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！
・ 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
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。
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）
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から』です。
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）
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から』です。
『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
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
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。
・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。
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。
OBDによって下流にも
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。
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
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。
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