氧传感器也称气体浓度传感器,是电控发动机控制系统中一个非常重要的传感器,其功能是通过监测排气中氧离子的含量来获得混合气的空燃比信号,并将空燃比信号转变为电信号输入发动机电子控制单元(ECU)。ECU根据氧传感器信号对喷油时间进行修正,实现空燃比(A/F )反馈控制(闭环控制),从而将空燃比控制在14.7左右(过量空气系数约为1),使发动机在最佳混合气浓度下工作,从而达到降低有害气体的排放和节油的目的。氧传感器出现故障后,因为发动机ECU无法得到准确的可燃混合气浓度信息,无法进行精确的喷油控制,导致混合气过浓或过稀的情况出现,表现出来的故障现象可能是发动机运转不稳、动力不足、油耗过高等。
二、结构原理
宽带型氧传感器(如图1所示)是在普通氧化错型氧传感器的基础上发展而来。氧化错型氧传感器有一特性,即当氧离子移动时会产生电动势。反之,若将电动势加在氧化错组件上,即会造成氧离子的移动。根据此原理发动机ECU即可精确测得可燃混合气的浓度。
构成宽带型氧传感器的组件有2个部分:一部分为感应室(也称测量室),另一部分是泵氧元(也称单元泵)。
感应室的一面与大气接触,而另一面是测试腔,通过扩散孔与排气接触,与普通氧化错传感器一样,由于感应室两侧的氧含量不同而产生一个电动势。一般的氧化错传感器将此电压作为ECU的输入信号来控制空燃比,而宽带型氧传感器与此不同的是:发动机ECU要把感应室两侧的氧含量保持在一定的范围内,使电压值维持在0.45V,这个电压只是发动机ECU的参考标准值,它需要传感器的另一部分(即泵氧元)来完成。
三、工作过程
宽带型氧传感器的泵氧元部分是传感器的关键部件,泵氧元一边是排气,另一边与测量室相连。泵氧元就是利用氧化错传感器的反作用原理,将电压施加于氧化错组件(泵氧元)上,这样会造成氧离子的移动。把排气中的氧泵入或泵出测量室,使测量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,如图2所示。
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,导致电极电压值超过0.45V,如图3所示。为达到平衡,发动机ECU供给单元泵负向工作电流,使单元泵旋转向测量室中泵入氧气,这样将使电极电压值恢复到0.45V。单元泵所需工作电流的大小与排气中氧气的浓度密切相关,即混合气越浓,排气中氧气越少,工作电流越大,泵氧效率越高。ECU将单元泵的工作电流折算成电压信号,根据此信号相应地减少喷油量,使混合气浓度恢复到过量空气系数为1的标准状态,从而减少燃油的消耗。工作过程如图4所示。
如果混合气太稀,则排气中的含氧量增加,这时氧要从扩散孔进入测量室,测量室中氧的含量较多,电极电压降低,如图5所示。此时,为达到平衡,发动机ECU供给单元泵正向工作电流,使单元泵反向旋转,向外排出氧气来平衡测量室中的含氧量,使电极电压值尽快恢复到0.45V,工作电流的大小由排气中氧的浓度决定。单元泵的工作电流传递给ECU,ECU将其折算成电压值信号,根据此信号相应地增加喷油量,使混合气浓度恢复到过量空气系数为1的状态,从而避免了发动机动力不足的工况出现。工作过程如图6所示。