Để giảm thiểu sự ô nhiễm do phát thải, trên các xe được trang bị bộ xúc tác (TWC – Three way catalyst). Bộ xúc tác sẽ hoạt động với hiệu suất cao nhất ở tỷ lệ hòa khí lý tưởng tức l = 1.
Cảm biến ôxy được dùng để xác định thành phần hòa khí tức thời của động cơ đang hoạt động. Nó gửi tín hiệu về ECU để điều chỉnh tỷ lệ hòa khí thích hợp trong một điều kiện làm việc nhất định (chế độ điều khiển kín – Closed loop control).
Cảm biến ôxy được gắn ở đường ống thải. Có hai loại cảm biến ôxy, khác nhau chủ yếu ở vật liệu chế tạo:
– Chế tạo từ Dioxide Zirconium (ZrO2);
– Chế tạo từ Dioxide Titanium (TiO2).
- Cảm biến ôxy với thành phần Dioxide Zirconium (ZrO2)
Nguyên lý hoạt động:
Cảm biến với thành phần Dioxide Zirconium (ZrO2).
Loại này được chế tạo chủ yếu từ chất Zirconium dioxide (ZrO2) có tính chất hấp thụ những ion ôxy âm tính. Thực chất, cảm biến ôxy loại này là một pin điện có sức điện động phụ thuộc vào nồng độ ôxy trong khí thải với ZrO2 là chất điện phân. Mặt trong ZrO2 tiếp xúc với không khí, mặt ngoài tiếp xúc với ôxy trong khí thải. Ở mỗi mặt của cảm biến loại ZrO2 được phủ một lớp điện cực bằng plantin để dẫn điện. Lớp plantin này rất mỏng và xốp để ôxy dễ khuếch tán vào. Khi khí thải chứa lượng ôxy ít do hỗn hợp giàu nhiên liệu thì số ion ôxy tập trung ở điện cực tiếp xúc khí thải ít hơn số ion ôxy tập trung ở điện cực tiếp xúc không khí. Sự chênh lệch số ion này sẽ tạo một tín hiệu điện áp khoảng 600-900 mV.Ngược lại, khi độ chênh lệch số ion ở hai điện cực nhỏ trong trường hợp nghèo xăng, cảm biến ôxy sẽ phát ra tín hiệu điện áp thấp khoảng 100-400 mV.
Cấu tạo:
Thân cảm biến được giữ trong một chân có ren, bao ngoài một ống bảo vệ và được nối với các đầu dây điện.
Bề mặt của chất ZrO2được phủ một lớp platin mỏng cả mặt trong lẫn mặt ngoài. Ngoài lớp platin là một lớp gốm ZrO2 rất xốp và kết dính, mục đích bảo vệ lớp platin không bị hỏng do va chạm các phần tử rắn có trong khí thải. Một ống kim loại bảo vệ bao ngoài cảm biến tại đầu nối điện uốn kép giữ liền với vỏ ống này có một lỗ để bù trừ áp suất trong cảm biến và để đỡ lò xo đĩa. Để giữ cho muội than không đóng vào lớp gốm ZrO2, đầu tiếp xúc khí thải của cảm biến có một ống đặc biệt có cấu tạo dạng rãnh để khí thải và phân tử khí cháy đi vào sẽ bị giữ và không tiếp xúc trực tiếp với thân gốm ZrO2.
Đặc điểm của cảm biếnôxy với ZrO2 là nhiệt độ làm việc phải trên 300°C. Do đó để giảm thời gian chờ, người ta dùng loại cảm biến có điện trở sấy bên trong. Điện trở sấy được lắp trong cảm biến và được cấp nguồn từ ắc qui.
Mạch điện:
- Cảm biến ôxy với thành phần Dioxide Titanium (TiO2)
Cấu tạo:
Cảm biến này có cấu tạo tương tự như loại DioxideZirconium nhưng thành phần nhận biết ôxy trong khí thải được làm từ Dioxide Titanium (TiO2). Đặc tính của chất này là sự thay đổi điện trở theo nồng độ ôxy còn trong khí thải.
Khi khí thải chứa lượng ôxy ít do hỗn hợp giàu nhiên liệu, phản ứng tách ôxy khỏi TiO2 dễ xảy ra. Do đó điện trở của TiO2 có giá trị thấp làm dòng qua điện trở tăng lên. Nhờ vậy điện áp đặt vào cổng so của OP AMP qua cầu phân áp đạt giá trị 600-900 mV. Khi khí thải chứa lượng ôxy nhiều do hỗn hợp nghèo, phản ứng tách ôxy ra khỏi TiO2 khó xảy ra, do đó điện trở của TiO2 có giá trị cao làm dòng qua điện trở giảm, điện thế ở cổng sẽ giảm xuống khoảng 100-400mV.
Mạch điện:
