UEGO宽带氧传感器,宽域氧传感器,宽量程氧传感器的工作原理

UEGO宽带氧传感器,宽域氧传感器,宽量程氧传感器的工作原理

随着对汽车尾气排放要求的不断提高，传统的开关型氧传感器已不能满足高排放标准的要求，取而代之的是控制精度更高的线性宽域氧传感器。

宽域氧传感器（Universal Exhaust Gas Oxygen Sens，简称UEGO）能够提供准确的空燃比反馈信号给ECU，从而ECU精确地控制喷油时间，使气缸内混和气浓度始终保持理论空燃比值。宽域氧传感器的使用提高了ECU的控制精度，最大限度地发挥了三元催化器的作用，更加有效地降低了有害气体的排放。宽域氧传感器及其控制器的研究与开发，与当今汽车发展中的安全、环保、节能三大主题相吻合，具有一定的现实和长远意义。

宽域氧传感器，顾名思义它的测量范围变大。宽域氧传感器是在普通开关型氧传感器的基础上增加了一个泵氧膜片。当发动机排放气体流经宽域氧传感器头部时，它将反馈一个电压信号给控制器，告知控制器气缸内混合气是稀了还是浓了；之后控制器将产生一个泵电流流经宽域氧传感器泵氧膜片，从而消耗过量的氧气或燃料，使气缸内混合气的浓度始终维持在理论值附近。

宽域氧传感器的工作原理主要是：

1、采集传感器的反馈信号。

2、产生泵电流控制信号。

3、通过采集泵电流流经某一特定电阻产生的电压，得知泵电流的大小，再通过AD转换输入到控制芯片。

宽带型氧传感器的基本控制原理就是以普通氧化锆型氧传感器为基础扩展而来。氧化锆型氧传感器有一特性，就是当氧离子移动时会产生电动势。若相反将电动势加在氧化锆组件上，即会造成氧离子的移动，根据此原理即可由发动机控制单元控制所想要的比例值。

根据氧传感器的制造材料不同，宽带型氧传感器可分为以ZrO2为基体的固化电解质型和利用氧化物半导体电阻变化型两大类；根据传感器的结构不同，宽带型氧传感又可分为电池型，临界电流型及泵电池型。

构成宽带型氧传感器的组件有两个部分：

一部分为感应室，它的一面与大气接触而另一面是测试腔，通过扩散孔与排气接触，和普通氧化锆氧传感器一样，由于感应室两侧的氧含量不同而产生一个电动势，一般的氧化锆传感将此电压作为控制单元的输入信号来控制混合比而宽带型氧传感器与此不同的是：发动机控制单元要把感应室两侧的氧含量保持一致，让电压值维持在0.45V，这个电压只是电脑的参考标准值，它就需要传感器的另一部分来完成。

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的反作用原理，将电压施加于氧化锆组件（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，使感应室两

侧的电压值维持在0.45V.这个施加在泵氧元上变化的电压，才是我们要的氧含量信号。如果混合气太浓，那么排气中含氧量下降，此时从扩散孔益出的氧较多，感应室的电压升高。为达到平衡发动机控制单元增加控制电流使泵氧元增加泵氧效率，使测试腔的氧含量增加，这样可以调节感应室的电压恢复的0.45v；相反混合气太稀，则排气中的含氧量增加，这时氧要从扩散孔进入测试腔，感应室电压降低，此时泵氧元向外排出氧来平衡测试腔中的含氧量，使感应室的电压维持在0.45v.总而言之，加在泵氧元上的电压可以保证当测试腔内的氧多时，排出腔内的氧，这时发动机控制单元的控制电流是正电流；当腔内的氧少时，进行供氧，此时发动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流就反映了排气中的乘余空气含量系数。

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。