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。