سنسور اکسیژن چیست؟
سنسور اکسیژن نخستین بار با هدف جلوگیری از ایجاد آلودگی و کمک به عملکرد بهینه موتور در سال 1976 بر روی خودروی ولوو 240 نصب شد. امروزه این سنسور بخشی از سیستم کنترل آلایندگی خودرو محسوب می‌شود که اطلاعات خود را مستقیماً به ECU (کامپیوتر خودرو) ارسال می‌نماید.
هدف از طراحی این سنسور این است که موتور در بهینه ترین و اقتصادی ترین حالت ،کار کند و کمترین میزان گازهای آلاینده را تولید کند.
اندازه گیری اکسیژن موجود در گازهای خروجی از اگزوز وظیفه این قطعه در موتورهای احتراق است و ارقام به دست آمده کمک می‌کند تا موتورها و سطح آلاینده‌ها مدیریت شوند.
سنسور اکسیژن یا سوند لامبدا یک قطعه الکترونیکی است که نسبت اکسیژن موجود در یک گاز یا مایع را اندازه گیری می کند. این نسبت به نام نسبت لامبدا خوانده می‌شود.
در حقیقت، برای احتراق موتور نیاز به اکسیژن است و زمانی که میزان اکسیژن نسبت به سوخت کافی نباشد موتور دچار اشکال شده و این تولید دود و در اصل افزایش آلودگی می‌کند. پس سنسور اکسیژن یکی از مهمترین قطعات در موتور خودرو است.
در نهایت عملکرد درست این سنسور باعث کاهش آلاینده‌ها می‌شود. این قطعه میزان اکسیژن نسوخته در اگزوز را نمایان می‌کند.
امروزه با پیشرفت تکنولوژی در صنعت خودروسازی برای بهبود کیفیت موتور از تعداد بیشتری از این قطعه بهره می‌برند. این قطعه همچنین باعث کاهش نوسانات موتور خودرو می‌شود. نبود این سنسور باعث افزایش آلایندگی خواهد شد. در ابتدا تعداد کمی از خودروها دارای سنسور اکسیژن بوده اند اما از سال 1996 تاکنون تمامی خودروها دارای این قطعه هستند. مثلا در خودروهای هشت سیلندر از چهار سنسور اکسیژن استفاده می‌شود.
سنسور اکسیژن چگونه کار می‌کند؟
از آنجاییکه حرکت یک خودرو با سوختن بنزینی در موتور ممکن می‌شود بنزین نیز برای سوختن به اکسیژن نیاز دارد. در موتورهای بنزینی نسبت ایده آل اکسیژن به بنزین 14.7 به 1 واحد است. این قطعه می‌تواند مخلوط غنی و فقیر را تشخیص دهد. مکانیزم کاری در اکثر سنسورهای اکسیژن به این صورت است که یک واکنش شیمیایی در آنها رخ می‌دهد و بر اثر آن ولتاژی تولید می‌شود. سپس کامپیوتر موتور این ولتاژ را بررسی می‌کند و می‌فهمد که وضعیت سوخت چطور است (غنی یا فقیر) و مقدار سوخت ورودی به موتور را بر اساس آن تنظیم می‌کند.
به بیان ساده‌تر به ازای هر 14.7 واحد هوا می‌بایست یک واحد بنزین وجود داشته باشد تا فرایند سوختن به بهترین شکل ممکن صورت پذیرد.
- اگر مقدار هوا کمتر از 14.7 باشد، بعد از احتراق بنزین اضافی باقی می‌ماند که به این حالت سوخت غنی می گویند (یعنی بنزین زیادتر از نرمال، هوا کمتر از نرمال ( که منجر به آلودگی می‌شود.
- اگر مقدار هوا بیشتر از 4.7 باشد به این معناست که اکسیژن اضافی در سوخت وجود دارد که به این حالت سوخت فقیر می‌گویند (بنزین کم، هوای زیاد). معایب تولید سوخت فقیر تولید بیشتر آلاینده‌های نیتروژن-اکسید، عملکرد ضعیف و حتی آسیب رسیدن به موتور است.
- در مقابل اگر میزان هوا بیش از مقدار یاد شده باشد احتراق با تولید آلاینده‌هایی مانند نیتروژن اکسید همراه خواهد شد که به آن سوخت ضعیف نیز گفته می‌شود. وجه مشترک هر دو حالت تولید آلودگی بیشتر و آسیب رسیدن به موتور است.
سنسور اکسیژن، مقدار اکسیژن‌های نسوخته خارج شده از موتور که وارد اگزوز می‌شوند را کنترل می‌کند.
سنسور اکسیژن کجا قرار می‌گیرد؟
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 می‌شود، ولی در مواردی نیز این سنسور بر روی لوله‌های رابط و یا کاتالیست نیز نصب می‌گردد.
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. کامپیوتر خودرو نیز این ولتاژ را دریافت کرده و بر اساس مقدار آن به وضعیت عمل احتراق پی می‌برد.
عوامل متعددی مانند میزان ارتفاع از سطح دریا، دمای هوا، دمای موتور، میزان فشار جو و فشار وارد شده بر روی موتور می‌توانند بر مقدار اکسیژن وارد شده به موتور و درنتیجه کیفیت عمل احتراق تاثیر بگذارند.
با این وصف میزان اکسیژن مورد نیاز همواره باید کنترل و بر اساس شرایط میزان آن کم یا زیاد شود که این کار بر عهده سنسور اکسیژن است. خرابی یا عدم وجود سنسور اکسیژن در خودروها به معنای یک درصد ثابت و همیشگی از هوا و بنزین است که عملکرد خودرو را تحت تاثیر قرار می‌دهد.
- منیفولد خروجی دود
انواع متفاوتی منيفولد خروجي دود موجود مي باشد، كه به طور مثال در يك موتور رديفي در كناره موتور و يا در موتورهای V شکل 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. در محفظه آلومینیومی پشت منیفولد میتوانید سنسور را پیدا کنید.
- کاتالیزور
محل دیگری که کارخانه‌های خودروسازی برای نصب سنسور اکسیژن در نظر میگیرند بر روی کاتالیزور است که وظیفه 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.
از آنجايي‌كه سنسور اكسيژن براي انجام عملكرد صحيح بايد پيش‌گرم شود، برخي انواع جديدتر شامل يك هيتر دوازده ولتي بوده تا سنسور را هرچه سريعتر به دماي عملكرد برسانند.
عیب‌یابی سنسور اکسیژن
سنسور اکسیژن نیز مانند بسیاری از قطعات دیگر روزی فرسوده شده و نیاز به تعویض خواهد داشت. سنسورهای اکسیژن به مواد مختلفی مانند سرب، سیلیکون، سولفور، خاکستر روغن و مواد افزودنی به سوخت و عوامل محیطی مانند آب، نمک موجود در جاده، روغن و گرد و خاک حساس هستند و این موارد نقش مهمی در خرابی آنها دارند.
همچنین فرسودگی سنسورهای اکسیژن گاهی خود را با کاهش سرعت عمل نشان می‌دهد. این سنسورها معمولاً در کسری از ثانیه میزان اکسیژن موجود در خروجی موتور را تشخیص می‌دهند و ولتاژی از 0.1 تا 0.9 ولت را به کامپیوتر خودرو ارسال می‌کنند. یک سنسور سالم باید نمودار تغییرات پر افت و خیزی داشته باشد. اگر این نوسانات کم باشد نشانه حساسیت کم و خرابی سنسور اکسیژن است.
برای کنترل عملکرد سنسور اکسیژن میتوانید مقداری پروپان در منیفولد ورودی بریزید تا نوعی ترکیب غنی مصنوعی ایجاد کنید.
سنسورهای سالم باید در زمانی کمتر از 100 میلی‌ثانیه ولتاژی در حدود 0.9 (حداکثر) را به کامپیوتر ارسال کنند. این ولتاژ ره می‌توان توسط دستگاه دیاگ بررسی نمود. از سوی دیگر نیز می‌توان با ایجاد یک مسیر خلا حالت سوخت فقیر را شبیه‌سازی کرد که در این حالت نیز سنسور باید کمترین ولتاژ ممکن را به ECU ارسال کند. همچنین توصیه می‌شود که سنسور اکسیژن پس از طی 160 هزار کیلومتر تعویض گردد.
نشانه‌های خرابی سنسور اکسیژن چیست؟
امروزه برای عیب یابی سنسور از دستگاه‌هایی با نام ولت متر یا اسیلوسکوپ استفاده می‌کنند که کدهای خطا را اسکن می‌کنند و از این راه نقص‌های به وجود آمده را ردیابی و تعمیر می‌نمایند. چنانچه سنسور اکسیژن دچار نقص شود توسط چراغ چک خودرو قابل تشخیص است.
البته به دفعات پیش آمده است که در بعضی مواقع عدد ارسالی به ECU درست می‌باشد و چراغ این نقص را علامت نمی دهد؛ در این مواقع اگر شاهد افزایش آلایندگی‌ها و افزایش میزان سوخت خودرو شدید باید سنسور اکسیژن چک شود و از عملکرد مطلوب آن اطمینان حاصل کرد در غیر اینصورت باید سریعا اقدام به تعویض آن نمود. یکی دیگر از نشانه‌های خرابی سنسور در برخی مواقع روغن سوزی موتور می‌باشد یا مایع خنک کننده به درون موتور نشت کند امکان خرابی سنسور وجود دارد و نیاز به چک کردن خواهد داشت.
در صورتی که اطمینان حاصل شد که نشتی در موتور خودرو وجود دارد باید حتما نشتی تعمیر شود و سپس سنسور اکسیژن هم تعویض گردد. چنانچه نشتی تعمیر نگردد و فقط سنسور تعویض شود به قطعه ی جدید آسیب وارد می‌شود. سنسور جدید نصب شده باید با نوع قبلی کاملا مطابقت داشته باشد و همچنین عملکرد و برق تغذیه آن همسان باشد چرا که در صورت یکسان نبودن سنسورها کارکرد موتور خودرو دچار اشکال می‌شود و به مدار کنترل گرمکن آسیب می‌زند.
کارشناسان در این حوزه پیشنهاد می‌کنند که برای جلوگیری از کاهش قدرت موتور طی مسافت‌های مشخص سنسور تعویض شود یعنی این مسافت برای خودروهای تولید شده از سال 1996 تا کنون پس از طی مسافت 100 تا 150 هزار مایل ضروری می‌باشد.
در بعضی اوقات روشن شدن چراغ چک به دلیل خراب شدن شمع‌ها است بهتر است که شمع‌ها را چک کنید چرا که خرابی آنها خیلی زود باعث خراب شدن سنسور هم خواهد شد. اگر از اگزوز خودرو بوی بدی استنشاق می‌کنید، می‌تواند یکی از علل خراب شدن سنسور باشد که به دلیل ناقص سوختن سوخت ایجاد بوی نامطبوعی کرده است.
چگونه سنسور اکسیژن را تست کنیم؟
روش تست سنسور اکسیژن به دو صورت انجام می‌شود . در اولین روش که به تست با دستگاه دیاگ معروف است ابتدا دستگاه دیاگ به موتور خودرو متصل می‌شود سپس موتور را روشن کرده تا گرم شود و وارد منوی پارامترها می‌شوید و ولتاژی که توسط سنسور به ECU ارسال می‌شود را چک می‌کنید . اگر خودرو شما از آن دسته است که سنسور اکسیژن بعد از کاتالیزور یا سنسور پایین دست را ندارند ولتاژ 45/ . می‌باشد و اگر خودرو شما از آن دسته‌ای است که اکسیژن سنسور بعد از کاتالیزور را دارند و ولتاژ خروجی مانند اکسیژن سنسور قبل از کاتالیزور در حال تغییر است و این به معنای ایراد در سنسور می‌باشد.
در روش دوم که با اهمتر انجام می‌شود باید ولتاژ ارسال شده بین 9/ 0 یا 1/ 0 ولت در حال تغییر باشد اما چنانچه این ارقام به سمت 1/0 ولت تمایل داشت نشان از سوخت رقیق می‌دهد و اگر به سمت ولتاژ 9/ 0 تمایل داشت نشان از سوخت غنی دارد و در این دو صورت مشخص است که سنسور اکسیژن باید تعویض شود. همچنین اگر شاهد تاخیر ارسال سیگنال به ECU یا همان واحد کنترل الکترونیکی و کندی عملکرد آن بودیم باید به بررسی و احتمالا تعویض سنسور اکسیژن اقدام کرد.
نحوه شستشوی سنسور اکسیژن
نحوه شستشوی سنسور اکسیژن به این شکل است که ابتدا خودرو با کمک جک خودرو را از سطح زمین بلند کنید چرا که باید قطعه را جدا نمایید و این کار را می‌توان با کمک اسپری WD-40 انجام داد. این اسپری را روی قطعه اسپری کرده تا پیچ‌ها شل شوند و بتوانید راحت تر آن را جدا نمایید.
در مدت زمانی که منتظر هستید تا قطعه شل شود میتوانید داخل یک سطل بنزین ریخته و پس از جداسازی قطعه توسط آچار آن را داخل ظرف پر از بنزین بگذارید و درب آن محکم بسته شود چرا که بنزین مایعی قابل اشتعال است. از آنجایی که این قطعه با روغن موتور در ارتباط بوده لذا لازم است تا به مدت 24 ساعت در سطل حاوی بنزین بماند.
توجه کنید که در زمان انجام این کار سیگار یا فندک روشن نکنید. خوب است که در این زمان چندین بار سنسور را داخل سطل جابجا کنید تا بنزین با تمام سطح قطعه در ارتباط باشد. بعد از گذشت زمان مناسب قطعه را از سطل در آورده و با کمک گرفتن از یک پارچه نخی آن را تمیز و خشک نمایید. پس از اطمینان از خشک شدن آن را به کمک آچار در محل خود نصب نمایید و جک را از زیر خودرو بردارید. بعد از این کار متوجه بهبود کاهش مصرف سوخت خودرو خود خواهید شد.
جنس سنسور اکسیژن چیست؟
سنسور اكسيژن شامل بدنه سراميكي با سره پلاتينيوم است. سره سنسور توسط غلاف فلزي محافظت شده است. محدوده خارجي اين سراميك پوشش داده شده در معرض اكسيژن موجود در اگزوز قرار دارد.
قسمت داخلي آن به اكسيژن موجود در اتمسفر مرتبط است. اختلاف بين اين دو نقطه باعث توليد ولتاژ در سنسور مي‌شود.
کاربرد سنسور اكسيژن در كاهش ميزان آلاينده‌ها
اكثر خودروهاى امروزى به مبدل‌هاى كاتاليزورى «سه منظوره» مجهزند. عبارت سه منظوره به سه آلاينده متداول اشاره مى كند كه مبدل‌ها بايد مقدار آنها را كاهش دهند. اكثر كاتاليزورها ساختار سراميكى دارند كه لايه اى از يك فلز مانند پلاتين، روديم يا پالاديم سطح آنها را پوشانده است. معمولاً اين مبدل‌ها طورى طراحى و ساخته مى شوند كه حداكثر سطح ممكن را داشته باشند.
مبدل‌ها از چند قسمت مختلف همانند كاتاليزور‌هاي احيا كننده، اكسيد كننده و سيستم كنترل تشكيل شده است.
- كاتاليزور احيا كننده مولكول‌هاى NO يا NO2 را به مولكول N2 و O2 تبديل مى كند كه هر دو اينها از اجزاى تشكيل دهنده هوا هستند و هيچ كدام خطرى براى سلامت انسان يا محيط زيست ندارند.
- كاتاليزور اكسيد كننده در اين مرحله هيدروكربن‌هاى نسوخته و منواكسيد كربن را در سطح پلاتين و پالاديوم اكسيد مى کند. اين كاتاليزورها اين مواد را سوزانده و به دى اكسيد كربن تبديل مى كنند. (هر چند كه دى اكسيد كربن اثر مستقيمي بر سلامتى انسان ندارد، اما از عوامل مهم ايجاد اثر گلخانه اى است)
- سيستم‌هاى كنترل، سومين قسمت يك مبدل كاتاليزوري است .نقش آن كنترل جريان گازهاى خروجى است.
- استفاده از اطلاعات به دست آمده، نسبت هوا به سوخت در سيستم تزريق سوخت در سطح بهينه حفظ مى شود. براى اين كار يك حسگر اكسيژن كه بين موتور و مبدل قرار می‌گيرد، ميزان اكسيژن موجود در گازهاى خروجى را مى سنجد و اطلاعات را به رايانه موتور انتقال مى دهد.
- رايانه موتور نيز مى تواند با استفاده از اين اطلاعات نسبت هوا به سوخت را افزايش يا كاهش دهد و به سطح بهينه برساند. بدين ترتيب با استفاده از مبدل كاتاليزورى درصد حجمى بسيارى از آلاينده‌هاى خودروها مثل هيدروژن، مونوكسيد كربن، هيدروكربن‌هاى نسوخته، آلاینده‌ها و اكسيدهاي نيتروژن به شدت كاهش مى يابد.
مفهوم حلقه باز (Open Loop) و حلقه بسته (Closed Loop)
هنگامی که کامپیوتر موتور میزان پاشش انژکتورها (یا نسبت بنزین و هوا) را بر اساس اطلاعات به دست آمده از سنسور اکسیژن تنظیم می‌کند (مثل حالتی که موتور به دمای ایده آل رسیده باشد) به این حالت Closed Loop می‌گویند. در این حالت داده‌های حاصل از سنسور اکسیژن مدام در حال تغییر و نوسان هستند.
هنگامی که هیچ سیگنالی از سنسور اکسیژن دریافت نشود (مثل سرد بودن موتور اول صبح موقع استارت) یا این سنسور از کار بیفتد، کامپیوتر موتور یک مقدار ثابت (بدون تغییر) که به صورت سوخت غنی است در نظر می‌گیرد و موتور بر اساس آن کار می‌کند. به این حالت Open Loop می‌گویند زیرا هیچ سیگنالی از سنسور اکسیژن برای تنظیم نسبت سوخت و هوا به کار نمی رود.
سنسور اکسیژن نیاز به گرم شدن دارد تا کار خود را شروع کند. اگر موتور خودرو وقتی که سنسور اکسیژن به دمای ایده آل خود رسید وارد مرحله Closed Loop نشود یا در اثر قطع سیگنال سنسور اکسیژن از مرحله Closed Loop خارج شود، موتور با سوختی بسیار غنی کار خواهد کرد و باعث افزایش مصرف و آلایندگی می‌شود.
عوامل دیگری مثل خرابی سنسور دمای آب (فشنگی آب) نیز ممکن است باعث جلوگیری از وارد شدن موتور به حالت Closed Loop شود زیرا کامپیوتر موتور برای تصمیم گیری در مورد ورود به این حالت اطلاعات حاصل از سنسور دمای آب را نیز بررسی می‌کند تا متوجه گرم شدن موتور بشود.
چرا ماشین‌ها در قدیم دارای سرعت و شتاب بیشتری بوده‌اند؟
همانطور که اشاره شد وجود سنسور اکسیژن دوم در خودروهای یورو 4 سبب کاهش آلایندگی می‌شود که یکی از بزرگترین مزیت‌های استفاده از آن می‌باشد اما در مقابل معایبی هم به همراه دارد مثلا باعث کاهش شتاب و افزایش مصرف سوخت خودرو شده و این باعث نارضایتی بسیاری از مالکان خودروهای یورو 4 شده است.
تولید کنندگان سنسور اکسیژن با نصب سنسور اکسیژن دوم عملا به حفظ محیط زیست بیش از شتاب خودرو ارزش نهاده اند. از این جهت حذف سنسور اکسیژن دوم باعث بهبود مشکلات به وجود آمده در خودرو می‌شود و خودرو تبدیل به یورو 2 خواهد شد. این روش در کشور ما هم در حال توسعه است و اینک در حوزه فعالیت مراکز چیپ ایسیو می‌باشد. با انجام این کار خودرو شما شتاب و توان از دست رفته خود را باز می‌یابد.
دیدگاه خود را بنویسید