汽车氧传感器电路特性分析
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实践与探索 TEACHING PRACTICE 实践教学 编辑︱姜菁︱E-mail:zhiyeห้องสมุดไป่ตู้azhi@163.com
汽车氧传感器电路特性分析
在使用三元催化转换器以减少排气污染的发动机上， 氧传感器是必不可少的元件。
一、汽车发动机氧传感器的分类
根据氧敏感材料的不同，氧传感器分为氧化钛式和氧 化锆式两种。有的汽车使用了不止一个氧传感器。根据引 出线根数的不同，可分为单引线、双引线、三引线和四引 线以及精确六引线宽带氧传感器等五种类型的氧传感器。
图７是—宽带氧传感器的 工作示意图。即为六线式氧 传感器。
现代汽车为了省油，都 趋向稀薄燃烧，空燃比从１０ 至２０，相当于过量空气系数
图7
从０．６８６至１．４０５的宽范围， 原有的氧传感器就无法适应，宽带氧传感器能解决这个问 题。通过单元泵工作，可将尾气中的氧吸入测量室，单元 泵工作所用电流，即为传递给控制单元的电信号。控制氧 传感器的电压值在４５０ｍＶ附近。
IGSW Ecu OX
BATT 主继电器
NE T2
REL
图4
图５是另外一种四线的氧传感器与ＥＣＵ的连接图。传 感器内的加热元件的一端是受主继电器控制的，另一端受 ＥＣＵ内的三极管Ｔ１控制，而主继电器受ＥＣＵ内三极管Ｔ２控 制。Ｔ１和Ｔ２的导通条件与图３中的Ｔ１管的导通条件相同。
IGSW Ecu OX
（作者单位：浙江杭州技师学院）
图6
2010 2 155
（作者单位：江苏南京江宁高级技工学校）
154 2010 2
实践教学 TEACHING PRACTICE 实践与探索 编辑︱姜菁︱E-mail:zhiyezazhi@163.com
是电门处ＯＮ或ＳＴ位，同时ＥＣＵ接收到发动机转速信号，那 么Ｔ１一直导通。
图４是四线的氧传感器与ＥＣＵ的连接图。信号线的连接 与双引线的氧传感器相同，传感器的加热元件的一端是受 主继电器（或燃油泵继电器）控制的，另一端直接搭铁。 主继电器则受发动机内ＥＣＵ的Ｔ２管控制，Ｔ２导通条件与图３ 中的Ｔ１管的导通条件相同。
现在较多采用四线式，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锆涂 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左右电压。
文/朱红芳 图１是单引线的氧传感器电路与ＥＣＵ的连接图。它只有 一根引线把氧敏感元件的一端连接到发动机控制单元ＥＣＵ 上，这根引线就是反馈信号线ＯX，另一端为信号地线，与 传感器壳体相连，即直接搭铁。早期采用。 图２ 是双引线的氧传感器与ＥＣＵ的连接图。它有两根 引线，与单引线不同之处是，氧传感器的信号地线不直接 与传感器外壳相连，而是引到ＥＣＵ内再搭铁。
λ 值不再由一突然上升的电压曲线（那是跳跃型氧传 感器表示法）表示，而是用几乎呈线性上升的电流表示， 其结果就有可能在一个更大的测量范围（更宽的通道）内 测量λ数值特征曲线：其输出电流几乎随λ值增加而线性 上升。
比如混合气过浓的调整： 第一，泵入混合气过浓时，单元泵以原来的工作电流 工作，测试室的氧量少。 第二，氧传感器电压值超过４５０ｍｖ。 第三，减少喷油量。 第四，控制单元增大单元泵的工作电流。使单元泵旋 转速度增加，增加泵氧速度。 第五，单元泵泵入测试室中的氧量增加，使氧传感器 电压值恢复到４５０ ｍｖ． 宽带氧传感器的 应用范围： 可根据项目特点安装在三元催化器之前（满足执行闭 环控制功能的需要）。 有以下特点： 一是能在λ从０．７到接近空气成分的很宽的范围内精确 地给出连续的特征变化曲线； 二是缩短进入闭环控制的时间（小于２０ｓ）； 三是响应时间小于１００ｍｓ。 在这五类引线的传感器中，加热元件和敏感元件都有 各自的搭铁线。有的氧传感器还在信号与信号地之间有屏 蔽线（图中未画出），目的是尽量减小外部电磁场对反馈 信号的干扰。 根据氧传感器的不同电路，熟悉不同电路结构，有利 于尽快找出故障部位、原因，对故障的确诊起到决定性的 作用。
好的授课效果。 3．专业课的学习离不开实践 为了提高课堂教学的效果，应尽量做到理论与实践
相结合。结合的方式有多种多样，在授课过程中，尽量引 用一些学生日常生活实例或者实习课上可以用到的电气元 件，也可以把实物拿到课堂上来讲。例如在讲电动机的结 构时，可以让学生直接先打开一台电动机，先对应着电动 机的工作原理，想一想形成旋转磁场的绕组是哪一部分， 形成电磁转短矩的转子绕组是哪一部分，其中有非常明显 的转轴作用，轴承端盖的作用等知识点。在打开电动机实 物过程中学生很容易理解并记住这部分知识。在拆电动机 过程中可以提醒学生留心观察一下定子绕组的结构，定子 铁心和转子铁心的组装形成的，为后面的教学留下实践经 验。
在课堂上举实例时，可举一些实际生活中学生原本就 已有一定的实践经验的实例，并可能留下了相应的问题。 这样的实例易在学生中激起反应，触发学生的学习热情。 例如在讲电焊机变压器时，交流弧焊的实质是什么，交流 弧电焊机的焊钳为什么可以燃弧等；在焊接不同厚度工件
时，大约对焊机有什么样的要求；在讲电动机的调速时， 可以举例在游乐场里有许多以电动机为动力源的游乐项 目。让学生回忆一下哪些项目可能会用到电动机调速，怎 样实施电气保护。虽然只能初步的了解一下电动机调速的 知识，但对于引起学生的学习兴趣有很大的促进作用。
在授课过程中教会学生运用专业课知识解释实际问 题，采用各种方法搜集知识。可以建议学生去逛一逛电器 商店，多观察电线杆上的变压器，实习场地的电动机，工 地上的工程机械等都是给学生增加实践经验，对课堂教学 有很好的促进作用。
四、必须重视专业基础课
专业基础课的学习对技工学校的学生很重要，是他们 以后进入工作岗位后，能否正常成长为一个技工的重要条 件，能够理解、掌握专业基础知识，并积极的运用这类知 识是学生对专业感兴趣的重要前提，在学校内养成良好专 业素质是技工学校教学的重点之一。
BATT 主继电
NE
T1
HT
T2
REL
图5
图６也是一种四线的氧传感器与ＥＣＵ 的连线图。传感 器内的加热元件电源一端是电源（发电机）经ＥＣＵ内的稳 压器稳压后提供的，另一端引到ＥＣＵ内再搭铁。这类电路 类型的车如捷达王ｇｔｘ型发动机。
宽带氧传感器不同于跳跃型氧传感器的方法获取和评 价λ 值。所以，λ 值不是由电压变化而是由电流变化决定 的。但他们的物理过程是完全相同的。普通跳跃型氧传感 器在尾气稍微偏浓时，输出电压就突变为０．６～０．９Ｖ；反 之，尾气变稀后，输出电压突变为０．３～０．１Ｖ。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
IGSW
Ecu
OX
电门处于ＯＮ或 ＳＴ时一直有电
NE HT
二、氧传感器电路特性分析
不同引线的氧传感器与发动机控制单元ＥＣＵ的电路连 接是有区别的。
Ecu ox
Ecu ox
图1
图2
图3
图３ 是三引线的氧传感器与ＥＣＵ的连线图。信号线 ＯX的连接与单引线的氧传感器相同，关键是加热元件的控 制。只要电门处于ＯＮ或ＳＴ位时，氧传感器加热元件的一 端就有电压加到，但是否有电流流动呢？这取决于ＥＣＵ内 的三极管Ｔ１是否导通。通常，在下面两种情况下Ｔ１导通， 一是当电门由ＯＦＦ→ＯＮ或ＳＴ时（即有ＩＧＳＷ信号加到ＥＣＵ 时），Ｔ１会短暂地导通约３秒，如果此时发动机不启动，就 无发动机转速信号（即ＮＥ）传递给ＥＣＵ，Ｔ１转为截止；二
IGSW
Ecu 稳压
电源
OX
NE HT
T1
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。０．１～０．９Ｖ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，这是 普通氧传感器的缺陷所在。
汽车氧传感器电路特性分析
在使用三元催化转换器以减少排气污染的发动机上， 氧传感器是必不可少的元件。
一、汽车发动机氧传感器的分类
根据氧敏感材料的不同，氧传感器分为氧化钛式和氧 化锆式两种。有的汽车使用了不止一个氧传感器。根据引 出线根数的不同，可分为单引线、双引线、三引线和四引 线以及精确六引线宽带氧传感器等五种类型的氧传感器。
图７是—宽带氧传感器的 工作示意图。即为六线式氧 传感器。
现代汽车为了省油，都 趋向稀薄燃烧，空燃比从１０ 至２０，相当于过量空气系数
图7
从０．６８６至１．４０５的宽范围， 原有的氧传感器就无法适应，宽带氧传感器能解决这个问 题。通过单元泵工作，可将尾气中的氧吸入测量室，单元 泵工作所用电流，即为传递给控制单元的电信号。控制氧 传感器的电压值在４５０ｍＶ附近。
IGSW Ecu OX
BATT 主继电器
NE T2
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图4
图５是另外一种四线的氧传感器与ＥＣＵ的连接图。传 感器内的加热元件的一端是受主继电器控制的，另一端受 ＥＣＵ内的三极管Ｔ１控制，而主继电器受ＥＣＵ内三极管Ｔ２控 制。Ｔ１和Ｔ２的导通条件与图３中的Ｔ１管的导通条件相同。
IGSW Ecu OX
（作者单位：浙江杭州技师学院）
图6
2010 2 155
（作者单位：江苏南京江宁高级技工学校）
154 2010 2
实践教学 TEACHING PRACTICE 实践与探索 编辑︱姜菁︱E-mail:zhiyezazhi@163.com
是电门处ＯＮ或ＳＴ位，同时ＥＣＵ接收到发动机转速信号，那 么Ｔ１一直导通。
图４是四线的氧传感器与ＥＣＵ的连接图。信号线的连接 与双引线的氧传感器相同，传感器的加热元件的一端是受 主继电器（或燃油泵继电器）控制的，另一端直接搭铁。 主继电器则受发动机内ＥＣＵ的Ｔ２管控制，Ｔ２导通条件与图３ 中的Ｔ１管的导通条件相同。
现在较多采用四线式，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锆涂 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左右电压。
文/朱红芳 图１是单引线的氧传感器电路与ＥＣＵ的连接图。它只有 一根引线把氧敏感元件的一端连接到发动机控制单元ＥＣＵ 上，这根引线就是反馈信号线ＯX，另一端为信号地线，与 传感器壳体相连，即直接搭铁。早期采用。 图２ 是双引线的氧传感器与ＥＣＵ的连接图。它有两根 引线，与单引线不同之处是，氧传感器的信号地线不直接 与传感器外壳相连，而是引到ＥＣＵ内再搭铁。
λ 值不再由一突然上升的电压曲线（那是跳跃型氧传 感器表示法）表示，而是用几乎呈线性上升的电流表示， 其结果就有可能在一个更大的测量范围（更宽的通道）内 测量λ数值特征曲线：其输出电流几乎随λ值增加而线性 上升。
比如混合气过浓的调整： 第一，泵入混合气过浓时，单元泵以原来的工作电流 工作，测试室的氧量少。 第二，氧传感器电压值超过４５０ｍｖ。 第三，减少喷油量。 第四，控制单元增大单元泵的工作电流。使单元泵旋 转速度增加，增加泵氧速度。 第五，单元泵泵入测试室中的氧量增加，使氧传感器 电压值恢复到４５０ ｍｖ． 宽带氧传感器的 应用范围： 可根据项目特点安装在三元催化器之前（满足执行闭 环控制功能的需要）。 有以下特点： 一是能在λ从０．７到接近空气成分的很宽的范围内精确 地给出连续的特征变化曲线； 二是缩短进入闭环控制的时间（小于２０ｓ）； 三是响应时间小于１００ｍｓ。 在这五类引线的传感器中，加热元件和敏感元件都有 各自的搭铁线。有的氧传感器还在信号与信号地之间有屏 蔽线（图中未画出），目的是尽量减小外部电磁场对反馈 信号的干扰。 根据氧传感器的不同电路，熟悉不同电路结构，有利 于尽快找出故障部位、原因，对故障的确诊起到决定性的 作用。
好的授课效果。 3．专业课的学习离不开实践 为了提高课堂教学的效果，应尽量做到理论与实践
相结合。结合的方式有多种多样，在授课过程中，尽量引 用一些学生日常生活实例或者实习课上可以用到的电气元 件，也可以把实物拿到课堂上来讲。例如在讲电动机的结 构时，可以让学生直接先打开一台电动机，先对应着电动 机的工作原理，想一想形成旋转磁场的绕组是哪一部分， 形成电磁转短矩的转子绕组是哪一部分，其中有非常明显 的转轴作用，轴承端盖的作用等知识点。在打开电动机实 物过程中学生很容易理解并记住这部分知识。在拆电动机 过程中可以提醒学生留心观察一下定子绕组的结构，定子 铁心和转子铁心的组装形成的，为后面的教学留下实践经 验。
在课堂上举实例时，可举一些实际生活中学生原本就 已有一定的实践经验的实例，并可能留下了相应的问题。 这样的实例易在学生中激起反应，触发学生的学习热情。 例如在讲电焊机变压器时，交流弧焊的实质是什么，交流 弧电焊机的焊钳为什么可以燃弧等；在焊接不同厚度工件
时，大约对焊机有什么样的要求；在讲电动机的调速时， 可以举例在游乐场里有许多以电动机为动力源的游乐项 目。让学生回忆一下哪些项目可能会用到电动机调速，怎 样实施电气保护。虽然只能初步的了解一下电动机调速的 知识，但对于引起学生的学习兴趣有很大的促进作用。
在授课过程中教会学生运用专业课知识解释实际问 题，采用各种方法搜集知识。可以建议学生去逛一逛电器 商店，多观察电线杆上的变压器，实习场地的电动机，工 地上的工程机械等都是给学生增加实践经验，对课堂教学 有很好的促进作用。
四、必须重视专业基础课
专业基础课的学习对技工学校的学生很重要，是他们 以后进入工作岗位后，能否正常成长为一个技工的重要条 件，能够理解、掌握专业基础知识，并积极的运用这类知 识是学生对专业感兴趣的重要前提，在学校内养成良好专 业素质是技工学校教学的重点之一。
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图5
图６也是一种四线的氧传感器与ＥＣＵ 的连线图。传感 器内的加热元件电源一端是电源（发电机）经ＥＣＵ内的稳 压器稳压后提供的，另一端引到ＥＣＵ内再搭铁。这类电路 类型的车如捷达王ｇｔｘ型发动机。
宽带氧传感器不同于跳跃型氧传感器的方法获取和评 价λ 值。所以，λ 值不是由电压变化而是由电流变化决定 的。但他们的物理过程是完全相同的。普通跳跃型氧传感 器在尾气稍微偏浓时，输出电压就突变为０．６～０．９Ｖ；反 之，尾气变稀后，输出电压突变为０．３～０．１Ｖ。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
IGSW
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电门处于ＯＮ或 ＳＴ时一直有电
NE HT
二、氧传感器电路特性分析
不同引线的氧传感器与发动机控制单元ＥＣＵ的电路连 接是有区别的。
Ecu ox
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图1
图2
图3
图３ 是三引线的氧传感器与ＥＣＵ的连线图。信号线 ＯX的连接与单引线的氧传感器相同，关键是加热元件的控 制。只要电门处于ＯＮ或ＳＴ位时，氧传感器加热元件的一 端就有电压加到，但是否有电流流动呢？这取决于ＥＣＵ内 的三极管Ｔ１是否导通。通常，在下面两种情况下Ｔ１导通， 一是当电门由ＯＦＦ→ＯＮ或ＳＴ时（即有ＩＧＳＷ信号加到ＥＣＵ 时），Ｔ１会短暂地导通约３秒，如果此时发动机不启动，就 无发动机转速信号（即ＮＥ）传递给ＥＣＵ，Ｔ１转为截止；二
IGSW
Ecu 稳压
电源
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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。０．１～０．９Ｖ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，这是 普通氧传感器的缺陷所在。