O2センサの仕組み

【初心者向け】O2センサの「仕組み」を解説します!

●●●
困っている人

自動車について勉強していく中で「O2センサ」というワードをよく耳にする。
どんな仕組みなんだろう?

こんな疑問を解消します。

O2センサは、『排気ガス中の酸素濃度を検出するセンサ』です。

ガソリンエンジン搭載の自動車に幅広く使用されているため、エンジニアにとってO2センサは必須の知識となります。

 
そこで今回は、『O2センサの仕組み』について解説します!
 

本記事の内容・ O2センサの構造
・ O2センサの仕組み(リーン)
・ O2センサの仕組み(リッチ)
・ O2センサにはヒータが付いている
・ O2センサの用途
・ OBDによって下流にも
・ まとめ
スポンサードリンク

O2センサの構造

O2センサの構造
O2センサは、白金(Pt)電極と固体電解質で構成されています。

このO2センサを『排ガス側』と『大気側』の間に設置することにより、『酸素イオンが固体電解質を移動』するのです。

●●●
もっぷ

固体電解質としては、ジルコニアが使用されていることが多いです。

 

O2センサの仕組み(リーン)

O2センサの仕組み(リーン)
排ガスがリーン(燃料が少なく、酸素が多い)の場合、図のように酸素イオンが移動します。

『排ガス中の酸素濃度が高いと、余分な酸素が大気に移動しようとするため』です。

●●●
もっぷ

イオンが移動するということは、電流が流れるのと同義ですね。

 

O2センサの仕組み(リッチ)

O2センサの仕組み(リッチ)
排ガスがリッチ(燃料が多く、酸素が少ない)の場合、図のように酸素イオンが移動します。

『排ガス中の酸素濃度が低いと、大気側から酸素が排ガス中に移動しようとするため』です。

●●●
もっぷ

『リッチ』と『リーン』の違いも覚えておきましょう。

 

O2センサにはヒータが付いている

O2センサの構造(ヒータ付き)
図のように、O2センサ内部には『ヒータ』が付いています。

実は、『ジルコニア素子は400度以上にならないと機能しない』ため、そのジルコニアを温めるヒータが付いているのです。
 

O2センサの用途

波形測定
O2センサは、以下のような判定をするために使用されます。

O2センサの用途

・空燃比が理論空燃比よりも大きい(リーン)場合、酸素が多い判定をします。

・空燃比が理論空燃比よりも小さい(リッチ)場合、酸素が少ない判定をします。

 
この仕組みを利用して、リッチな場合には燃料噴射を増やし、リーンな場合には燃料噴射を減らすことで理論空燃比に近づけます。

理論空燃比になれば、『三元触媒』によって排ガス中の有害成分がなくなるため、O2センサを利用して理論空燃比に近づけるのです。

●●●
もっぷ

三元触媒については下記で解説しているため、ぜひご覧ください。

関連記事 【初心者向け】三元触媒の「仕組み」を解説します!
 

OBDによって下流にも

自動車整備
もともとO2センサは、三元触媒の上流にだけ搭載されていました。

しかし、OBD(自己診断機能)により、排出ガス低減装置を継続的かつ定期的にモニターし、性能劣化を診断できるように設計しなければいけなくなりました。

●●●
もっぷ

そのため、三元触媒の下流にもO2センサが搭載されるようになったのです。

 

まとめ

まとめ
いかがでしたでしょうか。

自動車エンジニアにとって『O2センサは必須の知識』です。

O2センサの仕組みをしっかりと理解しましょう。

この記事が、皆様のお役に立てば幸いです。

\自動車工学に関する情報/

自動車の記事≫

人気記事 【2023最新版】『自動車の仕組み』がよく分かるオススメの本 5選を紹介します!
 
人気記事 【2023最新版】カーボンニュートラルのオススメ本 7選を紹介します!

スポンサードリンク