在高温条件下,管状二氧化错内外两侧表面的氧含量如果不平衡,氧离子就会从含氧量高的一侧向含氧量低的一侧扩散,使两侧电极间产生电动势。氧化锆式氧传感器利用氧化锆的这一特性,将二氧化锆制成管状,使其内侧与大气相通,外侧与发动机排气相通。
当混合气较浓时,排气中的氧含量极少,氧化锆内外侧氧的浓度差大,因而产生一个较高的电压(一般为0.6~1V);当混合气较稀时,排气中含有较多的氧,氧化锆内外侧氧的浓度差较小,产生的电压也较低,一般为0~0.3V;当氧传感器工作在理论空燃比时,信号电压约为0.45V。氧化锆式氧传感器工作时输出电压特性如图9-5所示。
二氧化钛式氧传感器具有结构简单、体积小、成本低等特点。但是由于二氧化钛式氧传感器属于电阻型传感器,受温度变化影响比较大,必须用温度补偿的方法来提高测量精度。因此,二氧化钛式氧传感器在车辆上的应用不如氧化锆式氧传感器广泛氧化钛式氧传感器的结构如图9-6所示。
宽带式：
上汽通用有些车型上使用了宽带式氧传感器,如昂科威2.0T,它能够提供更快、更精确的混合气信息,其具体优点如下:可以精确地测出混合气浓或稀的程度;能够在宽转速范围内配合实现更为精确的燃油修正控制;起动时更快地进入闭环运行模式,从而减少冷车排放污染。与传统氧化锆式氧传感器相比,宽带式氧传感器的结构和工作原理差异很大,其外观如图9-7所示。
宽带式氧传感器主要包含测氧单元、泵氧单元、加热器和调节电阻,如图9-8所示。测量室与排气管道相通,基准空气室与大气相通。测氧单元检测测量室中的氧含量,其工作原理与氧化锆式氧传感器的相似。泵氧单元可以将排气中的氧泵入测量室,也可以将测量室中的氧泵出到排气中,这是利用“氧化错中的氧离子定向扩散产生信号电压”的反作用原理实现的,即将电压施加于氧化锆元件上,吸收并驱动氧离子反向移动。宽带式氧传感器的加热器与传统加热型氧传感器的相似,它使传感器工作在最佳温度。调节电阻通常位于宽带氧传感器线束连接器内部(图9-8未标出),它用于对传感器进行校准,将传感器的输出调节到合适的水平。宽带式氧传感器电路原理如图9-9所示。
注意:更换宽带氧传感器时,必须同时更换线束与线束连接器。
如图9-10所示,排气中的氧从扩散孔进入测量室,测氧单元像传统氧化锆式氧传感器样检测测量室中的含氧量,并产生一个信号电压输送给ECM,ECM根据此电压控制泵氧单元的电流(通常称为泵氧电流)大小和方向,使测量室中的氧含量保持恒定。测量室中的氧含量保持恒定时,测氧单元输出的信号电压稳定在0.45V。当空燃比处于理论空燃比时,测氧单元输出的电压为0.45V,泵氧电流为0mA;当混合气偏浓时,测氧单元输出的电压大于0.45V,泵氧电流一般为0~2mA的负电流;当混合气偏稀时,测氧单元输出的电压小于0.45V,泵氧电流一般为0-1.5mA的正电流。ECM通过测量泵氧电流的方向和数值确定排气中氧的精确浓度。
宽带式氧传感器以λ值显示混合气浓度信号,λ值为1相当于理论空燃比为14.7:1。
在正常运行状态下,λ值保持在1左右;当混合气偏稀时,排气中氧含量较高,λ值大于1;当混合气偏浓时,排气中氧含量较低,λ值小于1。图9-11是使用GDS读取LDK发动机前后氧传感器(前氧传感器为宽带式氧传感器,后氧传感器为传统氧化锆式氧传感器)原地加减速时的数据截图。刚开始λ一直在1左右,几乎不变化,说明发动机在闭环控制下,空燃比在14.7:1左右。当减速时,由于断油等原因,λ值最高能达到2(极限,并非是实际值),混合气很稀。刚开始时,后氧传感器的信号电压在0.8V左右,几乎没有多大的波动,只在减速时下降,说明三元催化器之后的排气中氧的含量变多,随后由于三元催化器储氧功能等原因,其信号电压稳步上升。另外,后氧传感器检测到混合气稀的信号明显滞后于前氧传感器检测到λ大于1的时间点。
