五、宽域型氧传感器

1.结构

在大众、奥迪发动机上使用宽域型氧传感器，如图8-9所示。这种氧传感器的特点是在发动机转速范围内随时可接收氧传感器信号。通过这种宽频带氧传感器可以调节废气再循环量并对烟雾排放进行校正。当过量空气系数λ的测量值约为1.3或更高时，可将废气再循环率调节到烟雾排放极限值，从而提高废气再循环率。Φ_a调节也用于检验空气流量计信号的可信性（M），空气流量是采用一个计算模式根据Φ_a值计算出来并与空气流量计的值相比较。因此，可对发动机的废气再循环、燃油喷射和供油始点进行校正。

通常情况下，宽域型氧传感器只用于催化转化器之前，催化转化器之后必为一普通氧传感器。

宽域氧传感器由一个氧气泵单元、普通窄范围浓度差电压型二氧化锆式氧传感器、加热线圈、传感器控制器及扩散小孔、测量室等构成，如图8-9所示。

图8-9 宽域氧传感器的结构

2.工作原理

（1）二氧化锆泵电池 如果ZrO₂元件两端的试气浓度不均，就会导致ZrO₂两端产生微小电压，反过来，当在ZrO₂元件两端施加电压时，就会使氧气扩散。在宽域域传感器中，泵单元是将尾气中的氧气通过扩散栅渗透到电源负极，在负极氧气分子得到4个电子变成氧离子，阳离子在电离作用下在ZrO₂电解质中运动到正极，在正极中和掉4个电子，又还原成氧气，这就是泵单元的泵氧原理，如图8-10所示。

（2）二氧化锆参考电池 二氧化锆参考电池工作原理和常规ZrO₂一样，是普通窄范围浓度差电压型二氧化锆式传感器，其功能为采集混合气氧含量，二氧化锆式氧传感器产生的信号，是宽域氧传感器施加泵电流的依据信号。

（3）加热线圈 加热线圈是配合上述的普通窄范围浓度差电压型二氧化锆式传感器快速进入工作温度加热装置，但又稍有差别：宽域氧传感器的加热速度远比普通氧传感器快，这使得发动机从开环到闭环的时间缩短。

（4）测量室 尾气中的氧气和氧气泵产生的氧气汇集于测量室，二氧化锆式氧传感器，在此测量二者浓度值和与外部空气的浓度差，并产生与普通窄范围浓度差电压型二氧化锆式氧传感器一样的用于分辨氧浓度的电压值。

图8-10 泵电池原理

（5）传感器控制器 传感器控制器在接收到二氧化锆式氧传感器的反馈电压信号后，将产生一个泵电流流经宽域氧传感器氧气泵单元，氧气泵单元泵入或泵出氧离子，并使氧浓度达到λ=1，以使其电压值控制在0.45V附近，发动机ECU根据氧气泵单元泵电流的大小和方向，判断气缸内混合气浓稀程度，从而控制喷油脉宽。

（6）二氧化钛式氧传感器工作原理

①混合气过稀时。当混合气过稀时，通过扩散通道进入测量室中的发动机尾气中氧含量较多，二氧化锆参考电池信号电压值下降，富氧的稀混合气产生低于参考电压U_ref的电压值，传感器控制器就会产生泵电流，自动减小或反向提供单元泵的工作电流I_p（使泵入测量室的氧量减少），使二氧化锆参考电池信号尽快恢复到0.45V的电压值。ECU接收到单元泵的工作电流（控制单元将其折算成电压值信号），根据减少的泵电流，推算出空燃比，加大喷油量，如图8-11a所示。

②混合气过浓时。氧气泵的泵氧量与通过扩散通道进入测量室的氧量叠加后，测量室中氧的含量较少，二氧化锆参考电池信号电压值上升，浓混合气产生高于参考电压U_ref的电压值，传感器控制器就会产生泵电流，自动增加单元泵的工作电流I_p（使泵入测量室的氧量增加），使二氧化锆参考电池信号尽快恢复到0.45V的电压值。ECU接收到单元泵的工作电流（控制单元将其折算成电压值信号），根据增加的泵电流，推算出空燃比，减小喷油量，如图8-11b所示。

图8-11 宽域氧传感器工作原理

3.与ECU的连接电路

图8-12所示的电路图是上海大众宝来轿车的宽域氧传感器与ECU的连接电路。

4.检测

以上海大众宝来轿车为例，介绍宽域氧传感器的检查过程，电路图如图8-12所示。

宽域氧传感器的基本检测方法有三种，一是观察氧传感器外观的颜色；二是检测氧传感器加热电阻；三是检测氧传感器输出信号电压。

（1）外观颜色检查 通过观察传感器顶部的颜色，可以判断故障的原因。氧传感器顶部的正常颜色为淡灰色，如果发现氧传感器顶部颜色发生变化，则预示着氧传感器存在故障或故障隐患。氧传感器顶部呈黑色，是由于积炭污染造成的，可拆下氧传感器后清除积炭。氧传感器顶部呈红棕色，说明氧传感器受铅污染。

（2）氧传感器加热器电阻检测

图8-12 宝来宽域氧传感器线路图

①氧传感器加热器电阻检测。起动发动机，待发动机温度达到正常后，拔下氧传感器插接器，用万用表电阻档检测传感器加热器端子之间的电阻值。前氧传感器加热器电阻：3号与4号端子间的电阻应为2.5～10Ω。后氧传感器加热器电阻：1号与2号端子间的电阻应为6.4～47.5Ω。如果检测不符合规定值，则应更换氧传感器。

②单元泵电阻检测。用万用表电阻档检测前氧传感器单元泵2号与6号端子间的电阻，电阻值应为77.5Ω。

（3）检测氧传感器输出信号电压

①检测二氧化锆参考电池输出电压。用万用表直流电压档检测1号与5号端子间的电压，电压值应保持在0.4～0.5V附近。

②检测宽域氧传感器输出电压。宽域氧传感器输出电压不能用万用表直接测量，而应通过专用解码器读取数据流。发动机控制单元将宽域氧传感器的电流信号转化为电压值显示出来，其规定电压值为1.0～2.0V，发动机运转时宽域氧传感器的输出电压应在1.0～2.0V之间波动。电压值大于1.5V时表示混合气过稀；电压值小于1.5V时，说明混合气过浓。当电压值为0V、1.5V、4.9V的恒定值时，说明氧传感器本身或其线路有故障，应做进一步的检测以排除故障。

你学会了吗？

1.氧传感器有什么作用？

2.氧传感器安装在哪里？

3.氧传感器主要有哪些类型？

4.二氧化锆氧传感器由什么组成，是怎样工作的，怎样检测？

5.二氧化钛氧传感器由什么组成，是怎样工作的，怎样检测？

6.宽域型氧传感器由什么组成，是怎样工作的，与ECU的电路如何连接，怎样检测？