نحوه شناخت سنسور اکسیژن به کار رفته در خودرو
شناخت نوع سنسور اکسیژن به کار رفته :
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 1982 ، 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 30 تا 60 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 1000 اهم می رسد و در زمان رقیق شدن نسبت سوخت و هوا رو به افزایش می نهد و به بیش از 20000 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 1997 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 10 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 ( 1 : 14.7 ) قرار گیرد.
بدنه اصلی آن از لوله‌های الکترولیت زیر کونیا تشکیل شده است.زیرکونیا دارای خاصیت شناخته شده خوبی در خصوص هدایت یون اکسیژن در دمای بالا است. الکترودهای pt در دو طرف لوله زیر کونیا قرار دارد. الکترود داخلی با هوای اتمسفر و در طرف خارجی با گاز اگزوز مرتبط است. در واقع این یک پیل الکترولیت بوده و می‌توان آنرا مطابق فرایند زیر بیان کرد:
پوشش پلاتینی المان به عنوان کاتالیزور عمل می کند و سبب می شود اکسیژن در گاز خروجی باco واکنش نشان دهد. این موضوع حجم اکسیژن را کم می کند و حساسیت سنسور را افزایش می دهد.این سنسورها می‌توانند با تعداد سیمهایی که از این واحد خارج می‌شوند، شناسایی شوند اگر سنسوری یک سیم داشته باشد، این سنسور فاقد هیتر است. اگر دارای سه سیم باشد، یکی از آنها برای سیگنال بوده و دو سیم دیگر برای هیتر استفاده شده است. برخی دیگر دارای چهار سیم بوده که یکی از آنها برای سیگنال‌های محیط اط‌راف (جلوگیری از اثرات نویز و افزایش دقت اندازه‌گیری) و دوتای دیگر برای هیتر است. در این حالت سیم سیگنال در مقابل اثرات جانبی محافظت شده و شکل ظ‌اهری آن شبیه آنتن تلویزیون به صورت تو درتو و هم محور، کشویی است. بیشتر موتورها با توربو، از سنسورهایی با هیتر استفاده می‌کنند زیرا توربو به مقدار زیادی از انرژی فوق گرم جهت پمپ کردن هوای اضافی به سیستم، استفاده می‌کند. بدون هیتر سنسور دارای عملکرد خوبی نبوده و عددی که ارایه می‌دهد قابل قبول نیست. مخصوصا در هنگام شروع به کار توربو، این موضوع مشهودتر است. سیستم های کنترل موتور کامپیوتری شده کنونی ، مبتنی بر اطلاعات چندین سنسور به منظور تنظیم عملکرد موتور ، آلاینده ها و سایر عملکردهای مهم هستند. در صورتی که این سنسورها اطلاعات دقیقی را ارائه ندهند ، باعث بروز مشکلاتی در عملکرد موتور از قبیل : افزایش مصرف سوخت و تولید آلاینده ها خواهند شد.
اولین سنسور اکسیژن در سال 1976 بر روی VOLVO 240 به کار رفت. پس از آن هنگامی که قوانین مربوط به آلاینده ها در ایالت کالیفرنیا کاهش این مواد مضر را لازم دانست ؛ خودروهای موجود در کالیفرنیا در سال 1980 از این سنسور استفاده کردند. کمی بعد قوانین فدرال در مورد آلاینده ها ، نصب سنسور اکسیژن بر روی تمامی خودروها و کامیون های سبک ساخته شده در سال 1981 اجباری کرد و حالا با وجود آیین نامه OBDII ، ( خودروهای ساخته شده از سال 1996 تا کنون ) برخی از خودروها به چند سنسور اکسیژن مجهزاند که در تعدادی از آنها چهار سنسور اکسیژن به کار رفته است.
سنسور اکسیژن بر روی مانیفولد دود نصب شده تا نشان دهد که میزان اکسیژن محترق نشده در اگزوز یا به عبارتی آلاینده های اگزوز ، چقدر است. بررسی میزان اکسیژن در اگزوز یکی از راه های اندازه گیری مخلوط سوخت و هوا است. اگر مخلوط محترق شده سوخت غنی (اکسیژن کمتر ) یا رقیق ( اکسیزن بیشتر ) باشد ، سنسور اکسیژن این تغییرات را به واحد کنترل الکترونیکیECU ) ) گزارش می دهد.
عوامل بسیاری در غنی یا رقیق شدن مخلوط سوخت تاثیر گزاراند. از جمله : درجهحرارت هوا ، درجه حرارت مایع خنک کننده موتور ، فشار بارومتریک ، موقعیت دریچه گاز، جریان هوا و بار موتور که برای اندازه گیری تمامی این عوامل ، سنسورهای دیگریوجود دارند. اما اندازه گیری اصلی تغییراتی که در مخلوط سوخت بوجود می آید توسط سنسور اکسیژن انجام می شود. بنابراین بروز هر نوع مشکلی در سنسور اکسیژن می تواندکل سیستم را ز شرایط طبیعی خارج کند.
کارستان