El dispositivo y el principio de funcionamiento del sensor de oxígeno.

Sensor de oxígeno: dispositivo diseñado para registrar la cantidad de oxígeno que queda en los gases de escape del motor de un automóvil. Está ubicado en el sistema de escape cerca del catalizador. Basándose en los datos recibidos por el generador de oxígeno, la unidad de control electrónico del motor (ECU) corrige el cálculo de la proporción óptima de la mezcla aire-combustible. La relación de exceso de aire en su composición está indicada en la industria automotriz por la letra griega lambda (λ), debido a que el sensor recibió un segundo nombre: sonda lambda.

Exceso de coeficiente de aire λ

Antes de desmontar el diseño del sensor de oxígeno y el principio de su funcionamiento, es necesario determinar un parámetro tan importante como la relación de exceso de aire de la mezcla de combustible-aire: qué es, a qué afecta y por qué lo mide el sensor.

En la teoría del funcionamiento de ICE, existe un concepto como relación estequiométrica - esta es la proporción ideal de aire y combustible, en la que se produce la combustión completa del combustible en la cámara de combustión del cilindro del motor. Este es un parámetro muy importante, sobre la base del cual se calculan el suministro de combustible y los modos de funcionamiento del motor. Equivale a 14,7 kg de aire por 1 kg de combustible (14,7: 1). Naturalmente, tal cantidad de la mezcla de aire y combustible no ingresa al cilindro al mismo tiempo, es solo una proporción que se recalcula para condiciones reales.

Relación de exceso de aire (λ) Es la relación entre la cantidad real de aire que ingresa al motor y la cantidad teóricamente requerida (estequiométrica) para la combustión completa del combustible. En términos simples, es "cuánto más (menos) aire entró en el cilindro del que debería haber".

Dependiendo del valor de λ, existen tres tipos de mezcla de aire y combustible:

• λ = 1 - mezcla estequiométrica;
• λ <1 - mezcla “rica” (excreción - soluble; deficiencia - aire);
• λ> 1 - mezcla "pobre" (exceso de aire; falta de combustible).

Los motores modernos pueden funcionar con los tres tipos de mezcla, dependiendo de las tareas actuales (ahorro de combustible, aceleración intensiva, reducción de la concentración de sustancias nocivas en los gases de escape). Desde el punto de vista de los valores óptimos de la potencia del motor, el coeficiente lambda debe tener un valor de aproximadamente 0,9 (mezcla “rica”), el consumo mínimo de combustible corresponderá a la mezcla estequiométrica (λ = 1). Los mejores resultados para la limpieza de los gases de escape también se observarán en λ = 1, ya que el funcionamiento eficiente del convertidor catalítico se produce con una composición estequiométrica de la mezcla aire-combustible.

Propósito de los sensores de oxígeno

Se utilizan dos sensores de oxígeno de serie en los automóviles modernos (para un motor en línea). Uno delante del catalizador (sonda lambda superior) y el segundo después (sonda lambda inferior). No existen diferencias en el diseño de los sensores superior e inferior, pueden ser iguales, pero realizan funciones diferentes.

El sensor de oxígeno superior o frontal detecta el oxígeno restante en el gas de escape. Con base en la señal de este sensor, la unidad de control del motor "comprende" el tipo de mezcla de aire y combustible con la que está funcionando el motor (estequiométrica, rica o pobre). Dependiendo de las lecturas del oxigenador y el modo de funcionamiento requerido, la ECU ajusta la cantidad de combustible suministrada a los cilindros. Normalmente, el suministro de combustible se ajusta hacia la mezcla estequiométrica. Cabe señalar que cuando el motor se calienta, la ECU del motor ignora las señales del sensor hasta que alcanza la temperatura de funcionamiento. La sonda lambda inferior o trasera se utiliza para ajustar aún más la composición de la mezcla y controlar la capacidad de servicio del convertidor catalítico.

El diseño y principio de funcionamiento del sensor de oxígeno.

Hay varios tipos de sondas lambda que se utilizan en los automóviles modernos. Consideremos el diseño y el principio de funcionamiento del más popular de ellos: el sensor de oxígeno basado en dióxido de circonio (ZrO2). El sensor consta de los siguientes elementos principales:

• Electrodo exterior: hace contacto con los gases de escape.
• Electrodo interno - en contacto con la atmósfera.
• Elemento calefactor: se utiliza para calentar el sensor de oxígeno y llevarlo a la temperatura de funcionamiento más rápidamente (aproximadamente 300 ° C).
• Electrolito sólido: ubicado entre dos electrodos (zirconia).
• Vivienda.
• Protector de boquilla: tiene orificios especiales (perforaciones) para que entren los gases de escape.

Los electrodos exterior e interior están recubiertos de platino. El principio de funcionamiento de una sonda lambda de este tipo se basa en la aparición de una diferencia de potencial entre las capas de platino (electrodos), que son sensibles al oxígeno. Ocurre cuando el electrolito se calienta, cuando los iones de oxígeno se mueven a través de él desde el aire atmosférico y los gases de escape. El voltaje en los electrodos del sensor depende de la concentración de oxígeno en los gases de escape. Cuanto mayor sea, menor será el voltaje. El rango de voltaje de la señal del sensor de oxígeno es de 100 a 900 mV. La señal tiene una forma sinusoidal, en la que se distinguen tres regiones: de 100 a 450 mV - mezcla pobre, de 450 a 900 mV - mezcla rica, 450 mV corresponde a la composición estequiométrica de la mezcla aire-combustible.

Recurso oxigenador y sus disfunciones

La sonda lambda es uno de los sensores que se desgastan más rápidamente. Esto se debe al hecho de que está constantemente en contacto con los gases de escape y su recurso depende directamente de la calidad del combustible y de la capacidad de servicio del motor. Por ejemplo, un tanque de oxígeno de circonio tiene un recurso de aproximadamente 70-130 mil kilómetros.

Dado que el funcionamiento de ambos sensores de oxígeno (superior e inferior) es supervisado por el sistema de diagnóstico a bordo OBD-II, si alguno de ellos falla, se registrará el error correspondiente y la luz indicadora "Check Engine" en el panel de instrumentos se iluminará. En este caso, puede diagnosticar un mal funcionamiento utilizando un escáner de diagnóstico especial. De las opciones de presupuesto, debe prestar atención a Scan Tool Pro Black Edition.

Este escáner de fabricación coreana se diferencia de los análogos en su alta calidad de construcción y la capacidad de diagnosticar todos los componentes y ensamblajes de un automóvil, y no solo el motor. También puede rastrear las lecturas de todos los sensores (incluido el oxígeno) en tiempo real. El escáner es compatible con todos los programas de diagnóstico populares y, conociendo los valores de voltaje permitidos, puede juzgar el estado del sensor.

Cuando el sensor de oxígeno funciona correctamente, la característica de la señal es una sinusoide regular, que muestra una frecuencia de conmutación de al menos 8 veces en 10 segundos. Si el sensor no funciona, entonces la forma de la señal será diferente a la de referencia, o su respuesta a un cambio en la composición de la mezcla se ralentizará significativamente.

Las principales averías del sensor de oxígeno:

• desgaste durante el funcionamiento (sensor "envejecimiento");
• circuito abierto del elemento calefactor;
• contaminación.

Todos estos tipos de problemas pueden desencadenarse por el uso de combustible de baja calidad, el sobrecalentamiento, la adición de varios aditivos, la entrada de aceites y agentes de limpieza en el área de operación del sensor.

Señales de mal funcionamiento del oxigenador:

• Indicación de luz de advertencia de mal funcionamiento en el tablero.
• Perdida de poder.
• Mala respuesta al pedal del acelerador.
• Motor irregular al ralentí.

Tipos de sondas lambda

Además de zirconia, también se utilizan sensores de oxígeno de banda ancha y titanio.

• Titanio. Este tipo de cámara de oxígeno tiene un elemento sensible al dióxido de titanio. La temperatura de funcionamiento de dicho sensor comienza a partir de 700 ° C. Las sondas lambda de titanio no requieren aire atmosférico, ya que su principio de funcionamiento se basa en un cambio en la tensión de salida, en función de la concentración de oxígeno en el escape.
• La sonda lambda de banda ancha es un modelo mejorado. Consiste en un sensor de ciclón y un elemento de bombeo. El primero mide la concentración de oxígeno en el gas de escape, registrando el voltaje causado por la diferencia de potencial. A continuación, se compara la lectura con el valor de referencia (450 mV) y, en caso de desviación, se aplica una corriente que provoca la inyección de iones de oxígeno por el escape. Esto sucede hasta que el voltaje se vuelve igual al dado.

La sonda lambda es un elemento muy importante del sistema de gestión del motor, y su mal funcionamiento puede provocar dificultades en la conducción y provocar un mayor desgaste del resto de piezas del motor. Y como no se puede reparar, debe reemplazarse inmediatamente por uno nuevo.