汽车氧传感器的必知

使用汽车氧传感器的必知/二氧化钛式汽车氧传感器结构

4二氧化钛式汽车氧传感器

1．二氧化钛式汽车氧传感器结构特点

二氧化钛(TiO2)属于N型半导体材料，其阻值大小取决于材料温度及周围环境中氧离子的浓度，因此可以用来检测排气中的氧离子浓度。1975年，美国福特汽车公司率先利用二氧化钛材料研制成功了芯片二氧化钛式传感器，1976年研制出了用金属铂(Pt)作催化剂的芯片二氧化钛式传感器，1979年又研制成功了用热敏电阻进行温度补偿的二氧化钛式汽车氧传感器。丰田公司于1984年研制成功了管芯二氧化钛式汽车氧传感器，1985年研制成功厚膜二氧化钛式汽车氧传感器，并批量生产。二氧化钛式氧汽车氧传感器的外形与二氧化锆式汽车氧传感器相似，主要由二氧化钛汽车氧传感器元件、钢质壳体、加热元件和电极引线等组成。钢质壳体上制有螺纹，以便于传感器安装。与二氧化锆式汽车氧传感器不同的是，二氧化钛式汽车氧传感器不需要与大气压进行比较，因此传感元件的密封与防水十分方便，利用玻璃或滑石粉等密封即可达到使用要求。此外，在电极引线与护套之间设置一个硅橡胶密封衬垫，可以防止水汽侵入传感器内部而腐蚀电极。

目前使用较多的汽车氧传感器二氧化钛传感元件有芯片式和厚膜式两种。芯片式将铂金属线埋入二氧化钛芯片中，金属铂兼作催化剂用。厚膜式采用半导体封装工艺中的氧化铝层压板工艺制成，从而使成本降低、可靠性提高。加热元件用钨丝或陶瓷材料制成，加热的目的是使汽车氧传感器元件的二氧化钛温度保持恒定，从而使传感器的输出特性不受温度影响。因为二氧化钛是一种多孔性的陶瓷材料，利用热传导方式对二氧化钛芯片或厚膜可以直接进行加热，所以加热效率高，达到激活温度(规定温度为600℃)需要的时间很短，这对降低发动机刚刚起动后碳氢化合物的排放量十分有利。

2．二氧化钛式汽车氧传感器工作原理

阻值变化型二氧化钛式汽车氧传感器的阻值R与氧分压Po2的关系按下述公式变化：

由于二氧化钛半导体材料的电阻具有随氧离子浓度的变化而变化的特性，因此二氧化钛式汽车氧传感器的信号源相当于一个可变电阻，其电阻值与过量空气系数的关系如图2-41所示。当发动机混合气稀(过量空气系数大于1)时，排气中氧离子含量较多，传感元件周围的氧离子浓度较大，二氧化钛呈现低阻状态。当发动机的可燃混合气浓(过量空气系数小于1)时，由于燃烧不完全，排气中会剩余一定的氧气，传感元件周围的氧离子很少，在催化剂铂的催化作用下，使剩余氧离子与排气中的一氧化碳(CO)产生化学反应，生成二氧化碳(CO2)，将排气中的氧离子进一步消耗掉，二氧化钛呈现高阻状态，从而大大提高了传感器的灵敏度。由上可见，二氧化钛式汽车氧传感器的电阻将在混合气的过量空气系数λ约为1[空燃比(A／F)约为14．7]时产生突变。其电路如图2-42所示，在其输出端便可得到一个交替变化的信号。该稳定电压一般由ECU内部的稳压电路提供。