Рис. 1. Датчик содержания кислорода
1—контактная часть; 2—керамика, контактирующая с воздухом; 3—керамика,
контактирующая с отработавшими газами; 4—защитная труба; 5—колодка
электрического подключения; 6—тарельчатая пружина; 7—защитная гильза;
8—корпус (-); 9—электрод (-); 10—электрод (+)

Керамика датчика с помощью резьбы зафиксирована в узле крепления и оснащена электрическими присоединительными элементами и защитной трубкой. Поверхность керамики датчика имеет микропористый слои платины, который, благодаря каталитическому действию, влияет на характеристику датчика при контактировании с отработавшими газами. На части керамики датчика со стороны выпуска над слоем платины находится хорошо сцепляющийся высокопористый слои керамики. Этот защитный слои предотвращает эрозионное влияние фракций отработавших газов на слои платины. На стороне присоединения датчика находится металлическая защитная гильза, она имеет отверстие для вентиляции датчика и служит в качестве опоры для тарельчатой пружины. Электрод в изолирующей оболочке выводится из датчика (рис. 1). Чтобы несгоревшие частицы имеющиеся в отработанном газе не соприкасались с керамикой датчика, сторона выпуска оснащена защитной трубкой. Она имеет шлицы, которые выполнены таким образом, что отработавшие газы и сопутствующие им твердые вещества не могут попасть на керамику датчика. Кроме этого защитная трубка эффективно ослабляет рост термических напряжений при смене температур, происходящих при переходах от одного рабочего состояния к другому. Напряжение и внутреннее сопротивление датчика зависят от температуры. Возможна надежная нормальная эксплуатация при температурах свыше 350°С (необогреваемый датчик) или 200°С (обогреваемый датчик), поэтому распространение получили обогреваемые датчики.

ОБОГРЕВАЕМЫЙ ДАТЧИК СОДЕРЖАНИЯ КИСЛОРОДА

Активная керамика датчика обогревается внутри с помощью керамического нагревательного элемента, так что независимо от температуры отработавших газов температура керамики датчика остается выше функциональной границы в 350°С. Обогреваемый датчик имеет защитную трубу с уменьшающимся проходным отверстием. Благодаря этому предотвращается охлаждение керамики датчика при холодном отработавшем газе.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ДАТЧИКА СОДЕРЖАНИЯ КИСЛОРОДА

Основы работы циркониевого датчика могут быть рассмотрены на схеме, приведенной на рис. 2. Два электрода — внешний и внутренний, выполненные из пористой платины или ее сплава, разделены слоем твердого электролита. В качестве электролита используется диоксид циркония со стабилизирующими добавлениями оксида иттрия. Внутренний электрод находится в окружающей среде с постоянным парциальным давлением кислорода, а внешний, омываемый потоком отработавших газов, — в выпускной системе двигателя с изменяющимся парциальным давлением кислорода. Ионная проводимость твердого электролита, возникающая вследствие разности парциальных давлений кислорода на внешнем и внутреннем электродах, обусловливает появление разности потенциалов между электродами. Таким образом, циркониевый датчик можно рассматривать как гальванический элемент.

Рис. 2. Расположение датчика содержания кислорода в выпускном трубопроводе:
1—керамика датчика; 2—электроды; 3—контакт; 4—контактирование корпуса;
5—выпускной коллектор; 6—керамический пористый защитный слой

При низком уровне парциального давления кислорода в обогащенной смеси (а<1) датчик генерирует достаточно большое напряжение 700..1000 мВ. При переходе состава смеси через стехиометрическое значение в зону обедненных смесей (а>1) парциальное давление кислорода в отработавших газах заметно увеличивается, что приводит к резкому падению напряжения на выходе датчика до 50..100 мВ. Такая характеристика датчика (рис. 3) позволяет определить стехиометрический состав смеси с погрешностью не более ±0,5%.

Рис. 3. Характеристика напряжения датчика содержания кислорода при рабочей температуре 600°С:
1—напряжение; 2—коэффициент избытка воздуха