سنسور اکسیژن چیست؟

11 اردیبهشت 1401 توسط hamidian 0

امروزه رعایت نکات زیست‌ محیطی یکی از موارد مهم در دنیا است که خودروها نیز از این موضوع 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. بیشتر خودروهای جدید به قطعه ای به نام سنسور اکسیژن مجهز هستند که احتمالاً نه از وجود آن خبر داشتید و نه با طرز کار آن آشنا بودید.

سنسور اکسیژن یک قطعه الکترونیکی است که در تمامی خودروها با توجه به مدل در یک یا دو بخش خودرو تعبیه شده است. هدف از بکار بردن این قطعه در ماشین، کاهش آلایندگی خودرو و داشتن هوای پاکیزه تر است.

در ادامه این مقاله همراه ما باشید تا با هم به برسی سنسور اکسیژن و نحوه کارکرد آن بپردازیم.

 

سنسور اکسیژن چیست؟

 

قطعه ای تعبیه شده در سیستم خودرو است که میزان اکسیژن موجود در گاز یا سوخت را کنترل میکند ، همچنین میزان اکسیژن در فرایند احتراق مورتور را بررسی میکند.

این قطعه گزارش های مبنی بر میزان اکسیژن در مخلوط سوخت و هوا را با سیگنال هایی به بخش کامپیوتر مرکزی ارسال می‌کند. در این حالت، ECU خودرو تنظیمات مربوطه را در سیستم سوخت رسانی ماشین به وجود آورده و زمان پاشش انژکتور را تغییر می‌دهد تا موتور ماشین بهترین بازدهی را داشته باشد.

وجود اکسیژن به میزان لازم برای انجام فرایند احتراق و کارکرد صحیح موتور امری حیاتی است و در صورتی که نسبت اکسیژن و سوخت به اندازه کافی نباشد عملکرد موتور خودرو دچار مشکل خواهد شد به همین دلیل است که سنسور اکسیژن را باید یکی از قطعات کوچک اما مهم خودروهای با موتور احتراق داخلی دانست.

سنسور اکسیژن نخستین بار با هدف جلوگیری از ایجاد آلودگی و کمک به عملکرد بهینه موتور در سال 1976 بر روی خودروی ولو 240 نصب شد.

 

سنسور اکسیژن چیست

 

جنس سنسور اکسیژن چیست ؟

 

ساختار سنسور اکسیژن ماشین بصورت کلی از یک بدنه سرامیکی (چینی) و یک سری از جنس پلاتینیوم ساخته شده است که توسط یک غلاف فلزی (دی اکسید زیر کونیم) محافظت می‌شود. همچنین، وجود یک المنت گرم شونده دمای سنسور را کنترل کرده و آن را تا ۳۰۰ الی ۸۰۰ درجه سانتی گراد می‌رساند. قسمت بیرونی حباب با یک لایه متخلخل از جنس پلاتین پوشش داده شده که دو نوار پلاتینی در آن وجود دارد. این نوار ها به عنوان الکترود و کنتاکت ها عمل می‌کنند.

 

وظایف سنسور اکسیژن

 

اگر بخواهیم به زبان ساده بگوییم این سنسور دائما باید ترکیب سوخت را رصد کند. اگر میزان اکسیژن موجود در سوخت کم شود، احتراق به درستی صورت نمی‌گیرد که افزایش مصرف سوخت و آلایندگی‌ها را با خود به همراه دارد. کامپیوتر خودرو باتوجه به شرایط آب و هوایی و دما، نسبت اکسیژن و سوخت را مشخص می‌کند که سنسور اکسیژن باید آن را تنظیم و پایش کند.

کار سنسور اکسیژن بررسی نسبت اکسیژن موجود در مخلوط سوخت و هوا می‌باشد. با اختلاف میان نسبت اکسیژن و مخلوط سوخت، سیگنال هایی در درون سنسور اکسیژن به تولید ولتاژ در حباب سرامیکی می‌شود. با توجه به افزایش میزان اکسیژن، میزان ولتاژ تولید شده در آنها نیز بیشتر می‌باشد. نحوه تشکیل این ولتاژ ها بدین صورت است که سطوح اکسیژن میان چند راهه اگزوز و هوای خارجی، الکتریسیته بالقوه ای را در حسگرهای پلاتین و زیر کونیم خود ایجاد می‌کند. این فرآیند سبب تشکیل و انتقال سیگنال و ولتاژ آن به ECU می‌شود. با مخابره اطلاعات توسط سنسور اکسیژن، کامپیوتر خودرو مخلوط سوخت را در شرایط کاملا بالانس و متعادل نگه می‌دارد. اگر این قطعه اطلاعاتی مبنی بر میزان غنی بودن بیش از حد سوخت (مصرف بیشتر اکسیژن در فرآیند احتراق و کم بودن میزان آن در اگزوز) را به ECU منتقل کند، کامپیوتر شروع به کاهش و کوتاه سازی پالس های پاشش انژکتور می‌کند و تزریق سوخت را در موتور کاهش می‌دهد.

مطالعه بیشتر  آشنایی کامل با انواع شاسی خودرو

وظیفه سنسور اکسیژن

 

انواع سنسور اکسیژن :

 

رایج ترین نوع سنسور اکسیژن از جنس زیرکونیوم است ؛ اگرچه نوع تیتانیومی و باند گسترده ی آن نیز وجود دارد. سنسورهای اکسیژن زیرکونیومی قدیمی ، فاقد گرم کن هستند. آن ها یک یا دو سیمه اند و پس از روشن شدن موتور در شرایط سرد ، چند دقیقه طول می کشد تا سیگنال تولید کنند.

 

زیرا تنها گرمای اگزوز آن ها را به درجه حرارت عملکردشان می رساند. بنابراین ، ممکن است سنسور فاقد گرم کن در دور آرام سرد شود و یک سیگنال به منظور توقف سیستم کنترل موتور تولید نماید که نتیجه ی آن بازگشت عملکرد سیستم به وضعیت حلقه باز خواهد بود ( یعنی : تنظیم نسبت سوخت و هوای ثابت ).

 

در سال ۱۹۸۲ ، سنسورهای اکسیژن دارای گرم کن پدیدار شدند که یک مدار گرم کن مخصوص در درونشان تعبیه شده بود. در نتیجه این این سنسورها بسیار سریع ( طی ۳۰ تا ۶۰ ثانیه ) به درجه حرارت عملکرد خود می رسیدند. در نتیجه موتور می توانست زودتر در وضعیت حلقه بسته قرار گیرد که پیامد این امر ، کاهش میزان آلاینده ها هنگام روشن شدن موتور در هوای سرد بود. همچنین از سرد شدن ( عدم تولید سیگنال ) سنسور در دور آرام ، جلوگیری می شد. برای تامین ولتاژ تغذیه گرم کن به مدار الکتریکی مجزا نیاز است ؛ بنابراین ، سنسورهای اکسیژن دارای گرم کن معمولاٌ سه یا چهار سیمه هستند.

 

در سنسور اکسیژن تیتانیومی از سرامیک خاصی استفاده شده و سیگنال متفاوتی نسبت به سنسور اکسیژن زیرکونیومی تولید می کند. سیگنال ولتاژ تولید شده با تغییرات نسبت سوخت و هوا دچار تغییر می شود. هنگامی که نسبت سوخت و هوا غنی باشد ، مقاومت سنسور دچار افت شده و به کمتر از ۱۰۰۰ اهم می رسد و در زمان رقیق شدن نسبت سوخت و هوا رو به افزایش می نهد و به بیش از ۲۰۰۰۰ اهم خواهد رسید.

 

این کار سبب ایجاد یک نسبت سوخت و هوای استوکیومتریک یا ایده ال می شود. ECU موتور ، ولتاژ تغذیهء سنسور را تامین می کند (بسته به عملکرد، 1 یا 5 ولت ) و سپس تغییرات به وجود آمده در ولتاژ برگشتی از سنسور را که به سبب تغییرات مقاومت سنسور ایجاد شده ، می خواند. سنسور اکسیژن تیتانیومی تنها در برخی خودروها مورد استفاده قرار گرفته است. از جمله : برخی نیسان های قدیمی طی 1987 تا 1990 ، جیپ ها و . . .

 

در سال ۱۹۹۷ برخی خودروسازان ، استفاده از نوعی سنسور اکسیژن جدید را آغاز کردند. گرم کن این سنسور سطحی هموار و یک المنت زیرکونیومی _ سرامیکی ، شبیه به یک لوله فلزی دارد. یک لایه ی سرامیکی بر روی الکترودهای رسانا قرار گرفته است. در نتیجه علاوه بر عایق کاری سبب گرم شدن آنی تمامی لایه ها بر روی لوله باریک می شود. این طرح جدید درست مثل سنسورهای زیرکونیومی که از نوع لوله ای هستند ، کار می کند. اما با به کار گیری یک فیلم ضخیم ، طول سنسور کاهش یافته ، سبک تر شده و مقاومت آن در برابر آلودگی ها افزایش یافته است. همچنین المنت گرم کن جدید ، به نیروی الکتریکی کمتری نیاز داشته و تنها پس از ۱۰ ثانیه به درجه حرارت عملکرد خود می رسد.

 

همچنین در برخی خودروهای جدید از سنسور اکسیژن با باند گسترده استفاده شده که شبیه به سنسور مسطح است ؛ اما سیگنال ولتاژ بالاتری تولید می کند که نسبت مستقیمی با نسبت سوخت و هوا دارد ( درست برعکس سایر سنسورهای اکسیژن ). این به ECU موتور اجازه می دهد تا از تدبیری کاملاٌ متفاوت برای کنترل تغییرات نسبت سوخت و هوا استفاده کند.
در نتیجه با بالا و پایین کردن نسبت سوخت و هوا از وضعیت غنی به رقیق ، یک مخلوط بالانس شدهء متعادل را تولید می کند. همچنین می تواند در صورت لزوم مقدار سوخت موجود در مخلوط سوخت و هوا را کم یا زیاد کند ، تا نسبت سوخت و هوا در شرایط ایده ال خود ( ۱ : ۱۴.۷ ) قرار گیرد.

مطالعه بیشتر  برگ سبز خودرو چیست ؟آیا همان جایگزین سند مالیکت خودرو است؟

 

انواع سنسور اکسیژن

 

محل قرار گیری سنسور اکسیژن در خودرو

 

قبل‌ از اين‌كه‌ سنسور عمل‌ كند بايد در حدود 300 درجه‌ سلسيوس‌ گرم‌ شود (در حدود 600 درجه‌ فارنهايت‌) و بهترين‌ عملكرد را در حدود دماي‌ 1400 درجه‌ فارنهايت‌ دارا است‌. لذا ‌ آن‌ را در محل قرارگیری اگزوز قرار داده اند. در اکثر مواقع، سنسور اکسیژن، نزدیک منیفولد دود نصب می شود، ولی در مواردی نیز این سنسور بر روی لوله های رابط و یا کاتالیست نیز نصب می گردد. سنسور اکسیژن در مسیر گازهای خروجی از موتور نصب می‌شود تا میزان اکسیژن وارد شده به اگزوز را کنترل کند. این سنسورها با سنجش میزان اکسیژن خارج‌ شده از موتور یک ولتاژ کوچک تولید می‌کنند.

 

محل قرار گیری سنسور اکسیژن

 

منیفولد خروجی دود:

منيفولد خروجي دود در انواع مختلفي موجود مي باشد، كه به طور مثال در يك موتور رديفي در كناره موتور و يا در موتورهای Vشكل در دو طرف موتور قرار مي گيرد و موظف است دودهاي خروجي را از مجاري موجود در سرسيلندر گرفته و به لوله اگزوز انتقال دهد.

کاتالیست:

محل دیگری که کارخانه های خودرو سازی برای نصب سنسور اکسیژن در نظر میگیرند بر روی کاتالیزور است که وضیفه ی تصفیه نمودن گازهای خروجی را بر عهده دارد، محل قرار گیری این قطعه زیر ماشین، بعد از منیفولد و قبل از خفه کن قابل مشاهده است.

 

علائم خرابی سنسور اکسیژن

 

در صورتی که سنسور اکسیژن به هر دلیلی عملکرد صحیحی نداشته باشد یا خراب شود ولتاژ ارسالی به ECU خارج از محدود تعریف شده خواهد بود که معمولاً یک کد خطا تولید می کند؛ این اتفاق معمولاً منجر به روشن شدن چراغ چک خودرو خواهد شد. البته گاهی اوقات ممکن است که سنسور اکسیژن به درستی کار نکند اما چون عدد ارسالی در محدوده مجاز تعریف شده قرار دارد چراغ چک روشن نشود؛ در این حالت باید به علائم دیگر مانند افزایش آلاینده های موتور، افزایش میزان سوخت مصرفی خودرو و یا کاهش قدرت موتور توجه کرد و در صورت وجود چنین علائم سنسور اکسیژن را مورد بررسی قرار داد.

 

علل خرابی سنسور اکسیژن

از علائم خرابی سنسور اکسیژن نیز می شود به موارد زیر اشاره کرد :

  • افزایش مصرف سوخت
  • خارج شدن بوی نامطبوع از اگزوز
  • روشن شدن چراغ چک
  • ریپ زدن خودرو
  • افزایش میزان آلایندگی

 

دلایل خراب شدن سنسور اکسیژن

 

سوخت با کیفیت پایین:

از آن جایی که سنسور اکسیژن نسبت مستقیم با سوخت دارد، طبیعی ست که پایین بودن کیفیت سوخت ورودی به خودرو، بر طول عمر آن تاثیر مستقیم داشته باشد. سوخت‌های دارای اکتان پایین، از طول عمر سنسور اکسیژن می‌کاهند.

 

معیوب بودن شمع‌ها:

معیوب بودن شمع‌ها نیز علت دیگری ست که به خرابی سنسور اکسیژن منجر می‌گردد. شمع‌های مشکل‌دار، احتراق ناقص به همراه داشته و احتراق ناقص و دودهای ناشی از آن، علمکرد سنسور اکسیژن را مختل می‌سازد.

 

هر گونه ضربه:

یکی دیگر از دلایلی که باعث خراب شدن سنسور اکسیژن می شود ضربه های ناشی از تصادفات است که باعث می شود سنسور ها دچار مشکل شده و خراب شوند. زیرا این سنسور، ماهیت الکتریکی داشته و در مقابل ضربات به هیچ وجه ایمن شده نیست.

 

زمان تعویض سنسور اکسیژن

 

برای اطلاع از سالم بودن یا خرابی سنسور اکسیژن خودرو باید از یک مکانیک ماهر کمک بگیرید. اما در غیر این صورت طبق کیلومتر، این سنسور را تعویض نمایید. در دفترچه هر خودرو، زمان مناسب تعویض سنسور اکسیژن آورده شده است.

برای حفظ حداکثر توان موتور بهتر است که سنسور اکسیژن کمی قبل از خرابی ، تعویض شود. برخی کارشناسان توصیه می کنند ، برای جلوگیری از کاهش توان حداکثر موتور باید پس از طی مسافت های مشخص نسبت به تعویض سنسور اقدام نمود. مقدار مسافت توصیه شده برای سنسور های اکسیژن یک یا دو سیمه ی فاقد گرم کن که از سال 1976 تا دهه نود مورد استفده بودند ، 30000 تا 50000 مایل است. سنسورهای اکسیژن سه یا چهار سیمه ی دارای گرم کن که از اواسط دهه هشتاد تا اواسط دهه نود به کار می رفتند ، پس از طی 60000 مایل تعویض می شدند. سرانجام از سال 1996 تا کنون در خودروهای دارایOBD II توصیه شده که پس از طی 100000 مایل سنسور اکسیژن تعویض گردد.

مطالعه بیشتر  مقایسه پژو ۲۰۰۸ با مزدا ۳ نیو

 

تعویض سنسور اکسیژن

 

سنسور اکسیژن چقدر در مصرف سوخت تاثیر دارد؟

 

از آنجایی که سنسور اکسیژن میزان مخلوط سوخت را نشان می‌دهد، واحد کنترل الکترونیکی موتور قادر است تا نسبت مخلوط سوخت و هوا را به منظور مصرف اقتصادی سوخت و همچنین کاهش آلاینده های خودرو تنظیم کند.
بین ترتیب، در صورت وجود اکسیژن محترق نشده در موتور، سنسور سیگنال ۱ ولتی را ارسال کرده که مخلوط سوخت و هوا را افزایش می‌دهد و در واقع به شکل یک کلید عمل می‌کند. تا بتواند میزان غلیظ و رقیق شدن سوخت را به ECU گزارش داده و نسبت آن را ثابت نگه دارد. لذا باید گفت سنسور اکسیژن ماشین تاثیر زیادی در مصرف سوخت دارد تا جایی که خرابی این قطعه و درست کار نکردن آن باعث ارسال اشتباه اطلاعات به ECU شده و در نتیجه میتواند مصرف سوخت را تا بیش از دو برابر بیشتر کند.

 

سنسور اکسیژن دوم چیست؟

 

منظور از سنسور اکسیژن دوم همان سنسوری است که بعد از کاتالیست نصب شده و عملکرد درست و صحیح کاتالیزور خودرو را مورد بررسی قرار می‌دهد. بسیاری از افرادی که دارای خودرو هایی با دو سنسور می‌باشند، سنسور اکسیژن دوم را حذف می‌کنند تا افت شتاب اتومبیل را با حذف آن جبران کنند.

 

نقش سنسور اکسیژن در معاینه فنی

 

اولین گازی که در سنجش آلایندگی بررسی می‌شود، CO می‌باشد. که برای قبولی در آزمون حداکثر مقدار CO برای خودروهای انژکتوری کمتر از ۰٫۷ و برای خودروهای کاربراتوری کمتر از ۴ می‌باشد.

دومین گازی که در سنجش آلایندگی بررسی می‌گردد، HC است. که برای قبولی در آزمون حداکثر مقدار HC برای خودروهای انژکتوری کمتر از ۲۵۰ و برای خودروهای کاربراتوری کمتر از ۴۰۰ می‌باشد.

سومین گازی که در سنجش آلایندگی بررسی می‌شود، O2 می‌باشد. که برای قبولی در آزمون حداکثر مقدار O2 برای کلیه خودروها باید کمتر از ۳ باشد.
آخرین مورد تست آلایندگی بررسی لامبدا (λ) می‌باشد که مقدار مجاز آن در محدوده ۰٫۹۹۵ تا ۱٫۰۵ می‌باشد.

 

معاینه فنی

 

به طوری کلی اگر موتور خودرو منظم کار نکند نمی تواند معاینه ی فنی را اخذ نماید. سنسور اکسیژن نقش اصلی و کلیدی را در میزان آلایندگی گاز های خروجی دارد. چون افزایش مصرف سوخت و دود سیاه از ایرادات سیار شایع این سنسور می باشد اما دیگر سنسور ها و عوامل میتوانند روند کاری موتور را بهم بریزند از دیگر پارامتر هایی که در بد کارکردن موتور تاثیر دارند می توان به لقی غیر مجاز سوپاپ ها، مختل شدن کارکرد سنسور مپ، و حتی سنسور دمای اب و… اشاره نمود.

 

نتیجه گیری:

 

یکی از مهم‌ترین سنسورها در ماشین‌های جدید سنسور اکسیژن یا سنسور لامبدا است. سنسور اکسیژن قطعه‌ای مادام‌العمر در ماشین محسوب نمی‌شود و بعد از مدتی ممکن است نیاز به تعویض داشته باشد.
این سنسور آلاینده‌های خودروی شما را کنترل می‌کند و در صورت افزایش مقدار آلایندگی خودرو به شما هشدار می‌دهد.
ماشین‌های دارای سنسور اکسیژن حداقل یک سنسور در قسمت جلوی مبدل کاتالیزوری و یک سنسور در هر اگزوز دارند. تعداد واقعی این سنسورها به سال تولید، سازنده، مدل ماشین و موتور آن بستگی دارد. مدل‌های قدیمی معمولا ۴ سنسور اکسیژن دارند.
به‌طور خلاصه، نگه داشتن سنسور اکسیژن در شرایط سالم و تعویض آن در طی فواصل تعیین شده، باعث صرفه‌جویی در مصرف سوخت می‌شود. این امر همچنین به معنای کاهش انتشار آلاینده‌های موجود در اگزوز و کاهش خطر آسیب دیدن به مبدل کاتالیزوری است.