UEGO寬帶氧傳感器,寬域氧傳感器,寬量程氧傳感器的工作原理

1、UEGO 寬帶氧傳感器 ,寬域氧傳感器 ,寬量程氧傳感器的工作原理隨著對(duì)汽車(chē)尾氣排放要求的不斷提高，傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)型氧傳感器已不能滿足高排放標(biāo) 準(zhǔn)的要求，取而代之的是控制精度更高的線性寬域氧傳感器。寬域氧傳感器( Universal Exhaust Gas Oxygen Sen，s 簡(jiǎn)稱(chēng) UEGO )能夠提供準(zhǔn)確 的空燃比反饋信號(hào)給ECU，從而ECU精確地控制噴油時(shí)間，使氣缸內(nèi)混和氣濃度 始終保持理論空燃比值。寬域氧傳感器的使用提高了 ECU 的控制精度，最大限度 地發(fā)揮了三元催化器的作用，更加有效地降低了有害氣體的排放。寬域氧傳感器及 其控制器的研究與開(kāi)發(fā)，與當(dāng)今汽車(chē)發(fā)展中的安全、環(huán)保、節(jié)能三大

2、主題相吻合， 具有一定的現(xiàn)實(shí)和長(zhǎng)遠(yuǎn)意義。寬域氧傳感器，顧名思義它的測(cè)量范圍變大。寬域氧傳感器是在普通開(kāi)關(guān)型氧傳 感器的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)泵氧膜片。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)排放氣體流經(jīng)寬域氧傳感器頭部時(shí)， 它將反饋一個(gè)電壓信號(hào)給控制器，告知控制器氣缸內(nèi)混合氣是稀了還是濃了；之后 控制器將產(chǎn)生一個(gè)泵電流流經(jīng)寬域氧傳感器泵氧膜片，從而消耗過(guò)量的氧氣或燃 料，使氣缸內(nèi)混合氣的濃度始終維持在理論值附近。寬域氧傳感器的工作原理主要是：1、采集傳感器的反饋信號(hào)。2、產(chǎn)生泵電流控制信號(hào)。3、通過(guò)采集泵電流流經(jīng)某一特定電阻產(chǎn)生的電壓，得知泵電流的大小，再通過(guò)AD 轉(zhuǎn)換輸入到控制芯片。 寬帶型氧傳感器的基本控制原理就是以普通氧化鋯

3、型氧傳感器為基礎(chǔ)擴(kuò)展而來(lái)。氧 化鋯型氧傳感器有一特性，就是當(dāng)氧離子移動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。若相反將電動(dòng)勢(shì)加 在氧化鋯組件上，即會(huì)造成氧離子的移動(dòng)，根據(jù)此原理即可由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元控制 所想要的比例值。根據(jù)氧傳感器的制造材料不同，寬帶型氧傳感器可分為以 ZrO2 為基體的固化 電解質(zhì)型和利用氧化物半導(dǎo)體電阻變化型兩大類(lèi)；根據(jù)傳感器的結(jié)構(gòu)不同，寬帶型 氧傳感又可分為電池型，臨界電流型及泵電池型。構(gòu)成寬帶型氧傳感器的組件有兩個(gè)部分：一部分為感應(yīng)室，它的一面與大氣接觸而另一面是測(cè)試腔，通過(guò)擴(kuò)散孔與排氣 接觸，和普通氧化鋯氧傳感器一樣，由于感應(yīng)室兩側(cè)的氧含量不同而產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng) 勢(shì)，一般的氧化鋯傳感將此電壓作為

4、控制單元的輸入信號(hào)來(lái)控制混合比而寬帶型氧 傳感器與此不同的是：發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元要把感應(yīng)室兩側(cè)的氧含量保持一致，讓電壓 值維持在0.45V,這個(gè)電壓只是電腦的參考標(biāo)準(zhǔn)值，它就需要傳感器的另一部分來(lái) 完成。另一部分是傳感器的關(guān)鍵部件泵氧元，泵氧元一邊是排氣，另一邊是與測(cè)試腔 相連。泵氧元就是利用氧化鋯傳感器的反作用原理，將電壓施加于氧化鋯組件(泵 氧元)上，這樣會(huì)造成氧離子的移動(dòng)，把排氣中的氧泵入測(cè)試腔當(dāng)中，使感應(yīng)室兩側(cè)的電壓值維持在0.45V.這個(gè)施加在泵氧元上變化的電壓，才是我們要的氧含量信 號(hào)。如果混合氣太濃，那么排氣中含氧量下降，此時(shí)從擴(kuò)散孔益出的氧較多，感應(yīng) 室的電壓升高。為達(dá)到平衡發(fā)動(dòng)機(jī)

5、控制單元增加控制電流使泵氧元增加泵氧效率， 使測(cè)試腔的氧含量增加，這樣可以調(diào)節(jié)感應(yīng)室的電壓恢復(fù)的0.45v;相反混合氣太稀，則排氣中的含氧量增加，這時(shí)氧要從擴(kuò)散孔進(jìn)入測(cè)試腔，感應(yīng)室電壓降低，此 時(shí)泵氧元向外排出氧來(lái)平衡測(cè)試腔中的含氧量，使感應(yīng)室的電壓維持在0.45v 總而言之，加在泵氧元上的電壓可以保證當(dāng)測(cè)試腔內(nèi)的氧多時(shí)，排出腔內(nèi)的氧，這時(shí)發(fā) 動(dòng)機(jī)控制單元的控制電流是正電流;當(dāng)腔內(nèi)的氧少時(shí)，進(jìn)行供氧，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)控制 單元的控制電流是負(fù)電流。以上過(guò)程供給泵氧元的電流就反映了排氣中的乘余空氣 含量系數(shù)。淺析電噴汽車(chē)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

6、，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 E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 為0.6V0.9V;反之，尾氣變稀后，輸出電壓突變?yōu)?0.3V0.1V （圖1）,我們來(lái) 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(lái)看，過(guò)濃與過(guò)稀的尾氣對(duì)普通氧傳感 已無(wú)法測(cè)量。0.1V0

7、.9V的兩狀態(tài)電壓信號(hào)已無(wú)法滿足對(duì)汽車(chē)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(cè)，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(lái)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(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的傳感器控制器來(lái)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(guò)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

8、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(guò)多 的碳?xì)浠衔锓纸?，從而降低了廢氣的濃度，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U

9、sRef,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(guò)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(guò)放大數(shù)模轉(zhuǎn)換成線性電壓，此電壓從 0V5V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(chǎng)效應(yīng)開(kāi)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(cè)

10、空燃比從 10至20，相當(dāng)于過(guò)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(cè)寬量程氧傳感器時(shí)，不能用萬(wàn)用表電壓檔及示波器進(jìn)行直接測(cè)量氧傳感器的 端口線束電壓。只能用相關(guān)的專(zhuān)用檢測(cè)儀進(jìn)行數(shù)據(jù)流分析。本田新款車(chē)系安裝在三mA ）值（圖效催化轉(zhuǎn)化器上游的為空燃比（AFR）傳感器，檢測(cè)信號(hào)為電流（4)I* T 左 Hit*H3?寬裡見(jiàn)件凰辭笛鑿構(gòu)Rltt-空F小孔IQ 13 12 1 I I& 1： 7 m | N3ffi3宣城昵氧料鵬困聶電逼命住三、寬量程氧傳感器的測(cè)試方法 寬量程氧傳感器單件檢測(cè)只要1項(xiàng)：端子3和4是加熱器，不應(yīng)該開(kāi)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(guò)讀取數(shù)據(jù)流進(jìn)行分析。以寶來(lái)為例說(shuō)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(lái)。寬量程氧傳感器的電壓規(guī)定值為1.0V2.0V。電壓值大于1.5V時(shí)混合氣過(guò)?。ㄑ醵啵妷褐敌∮?.5V時(shí)混合氣過(guò)濃