氧传感器的结构和工作原理

1. 氧传感器的功用与类型排气中的氧传感器浓度可以反映空燃比的大小，所以在电子控制燃油喷射系统中广泛使用氧传感器。氧传感器将检测到的氧气浓度反馈给ECU，ECU根据此信号判断空燃比是否偏离理论值，若偏离则调节喷油量，使空燃比控制在理论允许的范围之内。常见的氧传感器有二氧化锆和二氧化钛型氧传感器两种。2. 二氧化锆氧传感器(1) 结构二氧化锆型氧传感器由二氧化锆管、起电极作用的衬套，以及防止二氧化锆管损坏和导入汽车的带孔护罩等构成，如图一所示。图一 二氧化锆氧传感器(2) 工作原理氧传感器安装于排气管上，二氧化锆的管内、外表面均涂有薄薄的一层铂，铂既起到电极的作用，又具有催化的作用。二氧化锆管内侧通大气，并且保持氧浓度不变，外侧直接与氧浓度较低的排气相抵触。工作时，在排气高温作用下，氧气发生分离，由于锆管内侧氧离子浓度高，外侧氧在两个表面电极有氧浓度差，氧离子就从浓度高的一侧向低的一侧流动，从而产生电动势，所以二氧化锆传感器实际为一种容量较小的化学电池，也称氧浓度差电池。当混合气稀（空燃比大）时，排气中的氧含量高，传感器元件内、外侧氧浓度差小，氧化锆元件内、外侧两电极之间产生的电压很低（接近于0V）；当混合气浓（空燃比小）时，排气中几乎没有氧，传感器内、外侧氧浓度差很大，内、外侧电极之间产生的电压高（约1V)。在理论空燃比附近，氧传感器输出电压信号值有一突变，如图二所示。图二 氧传感器的输出特性二氧化锆管内外涂有铂起催化作用，能使排气中氧气与一氧化碳、碳化氢等发生反应，减少排气中氧含量，使外侧铂表面的氧几乎不存在，提高了传感器的灵敏度。氧传感器的输出特性与排气温度有关，二氧化锆式氧传感器的工作温度在300以上。当排气温度低于一定值（约300）时，氧传感器的输出特性不稳定，因此氧传感器一般都安装在排气温度较高的位置。如图三所示。图三 氧传感器的安装位置为此，有些车上海装有排气温度传感器，当排气温度传感器的信号达到一定值后，控制单元才根据氧传感器的信号进行空燃比反馈修正。3.二氧化钛氧传感器二氧化钛氧传感器是利用半导体材料二氧化钛的电阻值，随排气中氧含量的变化而变化的特性制成的，属于电阻型氧传感器。在常态下此传感器具有高电阻值；二氧化钛在表面缺氧时，电阻值降低。其结构图如图四所示。图四 氧化钛型氧传感器的结构当混合气较稀时，排气中氧含量多，氧浓度高，二氧化钛呈高阻状态；当混合气较浓时，排气中氧含量低，二氧化钛的电阻大大降低。其电阻值的变化在理论空然比附近发生突变，如图五所示。图五 二氧化钛传感器的输出特性二氧化钛的电阻受温度影响较大，所以在电路中一般接有热敏电阻Rt，起到温度补偿作用。