سنسور اکسیژن و نقش آن در کارکرد خودرو

سنسور اکسیژن ، یکی از مهم‌ترین پارامترهایی که باید در هر خودرویی از گذشته تا امروز کنترل و چک شود مصرف سوخت است. مخصوصاً در شرایط امروز که بحران مصرف سوخت به عنوان یکی از مهم‌ترین عامل‌ها در زمینه فروش یک محصول از یک شرکت است. اما مصرف سوخت در هر خودرویی به عوامل مختلفی وابسته بوده که می‌توان آنها را به شاخه‌های گوناگونی دسته‌بندی کرد. به طور مثال یکی از این شاخه‌ها طراحی خودرو و رفتار هوا با بدنه خودرو در زمان حرکت است. اما مهم‌ترین بحثی که در این هفته قصد داریم تا به آن بپردازیم بحث نسبت هوا به سوخت بوده که در هر خودرویی تعیین‌کننده بخش اعظمی از مصرف سوخت است. این نسبت هوا به سوخت توسط سنسوری به نام اکسیژن کنترل می‌شود.

وظیفه سنسور اکسیژن

برای اینکه بتوانیم بیشتر به این موضوع بپردازیم باید ابتدا وظیفه سنسور اکسیژن و ساختمان آن را شرح داده تا بتوانیم عیوب به وجود آمده از ناحیه این سنسور را بررسی کنیم.اولین سنسور اکسیژن در سال ۱۹۷۶ بر روی VOLVO 240 به کار رفت. پس از آن هنگامی که قوانین مربوط به آلاینده‌ها در ایالت کالیفرنیا کاهش این مواد مضر را لازم دانست، خودروهای موجود در کالیفرنیا در سال ۱۹۸۰ از این سنسور استفاده کردند. کمی بعد قوانین فدرال در مورد آلاینده‌ها، نصب سنسور اکسیژن بر روی تمامی خودروها و کامیون‌های سبک ساخته شده در سال ۱۹۸۱ را اجباری کرد و اکنون با توجه به قوانین جدید آلایندگی و لزوم کاهش مصرف سوخت خودرو‌ها.

سنسور اکسیژن

سنسور اکسیژن

بسیاری از خودرو‌ها به بیش از یک سنسور اکسیژن مجهز هستند:

بسیاری از خودرو‌ها به بیش از یک سنسور اکسیژن مجهز هستند. (برخی پژو ۲۰۶ در تیپ‌های پنج و شش مجهز به دو سنسور اکسیژن هستند) سنسور اکسیژن شبیه یک ژنراتور کار می‌کند و هنگامی که به اندازه کافی گرم شود‌ از خود ولتاژ تولید می‌کند. قسمتی از سنسور که در درون مانیفولد دود قرار دارد‌، یک حباب سرامیکی زیرکونیومی است که انتهای آن روی پوسته مانیفولد پیچ می‌شود. قسمت بیرونی حباب با یک لایه متخلخل از جنس پلاتین پوشیده شده و در درون آن دو نوار پلاتینی وجود دارد که به عنوان الکترودها به کار می‌روند. قسمت بیرونی حباب در معرض گازهای داغ مانیفولد دود قرار دارد. اما در درون حباب‌، سنسور (الکترود) بین هوای محیط و دود اگزوز قرار گرفته است. در سنسورهای اکسیژن قدیمی یک سوراخ کوچک در پوسته ضخیم سنسور وجود داشت که هوا از طریق آن وارد سنسور می‌شد.

در سنسورهای جدید:

در سنسورهای جدید تنفس از میان کانکتور سیم‌ها انجام می‌شود و این فضای کم بین عایق‌بندی و سیم‌‌ها‌ محلی مناسب برای نفوذ هوا به درون سنسور است. بنابراین نباید هرگز روی کانکتورهای سنسور اکسیژن را روغنکاری و چرب نمود زیرا این امر سبب مسدود شدن جریان هوا می‌شود. این روش نسبت به روش قدیمی ترجیح داده می‌شود، زیرا خطر کثیف شدن یا گرفتگی توسط آب که می‌تواند از درون سنسور را کثیف یا معیوب کند‌، کاهش پیدا می‌کند.

برش مقطعی از سنسور اکسیژن

برش مقطعی از سنسور اکسیژن

اختلاف میزان اکسیژن بین اگزوز و هوای محیط

اختلاف میزان اکسیژن بین اگزوز و هوای محیط ‌در درون سنسور اکسیژن سبب تولید ولتاژ نسبت جریان در میان حباب سرامیکی می‌شود. هرچه اختلاف اکسیژن بیشتر باشد‌، ولتاژ تولیدی سنسور نیز بیشتر خواهد بود. به طور نمونه یک سنسور اکسیژن هنگامی که مخلوط سوخت غنی است و اکسیژن محترق نشده کمی دراگزوز وجود دارد‌، ولتاژی در حدود ۰٫۹ ولت تولید می‌کند. زمانی که مخلوط سوخت رقیق است‌، ولتاژ خروجی سنسور افت کرده و به حدود ۰٫۲ ولت می‌رسد. هنگامی که مخلوط سوخت و هوا بالانس شده یا در نقطه‌ای ثابت در حدود ۱۴٫۷ : ۱ قرار گرفته‌، سنسور ولتاژی در حدود ۰٫۴۵ ولت را تولید می‌کند.

محل نصب سنسور اکسیژن

اما محل نصب سنسور اکسیژن بر روی مانیفولد دود است. این سنسور وظیفه دارد تا نشان دهد که میزان اکسیژن محترق نشده در اگزوز یا به عبارتی آلاینده‌های اگزوز‌، چقدر است. بررسی میزان اکسیژن در اگزوز یکی از راه‌های اندازه‌گیری مخلوط سوخت و هوا است. اگر مخلوط هوا به سوخت محترق شده، سوخت غنی (اکسیژن کمتر‌) یا رقیق (‌اکسیژن بیشتر‌) باشد‌، سنسور اکسیژن این تغییرات را به واحد کنترل الکترونیکی ECU گزارش می‌دهد.

نسبت هوا به سوخت در حالت ایده ال

نسبت هوا به سوخت در حالت ایده ال ۱۴٫۷ به یک است. یعنی به ازای یک سی‌سی سوخت باید ۱۴٫۷ سی‌سی هوا مخلوط شود تا مخلوط به درستی بسوزد و آلایندگی آن در حداقل باشد. همچنین میزان قدرت ایجاد شده نیز به حداکثر برسد. اما این نسبت هوا به سوخت در شرایط مختلف باید تغییر کند. به طور مثال در هوای سرد و هوای گرم یا در هوای کم فشار یا پر فشار این نسبت تغییر می‌کند. غنی یا رقیق بودن مخلوط سوخت و هوا نسبتی بسیار حساس است و تحت تاثیر عواملی زیادی هستند.

عوامل بسیاری در این موضوع تاثیر‌گذارند:

عوامل بسیاری در این موضوع تاثیر‌گذارند. به طور مثال‌: درجه حرارت هوا‌، درجه حرارت مایع خنک‌کننده موتور، موقعیت دریچه گاز‌، جریان هوا و بار موتور که برای اندازه‌ گیری تمامی این عوامل‌، سنسورهای دیگری وجود دارند. اما اندازه‌گیری اصلی تغییراتی که در مخلوط سوخت به وجود می‌آید توسط سنسور اکسیژن انجام می‌شود. بنابراین بروز هر نوع مشکلی در سنسور اکسیژن می‌تواند کل سیستم را از شرایط عادی خارج کند.

علت محل قرار گیری سنسور در اگزوز

محل قرار گیری آن را اگزوز قبل از اینکه سنسور عمل نماید باید در حدود ۳۰۰ درجه سلسیوس گرم گردد(در حدود ۶۰۰ درجه فارنهایت ) و بهترین عملکرد را در حدود دمایی ۱۴۰۰ درجه فارنهایت دارا می باشد.لذا به خاطر این موضوع است که محل قرار گیری آن را اگزوز در نظر گرفته اند.تا قبل از اینکه دمای سنسور به دمای نامی عملکرد برسد،واحد کنترل الکترونیکی خودرو به صورت Open Loop عمل کرده بطوریکه ECU بدون اینکه فیدبکی داشته باشد ، فقط اطلاعات را از سنسور اکسیژن گرفته و مقادیر قابل کنترل را برای تنظیم نسبت هوا به سوخت اصلاح می نماید .در هنگام شروع که موتور سرد است،میزان نسبت هوا به سوخت کمی در حالت غلیظ کار می کند .

سنسور اکسیژن برای انجام عملکرد صحیح باید پیش گرم شود

از آنجائیکه این سنسور برای انجام عملکرد صحیح باید پیش گرم شود ، برخی واحد های جدید تر شامل یک هیتر دوازده ولتی بوده تا اینکه سنسور را هر چه سریعتر به دمای عملکرد برسانند زیرا در غیر اینصورت همانطوریکه قبلا توضیح داده شد تا زمانیکه سنسور به دمای عملکرد نرسد، موتور به صورت Open Loop کار کرده که از نظر مصرف سوخت مقرون به صرفه نیست .این سنسورها میتوانند با تعداد سیم هایی که از این واحد خارج می شوند ،شناسایی گردند 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 از سنسور ها

برخی دیگر دارای چهار سیم بوده که یکی از آنها برای سیگنال های محیط اطراف (جلوگیری از اثرات نویز و افزایش دقت اندازه گیری)و دو تای دیگر برای هیتر می باشد.در این حالت سیم سیگنال در مقابل اثرات جانبی محافظت شده و شکل ظاهری آن شبیه آنتن تلویزیون به صورت تو در تو و هم محور،کشویی می باشد.
این سنسور کوچک نمی‌تواند عیوب زیادی را در کارکرد موتور ایجاد کند

این سنسور کوچک نمی‌تواند عیوب زیادی را در کارکرد موتور ایجاد کند که در ادامه به اختصار به مرور آن‌ها می‌پردازیم.یکی از مهم‌ترین عیوبی که در خودروهای انژکتوری به وجود می‌آید بالا بودن مصرف سوخت است. البته باید این عیب را عیبی نسبی ذکر کرد. نسبی بودن آن نیز از این موضوع ناشی می‌شود که گاهی افراد در مقطع زمانی خاصی رانندگی متفاوتی داشته و به صورت نا‌خوداگاه سوخت بیشتری مصرف می‌کنند. بعد احساس می‌کنند مصرف سوخت خودرویشان بالا رفته است. این در حالی است که بالا رفتن مصرف سوخت از تغییر نحوه رانندگی آنهاست. اما گاهی بی‌دلیل و بدون پیمودن مسافت بیشتر و یا تغییر نحوه رانندگی مصرف خودرو بالا می‌رود. بیشترین عاملی که می‌توان به آن مشکوک شد سنسور اکسیژن بوده که بسیار تاثیر‌گذار است.

سنسور اکسیژن و حواشی آن

در این مواقع توصیه می‌کنم ابتدا مصرف سوخت خودرو را دقیق کنترل کنید. سپس به شتابگیری خودرو کشش آن نیز توجه کنید. اگر سنسور اکسیژن خراب باشد خودرو تنبل بوده و دیر شتاب می‌گیرد و حتی در برخی ECU ها مثل J34P که بر رو یخودرو های ۲۰۶ تیپ ۲ و ۳ نصب شده است باعث اختلال در عملکرد موتور دریچه گاز برقی خودرو می شود . در این مواقع دستگاه عیب‌یاب به خودرو متصل شده و کنترل می‌شود.

خطای سنسور اکسیژن به صورت ماندگار

خطای این سنسور به صورت ماندگار اگر خطای سنسور اکسیژن به صورت ماندگار داده شد متوجه می‌شوید که سنسور خراب است و باید تعویض شود. برای تعویض این سنسور دقت کنید انواع مختلفی سنسور اکسیژن برای هر خودرویی وجود دارد. سنسور‌های ارزان قیمت در بسیاری مواقع درست کار نکرده و معلوم نیست در کجا تولید می‌شوند. به همین دلیل شما متحمل هزینه گزافی بی‌دلیل و بدون اثر شده‌اید. پس در خرید و تعویض سنسور دقت فراوانی کنید.گاهی دور موتور خودرو دارای نوسان بوده و بسیار دیر بالا می‌آید.

نوسانات دور موتور

نوسانات دور موتور اگر در حالت معمول باشد مربوط به عدم تنظیم موتور صحیح است که توضیح آنها از حوصله این بحث خارج است. اما اگر در هنگام شتابگیری این موضوع پیش بیاید، به گونه‌ای که دور موتور در دنده دو و سه و گاهی چهار بسیار دیر بالا آمده و خودرو دیر شتاب می‌گیرد، به گونه‌ای که باید پدال گاز را تا انتها بفشارید تا خودرو شتاب بگیرد، این مشکل نیز مربوط به سنسور اکسیژن می‌شود و باز هم سنسور باید تعویض شود. البته اگر خودرو فیلر گیری نشده باشد نیز این عیب تشدید می‌شود. همچنین کثیف بودن انژکتور‌ها نیز از دیگر دلایل این عیب است. در مجموع اگر سنسور را تعویض می‌کنید انژکتور‌ها را نیز بشویید تا به درستی پاشش کنند.

سیکل احتراق و چرخه بررسی دود خروجی

سیکل احتراق و چرخه بررسی دود خروجی

بسیاری از خودرو های جدید تولید شده داری ۲ سنسور اکسیژن هستند

بسیاری از خودرو های جدید تولید شده داری ۲ سنسور اکسیژن هستند ، یکی قبل از مخزن کاتالیست و دیگری بعد از مخزن کاتالیست . ECU با دریافت دو گزارش از این دو سنسور هم میزان سوخت را بهتر کنترل می کند و هم از صحت و کیفیت کاتالیست اطلاع پیدا می کند . اصلاحات خودرو ها با استاندارد Uro 4 دارای دو سنسور اکسیژن هستند و خودرو های ۲۰۶ / ۲۰۷ که میخواهند کروز کنترل نصب کنند میبایست مجهز به سنسور دوم شوند .