Il dispositivo e il principio di funzionamento del sensore di ossigeno

Sensore di ossigeno: un dispositivo progettato per registrare la quantità di ossigeno rimanente nei gas di scarico del motore di un'auto. Si trova nel sistema di scarico vicino al catalizzatore. Sulla base dei dati ricevuti dal generatore di ossigeno, la centralina elettronica del motore (ECU) corregge il calcolo della proporzione ottimale della miscela aria-carburante. Il rapporto di eccesso d'aria nella sua composizione è indicato nell'industria automobilistica dalla lettera greca lambda (λ), a causa del quale il sensore ha ricevuto un secondo nome: sonda lambda.

Fattore d'aria in eccesso λ

Prima di smontare il design del sensore di ossigeno e il principio del suo funzionamento, è necessario determinare un parametro così importante come il rapporto aria in eccesso della miscela aria-carburante: cos'è, cosa influenza e perché viene misurato dal sensore.

Nella teoria del funzionamento ICE, esiste un concetto come rapporto stechiometrico - questa è la proporzione ideale di aria e carburante, in cui si verifica la combustione completa del carburante nella camera di combustione del cilindro del motore. Questo è un parametro molto importante, in base al quale vengono calcolate l'erogazione del carburante e le modalità di funzionamento del motore. Equivale a 14,7 kg di aria per 1 kg di carburante (14,7: 1). Naturalmente, una tale quantità di miscela aria-carburante non entra nel cilindro contemporaneamente, è solo una proporzione che viene ricalcolata per le condizioni reali.

Rapporto aria in eccesso (λ) È il rapporto tra la quantità effettiva di aria che entra nel motore e la quantità teoricamente richiesta (stechiometrica) per la combustione completa del carburante. In termini semplici, è "quanta più (meno) aria è entrata nel cilindro di quanto avrebbe dovuto".

A seconda del valore di λ, esistono tre tipi di miscela aria-carburante:

• λ = 1 - miscela stechiometrica;
• λ <1 - miscela “ricca” (escrezione - solubile; carenza - aria);
• λ> 1 - miscela "magra" (eccesso - aria; mancanza - carburante).

I motori moderni possono funzionare con tutti e tre i tipi di miscela, a seconda dei compiti attuali (risparmio di carburante, accelerazione intensiva, riduzione della concentrazione di sostanze nocive nei gas di scarico). Dal punto di vista dei valori ottimali della potenza del motore, il coefficiente lambda dovrebbe avere un valore di circa 0,9 (miscela “ricca”), il consumo minimo di carburante corrisponderà alla miscela stechiometrica (λ = 1). I migliori risultati per la pulizia dei gas di scarico saranno anche osservati a λ = 1, poiché il funzionamento efficiente del convertitore catalitico avviene con una composizione stechiometrica della miscela aria-carburante.

Scopo dei sensori di ossigeno

Due sensori di ossigeno sono utilizzati di serie nelle auto moderne (per un motore in linea). Uno davanti al catalizzatore (sonda lambda superiore) e il secondo dopo (sonda lambda inferiore). Non ci sono differenze nel design dei sensori superiore e inferiore, possono essere uguali, ma svolgono funzioni diverse.

Il sensore di ossigeno superiore o anteriore rileva l'ossigeno residuo nei gas di scarico. In base ad un segnale proveniente da questo sensore, la centralina motore “capisce” su quale tipo di miscela aria-carburante sta funzionando il motore (stechiometrico, ricco o magro). A seconda delle letture dell'ossigenatore e della modalità operativa richiesta, la ECU regola la quantità di carburante fornita ai cilindri. Tipicamente, l'erogazione del carburante viene regolata verso la miscela stechiometrica. Va notato che quando il motore si riscalda, i segnali del sensore vengono ignorati dalla ECU del motore fino a quando non raggiunge la temperatura di esercizio. La sonda lambda inferiore o posteriore viene utilizzata per regolare ulteriormente la composizione della miscela e monitorare la funzionalità del convertitore catalitico.

Il design e il principio di funzionamento del sensore di ossigeno

Esistono diversi tipi di sonde lambda utilizzate nelle auto moderne. Consideriamo il design e il principio di funzionamento del più popolare: il sensore di ossigeno a base di biossido di zirconio (ZrO2). Il sensore è costituito dai seguenti elementi principali:

• Elettrodo esterno: entra in contatto con i gas di scarico.
• Elettrodo interno - a contatto con l'atmosfera.
• Elemento riscaldante - utilizzato per riscaldare il sensore di ossigeno e portarlo alla temperatura di esercizio più rapidamente (circa 300 ° C).
• Elettrolita solido - situato tra due elettrodi (zirconia).
• Housing.
• Protezione per la punta - ha fori speciali (perforazioni) per l'ingresso dei gas di scarico.

Gli elettrodi esterno ed interno sono rivestiti in platino. Il principio di funzionamento di una tale sonda lambda si basa sul verificarsi di una differenza di potenziale tra gli strati di platino (elettrodi), che sono sensibili all'ossigeno. Si verifica quando l'elettrolita viene riscaldato, quando gli ioni di ossigeno si muovono attraverso di esso dall'aria atmosferica e dai gas di scarico. La tensione agli elettrodi del sensore dipende dalla concentrazione di ossigeno nei gas di scarico. Più è alto, più bassa è la tensione. L'intervallo di tensione del segnale del sensore di ossigeno è compreso tra 100 e 900 mV. Il segnale ha una forma sinusoidale, in cui si distinguono tre regioni: da 100 a 450 mV - miscela magra, da 450 a 900 mV - miscela ricca, 450 mV corrisponde alla composizione stechiometrica della miscela aria-carburante.

Risorsa ossigenatore e suoi malfunzionamenti

La sonda lambda è uno dei sensori che si consumano più rapidamente. Ciò è dovuto al fatto che è costantemente a contatto con i gas di scarico e la sua risorsa dipende direttamente dalla qualità del carburante e dalla facilità di manutenzione del motore. Ad esempio, un serbatoio di ossigeno in zirconio ha una risorsa di circa 70-130 mila chilometri.

Poiché il funzionamento di entrambi i sensori di ossigeno (superiore e inferiore) è monitorato dal sistema diagnostico di bordo OBD-II, se qualcuno di essi si guasta, verrà registrato un errore corrispondente e la spia "Check Engine" sul quadro strumenti si accenderà. In questo caso, è possibile diagnosticare un malfunzionamento utilizzando uno speciale scanner diagnostico. Dalle opzioni di budget, dovresti prestare attenzione a Scan Tool Pro Black Edition.

Questo scanner di fabbricazione coreana si differenzia dagli analoghi per la sua alta qualità costruttiva e per la capacità di diagnosticare tutti i componenti e gli assiemi di un'auto, e non solo il motore. È anche in grado di monitorare le letture di tutti i sensori (compreso l'ossigeno) in tempo reale. Lo scanner è compatibile con tutti i programmi diagnostici più diffusi e, conoscendo i valori di tensione consentiti, puoi giudicare lo stato di salute del sensore.

Quando il sensore di ossigeno funziona correttamente, la caratteristica del segnale è una sinusoide regolare, che mostra una frequenza di commutazione di almeno 8 volte entro 10 secondi. Se il sensore è fuori servizio, la forma del segnale sarà diversa da quella di riferimento o la sua risposta a un cambiamento nella composizione della miscela sarà notevolmente rallentata.

I principali malfunzionamenti del sensore di ossigeno:

• usura durante il funzionamento (sensore “invecchiamento”);
• circuito aperto dell'elemento riscaldante;
• inquinamento.

Tutti questi tipi di problemi possono essere innescati dall'uso di carburante di bassa qualità, surriscaldamento, aggiunta di vari additivi, ingresso di oli e detergenti nell'area operativa del sensore.

Segni di malfunzionamento dell'ossigenatore:

• Indicatore luminoso di malfunzionamento sul cruscotto.
• Perdita di potenza.
• Scarsa risposta al pedale del gas.
• Motore irregolare al minimo.

Tipi di sonde lambda

Oltre alla zirconia, vengono utilizzati anche sensori di ossigeno in titanio e a banda larga.

• Titanio. Questo tipo di ossigenatore ha un elemento sensibile al biossido di titanio. La temperatura di esercizio di un tale sensore parte da 700 ° C. Le sonde lambda in titanio non richiedono aria atmosferica, poiché il loro principio di funzionamento si basa su una variazione della tensione di uscita, a seconda della concentrazione di ossigeno nello scarico.
• La sonda lambda a banda larga è un modello migliorato. È costituito da un sensore a ciclone e da un elemento pompante. Il primo misura la concentrazione di ossigeno nei gas di scarico, registrando la tensione causata dalla differenza di potenziale. Successivamente, la lettura viene confrontata con il valore di riferimento (450 mV) e, in caso di deviazione, viene applicata una corrente che provoca l'iniezione di ioni di ossigeno dallo scarico. Questo accade fino a quando la tensione diventa uguale a quella data.

La sonda lambda è un elemento molto importante del sistema di gestione del motore, e il suo malfunzionamento può portare a difficoltà di guida e causare una maggiore usura del resto delle parti del motore. E poiché non può essere riparato, deve essere immediatamente sostituito con uno nuovo.