氧传感器是用于监测汽车排气系统中氧气含量的重要元件,其工作原理基于Nernst效应。传感器内部有一个由多孔ZrO2陶瓷管构成的固态电解质,两侧分别覆盖着铂电极。当两侧氧气浓度不同时,高浓度侧的氧分子会与铂电极上的电子结合,形成氧离子,并通过电解质中的空位向低浓度侧迁移,从而产生电势差。
氧传感器能够精确测量排气中的氧气含量,并将这一信息转换成电压信号,传递给发动机的电子控制单元。这样,发动机就能以闭环控制方式,根据氧气含量调整空燃比,优化燃烧过程,确保三元催化转化器对排气中的有害污染物如碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物进行有效转化和净化。
在传感器工作过程中,浓混合气燃烧后的废气中氧气含量较低,而稀混合气燃烧后的废气中氧气含量较高。这种氧气浓度的差异导致传感器产生不同的电压信号:浓混合气时接近1V,稀混合气时接近0V。发动机控制单元根据这些信号精确控制空燃比,以实现更高效、更环保的燃烧。
值得注意的是,氧传感器在高温下(通常端部温度达到300℃以上)才能充分发挥其特性,输出电压信号。在约800℃时,传感器对混合气变化的反应速度最快,从而确保发动机在各种工况下都能实现精准的空燃比控制。