A/FセンサーとO2センサーの違い

Question

自動車に使用されているセンサーについて質問があります。
特に車両に不具合があるという訳では無いのですが過去スレではいまいち疑問が解決しないので知恵を拝借したいです。
トヨタのエスティマ（ACR系）にはO2センサーとA/Fセンサーの二種類が使用されていると思いますがこの二つは何が違うのでしょうか？
どちらも空燃比センサーであるとは思うのですが・・・。
排気ガス中の酸素濃度をO2センサーは電圧に、A/Fセンサーは電流に置き換えて計測しているようですが二種類のセンサーを採用する理由がわかりません。
なぜ二つ必要なのでしょうか？片方一つだけもしくは同じ種類を二つ付
けるというのはまずいんですかね？

以上、ご教授願います。

rgm79quel · Accepted Answer

え～っと、申し訳ありません。
エアフロ車の場合吸気温度補正マップはありません。
Ｄの場合ですね、吸気温補正マップがあるのは。
車に寄りますが
エアフロ車で用意されていることがあるのは
低吸気温補正と高吸気温補正くらいですが
これらもほとんど存在していません。
尚、低水温補正、高水温補正は制御方式に関わりなく存在しております。

さて、
燃焼には理論空燃比という言葉があります。
これは一般的なガソリン１グラムに対して
酸素１４．７グラムで
ちょうど綺麗に燃焼するというモノです。
燃焼後に酸素がたくさん残っている状態を
希薄燃焼＝リーン状態（１４．７以上）
燃焼後にガソリンがたくさん残っている状態を
リッチ状態（１４．７以下）と呼んでいます。

これを踏まえて、
「O2センサー」は
其の名に反してO2濃度を測ることが出来ません。
燃焼後の状態が
リーンであるかリッチでるかのみを検知することが出来ます。
センサー特性は（例えば５Ｖ信号である場合）
０Ｖか５Ｖのみを出力します。
また、理論空燃比状態を検知することも不可能です。

これに対し
「A/Fセンサー」はAIR BY FUEL、
つまり空燃比を測定することが出来ます。
空燃比が１７．０の時には１７．０を
空燃比が１４．７の時には１４．７を
空燃比が１０．０の時には１０．０を
計測値として得ることが出来ます。
センサーとしての出力特性は
概ね、傾きを持った直線となります。

さて、一般的な内燃機関として考察しますと
アイドリング時の空燃比は１４．７を目標とします。
HC濃度、CO濃度を低くしたい場合、
このときに最も排気ガスがクリーンになるからです。

少し前までの車はO2センサーのみを装備し
プログラム上指定された条件下において
燃料制御が１４．７の燃焼を実現するように燃料噴射料を
調節していました。
O2センサーの出力信号は
０Ｖか５Ｖを示すのみなので
測定が０Ｖの時は５Ｖになるまで燃料噴射量を変化させ
測定が５Ｖの時は０Ｖになるまで燃料噴射量を変化させています。
これにより１４．７付近の燃焼を目指すモノです。
この制御方式は（かなりざっくりとしたとらえ方ですが）
今現在も尚、全ての車で行われているとお考え下さい。
O2センサーはアイドリングを司っているわけです。

さて、近年装備されてきたA/Fセンサーですが
これは
燃料噴射量を決定する根拠となるセンサーの測定値が
センサーの寿命や経年変化によって狂いが生じた場合
燃料噴射量を
マップ全域でセンサーの狂いを補正する為に装備されたとお考え下さい。
国土交通省は
『新車時は排気ガスが綺麗だけれど
経年変化でエアフロなどのセンサーに狂いが生じた車の
排気ガスが汚いモノになること』
を許容しませんでした。
ですから、
例えば
エアフロ車においては
エアフロに狂いが生じて来た場合に
狂いを補正する為のツールとして
A/Fセンサーを装着した訳です。

ほかにも
NOxをより減らす為に
敢えて希薄燃焼を狙い
燃焼温度を高いモノにしたい場合にも
A/Fセンサーによる測定値を
燃料噴射量の根拠とする場合などもございます。

＞なぜ二つ必要なのでしょうか？
上記の通り
それぞれ、全く違うセンサーで、働きも全く異なるからでございます。

詳しく書くと
本が一冊出来そうなので
正確さを欠くことに目を瞑りつつ
極めて簡便に記述させて頂きました。
ご容赦下さい。

ここでは
O2センサーとA/Fセンサーが全く異なるセンサーで、
働きも異なることをご理解頂ければ幸いです。

posh156 · Answer

えっーと、ややこしい話になりそうですが、とりあえず。
＞どちらも空燃比センサーであるとは思うのですが・・・。
はい、どちらも空燃比センサーです。

＞この二つは何が違うのでしょうか？
出力特性が異なります。　
Ｏ２センサーは理論空燃比より酸素が多いか少ないかの出力です。　理論空燃費を境に、出力電圧が急激に変化します。
Ａ／Ｆセンサーは空燃比に比例した出力が得られます。電流に置き換えて計測していると言うより、センサーとマイコン（ＰＩＤコントローラー）がセットで、空燃費に比例した出力電圧が出るように制御電流を流している、といった感じでしょうか。

＞なぜ二つ必要なのでしょうか？
排出ガスをよりクリーンにする為です。　
ちょっと前の車はＯ２センサーのみで、エンジンを快調に回すことは十分でき、当時の排気ガス規制もクリア出来ました。　
よりクリーンな排気ガスの為に触媒が完璧に働く必要があり、この為にはより完璧な空燃比での燃焼が求められます。　このため、Ａ／Ｆセンサーが追加されています。

＞二種類のセンサーを採用する理由がわかりません。
Ａ／ＦセンサーはＯ２センサーの役割も出来るでしょうが、たいへん高価になりそうです。（Ｏ２センサーだけでも十分高価なパーツですが・・・）

Ｏ２センサーのフィードック制御で、理論空燃比の前後を行き来しながらほぼ理論空燃比で運転し、さらに、触媒の後で微妙な酸素量を計測し、より木目細かく空燃比を制御し、高いレベルでの排気ガス浄化を行っている、と言ったところでしょう。

LargeDog · Answer

予想ですので参考までに。。。
ひとつはジルコニアのＯ２センサーで理想空燃費付近で電圧が急激に変化するものでエンジンのフィードバック制御用。
もうひとつはリニアな特性のセンサーで燃費計に使っているのではないかと。

foitec · Answer

エアフローセンサーは「吸気する量」を測るものです。
空気は温度によって密度が変わるので合わせて吸気温度も補正値として使います。
エンジンの負荷が大きくなれば取り込む空気量も多くなるのでそれに応じた（プログラムされた）燃料を噴射するための基本データになります。

O2センサは其の名のとおりO2つまり酸素の量を測るものです。
現在のようにCOとHCの浄化をして低公害を進めてきたエンジンもこれらを減らすと逆にNOｘ（窒素酸化物）が増えてしまうという矛盾が起こりました。

これら相反する有毒な排出物を基準値まで提言させるには一般的に「三元触媒」を使用します。
NOｘを浄化する必要が無ければ単純に「酸化触媒」でよいのです。
つまり有毒な一酸化炭素　COは酸化させて二酸化炭素CO2にしてしまうのです。

さて厄介な窒素酸化物は還元触媒により無害なNO（窒素）と酸素に戻すしかありません。

この還元触媒はエンジンの空燃比が理論空燃比（うろ覚えで１４.7対１だったかな）で燃焼させた配す継がす出ないとうまく還元できないのです。
更に酸化と還元を触媒自体が繰り返すので触媒も「理論上」劣化しないのです。
かなり昔のの触媒は交換が必要だったのですよ・・・・

さてエンジンの負荷に応じて基本噴射された燃料は様々な要因で必ずしも理論空燃比を維持できません。
水温然り、吸入空気温度然り、・・・

そこで排出ガスの中の酸素の排出量を測り燃料が理論空燃比に対し濃いか薄いかを測定しその結果を燃料噴射量の補正として理論空燃比付近を維持させます。

つまり排出ガス中の酸素の量が多ければ吸入ガスが薄い（燃料が少ない）
酸素が少なければ燃料が濃いと分かります。
そこでフィードバック制御により燃料を増量・減量を繰り返せば其の中心値は理論空燃比を保てるわけです。

O2センサーの出力を測定すると見事に+1～-1V程度の振幅を繰り返します。

なおエアフローセンサーも排出ガス還流（EGR)の影響を受けないように
ホットワイヤ方式が多いですね。

A/FセンサーとO2センサーの違い

え～っと、申し訳ありません。

えっーと、ややこしい話になりそうですが、とりあえず。

予想ですので参考までに。

エアフローセンサーは「吸気する量」を測るものです。

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