Erzeugen Sauerstoffsensoren Strom?

Apr 16, 2023

Haben Sie sich jemals gefragt, wo ein Chemie- oder Physikunterricht in der Reparaturhalle nützlich sein könnte? Das Wissen aus diesen Studien könnte Ihnen tatsächlich dabei helfen, ein verwirrendes Problem mit einem Kraftstoffzufuhrsystem zu verstehen.

Wenn man einen ausreichend großen Sauerstoffsensor bauen könnte und der Sauerstoffunterschied zwischen der Luft innerhalb und außerhalb des Sensors groß genug wäre, würde er Strom erzeugen. Je größer der Sensor, desto mehr Strom wird erzeugt. Es ähnelt stark dem Grundprinzip einer Brennstoffzelle, die im Apollo-Raketenprogramm verwendet wird.

Ein Sauerstoffsensor besteht aus Zirkoniumoxid (ZrO2), einer chemischen Verbindung, die zur Bildung der thermisch betriebenen elektrochemischen Brennstoffzelle des Sensors verwendet wird. Energie wird durch den Sauerstoffunterschied im Inneren im Vergleich zum Äußeren erzeugt.

Zwei Platinelektroden (Pt) werden auf dem ZrO2 platziert, um einen Anschluss für die Ausgangsspannung an ein Steuermodul bereitzustellen. Eine Ausgangsspannung von 0,2 V (200 mV) DC stellt ein mageres Gemisch dar, bei dem sich viel Sauerstoff im Abgasstrom befindet. Ein Wert von 0,8 V (800 mV) Gleichstrom stellt ein fettes Gemisch dar, bei dem wenig oder kein Sauerstoff im Abgasstrom vorhanden ist. Der ideale Punkt liegt bei 0,45 V (450 mV) Gleichstrom – hier stehen die Luft- und Kraftstoffmengen im optimalen – oder stöchiometrischen – Verhältnis.

Der Controller verwendet 450 mV als Mittelpunkt in einem Spannungsbereich, um die Kraftstoffanpassung für den Einspritzimpulszyklus zu steuern. Der analoge Eingang des Sensors zum Steuergerät wird in einen digitalen Befehl für fettes oder mageres Gemisch umgewandelt, um ein Softwareprogramm zur Kraftstoffanpassung anzusteuern. Manchmal auch als „Block Learn“ bezeichnet, passt es die Zykluszeit des Kraftstoffinjektors an. Die vom Sensor erzeugte Spannung muss größer oder kleiner als die Spannung der Dämpfungszone sein, um ein Fett- oder Magersignal an den Controller zu senden.

Die Dämpfungszone wirkt wie ein Stoßdämpfer an einer Aufhängung und verhindert, dass das Spannungssignal schwingt. Ein planarer Luft-Kraftstoff-Sensor ist eine Kombination aus einem Standard-Zirkoniumoxid-Sauerstoffsensor und einer Pumpzelle, um eine konstante Erfassung eines stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auch unter extrem fetten und mageren Bedingungen aufrechtzuerhalten. Die Pumpzelle ist ein Diffusionsspalt im Zirkoniumoxid des Sensors, der mit einem Steuerkreis verbunden ist.

Die Pumpzelle steuert die Sauerstoffkonzentration des Sensors, indem sie dem Diffusionsspalt Sauerstoff hinzufügt oder davon abzieht. Der Eingang in die elektronische Schaltung verändert die Sauerstoffkonzentration durch Änderung der Polarität des Stromflusses in der Pumpzelle. Die wechselnde Polarität des Eingangs- und Trimmstromflusses führt dazu, dass der Steuerkreis ein Fett- oder Magersignal an das Motorsteuergerät sendet.

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