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，第3根是信號線，另1根是接地線。它是在陶瓷體兩側附著二氧化錯涂層，在350℃或更高的溫度下能傳導氧離子，傳感器兩側氧氣的濃度差使兩個表面之間產(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，輸出0.45V電壓。尾氣稍微偏濃時，輸出電壓就突變?yōu)?.6V～0.9V;反之，尾氣變稀后，輸出電壓突變?yōu)?.3V～0.1V(圖1),我們來分析一下：如果尾氣進一步增濃，氧傳感器的電壓會不會再增加呢?0.9V的輸出電壓已經(jīng)封頂，另外如果尾氣進一步變稀，氧傳感器的電壓會不會再一次降低呢?0.1V的輸出電壓已經(jīng)是谷底。從上面分析來看，過濃與過稀的尾氣對普通氧傳感已無法測量。0.1V～0.9V的兩狀態(tài)電壓信號已無法滿足對汽車排放的控制。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，對排放的尾氣含氧量在比較狹窄的范圍內進行檢測，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構和工作

為了克服普通氧傳感器帶來的缺陷，新一代寬量程氧傳感器誕生了。寬量程氧傳感器的結構如圖2所示。它由1個普通窄范圍濃差電壓型氧傳感器(氧化錯參考電池、1個界限電流型氧傳感器、氧化錯泵電池)及擴散小孔、擴散室構成。它需要一個專門設計的傳感器控制器來控制其正常工作。在圖2中傳感器控制器用A和B表示。尾氣通過擴散小孔進人擴散室，尾氣可能是富油的濃混合氣，也可能是富氧的稀混合氣。氧化錯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)生一個方向的泵電流Ip，該泵電流Ip將氧氣泵入擴散室內進行化學分解反應，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。在化學反應中將過多的碳氫化合物分解，從而降低了廢氣的濃度，使擴散室恢復到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)生一個反方向的泵電流Ip，該泵電流Ip將氧氣泵出擴散室。當HC燃料或氧氣被中和時，參考電池產(chǎn)生的電壓Us等于參考電壓UsRef,此時的泵電流IP就反映了尾氣的濃度，傳感器控制器將泵電流IP轉換成輸出電壓Uout通過改變泵電流的極性(電流流動方向)與大小就可以達到平衡擴散室里的尾氣含氧量，如何將這個變化的泵電流再去控制發(fā)動機ECU對噴油器噴油時間的調整，是至關重要的。在控制環(huán)路中有一塊DSP(數(shù)字信號處理器)電路，該電路有二路輸出，一路將變化的泵電流信號通過放大數(shù)模轉換成線性電壓，此電壓從0V～5V連續(xù)變化，去控制發(fā)動機ECU的空燃比調整。另一路輸出脈寬調制信號去控制COM場效應開關晶體管導通與截止時間，給加熱器提供電流，加熱氧傳感器。