氧化鋯氧氣傳感器在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)中的應(yīng)用

現(xiàn)代汽車(chē)的電控系統(tǒng)通常由中央控制單元（ECU）、傳感器和執(zhí)行器組成。其中，傳感器負(fù)責(zé)采集各種參數(shù)，將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并傳輸給ECU，而執(zhí)行器則根據(jù)ECU指令完成動(dòng)作，比如控制油門(mén)、制動(dòng)器等。氧氣傳感器是氣體傳感器中的一種，通常被安裝在排氣管中是電控發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比控制系統(tǒng)的核心部件，其功能是用來(lái)檢測(cè)排氣中的氧含量，以確定實(shí)際空燃比是否合適，并向ECU反饋相應(yīng)的電壓信號(hào)，ECU根據(jù)氧傳感器反饋的空燃比濃稀信號(hào)．來(lái)控制噴油量的增加或減少。

發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，陶瓷鋯管的內(nèi)表面與大氣（外界空氣）相通，外表面被排氣管中排出的廢氣包圍。兩邊的氧濃度相差懸殊。在溫度較高時(shí)，鋯管內(nèi)外表面上存在氧濃度差，氧氣發(fā)生電離；內(nèi)表面（大氣側(cè)氧濃度高）帶負(fù)電荷的氧離子從大氣一側(cè)向排氣一側(cè)擴(kuò)散，結(jié)果鋯管（固態(tài)電解質(zhì)）成了一個(gè)微電池。內(nèi)表面帶正電，成為正極，外表面帶負(fù)電，成為負(fù)極，在鋯管兩電極間產(chǎn)生電位差，兩極間的電位差便是氧傳感器的輸出信號(hào)電壓。信號(hào)電壓的高低取決于鋯管內(nèi)表面（大氣）、外表面（排氣）之間氧的濃度差。由于大氣中的含氧量比較穩(wěn)定，所以實(shí)質(zhì)上取決于排氣中氧的含量。當(dāng)混合氣稀時(shí)，排氣含氧較多，兩側(cè)的濃度差小，只產(chǎn)生很小的電壓；當(dāng)混合氣濃時(shí)，排氣含氧較少，加之鉑電極的催化作用，兩側(cè)的濃度差急劇增大，兩電極間的電壓便突然增大。

氧氣傳感器是保持排放控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。目前已實(shí)際應(yīng)用的氧傳感器有氧化鋯式、氧化鈦式和新型寬帶氧傳感器。氧化鋯式氧傳感器：是按固態(tài)電解質(zhì)的氧濃度差原電池原理制成的。電壓值在0.1～0.9V間變化，也稱作窄帶氧傳感器。 氧化鋯式氧傳感器其核心元件是由二氧化鋯陶瓷材料制成的陶瓷鋯管。陶瓷鋯管不透氣。在陶瓷鋯管的內(nèi)、外表面上都涂有一薄層透氣的多孔鉑，它一方面起催化作用，影響著傳感器輸出特性，另一方面構(gòu)成兩個(gè)電極。由于陶瓷鋯管凸入排氣管的排氣流中，為了防止鉑催化層遭受廢氣中沉積物的腐蝕和侵蝕，確保傳感器長(zhǎng)期穩(wěn)定性，所以在鉑層上再涂上一層高孔隙度的陶瓷保護(hù)層。

英國(guó)SST高溫氧化鋯氧氣傳感器中棒式氧化鋯氧氣傳感器（氧探頭）O2S-T2/O2S-FR-T2采用兩個(gè)氧化鋯盤(pán)，在其中間是一個(gè)密封空間，其中一個(gè)盤(pán)起的功能是可逆氧氣泵，依次充滿樣品氣和抽空此小空間，另一個(gè)盤(pán)用于測(cè)量氧分壓差比率，得到相對(duì)應(yīng)的傳感電壓。氧化鋯盤(pán)作為氧氣泵運(yùn)行時(shí)，需要700攝氏度的溫度由加熱元件產(chǎn)生，氧氣泵使小空間范圍內(nèi)達(dá)到額定的小值和大值壓力所花的時(shí)間和環(huán)境中的氧分壓值具有對(duì)應(yīng)關(guān)系。

審核編輯 黃宇