(1)概述。基于缸内直喷的稀溥燃烧技术,传统的开关型(两极)氧传感器已不能满足高排放标淮的要求,需要配置控制精度更高的前氧传感器.即线性宽域氧传感器,简称宽域或宽带氧传感器。一般来说,宽域氧传感器用于测量三元催化器上游的氧含量.如图6-22所示。 发动机控制模块根据宽域氧传感器信号确定空燃比,应对当前发动机转速、负荷及其他条件下的混合气浓度控制。前氧传感器主要有以下两种功能。 ①启动短期燃油修正功能:发动机控制模块按照速度-密度方程式计算特定工作条件下的喷油脉宽,目标是维持14.7:1的理论空燃比。当系统进入闭环工作时,发动机控制模块启动短期燃油修正(STFT)程序,其前提条件之一是前氧传感器性能必须正常。 长期燃油修正(LTFT)程序存储在长期燃油修正存储单元内,在开环或闭环模式下都可使用,一般来说,前氧传感器损坏不会造成长期燃油修正功能失效。 ②确保三元催化器发挥最大效能:在14.7:1的理论空燃下,将发动机尾气排放降至最易于控制的水平,同时保证三元催化转换器发挥出最大工作效能。
(2)结构与工作原理。宽域氧传感器的基本控制原理是以普通氧化锆型氧传感器为基础扩展而来的,利用了氧化锆的两个特性:一是当氧化锆两侧的含氧量不同时,在氧化锆两侧的电极上产生电动势,普通氧传感器正是利用氧化锆的这一特性;二是与第一个特性相反即在氧化锆两侧的电极上加上电压时,可以使氧离子移动。
为此需要在传统氧传感器的结构基础上,增加一个氧化锆基层并由此构成测试腔,其结构原理如图6-23所示。
宽域氧传感器的两个重要部分,一部分称为感应室,它的一侧与大气接触。另一侧是测量室,通过扩散孔与排气接触。和普通氧化锆传感器一样,由于测量室两侧的氧含量不同而产生一个电动势,一般的氧化锆传感器将此电压作为发动机控制模块的输入信号来控制空燃比。
宽域氧传感器与此不同的是:发动机控制模块使测量室两侧的氧含量保持一致,让电压值维持在0.45V,这是个标准电压值,表示混合气浓度为14.7:1。
另一部分是关键部件——泵氧元,泵氧元一侧与排气接触,另一侧与测量室相连。泵氧元利用氧化错传感器的反作用原理,当电流施加于氧化锆基层(泵氧元)时,将促使氧离子的移动,把排气中的氧泵入测量室,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流,才是发动机控制模块所需要的氧含量信号①混合气偏浓时的宽域氧传感器工作原理。当混合气偏浓时,排气中的氧含量下降,扩散孔溢出的氧较多,测量室的电压随之升高。为保持测量室电压为0.45V,发动机控制单元增加泵电流,提高泵氧效率,使测量室的氧含量增加,从而使测量室的电压恢复为0.45V。
混合气偏浓时的宽域氧传感器工作原理如图6-24所示。
混合气偏浓时的宽域氧传感器控制流程如图6-25所示。
②混合气偏稀时的宽域氧传感器工作原理。当混合气偏稀时,排气中的氧含量上升,扩散孔溢出的氧较少，测量室的电压随之降低。为保持测量室电压为0.45V,发动机控制单元减小泵电流,降低泵氧效率,使测量室的氧含量减少,从而使测量室的电压恢复为0.45V。
混合气偏稀时的宽域氧传感器工作原理如图6-26所示。
混合气偏稀时的宽域氧传感器控制流程如图6-27所示。
(3)线路连接。虽然六线制宽域氧传感器的修正电阻(微调电阻)设在传感器的外部,但不同的电控系统具体的设计方案会有所不同。例如,博世电控系统的修正电阻设在线束连接器中,德尔福电控系统设在传感器线束中。典型的六线制宽带氧传感器电路如图6-28所示。
为了便于识别,可以将六线制宽域氧传感器线路分成3个部分。
①两根用于加热器:其中一根用于加热器供电,由主继电器提供蓄电池电压;另一根用于加热器控制回路,与发动机控制模块相连。
②两根用于氧传感器:其中一根用于氧传感器信号;另一根用于接地回路,这两根导线都与发动机控制模块相连。
③两根用于泵氧元:其中一根用于泵电流;另一根用于泵电流修正,这两根导线都与发动机控制模块相连。
(4)数据流解析。如某品牌博世电控系统,在怠速工况的闭环控制模式下,前氧传感器信号电压动态变化,如图6-29所示。
若断开前氧传感器的线束插头,则信号电压变为1.50V且不再变化,因此该数值是启用故障模式后的替代值。
如某品牌德尔福电控系统,在怠速工况的闭环控制模式下,前氧传感器信号电压基本不变化,为1.28V,如图6-30所示。
前氧传感器信号电压基本不变化,这是正常的,因为在泵电流的作用下,前氧传感器信号电压应保持稳定。由上面两种电控系统的数据流可知,前氧传感器数据是否正确,应结合具体车型及电控系统而定,而且需要实际验证来理解相关数据的真实含义。
如果诊断仪具备OBD诊断菜单,那么选取该菜单,可以查看更为详细的前氧传感器相关数据流,如图6-31所示。
(5)检测方法。宽域氧传感器通常应用于前氧传感器,失效会导致燃油修正闭环控制功能失效,常规检测方法如下。
①加热器电阻测量。使用万用表测量氧传感器加热器电阻,若测量结果超出标准值,则更换氧传感器总成。
②氧传感器信号电压测量。发动机电控系统及控制版本不同,氧传感器信号对地电压测量值也不同,如0~1V、2.5~3.5V,具体测量结果按实际情况而定。
③修正电阻测量。修正电阻(微调电阻)用于泵电流反馈,阻值与电控系统类型及元件本身制造公差有关,具体测量结果按实际情况而定。宽域氧传感器的修正电阻测量方法如图6-32所示。
④泵电流针脚电压测量。如0~1V信号类型的宽域氧传感器,泵电流针脚电压为0.16~0.33V,怠速时电压值较低,加速时电压值较高。
⑤泵电流修正针脚电压测量。测量方法及数值与泵电流针脚的基本相同。
