سنسور اکسیژن – بخش 1

وظیفه – انواع – عملکرد

سنسور اکسیژن -ایمگ

امروزه رعایت نکات زیست‌ محیطی یکی از بحث‌های مهم در دنیا است که خودروها نیز از این امر مستثنی نیستند. کنترل میزان آلاینده‌ها در خودروها بسیار مهم است و استانداردهای آلایندگی EURO از جمله مواردی است که عدم رعایت آن از طرف خودروساز در زمان تولید و یا مالک در هنگام سرویس و نگهداری سبب اعمال جریمه‌های سنگین خواهد شد.خودروهای روز دنیا برای انجام این کار، مدیریت سوخت و جرقه از سنسورها و عملگرهای مختلف باکیفیت بهتر استفاده می‌کنند. یکی از این سنسورها که نقش بسیار مهمی در کنترل آلاینده‌های موتور دارد، سنسور اکسیژن است. در این مقاله به بررسی وظیفه، انواع و اجرا اصلی این سنسور پرداخته خواهد شد و در مقاله تکمیلی بعدی روش کنترل و عیب‌یابی آن مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

نکته: سنسور اکسیژن با نام‌های سنسور o2 (O2 sensor) یا سنسور لامبدا (Lambda Sensor) نیز شناخته می‌شوند.

توجه: حروف ” م و ب” هنگام تلفظ Lambda بسیار آرام گفته می‌شوند و شبیه حرف ” ن” شنیده شود بنابراین ممکن است نام این سنسور را لاندا نیز بشنوید.

نسبت استوکیومتری(AFR) و عدد لامبدا (λ)

مثلث آتش-ایمگشکل 1- مثلث آتش

همانطور که در شکل 1 نشان داده می‌شود با فراهم شدن اجزا مثلث آتش، این فرایند مهم اتفاق می‌افتد. اما برای اینکه میزان آلاینده‌های به حداقل برسد لازم است ماده سوختنی با یک نسبت مناسب با اکسیژن ترکیب شود که علاوه بر اینکه حداکثر انرژی حرارتی حاصل شود حداقل آلاینده‌ها نیز تولید شود. به این نسبت، نسبت استوکیومتری یا نسبت هوا به سوخت می‌گویند و آن را با ARF نشان می‌دهند. در نسبت استوکیومتری میزان CO تولیدی حداقل خواهد بود شکل 2 جدول نسبت استوکیومتری برای برخی سوخت‌ها را نشان می‌دهد.

جدول استوکیومتری چند نوع سوختجدول1- جدول استوکیومتری چند نوع سوخت

به عبارت ساده برای احتراق کامل 1 گرم بنزین به 14.7 گرم هوا نیاز دارد. درصورتی‌که این نسبت رعایت شود حداقل CO ممکن تولید خواهند شد. راهم آوردن شرایط برای این حالت بسیار دشوار است عموماً نمی‌توان 100 % به این حالت دسترسی پیدا کرد؛ بنابراین از یک شاخص دیگر به نام عدد لاندا استفاده می‌شود. عدد لاندا در واقع نسبت هوا به سوخت واقعی به ایده‌آل را نشان می‌دهد. رابطه 1 عدد لاندا را نشان می‌دهد.

رابطه لاندا-ایمگ رابطه 1 – رابطه لاندا

برای آنکه احتراق بنزین و هوا به طور کامل انجام شود، باید یک گرم بنزین با 14.7 گرم هوا ترکیب گردد. نسبت 1: 14.7را نسبت استوکیومتری(Stoichiometric Ratio ) گویند. هنگامی که مقدار سوخت بیش از حد مجاز یا هوا کمتر از حد مجاز باشد، مخلوط سوخت و هوا غنی(Rich ) می گردد. همچنین که اگر مقدار سوخت کمتر از حد مجاز یا هوا بیشتر از حد مجاز باشد، مخلوط سوخت و هوا رقیق(Lean ) می گردد. حال برای آنکه میزان غنی یا رقیق شدن مخلوط سوخت و هوا به صورت عددی قابل بیان باشد، از پارامتر بدون بعد (λ) استفاده می شود، اغلب مباحث در سیستم سوخت رسانی انژکتوری، نسبت به ضریبλ  و تغییرات آن، تجزیه و تحلیل می گردد. ضریب λاز رابطه 2 قابل محاسبه می باشد.

رابطه 2 در سنسور اکسیژن

رابطه 2

با توجه به رابطه فوق، ملاحظه می گردد که به ازای λ>1مخلوط سوخت و هوا رقیق می باشد، در حالتی که  1>λباشد، مخلوط سوخت و هوا غنی و به ازای  نسبت سوخت و هوا، نسبت استوکیومتری خواهد بود.

بنابراین ملاحظه می گردد که به ازای λ=1مخلوط سوخت و هوا، تقریباً احتراق کاملی داشته و آلودگی کاهش می یابد. موارد فوق در جدول 2 قابل مشاهده می باشد.

رابطه لاندا-ایمگ

جدول 2-ضریب لاندا

وظیفه سنسور اکسیژن

سنسور اکسیژن اطلاعات لازم برای تشخیص نسبت استوکیومتری واقعی را گردآوری می‌کند. این کار را با استفاده از اندازه‌گیری میزان اکسیژن در گازهای خروجی انجام می‌دهد. شکل 2 نمونه سنسور اکسیژن را نشان می‌دهد.

نمونه سنسور اکسیژن-ایمگشکل 2- نمونه سنسور‌اکسیژن

یکی از محصولات بسیار خطرناک و سمی احتراق بنزین و هوا، مونوکسید کربن (CO) می باشد. برای کنترل مقدار CO از سنسور اکسیژن استفاده می گردد تا میزان اکسیژن موجود در دود خروجی را اندازه گیری کرده و به ECU اطلاع دهد و واحد کنترل الکترونیکی از طریق کنترل مقدار هوای ورودی به موتور(توسط استپرموتور یا دریچه گاز برقی) و میزان زمان پاشش بنزین توسط انژکتورها به کنترل میزان CO بپردازد.

محل نصب سنسور

همانطور از هدف سنسور اکسیژن مشخص است این سنسور در مسیر اگزوز نصب می‌شود. خودروهایی که استاندارد عیب‌یابی OBD پیروی می‌کنند حداقل یک سنسور اکسیژن قبل از کاتالیست دارند. خودروهای امروزی حداقل 2 سنسور اکسیژن در مدار اگزوز دارند. شکل 3 محل نصب سنسور اکسیژن را نشان می‌دهد.

محل نصب سنسور اکسیژن 1-سنسوراکسیژن بالادستی (اولیه) 2- سنسوراکسیژن پایین‌دستی (ثانویه)
شکل 3- محل نصب سنسوراکسیژن در مدار اگزوز

نکته: تعداد سنسورهای اکسیژن متناسب با سیستم اگزوز می‌تواند بیش از دو عدد نیز باشد.شکل 4 این مورد را نشان می‌دهد.

موتور با بیش از 2 سنسور اکسیژنشکل 4- موتور با بیش از 2 سنسوراکسیژن

در خودروهای با استاندارد یورو 4 به بعد باید از دو سنسور اکسیژن بالادستی و پایین دستی استفاده شود. مطابق شکل 2، سنسور بالادستی روی مانیفولد دود یا بعد از مانیفولد دود و قبل از مبدل کاتالیستی سه منظوره ((TWC) Three-way Catalytic Converter) (این مبدل سه آلاینده CO، HC و  را کنترل می کند) نصب می گردد و میزان مونوکسیدکربن موجود در دود خروجی را اندازه گیری می کند و به اطلاع واحد کنترل یا ECU می رساند تا ECU نسبت به افزایش هوای ورودی به موتور(از طریق کنترل استپرموتور یا دریچه گاز برقی) یا کاهش پاشش سوخت(از طریق کنترل زمان پاشش سوخت انژکتورها) اقدام نماید. در حالیکه سنسور پایین دستی دقیقا بعد از مبدل کاتالیستی نصب می گردد و وظیفه آن بررسی وضعیت عملکرد مبدل کاتالیستی می باشد به نحوی که اگر میزان مونوکسید کربن اندازه گیری شده توسط سنسور بالادستی با آنچه سنسور اکسیژن پایین دستی اندازه گیری می کند یکی باشد نشان دهند عدم عملکرد مبدل کاتالیسیتی می باشد و ECU با روشن کردن چراغ چک به راننده هشدار تعویض مبدل کاتالیسیتی را اعلام می نماید. شکل 5 موقعیت نصب سنسورهای اکسیژن بالادستی و پایین دستی در موتوری که مجهز به دو سیستم اگزوز می باشد را نشان می دهد.

موقعیت نصب سنسورهای اکسیژن بالا و پایین دستی

شکل 5-موقعیت نصب سنسورهای اکسیژن بالا و پایین دستی

انواع سنسور اکسیژن

سنسورهای اکسیژن را به روش‌های مختلف می‌توان دسته‌بندی کرد نمودار شکل 6 چند روش دسته‌بندی سنسورهای اکسیژن را نشان می‌دهد.

دسته‌بندی سنسوراکسیژنشکل 6- دسته‌بندی سنسوراکسیژن

1- ساده‌ترین روش دسته‌بندی سنسورهای O2 بررسی تعداد سیم‌های آن سنسور است. همانطور که در نمودار شکل 5 ملاحظه می‌شود سیم‌های سنسورهای اکسیژن بین 1 الی 6 عدد است، شکل 7 این نمونه‌ها را نشان می‌دهد.

انواع سنسور اکسیژن از نظر تعداد سیمشکل 7 – انواع سنسوراکسیژن از نظر تعداد سیم

دسته‌بندی سنسورها از نظر تعداد سیم شاید برای کاربر خودرو راحت‌تر و قابل تشخیص تر باشد (مثال شکل 8) اما از دید علمی دسته‌بندی مناسبی به نظر نمی‌رسد.

سنسور اکسیژن بالادستی شکل8– سنسور اکسیژن بالادستی 4 سیم طرح سبز مناسب برای خانواده پژو 405

سنسورهای اکسیژنی که امروزه در خودروهای داخل کشور مورد استفاده قرار می گیرند مطابق شکل 9 دارای چهار رشته سیم می باشند که دو سیم سفید رنگ جریان برق مثبت و منفی گرمکن سنسور را تامین می کند و دو رشته سیم های مشکی و خاکستری به دو سر لایه دی اکسید زیرکونیم یا سلول سنسور اکسیژن متصل می باشند.

سیم های سنسوراکسیژنشکل 9- سیم های سنسوراکسیژن

همانگونه که در شکل 10 ملاحظه می گردد، واحدکنترل سیستم، با توجه به بازخورد سنسور اکسیژن، نسبت هوا به سوخت (ورودی سیستم) را از طریق تغییر در زمان پاشش انژکتور یا جابجایی استپر موتور یا دریچه گاز برقی کنترل می کند. این کنترل در راستای بهبود و کاهش CO از موتور انجام می شود.

این مطلب را حتما بخوانید  عیب‌یابی سیستم تهویه مطبوع

کنترل حلقه بسته CO خروجی موتورشکل 10-کنترل حلقه بسته CO خروجی موتور

امروز و به ویژه برای خودروهای تولید داخل از سنسورهای اکسیژن با دو طرح کانکتور ساژم و کانکتور زیمنس مطابق شکل های 11 و 12 استفاده می شود.

سنسوراکسیژن با کانکتور طرح ساژمشکل 11-سنسوراکسیژن با کانکتور طرح ساژم

سنسوراکسیژن با کانکتور طرح زیمنسشکل 12- سنسور اکسیژن با کانکتور طرح زیمنس

لازم به ذکر است که ساختمان داخلی سنسور های اکسیژن با کانکتور طرح ساژم و کانکتور طرح زیمنس یا از نوع انگشتی یا از نوع صفحه ای می باشد و همگی چهار سیم می باشند که همانگونه که پیشتر ذکر شد، سیم های سفید به گرمکن سنسور متصل می باشد و سیم های مشکی و خاکستری به سلول سنسور اکسیژن متصل می باشند.

سنسورهای اکسیژن 4 سیم دارای پاسخ زمانی طولانی تری نسبت به سنسورهای 4 سیم می باشند به نحوی که به ویژه هنگام روشن شدن موتور و سرد بودن سنسور اکسیژن نمی تواند نسبت به اندازه گیری مقدار اکسیژن موجود در دود خروجی به طور مطلوب عمل کند و بنابراین میزان آلایندگی افزایش می یابد. بدین منظور از سنسورهای اکسیژن 6 سیم که به سنسورهای اکسیژن Wide Band  نیز معروف می باشند استفاده می شود در حالیکه سنسورهای اکسیژن 4 سیم به سنسورهای اکسیژن Narrow Band  معروف می باشند. شکل 13 نوعی سنسور اکسیژن 6 سیم را نشان می دهد.

سنسوراکسیژن شش سیمشکل 13-سنسور اکسیژن شش سیم

مطابق شکل 14، که ساختمان داخلی سنسور اکسیژن 6 سیم را نشان می دهد، علاوه بر گرمکن سنسور اکسیژن و سلول سنسور اکسیژن از یک سلول اصطلاحا پمپ نیز استفاده می شود که باعث می شود سرعت واکنش های شیمیایی سلول سنسور اکسیژن افزایش یابد و پاسخ زمانی آن کاهش یابد و بنابراین اندازه گیری میزان مونوکسید کربن موجود در دود خروجی و موتور و کنترل آن با سرعت و دقت بیشتری انجام می شود.

ساختمان داخلی سنسوراکسیژن 6 سیمشکل 14-ساختمان داخلی سنسور اکسیژن 6 سیم

2- دسته‌بندی سنسورها از نظر جنس ماده اصلی حسگر سنسور شاید شیوه دقیق‌تری برای این تقسیم‌بندی‌ها باشد. عموماً سنسورهایی اکسیژن یا از نوع دی‌اکسید تیتانیوم هستند و یا از نوع دی‌اکسید زیرکونیوم هستند.

  • سنسور اکسیژن نوع دی اکسید زیرکونیوم (Zrο2)

سنسورهای زیرکونیومی می‌تواند از 1 الی 6 سیم داشته باشند معمولاً به روش الکتروشیمیایی کار می‌کنند و سیگنال خروجی آنها به واحد ECM می‌تواند از نوع ولتاژی (در مدل‌های معمولی) و یا جریانی (در مدل‌های wideband) باشد. برخی از مدل‌های اولیه این نوع سنسور به المنت گرم‌کن نیز نیازی ندارند. شکل 15 اجزا داخلی این سنسور را نشان می‌دهد.

اجزا نوعی سنسور لامبدا 1-بدنه فلزی 2- واحد گرم‌کن 3- صفحه محافظ سنسور 4- واحد زیرکونیوم 5- واشر
6- واحد سرامیکی 7- عایق 8- سیم‌های اتصال 9- کابل‌های گرم‌کن 10- اتصال بدنه سنسور
شکل 15- اجزا نوعی سنسور لامبدا از نوع زیرکونیومی

برای جلوگیری از آسیب دیدن دی اکسید زیرکونیم، آنرا به وسیله لایه نازکی به ضخامت تقریبی 10 میکرومتر از جنس پلاتینیوم می پوشانند. البته این لایه محافظ، باعث ایجاد خاصیت کاتالیزوری اکسیداسیون نیز می شود و برای جلوگیری از آسیب دیدن لایه محافظ باید از بنزین بدون سرب استفاده نمود. در دمای بالاتر از ، دی اکسید زیرکونیم مانند یک باتری کوچک عمل می کند. بدین ترتیب که با توجه به اختلاف مقدار اکسیژن روی لایه داخلی و لایه خارجی سنسور، اختلاف پتانسیلی بین لایه داخلی و لایه خارجی آن بوجود می آید.

مطابق شکل 16 ملاحظه می گردد که اگر مخلوط سوخت، غنی باشد(λ<1)، در لایه داخلی سنسور که به هوای آزاد ارتباط دارد، مقدار زیادی اکسیژن وجود خواهد داشت، در حالیکه لایه خارجی سنسور که درون اگزوز قرار دارد، مقدار بسیار کمی اکسیژن دارد، بنابراین با توجه به یونیزه شدن سطح داخلی سنسور، اختلاف پتانسیل مثبتی در آن ایجاد شده و اختلاف پتانسیل منفی در لایه خارجی سنسور بوجود می آید. بدین ترتیب در محدوده  λ<1 اختلاف پتانسیلی بین mv 500 تا  mv 1000 با توجه به دمای سنسور به وسیله سنسور تولید می شود.

ولتاژ تولیدی سنسوراکسیژنشکل 16- ولتاژ تولیدی سنسور اکسیژن

از طرفی به ازایλ >1 به دلیل کاهش اختلاف مقدار اکسیژن در لایه خارجی و داخلی سنسور، اختلاف پتانسیلی در حدود صفر تا  mv400 تولید می شود. به ازای λ=1که ناحیه بین رقیق و غنی بودن مخلوط سوخت و هوا می‌باشد، ولتاژ تولیدی سنسور در دماهای مختلف، بین  mv400 تا حدود  mv500 می باشد. یعنی در عمل در محدوده λ=1، منحنی ولتاژ تولید سنسور نسبت به λکاملا عمودی نمی باشد.

ساختمان سنسور اکسیژن در شکل 17 نشان داده شده است.

ساختمان سنسور اکسیژن1: محفظه سنسور                2: لوله سرامیکی محافظ                  3: سیم های سنسوراکسیژن                         4: لوله محافظ شیاردار      5: دی اکسید زیرکونیم                 6: محل اتصال سنسور به ترمینال آن

7: لوله محافظ خارجی          8:   گرمکن                9: ترمینال گرمکن

شکل 17- ساختمان سنسور اکسیژن

تغییر در ولتاژ تولیدی این سنسور نسبت به ، به شدت به دمای سنسور بستگی دارد. به نحوی که اگر دمای سنسور در محدوده ℃300 تا ℃600 حفظ شود، سنسور در مدت زمانی کمتر از 50 میلی ثانیه از خود واکنش نشان داده و سیگنال ولتاژ تولیدی خود را به واحد کنترل سیستم انژکتور ارسال می کند.

بنابراین دمای سنسور همواره باید در محدوده ℃300 تا حداکثر ℃850 حفظ شود. حداکثر دمای قابل تحمل توسط سنسور برای مدت زمان های کوتاه و ناپیوسته   می باشد. در مدت زمانی که دمای سنسور به   نرسیده است، کنترل آلودگی مونوکسید کربن موتور امکان پذیر نمی باشد. به همین دلیل در خودروها مطابق شکل 18 از دو نوع سنسور اکسیژن گرمکن دار و بدون گرمکن استفاده می شود.

سنسور اکسیژن1: سنسوراکسیژن بدون کرمکن                       2: سنسوراکسیژن گرمکن دار

شکل 18- سنسوراکسیژن

سنسور بدون گرمکن فقط یک سیم (در بعضی موارد دو سیم) دارد. در حالیکه سنسور گرمکن دار دارای سه سیم و امروزه عمدتا با چهار سیم تولید و عرضه می شوند. یک یا دو سیم برای ولتاژ سیگنال سنسور و دو سیم دیگر به گرمکن الکتریکی وصل می باشد. گرمکن 20 تا 30 ثانیه پس از استارت زدن موتور، دمای سنسور را به محدوده مناسب می رساند. معمولاً المنت گرمکن، یک مقاومت از نوع PTC می باشد، یعنی با افزایش دما، مقاومت آن زیاد شده و جریان کمتری از آن عبور می کند. البته در  انواع پیشرفته تر، جریان گرمکن به وسیله واحد کنترل تنظیم شده و پس از گرم شدن موتور، جریان آن قطع می شود.

  • سنسور اکسیژن نوع دی اکسید تیتانیوم (Tio2)

سنسورهای اکسیژن تیتانیومی به روش تغییرات مقاومتی میزان ولتاژ خروجی را کنترل می‌کنند. این سنسورها عموماً دارای گرم‌کن هستند تا بتوانند به‌سرعت بیشتری به حداکثر کارایی خود برسند. شکل 19 نوعی سنسور لاندا تیتانیومی را نشان می‌دهد.

نوعی سنسور تیتانیومی1-صفحه محافظ      2- لایه انتقال‌دهنده    3- پوشش سرامیکی         4- سیم‌های اتصال

5- آب‌بند    6- عایق شیشه‌ای       7- بنده فلزی       8- واشر       9- واحد تیتانیومی

شکل 19- نوعی سنسور تیتانیومی

این نوع در گذشته در موتور خودورها مورد استفاده قرار می گرفت که نوعی از آن که بدون گرمکن نیز می باشد در شکل 20، قابل ملاحظه می باشد.

نوعی سنسور تیتانیومی1: ولتاژ مرجع ورودی به سنسور از واحد کنترل                           2: سیگنال ولتاژ خروجی از سنسور به واحد کنترل

3: دی اکسید تیتانیوم                                                          4: پوسته محافظ سنسور

شکل 20-سنسوراکسیژن از نوع دی اکسید تیتانیوم بدون گرمکن

عملکرد این سنسور نیز مانند سنسور اکسیژن نوع دی اکسید زیرکونیم می باشد. با این تفاوت که سنسور اکسیژن نوع دی اکسید زیرکونیم، مولد جریان برق می باشد، در حالی که سنسور اکسیژن نوع دی اکسید تیتانیوم، یک سنسور مقاومتی است. این سنسور در دمای بالا مانند یک نیمه هادی عمل می کند. مطابق شکل 21، در حالتی کهλ<1  باشد، مخلوط سوخت و هوا غنی بوده و مقدار اکسیژن موجود در دود اگزوزکم است. در این حالت مقاومت سنسور خیلی کم و در حدود چند اهم است. ولی اگر λ>1 باشد، مقدار اکسیژن موجود در دود افزایش یافته و مقاومت این سنسور به حدود100ΚΩ  می رسد. با توجه به تغییر مقاومت این سنسور، جریان ورودی واحد کنترل به هنگام بازگشت به واحد کنترل، دچار تغییر سیگنال ولتاژ می گردد. با ارسال سیگنال ولتاژ از این سنسور به واحد کنترل سیستم انژکتور، دستور لازم جهت تغییر زمان پاشش سوخت انژکتورها و یا حجم هوای ورودی به موتور، توسط واحد کنترل صادر می شود.

این مطلب را حتما بخوانید  انژکتور خودرو و عیوب آن

این سنسور نیز مانند سنسور حالت قبل، می تواند دارای گرمکن باشد.

نمودار عملکرد سنسور اکسیژن از نوع دی اکسید تیتانیومشکل 21-نمودار عملکرد سنسوراکسیژن از نوع دی اکسید تیتانیوم

3-روش دیگر دسته‌بندی سنسورهای O2 از نظر فرم بخش سنسور است. معمولاً به‌صورت thimble (انگشتی) و یا نوع Planer (صفحه ساده) دیده می‌شوند. تقریباً تمامی سنسورهای لاندا از نوع wideband از مدل planer استفاده می‌کنند. شکل 22 یک نمونه سنسور زیرکونیومی از نوع انگشتی را نشان می‌دهد.

سنسور زیرکونیمی از نوع thimble1-اتصال گرم‌کن 2- بدنه فلزی 3- واحد سنسور زیرکونیومی از نوع thimble 4- پوشش محافظ سنسور
5-هوزینگ 6- پوشش 7- صفحه اتصال 8- بخش عایق 9- گرم‌کن 10- سیم‌ها 11- کانکتور
شکل 22- سنسور زیرکونیمی از نوع thimble

4-یکی دیگر از روش‌های دسته‌بندی که نسبت به سایر روش‌ها اهمیت بیشتر دارد روش دسته‌بندی از نوع محدوده عملکرد است همان‌طور که در نمودار شکل 5 نشان‌داده‌شده است از این نظر سنسورها به دودسته کلی
Narrow band و Wide band تقسیم می‌شوند. سنسورهای wideband (Wide-band) بیشتر در خودروهای روز استفاده شده تعداد سیم‌های این سنسورها می‌تواند بین 4 الی 6 سیم باشد. دقت و کیفیت و محدوده عملکرد بهتری نسبت به سنسورهای Narrow band دارند. شکل 23 این دو نوع سنسور را با هم مقایسه می‌کند.

مقایسه اجزا سنسور اکسیژن زیرکونیومی شکل 23- مقایسه اجزا سنسوراکسیژن زیرکونیومی از نوع narrow-band و wide-band

همانطور که در شکل 23 ملاحظه می‌شود. سنسورهای Wideband از نوع دی‌اکسید زیرکونیمی هستند. معمولاً هر دو نوع سنسور برای عملکرد به هوا به‌عنوان مقایسه‌گر نیاز دارند.

ماده فعال این سنسور، دی اکسید زیرکونیم (ZrO2) می باشد که مطابق شکل های 24 و 25 به دو شکل انگشتی(Thimble) یا صفحه ای(Planar) ساخته می شوند.

ماده فعال سنسوراکسیژن شکل 24- ماده فعال سنسوراکسیژن از نوع انگشتی یا استوانه ای

ماده فعال سنسور اکسیژن از نوع صفحه ای یا تختشکل 25- ماده فعال سنسوراکسیژن از نوع صفحه ای یا تخت

دلیل نام‌گذاری سنسورها به‌صورت wide و narrow را می‌توانید در نمودارهای شکل 26مشاهده کنید.

مقایسه ولتاژ سنسور شکل 26- مقایسه ولتاژ سنسور Narrow و Wide

همانطور که در شکل 26مشاهده می‌شود محدوده ولتاژ مناسب در سنسور wide band بیشتر است در نتیجه این سنسور می‌تواند بادقت و کیفیت بیشتری گازهای خروجی را مورد آنالیز قرار دهد نوع سنسور و محدوده عملکرد ان در تحلیل و عیب یابی آن باید مورد توجه قرار بگیرد. شکل 27 سنسور اکسیژن 6 سیم مورد استفاده در موتور EF7 را نشان می‌دهد.

 سنسور اکسیژن شکل 27 – سنسوراکسیژن wide-band مورداستفاده در برخی موتورهای EF7

با توجه به شکل 28، پایه های H+ و H- به گرمکن سنسور اکسیژن متصل می باشند در حالیکه پایه های Vs و Vs/Ip به سلول سنسور اکسیژن متصل می باشند و پایه های Cal و Ip نیز به سلول پمپ سنسور اکسیژن متصل می باشند و نهایتا این نوع سنسور اکسیژن 6 پایه می باشد که 6 سیم نیز به این پایه ها متصل می گردد.

ساختمان داخلی سنسوراکسیژن 6 سیمشکل 28-ساختمان داخلی سنسوراکسیژن 6 سیم

نکته: با توجه به شکل 29، ولتاژ تولیدی سلول سنسور اکسیژن 6 سیم بین 1 تا ولت 2.7 می باشد.

نمودار ولتاژ تولیدی سنسوراکسیژن Wide Bandشکل 29-نمودار ولتاژ تولیدی سنسوراکسیژن Wide Band

عملکرد سنسور اکسیژن

مطابق شکل 30 با عبور دود خروجی موتور از اطراف سنسور اکسیژن، ماده فعال یا سلول سنسور اکسیژن با توجه به اختلاف میزان مولکول های اکسیژن روی لایه های داخلی و بیرونی سلول سنسور اکسیژن، یونیزه شده و جریان برقی با ولتاژ صفر تا یک ولت در سنسورهای Narrow Band و جریان برقی بین صفر تا 5/4 ولت در سنسورهای Wide Band به واحد کنترل یا ECU ارسال می کند تا واحد کنترل الکترونیکی نسبت به کنترل میزان هوای ورودی به موتور توسط استپرموتور یا دریچه گاز برقی و میزان پاشش بنزین توسط انژکتورها اقدام نماید.

شماتیک سنسور اکسیژن1: لایه دی اکسید زیرکونیم                          2: قطب های مثبت و منفی                         3: ترمینال لایه داخلی

4: ترمینال لایه خارجی                         5: لوله اگزوز                                   6: لایه حافظ از جنس پلاتینیوم

شکل 30- شماتیک سنسوراکسیژن

بر اساس ماده اصل سنسور (تیتانیوم یا زیرکونیوم) در زمانی که سنسور در معرض گازهای خروجی قرار می‌گیرد. انیمیشن 1 نحوه عملکرد سنسوراکسیژن را نشان می‌دهد.

 

نحوه عملکرد این سنسور همانطور که در فیلم هم مشاهده می‌شود بدین صورت است که در صورت اختلاف تعداد مولکول‌های اکسیژن بر روی لایه داخلی و خارجی سنسوراکسیژن لایه دی‌اکسید زیرکونیوم با لایه سرامیکی، یونیزه شده و باعث ایجاد اختلاف‌پتانسیلی بین لایه‌های داخلی و خارجی می گرد و ولتاژ تولید شده به سمت ECM ارسال می‌گردد.ECM باتوجه‌به ولتاژ دریافتی میزان غنی یا رقیق بودن سوخت را تشخیص داده و سپس با انجام کنترل‌های لازم انژکتورها و استپر موتور (یا موتور برقی دریچه گاز) و البته با توجه به اطلاعات سایر سنسورها میزان سوخت و جرقه را تنظیم می‌کند.

روش عیب یابی و آزمایش سنسور اکسیژن:

برای آزمایش سنسور اکسیژن از دو روش زیر می‌توان استفاده کرد:

  • آزمایش سنسور اکسیژن روی خودرو

    چنانچه سنسور اکسیژن بر روی خودرو نصب باشد می توان با استفاده از مولتی متر نسبت به آزمایش سنسور اکسیژن اقدام کرد.

  1.  آزمایش گرمکن سنسور اکسیژن:
    در حالت خاموش بودن موتور میزان مقاومت گرمکن سنسور اکسیژن که متصل به سیم های سفید رنگ می باشد را باید با اهم متر اندازه گیری کرد که حدود 7 اهم می باشد سپس با روشن کردن موتور و گرم شدن تدریجی سنسور اکسیژن، میزان این مقاومت باید افزایش یابد.
  2. آزمایش سلول سنسور اکسیژن:
    در این حالت مولتی متر را بر روی حالت اندازه گیری ولتاژ مستقیم قرار داده و با متصل کردن سیم های ولت متر به پایه های کانکتور سنسور اکسیژن که به سیم های مشکی و خاکستری متصل می باشند، میزان ولتاژ تولید سنسور اکسیژن را می توان ملاحظه کرد. مقدار ولتاژ تولیدی سنسور اکسیژن چهارسیم باید بین صفر تا یک ولت و 6 سیم بین صفر تا 5/4 ولت متغیر باشد و بخصوص با تغییر دور موتور کاملا متغیر باشد. در صورتی که با تغییر دور موتور، ولتاژ تولیدی سنسور اکسیژن ثابت باشد نشانه خرابی سنسور اکسیژن می باشد.
  • آزمایش سنسور اکسیژن که روی خودرو نصب نشده است

    برای انجام آزمون گرمکن و سلول سنسور اکسیژنی که روی خودرو نصب نشده است، می توان با استفاده از یک مشعل گاز اتانول آزمون های قبل را تکرار کرد. بدین ترتیب که در حالت سرد مقاومت گرمکن اندازه گیری می شود که باید حدود 7 اهم باشد و با قرار گرفتن سنسور در معرض شعله مشعل مقاومت گرمکن سنسور اکسیژن باید به مرور افزایش یابد. برای آزمایش سلول سنسور اکسیژن نیز با قرار دادن سنسور در معرض احتراق ناشی از سوختن گاز اتانول و قراردادن سنسور در هوای محیط باید ولتاژ تولیدی سلول سنسور اکسیژن بین صفر تا یک ولت متغیر باشد. در صورت ثابت ماندن ولتاژ تولیدی سلول سنسور اکسیژن، نشانه خرابی سلول سنسور اکسیژن می باشد.

آنچه در این مقاله ذکر شد به‌صورت مختصر وظیفه، انواع، اجزا  و عیب یابی سنسور اکسیژن بود. در مقاله بعدی به طور جامع کامل به  روش‌های سرویس، نگهداری و عیب‌یابی این سنسور می پردازیم.

2 دیدگاه. ارسال دیدگاه جدید

  • با سلام
    با سلام

    با تشکر از تمامی زحمات شما و مطالب خوب آموزشی تان لازم میدانم که متذکر شوم برای منابع مطالبتان حتماً منابع درست و آدرس درست را ذکر کنید این که تنها نام کتابی را بدون نام نویسنده و ناشر به کار می برید و آدرس فصل و صفحه منبع را نمی گوید دور از شان کار حرفه ای است.
    سپاس از توجه شما

برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.
فهرست