سنسور اکسیژن

ساختمان و نحوه کار سنسور اکسیژن

سیستم های کنترل موتور کامپیوتری (ٍECU) امروزی برای تنظیم عملکرد موتور ،  کاهش تولید گازهای گلخانه ای و سایر عملکردهای مهم، به ورودی های انواع حسگرها متکی هستند. سنسورها باید اطلاعات دقیقی را ارائه دهند در غیر این صورت مشکلاتی نظیر کاهش قابلیت هدایت پذیری، افزایش مصرف سوخت و افزایش انتشار گازهای گلخانه ای می تواند ایجاد شود.
یکی از سنسورهای اصلی در این سیستم، سنسور اکسیژن است که اغلب به عنوان سنسور O2 شناخته می شود. زیرا “O2” فرمول شیمیایی اکسیژن است (اتم های اکسیژن همیشه به صورت جفت هستند و هرگز به تنهایی حرکت نمی کنند).

تاریخجه

اولین سنسور اکسیژن در سال 1976 در ولوو 240 معرفی شد. بعد از آن وسایل نقلیه کالیفرنیایی در سال 1980، هنگامی که قوانین انتشار گازهای گلخانه ای در کالیفرنیا میزان انتشار کمتری را مجاز کرد، مجهز به سنسور اکسیژن شدند. قوانین انتشار فدرال باعث شده است تا سنسورهای اکسیژن روی همه اتومبیل ها و کامیون های سبک ساخته شده از سال 1981، اجباری شود. و اکنون با توجه به وجود مقررات OBD-II، امروزه بسیاری از وسایل نقلیه (از سال 1996 و وسایل نقلیه جدیدتر) مجهز به چندین سنسور اکسیژن، برخی چهار سنسور، هستند.

محل قرارگیری و نصب

سنسور اکسیژن در منیفولد اگزوز سوار شده است تا بتواند میزان اکسیژن سوخت نشده را در اگزوز مشاهده کند. نظارت بر میزان اکسیژن در اگزوز راهی برای سنجش مخلوط سوخت است. و به ایسیو  ECU می گوید که مخلوط سوخت غنی rich (اکسیژن کمتر) یا رقیق lean (اکسیژن بیشتر) می باشد.

عوامل زیادی می توانند بر غنی یا رقیق بودن مخلوط سوخت تأثیر بگذارند، از جمله دمای هوا، دمای مایع خنک کننده موتور، فشار بارومتریک، موقعیت دریچه گاز، جریان هوا و بار موتور. سنسورهای دیگری نیز برای نظارت بر این عوامل وجود دارد، اما سنسور اکسیژن، مانیتور اصلی برای آنچه در مخلوط سوخت اتفاق می افتد است. در نتیجه، هر مشکلی در رابطه با سنسور اکسیژن می تواند کل سیستم را نابسامان کند.

حلقه بسته و حلقه باز

تشریح عملکرد سنسور اکسیژن در خودروها جهت تنظیم عملکرد موتور و کاهش آلایندگی

ایسیو از ورودی سنسور اکسیژن برای تنظیم مخلوط سوخت استفاده می کند، که به آن “حلقه کنترل بازخورد” سوخت گفته می شود. کامپیوتر سیگنال خود را از حسگر اکسیژن می گیرد و با تغییر مخلوط سوخت پاسخ می دهد. این تغییر در مخلوط سوخت یک تغییر متناظر در خوانش سنسور اکسیژن ایجاد می کند. به این عمل “حلقه بسته” گفته می شود زیرا کامپیوتر برای تنظیم مخلوط سوخت، از ورودی سنسور اکسیژن استفاده می کند. نتیجه  یک نوسان سینوسی پیوسته در مخلوط سوخت از غنی تا رقیق است. که به مبدل کاتالیستی اجازه می دهد تا با راندمان اوج کار کند. در حالی که میانگین مخلوط سوخت کلی را در تعادل مناسب نگه می دارد تا انتشار گازهای آلاینده به حداقل برسد. این یک مجموعه پیچیده ولی کارامد است.
هنگامی که هیچ سیگنالی از سنسور اکسیژن دریافت نمی شود ، مانند موردی که برای اولین بار موتور سرد شروع به کار می کند یا سنسور 02 از کار می افتد، رایانه یک مخلوط سوخت غنی ثابت (تغییر ناپذیر) سفارش می دهد. به این عمل “حلقه باز” گفته می شود زیرا هیچگونه ورودی از سنسور اکسیژن برای تنظیم مخلوط سوخت دریافت نمی شود. اگر پس از رسیدن سنسور اکسیژن به دمای کاری خود، موتور نتواند وارد مرحله حلقه بسته شود، یا به خاطر از دست رفتن سیگنال سنسور اکسیژن از حلقه بسته خارج شود، موتور در حالت بسیار غنی عمل می کند. و باعث افزایش مصرف سوخت و انتشار بیشتر گازهای آلاینده می شود. حسگر مایع خنک کننده موتور همچنین می تواند مانع از ورود سیستم به حلقه بسته شود زیرا ایسیو  هنگام تصمیم گیری مبنی بر رفتن یا نرفتن به حالت حلقه بسته، دمای مایع خنک کننده موتور را  نیز در نظر می گیرد (حالت ساسات).

سنسور اکسیژن چگونه کار می کند

سنسور اکسیژن مانند یک مولد ولتاژ بسیار کوچک عمل می کند که پس از گرم شدن، ولتاژ خود را تولید می کند. به این صورت که اختلاف سطح اکسیژن بین اگزوز و هوای خارج باعث تولید ولتاژ از طریق حسگر می شود. هر چه این اختلاف بیشتر باشد، ولتاژ نیز بیشتر می شود. سنسور اکسیژن به طور معمول در مخلوط سوخت غنی حدود 0.9 ولت ولتاژ تولید می کند. در این حالت اکسیژن سوخت نشده کمی در اگزوز وجود دارد. وقتی مخلوط سوخت رقیق باشد، ولتاژ خروجی سنسور به حدود 0.1 ولت کاهش می یابد. هنگامی که مخلوط هوا به سوخت در نقطه تعادل حدود 14.7 به 1 باشد، سنسور حدود 0.45 ولت را تولید می کند.

چرا سنسور اکسیژن را سنسور لامبدا نیز می نامند

در یک مخلوط سوخت، نسبت هوا به سوخت واقعی به نسبت هوا به سوخت استوکیومتری آن مخلوط را لامبدا گویند. از آنجا که کار سنسور اکسیژن اندازه گیری مقدار اکسیژن موجود در محصولات احتراق می باشد و نهایتاً این اندازه گیری برای تنظیم مخلوط سوخت به کار برده می شود، لذا سنسور اکسیژن را سنسور لامبدا نیز می نامند.

نسبت هوا به سوخت متعادل در ماشین های بنزینی برابر با 14.7 به 1 می باشد. لذا نسبت هوا به سوخت استوکیومتری، 14.7 به 1 تعریف می شود. اگر نسبت هوا به سوخت واقعی برابر همین مقدار یعنی 14.7 به 1 باشد، لذا لاندا برابر یک می شود. که در این نقطه نسبت هوا به سوخت در حالت ایده آل است.

نقطه ایده‌آل ما لامبدای مساوی یک می باشد. لامبدای کوچکتر از یک نشان دهنده مخلوط سوخت غنی (اکسیژن کمتر) و لامبدای بزرگتر از یک نشان دهنده سوخت رقیق (اکسیژن بیشتر) است.

علایم یا نشانه های خرابی سنسور اکسیژن

1. روشن شدن چراغ چک
2. بد استارت خوردن در هنگام صبح و ریپ زدن مخصوصاً هنگام سرد بودن ماشین
3. قدرت نسبتاً کمتر موتور در هنگام شتاب گیری
4. احساس بوی نامطبوع خام سوزی
5. افزایش غیر معمول مصرف سوخت

باید توجه کرد که ممکن است تمامی این علائم به صورت یکجا در یک خودرو مشاهده نشود اما نشانه معمول در اکثر خودروها احساس بوی نامطبوع خام سوزی و افزایش مصرف سوخت می باشد. علائم خرابی سنسور اکسیژن در خودروهای مختلف متفاوت است. به عنوان مثال در ۲۰۶ که بسیار به سنسور اکسیژن حساس می باشد، باعث بد کار کردن و ریپ زدن ماشین می شود. و در برخی خودروهای جدید مانند پژو پارس با ایسیوی SSAT باعث کپ کردن ماشین می‌شود. تشخیص نهایی توسط تعمیرکار و با استفاده از دیاگ انجام می شود.

نکته مهمی که مشتریان عزیز باید به آن توجه کنند این است که در صورت سالم بودن گرم کن سنسور اکسیژن و خرابی قسمت حسگر، ممکن است پس از پاک کردن خطای “مقدار نادرست سنسور اکسیژن” توسط دیاگ، چراغ چک پاک شود، ولی بسته به میزان خرابیی حسگر، پس از گذشت چند دقیقه یا یک روز، چراغ چک مجدداً روشن خواهد شد. که در این صورت باید سنسور تعویض شود.

حذف سنسور اکسیژن

سنسور اکسیژن بالایی یکی از اصلی ترین سنسورهای خودرو می­باشد که وظیفه ارسال فیدبک میزان غنی یا رقیق بودن سوخت به ECU را دارد. لذا سیستم کنترل سوخت خودرو به واسطه وجود این سنسور یک سیستم حلقه بسته محسوب می‌شود. ولی با حذف این سنسور سیستم کنترل را به یک سیستم حلقه باز تبدیل خواهیم کرد که یک سیستم کنترل ابتدایی و غیر پیشرفته محسوب می‌شود.

نتیجه حذف این عضو حیاتی و ناقص کردن سیستم کنترل افزایش مصرف سوخت، افزایش آلاینده­ها و در بیشتر موارد بد کار کردن و کپ کردن ماشین خواهد بود. بدون این سنسور پاس کردن تست معاینه فنی نیز غیر ممکن می­باشد. لذا حذف سنسور اول به هیچ عنوان مقرون به صرفه نبوده و با صرف هزینه مجدد مجبور به خرید سنسور خواهید بود. لذا عاقلانه ترین کار اقدام به تعویض سنسور معیوب می­باشد.