 感器 的工作原 理 电池产 生的电压 Ｕｓ 等于参考 电压 Ｕ ｓ Ｒ ｅ ｆ ， 此 时的泵 电流 Ｉ Ｐ就 线性宽域氧传 感器是在普通开关型氧传感器的基础 上增 反映 了混合气 的浓度 ， 传感器控制器将泵 电流 Ｉ Ｉ ） 转换成输 出 加 了 一个 泵氧 膜 片 。 当 发 动 机 排 放 气 体 流 经 宽 域氧 传 感 器 头 电压 Ｕｏ ｕ ｔ 通 过 改 变 泵 电流 的 极 性 （ 电流流动方 向） 与 大 小 就 部时，它将 反馈一个电压信 号给传感器控制器，控 制器 以此 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 Ｅ Ｃ Ｕ 对 喷 油 器 喷 油 时 间 的调 整 ， 是 至 关 判定缸 内混合气浓度 ，随后控制器将 产生一个 泵电流流经线
一
宽域氧传感器 的结构如图 ２所示，它 由 １ 个普通窄范 围
重要的 。 在控制环路 中有一块 ＤＳ Ｐ（ 数字信号处理器 ）电路 ， 性 宽域氧传感器泵氧膜 片，从而消耗 过量的氧气或 燃料 ，使 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 气缸 内混合气 的浓 度始终维持在理论值附近。 转换成线性 电压 ，此 电压从 ０ Ｖ￣５ Ｖ连 续变化，去控制发动 机 Ｅ Ｃ Ｕ 的空 燃 比调整 。另一 路输 出脉 宽调制 信号 去控 制 Ｃ Ｏ Ｍ 场效应 开关晶体管 导通 与截 止时间 ，给加热器 提供 电
总之 ，线性宽域型氧传感器 由两大部分组成 ：
一
部分为感应室 ，它的一面与大气接触而另一面是测试
简 称 ＵＥ ＧＯ）能够 提 供准 确 的 空燃 比反 馈 信 号 给 Ｅ Ｃ Ｕ，从 而 腔 ， 通 过 扩 散 孔 与 排 气 接 触 ，和 普 通 氧 化 锆 氧 传 感 器 一 样 ，
以氧 化 锆 为基 体 的 固 化 电 解 质 型 和 利 用 氧 化 物 半 导 体 电 阻变 个 电压 只 是 电脑 的参 考 标 准 值 。
另一部分是传感器 的关键部件泵氧元 ，泵氧元一边是排
气 ， 另 一 边 是 与 测 试 腔 相 连 。泵 氧 元 就 是 利 用 氧 化 锆 传 感 器