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(hào)線，另1根是接地線。它是在陶瓷體兩側(cè)附著二氧化錯(cuò)涂層，在350℃或更高的溫度下能傳導(dǎo)氧離子，傳感器兩側(cè)氧氣的濃度差使兩個(gè)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(shí)，輸出0.45V電壓。尾氣稍微偏濃時(shí)，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(lái)分析一下：如果尾氣進(jìn)一步增濃，氧傳感器的電壓會(huì)不會(huì)再增加呢?0.9V的輸出電壓已經(jīng)封頂，另外如果尾氣進(jìn)一步變稀，氧傳感器的電壓會(huì)不會(huì)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(lái)看，過(guò)濃與過(guò)稀的尾氣對(duì)普通氧傳感已無(wú)法測(cè)量。0.1V～0.9V的兩狀態(tài)電壓信號(hào)已無(wú)法滿足對(duì)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(duì)排放的尾氣含氧量在比較狹窄的范圍內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)，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(jié)構(gòu)和工作
為了克服普通氧傳感器帶來(lái)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(jié)構(gòu)如圖2所示。它由1個(gè)普通窄范圍濃差電壓型氧傳感器(氧化錯(cuò)參考電池、1個(gè)界限電流型氧傳感器、氧化錯(cuò)泵電池)及擴(kuò)散小孔、擴(kuò)散室構(gòu)成。它需要一個(gè)專門設(shè)計(jì)的傳感器控制器來(lái)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(guò)擴(kuò)散小孔進(jìn)人擴(kuò)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(cuò)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(gè)方向的泵電流Ip，該泵電流Ip將氧氣泵入擴(kuò)散室內(nèi)進(jìn)行化學(xué)分解反應(yīng)，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(xué)反應(yīng)中將過(guò)多的碳?xì)浠衔锓纸?，從而降低了廢氣的濃度，使擴(kuò)散室恢復(fù)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(gè)反方向的泵電流Ip，該泵電流Ip將氧氣泵出擴(kuò)散室。當(dāng)HC燃料或氧氣被中和時(shí)，參考電池產(chǎn)生的電壓Us等于參考電壓UsRef,此時(shí)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(zhuǎn)換成輸出電壓Uout通過(guò)改變泵電流的極性(電流流動(dòng)方向)與大小就可以達(dá)到平衡擴(kuò)散室里的尾氣含氧量，如何將這個(gè)變化的泵電流再去控制發(fā)動(dòng)機(jī)ECU對(duì)噴油器噴油時(shí)間的調(diào)整，是至關(guān)重要的。在控制環(huán)路中有一塊DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)電路，該電路有二路輸出，一路將變化的泵電流信號(hào)通過(guò)放大數(shù)模轉(zhuǎn)換成線性電壓，此電壓從0V～5V連續(xù)變化，去控制發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的空燃比調(diào)整。另一路輸出脈寬調(diào)制信號(hào)去控制COM場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)晶體管導(dǎo)通與截止時(shí)間，給加熱器提供電流，加熱氧傳感器。
