Sauerstoffsensoren in Fahrzeugen sind unverzichtbare Komponenten. Sie haben zwei Hauptfunktionen: Zum einen erkennen sie Sauerstoff im Abgas, übermitteln das Ergebnis an die ECU und steuern die Kraftstoffeinspritzung. Zum anderen überwachen sie die Funktion des Katalysatorsystems, damit keine gefährlichen Stoffe über den vorgeschriebenen Grenzwerten ausgestoßen werden. Daher sind am Motor mindestens zwei Sauerstoffsensoren installiert, der erste ist ein vorderer Sauerstoffsensor und der zweite ein hinterer Sauerstoffsensor, wie in der Abbildung unten gezeigt. Bei einigen Motoren werden mehr als zwei Sauerstoffsensoren installiert, um eine höhere Zuverlässigkeit zu erreichen: zwei vordere O2-Sensoren + ein hinterer O2-Sensor oder sogar zwei vordere O2-Sensoren + zwei hintere O2-Sensoren.
Sauerstoffsensoren in Fahrzeugen arbeiten bei hohen Temperaturen und kommen in direkten Kontakt mit korrosiven Gasen. Zur Herstellung des Sensormesschips wird Keramikmaterial verwendet. Zur Herstellung von Messchips gibt es zwei Arten von Keramikmaterial: Titanoxid (Titania, TiO2) und Zirkoniumoxid (Zirconia, ZrO2). Der Widerstand von TiO2-Keramik ändert sich mit der Sauerstoffkonzentration, sodass die Sauerstoffkonzentration durch Messen des TiO2-Sensorchips ermittelt werden kann. Der Chip hat eine einfache Struktur und einen einfachen Chippreis, ist aber zu stark von der Arbeitstemperatur abhängig, daher ist eine Temperaturkompensation erforderlich und die Messgenauigkeit ist begrenzt.
Zirkonoxidkeramik ist ein guter Leiter bei hohen Temperaturen und kann bei Sauerstoffkonzentrationsunterschieden als fester Elektrolyt wirken und kann daher zur Messung der Sauerstoffkonzentration in Verbindung mit einem Referenzgas verwendet werden, das eine feste Sauerstoffkonzentration aufweisen muss. Das Funktionsprinzip lässt sich wie in der folgenden Abbildung beschrieben beschreiben. Platinelektroden sind auf dem Zirkonoxidkeramikchip angebracht, auf der einen Seite das Referenzgas (Luft) und auf der anderen Seite das Probengas (Abgas) der Fall. Der Sauerstoffgehalt der Luft beträgt 21 %, während er im Abgas viel geringer ist. An der positiven Elektrode erhalten O2-Moleküle Elektronen und werden zu Oxidionen. Die Oxidionen wandern über die Zirkonoxidkeramik, die bei hohen Temperaturen leitfähig ist, zur negativen Elektrode. An der negativen Elektrode verlieren die Oxidionen dann Elektronen und werden wieder zu O2-Molekülen. Daher „wandert“ Sauerstoff von der Referenzgasseite zur Abgasseite, und zwischen den positiven und negativen Elektroden wird eine elektromotorische Kraft (EMF) erzeugt. Je höher der Sauerstoffkonzentrationsunterschied, desto schneller bewegt sich der Sauerstoff und desto größer ist die elektromotorische Kraft. Durch Erfassen der elektromotorischen Kraft kann die Sauerstoffkonzentration im Abgas gemessen werden. Der Hochtemperaturauspuff kann den Zirkoniakeramikchip erhitzen. Außerdem kann ein Keramikheizer ( Aluminiumoxidkeramikheizer ) in den Sensorchip integriert werden, um einen schnelleren Start zu erreichen.
Im Vergleich zu TiO2-Sensoren sind Zirkonoxid-Sauerstoffsensoren genauer, reagieren schneller und haben eine längere Lebensdauer. Daher sind sie vielseitiger einsetzbar und haben einen höheren Marktanteil. Weltweit werden mehr als 80 % der Sauerstoffsensoren von Bosch, NTK&NGK, Denso und Delphi geliefert. Viele OEM-Fabriken produzieren Sauerstoffsensoren für Fahrzeuge deutscher und japanischer Marken, mit ausgelagerten oder unabhängigen Chips. ATCERA kann Zirkonoxid-Keramikchips herstellen. Wenn Sie weitere Informationen benötigen oder individuelle Wünsche haben, besuchen Sie bitte www.atcera.com oder senden Sie eine E-Mail an info@atcera.com .
