含氧传感器工作原理

用途：主要为检测排气中的氧气浓度，将电压信号送给ECU，以修正喷油量，使空燃比控制于理论值内。
亦可称为：EGO 、Lambda(λ)传感器。
λ＝实际空燃比值/最适值空燃比值

含氧传感器种类：

依传感器的引线数分:
单线式
双线式
依传感器为加热式时的引线数分:
三线式
四线式
依传感器的使用材料分:
二氧化锆式
二氧化钛式

三元触媒转化器特性

排气浓度与引擎效率关系

含氧传感器的安装位置

含氧传感器的使用：

含氧传感器堆积物的来源:
混合比过浓
使用含铅汽油
冷却剂泄漏
机油消耗

外界环境的影响：

温度
当传感器温度由白金加热器维持在700℃时，电流受温度影响很小，因此无须补偿。但是不用白金加热器，电流因排气温度降低而降低，将使测量结果不精确。排气压力对量测误差影响在1％以下。

排气温度与压力的影响

二氧化锆（ ZrO2 ）式含氧传感器：

二氧化锆管内侧导入大气，外侧则与排气接触。
混合气浓时，废气接触到白金，因白金的触媒作用，使残存的低浓度O2与废气中的CO或HC发生反应，故外侧白金表面的氧气几乎不存在。因此含氧传感器内、外侧浓度差变成非常大，产生大约0.9V电压。混合气稀时，排出废气中含有高浓度O2与低浓度CO，即使CO与O2发生反应，也还剩下多余的O2。故二氧化锆内、外侧浓度差小，几乎不产生电动势，电压约为0.1V。含氧传感器于低温时，其电压变化小，反应时间长，故现代汽车使用的含氧传感器，均已改用加热式。

二氧化锆含氧传感器构造


二氧化锆含氧传感器输出电压


二氧化锆传感器细部构造


二氧化锆外加电压与电流特性

当外加电压越来越大时，电流IP亦逐渐变大，而达到一个极限值，极限电流的大小与排气中的氧分子分压成正比。若控制外加电压E在一个固定的值，使电流达到极限定值，则排气中的氧分子分压即可量得。


定电流下的最适值囊特性

端电压的特性在λ＝1时，具有ON-OFF的急遽变化。
当电流极小时，在λ＜1的区域，电压会降低至很小。
电压特性就如一个脉冲讯号。


二氧化锆传感器基本特性

经由外加电压E侦测最适当的空燃比，亦可藉IP量测得之稀薄区域的空燃比。
其精确度在λ＝1是±1.25％，当λ＜1时精确度为±2％。

加热式二氧化锆含氧传感器

耗用电力约10W的陶瓷加热组件，以缩短传感器达工作温度的时间。长时间怠速运转时，也可保持传感器一定的工作温度。

加热式二氧化锆含氧传感器构造

二氧化钛（TiO2）含氧传感器

作用原理与二氧化锆完全不相同，作用原理类似水温感知器。当混合比在稀、浓间变化时，因O2含量的改变，使二氧化钛电阻随之改变。电阻不是逐渐变化，而是非常迅速的改变。当混合比浓时电阻低于1KΩ，当混合比稀时则高于20KΩ。

二氧化钛传感器的设计

具有两个二氧化钛组件，一个是具有多孔性用来感测氧气的二氧化钛陶瓷；另一种则为实心二氧化钛陶瓷用来做加热调节器，补偿温度的误差。外端以具有空槽的金属管做为保护管，一方面让气体可以进出，一方面防止组件受到外物撞击。

二氧化钛含氧传感器构造

二氧化钛特性

二氧化钛在室温下具有很高电阻的半导体。当氧分子脱离时，会造成氧化钛结晶格子的空隙，而使结晶格子造成缺陷，产生电流。当氧的空隙越多，就会有更多的电子可资利用来传递电流，材料的阻抗亦随之降低。此现象系与温度冀膈分压有关。

二氧化钛阻抗与氧分压关系


其温度阻抗系数的误差在400℃时为4％，在800℃时约为2％的补偿。

温度变化对二氧化钛的影响

传感器电阻及电热调节器电阻将受温度影响产生变化。工作温度于250℃至850℃之间，当空燃比由稀至浓时，其电阻变化非常快。达到稳定状态所需时间小于100msec。电热调节器为实心的二氧化钛陶瓷，亦会保有一些氧气，其反应速度比多孔质的氧气检测测组件二氧化钛陶瓷慢很多。由于反应速度慢，故电热调节器的电阻较不易达到稳定。当温度越高，其达到稳定时间越短；温度越低，达到稳定所需时间越长。

温度变化对传感器阻抗的影响

输出电压比较

TiO2与ZrO2一样，都是在浓混合比产生高电压，稀混合比时产生低电压。 TiO2是利用参考电压，改变电阻后以变化输出电压，故输出电压较高。 ZrO2是自己产生输出电压，故输出电压较低。

二氧化钛传感器的优点

不需要参考空气，可免除因高温而可能造成氧气在参考空气和排气间泄漏。氧气感测组件和电热调节器电极密封于二氧化钛陶瓷里面，可保护陶瓷和金属间的界面，避免受到排气的磨耗和腐蚀。二氧化钛陶瓷和电极间的热膨胀系数密切匹配，使界面的热应力降至最低。
陶瓷绝缘材固定二氧化钛组件，且导电性低。贵金属渗在多孔质的陶瓷里，比用贵金属涂敷在密实的陶瓷组件表面上，更具有抗磨耗性。