O dispositivo e o princípio de operação do sensor de oxigênio

Sensor de oxigênio - um dispositivo projetado para registrar a quantidade de oxigênio restante nos gases de escape do motor de um carro. Ele está localizado no sistema de exaustão próximo ao catalisador. Com base nos dados recebidos pelo gerador de oxigênio, a unidade de controle eletrônico do motor (ECU) corrige o cálculo da proporção ideal da mistura ar-combustível. A proporção de excesso de ar em sua composição é indicada na indústria automotiva pela letra grega lambda (λ), devido ao qual o sensor recebeu um segundo nome - sonda lambda.

Excesso de fator de ar λ

Antes de desmontar o projeto do sensor de oxigênio e o princípio de seu funcionamento, é necessário determinar um parâmetro tão importante como a proporção de excesso de ar da mistura ar-combustível: o que é, o que afeta e por que é medido pelo sensor.

Na teoria da operação ICE, existe um conceito como relação estequiométrica - esta é a proporção ideal de ar e combustível, na qual a combustão completa do combustível ocorre na câmara de combustão do cilindro do motor. Este é um parâmetro muito importante, com base no qual o fornecimento de combustível e os modos de operação do motor são calculados. É igual a 14,7 kg de ar para 1 kg de combustível (14,7: 1). Naturalmente, tal quantidade de mistura ar-combustível não entra no cilindro ao mesmo tempo, é apenas uma proporção que é recalculada para condições reais.

Razão de excesso de ar (λ) É a razão entre a quantidade real de ar que entra no motor e a quantidade teoricamente necessária (estequiométrica) para a combustão completa do combustível. Em termos simples, é “quanto mais (menos) ar entrou no cilindro do que deveria”.

Dependendo do valor de λ, existem três tipos de mistura de ar-combustível:

• λ = 1 - mistura estequiométrica;
• λ <1 - mistura “rica” (excreção - solúvel; deficiência - ar);
• λ> 1 - mistura "pobre" (excesso - ar; falta - combustível).

Os motores modernos podem funcionar com os três tipos de mistura, dependendo das tarefas atuais (economia de combustível, aceleração intensiva, redução da concentração de substâncias nocivas nos gases de escape). Do ponto de vista dos valores ideais de potência do motor, o coeficiente lambda deve ter um valor de cerca de 0,9 (mistura “rica”), o consumo mínimo de combustível corresponderá à mistura estequiométrica (λ = 1). Os melhores resultados para a limpeza dos gases de escape também serão observados em λ = 1, uma vez que o funcionamento eficiente do conversor catalítico ocorre com uma composição estequiométrica da mistura ar-combustível.

Objetivo dos sensores de oxigênio

Dois sensores de oxigênio são usados ​​como padrão em carros modernos (para um motor em linha). Um na frente do catalisador (sonda lambda superior) e o segundo depois dele (sonda lambda inferior). Não há diferenças no design dos sensores superior e inferior, eles podem ser iguais, mas desempenham funções diferentes.

O sensor de oxigênio superior ou frontal detecta o oxigênio restante no gás de exaustão. Com base em um sinal desse sensor, a unidade de controle do motor “entende” com que tipo de mistura ar-combustível o motor está funcionando (estequiométrico, rico ou pobre). Dependendo das leituras do oxigenador e do modo de operação necessário, a ECU ajusta a quantidade de combustível fornecida aos cilindros. Normalmente, o fornecimento de combustível é ajustado para a mistura estequiométrica. Deve-se observar que quando o motor esquenta, os sinais do sensor são ignorados pela ECU do motor até que ela atinja a temperatura de operação. A sonda lambda inferior ou traseira é usada para ajustar ainda mais a composição da mistura e monitorar a capacidade de manutenção do conversor catalítico.

O projeto e o princípio de operação do sensor de oxigênio

Existem vários tipos de sondas lambda usadas em carros modernos. Vamos considerar o projeto e o princípio de operação do mais popular deles - o sensor de oxigênio baseado em dióxido de zircônio (ZrO2). O sensor consiste nos seguintes elementos principais:

• Eletrodo externo - faz contato com os gases de exaustão.
• Eletrodo interno - em contato com a atmosfera.
• Elemento de aquecimento - usado para aquecer o sensor de oxigênio e trazê-lo à temperatura de operação mais rapidamente (cerca de 300 ° C).
• Eletrólito sólido - localizado entre dois eletrodos (zircônia).
• Corpo
• Proteção da ponta - tem orifícios especiais (perfurações) para a entrada dos gases de exaustão.

Os eletrodos externos e internos são revestidos de platina. O princípio de funcionamento de tal sonda lambda é baseado na ocorrência de uma diferença de potencial entre as camadas de platina (eletrodos), que são sensíveis ao oxigênio. Ela ocorre quando o eletrólito é aquecido, quando íons de oxigênio se movem através dele do ar atmosférico e dos gases de exaustão. A tensão nos eletrodos do sensor depende da concentração de oxigênio nos gases de exaustão. Quanto maior for, menor será a tensão. A faixa de tensão do sinal do sensor de oxigênio é de 100 a 900 mV. O sinal tem forma senoidal, onde se distinguem três regiões: de 100 a 450 mV - mistura pobre, de 450 a 900 mV - mistura rica, 450 mV corresponde à composição estequiométrica da mistura ar-combustível.

Recurso oxigenador e seu mau funcionamento

A sonda lambda é um dos sensores que se desgastam mais rapidamente. Isso se deve ao fato de estar em contato constante com os gases de escapamento e seu recurso depende diretamente da qualidade do combustível e da facilidade de manutenção do motor. Por exemplo, um tanque de oxigênio de zircônio tem um recurso de cerca de 70-130 mil quilômetros.

Uma vez que a operação de ambos os sensores de oxigênio (superior e inferior) é monitorada pelo sistema de diagnóstico de bordo OBD-II, se algum deles falhar, um erro correspondente será registrado e a lâmpada indicadora de "Verificar motor" no painel de instrumentos vai acender. Nesse caso, você pode diagnosticar um mau funcionamento usando um scanner de diagnóstico especial. Das opções de orçamento, você deve prestar atenção ao Scan Tool Pro Black Edition.

Este scanner de fabricação coreana difere dos análogos em sua alta qualidade de construção e na capacidade de diagnosticar todos os componentes e montagens de um carro, e não apenas o motor. Ele também é capaz de rastrear as leituras de todos os sensores (incluindo oxigênio) em tempo real. O scanner é compatível com todos os programas de diagnóstico populares e, conhecendo os valores de tensão permitidos, você pode avaliar a integridade do sensor.

Quando o sensor de oxigênio está funcionando corretamente, a característica do sinal é uma sinusóide regular, mostrando uma frequência de chaveamento de pelo menos 8 vezes em 10 segundos. Se o sensor estiver fora de serviço, o formato do sinal será diferente do de referência ou sua resposta a uma mudança na composição da mistura será significativamente mais lenta.

Os principais problemas de funcionamento do sensor de oxigênio:

• desgaste durante a operação (sensor “envelhecimento”);
• circuito aberto do elemento de aquecimento;
• poluição.

Todos esses tipos de problemas podem ser desencadeados pelo uso de combustível de baixa qualidade, superaquecimento, adição de vários aditivos, entrada de óleos e agentes de limpeza na área de operação do sensor.

Sinais de mau funcionamento do oxigenador:

• Indicação de luz de advertência de mau funcionamento no painel.
• Perda de potência.
• Resposta fraca ao pedal do acelerador.
• Motor irregular em marcha lenta.

Tipos de sondas lambda

Além de zircônia, sensores de titânio e oxigênio de banda larga também são usados.

• Titânio. Este tipo de oxigenador possui um elemento sensível ao dióxido de titânio. A temperatura de operação de tal sensor começa em 700 ° C. As sondas lambda de titânio não requerem ar atmosférico, pois seu princípio de funcionamento é baseado na variação da tensão de saída, dependendo da concentração de oxigênio no escapamento.
• A sonda lambda de banda larga é um modelo aprimorado. Consiste em um sensor de ciclone e um elemento de bombeamento. O primeiro mede a concentração de oxigênio no gás de exaustão, registrando a tensão causada pela diferença de potencial. A seguir, a leitura é comparada com o valor de referência (450 mV) e, em caso de desvio, é aplicada uma corrente, provocando a injeção de íons oxigênio do escapamento. Isso acontece até que a tensão se torne igual à fornecida.

A sonda lambda é um elemento muito importante do sistema de gerenciamento do motor, e seu mau funcionamento pode levar a dificuldades de direção e causar maior desgaste do resto das peças do motor. E uma vez que não pode ser reparado, deve ser substituído imediatamente por um novo.