Het apparaat en het werkingsprincipe van de zuurstofsensor

Zuurstofsensor - een apparaat dat is ontworpen om de hoeveelheid zuurstof te registreren die achterblijft in de uitlaatgassen van een automotor. Het bevindt zich in het uitlaatsysteem nabij de katalysator. Op basis van de gegevens die de zuurstofgenerator ontvangt, corrigeert de elektronische motorregeleenheid (ECU) de berekening van de optimale verhouding van het lucht-brandstofmengsel. De overtollige luchtverhouding in zijn samenstelling wordt in de auto-industrie aangegeven met de Griekse letter lambda (λ), waardoor de sensor een tweede naam kreeg - lambdasonde.

Overtollige luchtfactor λ

Alvorens het ontwerp van de zuurstofsensor en het werkingsprincipe te demonteren, is het noodzakelijk om zo'n belangrijke parameter te bepalen als de overmaat luchtverhouding van het brandstof-luchtmengsel: wat het is, wat het beïnvloedt en waarom het wordt gemeten door de sensor.

In de theorie van ICE-operatie is er een concept als stoichiometrische verhouding - dit is de ideale verhouding tussen lucht en brandstof, waarbij volledige verbranding van brandstof plaatsvindt in de verbrandingskamer van de motorcilinder. Dit is een zeer belangrijke parameter, op basis waarvan de brandstoftoevoer en de bedrijfsmodi van de motor worden berekend. Het komt overeen met 14,7 kg lucht op 1 kg brandstof (14,7: 1). Uiteraard komt een dergelijke hoeveelheid van het lucht-brandstofmengsel op een bepaald moment niet in de cilinder, het is slechts een deel dat wordt herberekend voor reële omstandigheden.

Overmaat luchtverhouding (λ) Is de verhouding tussen de werkelijke hoeveelheid lucht die de motor binnenkomt en de theoretisch vereiste (stoichiometrische) hoeveelheid voor volledige verbranding van de brandstof. In eenvoudige bewoordingen is het “hoeveel meer (minder) lucht de cilinder is binnengekomen dan zou moeten”.

Afhankelijk van de waarde van λ zijn er drie soorten lucht-brandstofmengsels:

• λ = 1 - stoichiometrisch mengsel;
• λ <1 - “rijk” mengsel (uitscheiding - oplosbaar; tekort - lucht);
• λ> 1 - "arm" mengsel (teveel - lucht; gebrek - brandstof).

Moderne motoren kunnen op alle drie de mengsels draaien, afhankelijk van de huidige taken (brandstofbesparing, intensieve acceleratie, vermindering van de concentratie van schadelijke stoffen in de uitlaatgassen). Vanuit het oogpunt van optimale waarden van motorvermogen, de coëfficiënt lambda moet een waarde hebben van ongeveer 0,9 ("rijk" mengsel), het minimale brandstofverbruik komt overeen met het stoichiometrische mengsel (λ = 1). De beste resultaten voor het reinigen van uitlaatgassen zullen ook worden waargenomen bij λ = 1, aangezien de efficiënte werking van de katalysator plaatsvindt met een stoichiometrische samenstelling van het lucht-brandstofmengsel.

Doel van zuurstofsensoren

Twee zuurstofsensoren worden standaard gebruikt in moderne auto's (voor een lijnmotor). Een voor de katalysator (bovenste lambdasonde), en de tweede erna (onderste lambdasonde). Er zijn geen verschillen in het ontwerp van de bovenste en onderste sensoren, ze kunnen hetzelfde zijn, maar ze vervullen verschillende functies.

De bovenste of voorste zuurstofsensor detecteert de resterende zuurstof in het uitlaatgas. Op basis van het signaal van deze sensor 'begrijpt' de motorregeleenheid op welk type lucht-brandstofmengsel de motor draait (stoichiometrisch, rijk of arm). Afhankelijk van de aflezingen van de oxygenator en de vereiste bedrijfsmodus, past de ECU de hoeveelheid brandstof die aan de cilinders wordt geleverd aan. Typisch wordt de brandstoftoevoer aangepast naar het stoichiometrische mengsel. Opgemerkt moet worden dat wanneer de motor opwarmt, de signalen van de sensor door de motor-ECU worden genegeerd totdat deze de bedrijfstemperatuur heeft bereikt. De onderste of achterste lambdasonde wordt gebruikt om de samenstelling van het mengsel verder aan te passen en de bruikbaarheid van de katalysator te bewaken.

Het ontwerp en werkingsprincipe van de zuurstofsensor

Er zijn verschillende soorten lambdasondes die in moderne auto's worden gebruikt. Laten we eens kijken naar het ontwerp en het werkingsprincipe van de meest populaire: een zuurstofsensor op basis van zirkoniumdioxide (ZrO2). De sensor bestaat uit de volgende hoofdelementen:

• Buitenste elektrode - maakt contact met uitlaatgassen.
• Interne elektrode - in contact met de atmosfeer.
• Verwarmingselement - wordt gebruikt om de zuurstofsensor te verwarmen en deze sneller op bedrijfstemperatuur te brengen (ongeveer 300 ° C).
• Vaste elektrolyt - bevindt zich tussen twee elektroden (zirkoniumoxide).
• Housing.
• Tipbeschermer - heeft speciale gaten (perforaties) voor het binnendringen van uitlaatgassen.

De buitenste en binnenste elektroden zijn platina gecoat. Het werkingsprincipe van een dergelijke lambda-sonde is gebaseerd op het optreden van een potentiaalverschil tussen platinalagen (elektroden), die gevoelig zijn voor zuurstof. Het treedt op wanneer de elektrolyt wordt verwarmd, wanneer zuurstofionen erdoorheen bewegen uit atmosferische lucht en uitlaatgassen. De spanning op de sensorelektroden is afhankelijk van de zuurstofconcentratie in de uitlaatgassen. Hoe hoger het is, hoe lager de spanning. Het signaalspanningsbereik van de zuurstofsensor is 100 tot 900 mV. Het signaal heeft een sinusvormige vorm, waarin drie regio's worden onderscheiden: van 100 tot 450 mV - arm mengsel, van 450 tot 900 mV - rijk mengsel, 450 mV komt overeen met de stoichiometrische samenstelling van het lucht-brandstofmengsel.

Oxygenator-bron en zijn storingen

De lambdasonde is een van de snelst versleten sensoren. Dit komt door het feit dat het constant in contact is met uitlaatgassen en de bron ervan rechtstreeks afhangt van de kwaliteit van de brandstof en de bruikbaarheid van de motor. Een zuurstoftank van zirkonium heeft bijvoorbeeld een bron van ongeveer 70-130 duizend kilometer.

Aangezien de werking van beide zuurstofsensoren (boven en onder) wordt bewaakt door het OBD-II boorddiagnosesysteem, wordt bij een storing een overeenkomstige fout geregistreerd en wordt het controlelampje 'Check Engine' op het instrumentenpaneel weergegeven. zal oplichten. In dat geval kunt u een storing diagnosticeren met een speciale diagnosescanner. Bij de budgetopties moet u letten op de Scan Tool Pro Black Edition.

Deze in Korea gemaakte scanner onderscheidt zich van analogen door zijn hoge bouwkwaliteit en de mogelijkheid om alle componenten en samenstellingen van een auto te diagnosticeren, en niet alleen de motor. Hij kan ook de metingen van alle sensoren (inclusief zuurstof) in realtime volgen. De scanner is compatibel met alle populaire diagnoseprogramma's en als men de toegestane spanningswaarden kent, kan men de gezondheid van de sensor beoordelen.

Als de zuurstofsensor goed werkt, is de signaalkarakteristiek een gewone sinusoïde, met een schakelfrequentie van minimaal 8 keer binnen 10 seconden. Als de sensor defect is, zal de signaalvorm verschillen van de referentievorm of zal de reactie op een verandering in de mengselsamenstelling aanzienlijk worden vertraagd.

De belangrijkste storingen van de zuurstofsensor:

• slijtage tijdens bedrijf (sensor "veroudering");
• open circuit van het verwarmingselement;
• vervuiling.

Al deze soorten problemen kunnen worden veroorzaakt door het gebruik van brandstof van lage kwaliteit, oververhitting, de toevoeging van verschillende additieven, het binnendringen van oliën en reinigingsmiddelen in het werkgebied van de sensor.

Signalen van defecte zuurstofgenerator:

• Storingswaarschuwingslampje op het dashboard.
• Verlies van kracht.
• Slechte reactie op het gaspedaal.
• Ruw stationair draaien van de motor.

Soorten lambda-sondes

Naast zirkoniumoxide worden ook titanium en breedbandzuurstofsensoren gebruikt.

• Titanium. Dit type zuurstofkamer heeft een titaniumdioxide-gevoelig element. De bedrijfstemperatuur van zo'n sensor begint vanaf 700 ° C. Titanium lambda-sondes hebben geen atmosferische lucht nodig, aangezien hun werkingsprincipe gebaseerd is op een verandering in de uitgangsspanning, afhankelijk van de zuurstofconcentratie in de uitlaat.
• De breedband lambda-sonde is een verbeterd model. Het bestaat uit een cycloonsensor en een pompelement. De eerste meet de zuurstofconcentratie in het uitlaatgas en registreert de spanning die wordt veroorzaakt door het potentiaalverschil. Vervolgens wordt de aflezing vergeleken met de referentiewaarde (450 mV), en in het geval van een afwijking wordt een stroom aangelegd die de injectie van zuurstofionen uit de uitlaat veroorzaakt. Dit gebeurt totdat de spanning gelijk wordt aan de gegeven spanning.

De lambda-sonde is een zeer belangrijk onderdeel van het motormanagementsysteem, en zijn storing kan leiden tot rijmoeilijkheden en verhoogde slijtage van andere motoronderdelen. En aangezien het niet kan worden gerepareerd, moet het onmiddellijk worden vervangen door een nieuw exemplaar.