氧傳感器的工作原理是什么

氧傳感器利用 Nernst 原理工作，通過(guò)檢測(cè)廢氣中氧濃度產(chǎn)生電位差以反饋信息。其核心元件是多孔 ZrO2 陶瓷管，兩側(cè)燒結(jié)多孔鉑電極。在一定溫度下，因兩側(cè)氧濃度不同，氧離子會(huì)遷移產(chǎn)生電勢(shì)差。空燃比不同時(shí)，廢氣中氧含量有別，氧傳感器產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)也不同，ECU 據(jù)此調(diào)整噴油，使空燃比更合理，進(jìn)而提升發(fā)動(dòng)機(jī)性能與凈化排放。

具體而言，在一定的高溫環(huán)境下，這個(gè)過(guò)程就如同一場(chǎng)精妙的微觀“舞蹈”。當(dāng)高濃度側(cè)的氧分子“邂逅”鉑電極，它們會(huì)吸附在上面，并與電子相結(jié)合，進(jìn)而搖身一變成為氧離子。這些活躍的氧離子，會(huì)借助電解質(zhì)的“橋梁”，遷移到低氧濃度的一側(cè)。正是這樣的遷移過(guò)程，促使電勢(shì)差應(yīng)運(yùn)而生。

當(dāng)空燃比較低，也就是混合氣較濃時(shí)，廢氣中的氧含量變得稀少。此時(shí)，陶瓷管外側(cè)的氧離子數(shù)量也隨之減少，這種情況下就會(huì)形成大約 1.0V 左右的電動(dòng)勢(shì)。而當(dāng)空燃比恰好等于 14.7 這個(gè)理想數(shù)值時(shí)，電動(dòng)勢(shì)處于 0.4V - 0.5V 之間。要是空燃比較高，即混合氣較稀，廢氣中的氧含量大幅增加，陶瓷管內(nèi)外的氧離子濃度差就會(huì)變小，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)也就接近零。

氧傳感器的工作模式和干電池有著異曲同工之妙。在這里，氧化鋯就像是干電池中的電解液，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。它利用自身內(nèi)外兩側(cè)的氧濃度差，源源不斷地產(chǎn)生電位差。而且，氧濃度差越大，這個(gè)電位差也就越大。氧傳感器的兩個(gè)電極輸出的電壓，與尾氣中的氧和大氣中的氧的相對(duì)值緊密相關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，低電壓對(duì)應(yīng)的是高氧含量，像 0.1－0.4 伏代表著稀混合比，0.6－1.0 伏則表示濃混合比，當(dāng)輸出電壓為 0.45 伏時(shí)，意味著此時(shí)的空燃比達(dá)到了最佳狀態(tài)。

值得注意的是，氧傳感器要想充分展現(xiàn)其特性，對(duì)溫度有著一定的要求。只有在高溫環(huán)境下，確切地說(shuō)，當(dāng)端部達(dá)到 300°C 以上時(shí)，它才能正常工作并輸出電壓。而在大約 800°C 時(shí)，氧傳感器對(duì)于混合氣的變化反應(yīng)最為迅速，能夠在第一時(shí)間感知并做出反饋。

氧傳感器憑借 Nernst 原理，通過(guò)核心元件 ZrO2 陶瓷管兩側(cè)因氧濃度差產(chǎn)生的電位差來(lái)工作。在不同空燃比下產(chǎn)生不同電動(dòng)勢(shì)，為 ECU 提供精準(zhǔn)信息，且其工作受溫度影響。這一精妙的設(shè)計(jì)，讓發(fā)動(dòng)機(jī)始終保持在良好的工作狀態(tài)，對(duì)提升汽車(chē)性能與保護(hù)環(huán)境都有著不可忽視的作用 。

（圖/文/攝：太平洋汽車(chē) 整理于互聯(lián)網(wǎng)）