El dispositiu i el principi de funcionament del sensor d’oxigen

Sensor d’oxigen: dispositiu dissenyat per registrar la quantitat d’oxigen que queda en els gasos d’escapament d’un motor de cotxe. Es troba al sistema d’escapament a prop del catalitzador. A partir de les dades rebudes pel generador d’oxigen, la unitat de control electrònic del motor (ECU) corregeix el càlcul de la proporció òptima de la mescla aire-combustible. L’excés de relació d’aire en la seva composició s’indica a la indústria de l’automòbil per la lletra grega lambda (λ), a causa del qual el sensor va rebre un segon nom: sonda lambda.

Coeficient d’aire en excés λ

Abans de desmuntar el disseny del sensor d’oxigen i el principi del seu funcionament, cal determinar un paràmetre tan important com l’excés de relació d’aire de la mescla combustible-aire: què és, què afecta i per què es mesura sensor.

En la teoria de l'operació ICE, hi ha un concepte com proporció estequiomètrica - Aquesta és la proporció ideal d'aire i combustible, en què es produeix una combustió completa del combustible a la cambra de combustió del cilindre del motor. Aquest és un paràmetre molt important, sobre la base del qual es calculen els modes de funcionament i lliurament de combustible. Equival a 14,7 kg d’aire a 1 kg de combustible (14,7: 1). Naturalment, aquesta quantitat de mescla aire-combustible no entra al cilindre en un moment determinat, és només una proporció que es recalcula per a condicions reals.

Relació d’aire en excés (λ) És la relació entre la quantitat real d'aire que entra al motor i la quantitat teòricament requerida (estequiomètrica) per a la combustió completa del combustible. En termes senzills, és "quant més (menys) d'aire ha entrat al cilindre del que hauria de tenir".

Depenent del valor de λ, hi ha tres tipus de barreja aire-combustible:

• λ = 1 - mescla estequiomètrica;
• λ <1 - barreja "rica" ​​(excreció - soluble; deficiència - aire);
• λ> 1 - barreja "magra" (excés d'aire; manca de combustible).

Els motors moderns poden funcionar amb els tres tipus de mescla, depenent de les tasques actuals (estalvi de combustible, acceleració intensiva, reducció de la concentració de substàncies nocives en els gasos d’escapament). Des del punt de vista dels valors òptims de potència del motor, el coeficient lambda hauria de tenir un valor d’aproximadament 0,9 (barreja “rica”), el consum mínim de combustible correspondrà a la barreja estequiomètrica (λ = 1). Els millors resultats per netejar els gasos d’escapament també s’observaran a λ = 1, ja que el funcionament eficient del convertidor catalític es produeix amb una composició estequiomètrica de la mescla aire-combustible.

Propòsit dels sensors d’oxigen

Dos vehicles d’oxigen s’utilitzen de sèrie en els cotxes moderns (per a un motor en línia). Un davant del catalitzador (sonda lambda superior) i el segon després (sonda lambda inferior). No hi ha diferències en el disseny dels sensors superior i inferior, poden ser els mateixos, però compleixen funcions diferents.

El sensor d’oxigen superior o frontal detecta l’oxigen restant del gas d’escapament. Basant-se en el senyal d’aquest sensor, la unitat de control del motor “entén” quin tipus de mescla aire-combustible funciona (estequiomètric, ric o magre). Depenent de les lectures de l’oxigenador i del mode de funcionament requerit, l’ECU ajusta la quantitat de combustible subministrada als cilindres. Normalment, el subministrament de combustible s’ajusta a la barreja estequiomètrica. Cal tenir en compte que quan el motor s’escalfa, els senyals del sensor són ignorats per l’ECU del motor fins que arriba a la temperatura de funcionament. La sonda lambda inferior o posterior s’utilitza per ajustar encara més la composició de la mescla i controlar la capacitat de manteniment del convertidor catalític.

Disseny del sensor d’oxigen i principi de funcionament

Hi ha diversos tipus de sondes lambda que s’utilitzen en els cotxes moderns. Considerem el disseny i el principi de funcionament dels més populars d’ells: el sensor d’oxigen basat en diòxid de zirconi (ZrO2). El sensor consta dels següents elements principals:

• Elèctrode exterior: entra en contacte amb els gasos d’escapament.
• Elèctrode intern: en contacte amb l’atmosfera.
• Element calefactor: s’utilitza per escalfar el sensor d’oxigen i portar-lo a la temperatura de funcionament més ràpidament (uns 300 ° C).
• Electròlit sòlid: situat entre dos elèctrodes (zircònia).
• Habitatge.
• Protecció de la punta: té forats especials (perforacions) perquè puguin entrar els gasos d’escapament.

Els elèctrodes externs i interiors estan recoberts de platí. El principi de funcionament d’una sonda lambda es basa en l’aparició d’una diferència de potencial entre les capes de platí (elèctrodes), que són sensibles a l’oxigen. Es produeix quan l'electròlit s'escalfa, quan els ions d'oxigen es mouen a través d'ell des de l'aire atmosfèric i els gasos d'escapament. La tensió als elèctrodes del sensor depèn de la concentració d’oxigen dels gasos d’escapament. Com més alt és, menor és el voltatge. El rang de tensió del senyal del sensor d’oxigen és de 100 a 900 mV. El senyal té una forma sinusoïdal, en què es distingeixen tres regions: de 100 a 450 mV - barreja magra, de 450 a 900 mV - barreja rica, 450 mV correspon a la composició estequiomètrica de la barreja aire-combustible.

Recurs oxigenador i el seu mal funcionament

La sonda lambda és un dels sensors més ràpidament desgastats. Això es deu al fet que està en contacte constant amb els gasos d’escapament i que el seu recurs depèn directament de la qualitat del combustible i de la capacitat de manteniment del motor. Per exemple, un dipòsit d’oxigen de zirconi té un recurs d’uns 70-130 mil quilòmetres.

Atès que el funcionament dels dos sensors d’oxigen (superior i inferior) es controla mitjançant el sistema de diagnòstic de bord OBD-II, si algun d’ells falla, es registrarà un error corresponent i el llum indicador “Check Engine” del tauler d’instruments s’encendrà. En aquest cas, podeu diagnosticar un mal funcionament mitjançant un escàner de diagnòstic especial. Des de les opcions de pressupost, cal parar atenció a Scan Tool Pro Black Edition.

Aquest escàner de fabricació coreana es diferencia dels anàlegs per la seva alta qualitat de construcció i la seva capacitat per diagnosticar tots els components i conjunts d’un cotxe i no només el motor. També és capaç de fer un seguiment de les lectures de tots els sensors (inclòs l’oxigen) en temps real. L’escàner és compatible amb tots els programes de diagnòstic populars i, sabent els valors de tensió admissibles, es pot jutjar la salut del sensor.

Quan el sensor d'oxigen funciona correctament, la característica del senyal és una sinusoide regular, que mostra una freqüència de commutació d'almenys 8 vegades en 10 segons. Si el sensor està fora d’ordre, la forma del senyal serà diferent de la de referència o la seva resposta a un canvi en la composició de la barreja s’alentirà significativament.

Els principals mal funcionaments del sensor d’oxigen:

• desgast durant el funcionament (“envelliment” del sensor);
• circuit obert de l'element calefactor;
• Pol · lució.

Tots aquests tipus de problemes poden desencadenar-se mitjançant l'ús de combustible de baixa qualitat, el sobreescalfament, l'addició de diversos additius, l'ingrés d'olis i agents de neteja a la zona de funcionament del sensor.

Senyals de mal funcionament de l’oxigenador:

• Indicador de llum d'advertència de mal funcionament al tauler.
• Pèrdua de poder.
• Mala resposta al pedal del gas.
• Motor rugós al ralentí.

Tipus de sondes lambda

A més de zircònia, també s’utilitzen sensors d’oxigen de titani i banda ampla.

• Titani. Aquest tipus de cambra d’oxigen té un element sensible al diòxid de titani. La temperatura de funcionament d’aquest sensor comença a partir de 700 ° C. Les sondes lambda de titani no requereixen aire atmosfèric, ja que el seu principi de funcionament es basa en un canvi en el voltatge de sortida, en funció de la concentració d’oxigen a l’escapament.
• La sonda lambda de banda ampla és un model millorat. Consisteix en un sensor de cicló i un element de bombament. El primer mesura la concentració d’oxigen en els gasos d’escapament, registrant la tensió causada per la diferència de potencial. A continuació, es compara la lectura amb el valor de referència (450 mV) i, en cas de desviació, s’aplica un corrent que provoca la injecció d’ions oxigen de l’escapament. Això succeeix fins que la tensió sigui igual a la donada.

La sonda lambda és un element molt important del sistema de gestió del motor, i el seu mal funcionament pot provocar dificultats de conducció i provocar un desgast augment d’altres parts del motor. I com que no es pot reparar, s’ha de substituir immediatament per un de nou.