ラムダプローブ、酸素センサー、O2センサー、EGOセンサー、HEGOセンサー

2023 著者: Fiona Howard | [email protected]. 最終更新日: 2023-05-20 16:54

この最初の部分では、ネルンストセルの動作原理、狭帯域 O₂ センサー、O センサーの動作を理解するために必要な概念を紹介します2 _{ブロードバンドと NOx センサー。} ネルンスト細胞

O₂ および NO_{x センサーの主な要素は、酸化ジルコニウム要素と 2 つのプラチナまたは顔にロジウム電極。酸化ジルコニウムは、高温で電圧をかけると酸素イオンが伝導し、電流が流れる性質を持つセラミックスです。これが細胞の注入やポンピングの原理です。}

\\\逆に、ジルコニウムエレメントの面に酸素濃度の差があると、O\\\2\\\イオンの電流が循環します。これが細胞測定の原理です。上記の特性は、400 付近のセルで表されます\\\O\\\C.\\\

電極の高温と触媒作用により、O_{2分子は解離して負に帯電したイオンになり、酸化ジルコニウム素子を横切り、再び遊離酸素分子を形成します。反対側。}

測定セル

図1は、測定用ネルンストセルの基本構成を示しています。ネルンストセルの内部（参照チャンバー）と外部の O\\\2\\\ の濃度差に応じて、電圧または電位差が発生します。 O₂ の一方の面の密度がわかれば、もう一方の面の密度を測定できます。

\\\- O\\\2\\\ の濃度差が基準チャンバーと排気ガスにあるため、酸化ジルコニウムの導電率が高くなります (O イオンの高流量 \ 2

）。この場合、電極間の電圧は500mVを超える値に達します。差が大きいのは、濃厚混合気が燃焼した結果、O₂の含有量が少ない（0.3%未満）排気ガスに対応しています。

- 差が小さいほど導電率が低くなり、電圧は 100mV 程度になります。マイナーな違いは、希薄燃焼に起因する O\\\2\\ (2% 以上) 含有量の高い排気ガスに対応します。\\\

- 0.3%から2%程度の濃度で、電圧は100mVから900mVの間で変動します。

O_{2の 1% に近い濃度では、約 450mV の電圧が発生します。}

インジェクションまたはポンピング細胞

\\\この構成（図2）では、O\\\2\\\イオンが移動し、電極間に印加された電圧に応じて電流が発生します。結果として生じる電流は、印加電圧に比例します。このようにして、印加電圧の関数として測定された、ガスチャンバー内のO\\\2\\\分子の密度を制御することが可能です。 Vm=450mV の場合、測定ガスチャンバー内の O\\\2\\\ の濃度は、化学量論的混合気の燃焼から生じる濃度に対応します。\\\

狭帯域酸素センサー

狭帯域酸素センサーまたはラムダプローブは、排気ガス中の酸素の有無を検出する機能を備えており、取り付けることができます: (図 3).

1.触媒の前 (触媒前ラムダプローブ; 位置 [1]): 混合気の制御に使用.\\\

2.触媒の後 (触媒後プローブ; 位置 [2]): 触媒の効率を評価するために使用されます。このセンサーは、OBD II 規格に準拠するシステムでは必須です。\\\

ラムダプローブはボッシュが開発し、1976 年にボルボ車に初めて採用されました。ラムダプローブは、アクティブな要素に応じて 2 つのタイプがあります: 1- ジルコニウムセンサー、2- チタンセンサー (使用されなくなりました)

ジルコニウムラムダプローブ - 現在最も普及しているタイプです。基本的には、「指ぬき」の形をしたセラミック要素 (酸化ジルコニウム) で構成されるネルンストセルです。エレメントは、電極として機能する白金層によって内外を覆われています。

\\\内面（参照電極）は大気（21%酸素）に、外面は排気ガスに接しています。

\\\\\\Function:\\\ 300以上\\\0\\\C、セラミック素子は「山」に変わり、その電圧は酸素の違いに依存しますセラミックエレメントの内面と外面の間の濃度.\\\

- 0.3%未満の濃度のガス → 電圧 > 0.8ボルト

- 濃度が 0.5% を超えるガス → 電圧 < 0.2 ボルト

ラムダ=1の場合、電圧変動は多かれ少なかれ急激です。 (図4)

300℃以下の温度^{0Cでは、プローブは開回路（無限抵抗）として動作します。}

Types: ジルコニウムプローブは 2 つのタイプがあります:

- 加熱 (図 5): HEGO の頭字語で識別され、ガスの温度に関係なく動作を開始する内部 PTC 抵抗があります。可能性:

3線式: ヒーター供給用2線式;信号用の 1 本のワイヤ;信号のリターンはシャーシを介して行われます\\\

4線: ヒーター供給用2線;信号と信号リターン用の他の2つ。後者は通常、ハウジングから隔離されています。

頭字語 HO_{2S (SAE J1930 規格に準拠した加熱酸素センサーを識別するための標準化された OBD II 用語) で識別されます。}

-加熱なし（使用されなくなった）：それらは最初に適用されました。略語 EGO で識別されますが、前述の抵抗器がなく、起動 (300 ℃ を超える温度) は排気ガスによる加熱に依存します。加熱プローブと同様の構成です。

コントロールユニットとのインターフェース – ジルコニウムセンサー

\\\ プローブがコントロールユニットに接続されていて動作しない (寒い) 場合、コントロールユニットの入力回路に応じて、次の 2 つの状況が発生する可能性があります:\\\

a) 信号は約 0 ボルトの電圧値を想定しています。これはEEC-IVシステムの場合でした.\\\

\\\b) コントロールユニットの入力回路は、約 0.45 ボルトの電圧値を課します。これは現在のすべてのシステムに当てはまります。\\\

\\\したがって、上記のようにエンジンが暖まっている場合など、信号の一定の電圧値は、プローブが加熱されていないか、デフォルトで動作していないことを示しています。\\\

\\\\\\チタンラムダプローブ\\\ - ジルコニウムプローブよりも壊れやすく、出力信号は電源電圧に大きく依存します。 90 年代初頭からクライスラー (ジープ) 車に存在し、もはや使用されていません。このプローブは半導体材料 (酸化チタン) でできており、その内部抵抗は周囲の酸素濃度の関数として変化します。\\\

\\\酸化チタンの層をセラミックシートに堆積させ、抵抗層（PTC）によって加熱します。\\\

\\\\\\Function\\\: 酸素の存在は、チタン層を通過する電子の通過を多かれ少なかれブロックし、材料の抵抗を変更します。したがって、酸化物は酸素濃度によって制御される可変抵抗器として機能します。

このタイプのプローブは電圧発生器ではありません (ジルコニウムプローブの場合と同様)。抵抗値だけが変わります。

もう1つの重要な機能は、酸素参照を必要としないため、オフロード車での使用に利点があります.

チタンセンサーの耐性については、以下の特徴があります:

- 無酸素 (豊富な混合物): 抵抗 1 コーム未満;

- 酸素の存在 (希薄な混合物): 20 キロオーム以上の抵抗.

この抵抗変化は、ラムダ=1 の場合、多かれ少なかれ急激です。