پخش زنده
امروز: -
کاربرد سنسور اکسیژن
سنسور اکسیژن بخشی از سیستم کنترل آلایندگی خودرو محسوب می‌شود که اطلاعات خود را مستقیماً به ECU (کامپیوتر خودرو) ارسال می کند.
به گزارش گروه وب گردی خبرگزاری صدا و سیما؛ بیشتر خودرو‌های جدید به قطعه‌ای با نام سنسور اکسیژن مجهز شده‌اند که احتمالاً نه از وجود آن خبر دارید و نه با طرز کار آن آشنا هستید. سنسور اکسیژن نام این قطعه است و در این مقاله می‌خواهیم شما را با آن آشنا کنیم.
در این مقاله می‌خوانید:
۱) سنسور اکسیژن چیست؟
سنسور اکسیژن بخشی از سیستم کنترل آلایندگی خودرو محسوب می‌شود که اطلاعات خود را مستقیماً به ECU (کامپیوتر خودرو) ارسال می کند.۲) مفهوم حلقه باز (Open Loop) و حلقه بسته (Closed Loop)
۳) جنس سنسور اکسیژن
۴) محل قرار گیری سنسور اکسیژن در ماشین
۵) عیب‌یابی سنسور اکسیژن
۶) کاربرد سنسور اکسیژن در کاهش میزان آلاینده‌ها
سنسور اکسیژن چیست؟
سنسور اکسیژن نخستین بار با هدف جلوگیری از ایجاد آلودگی و کمک به عملکرد بهینه موتور در سال ۱۹۷۶ بر روی خودروی ولو ۲۴۰ 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 بهینه‌ترین و اقتصادی‌ترین حالت، کار کند و کمترین میزان گاز‌های آلاینده را تولید کند.
سنسور اکسیژن نخستین بار با هدف جلوگیری از ایجاد آلودگی و کمک به عملکرد بهینه موتور در سال ۱۹۷۶ بر روی خودروی ولو ۲۴۰ 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 بهینه‌ترین و اقتصادی‌ترین حالت، کار کند و کمترین میزان گاز‌های آلاینده را تولید کند.
عملکرد سنسور اکسیژن
سنسور اکسیژن یا سوند لامبدا یک قطعه الکترونیکی است که نسبت اکسیژن موجود در یک گاز یا مایع را اندازه‌گیری می‌کند. این نسبت به نام نسبت لامبدا خوانده می‌شود.
سنسور اکسیژن در مسیر خروج گاز‌های موتور نصب می‌شود و 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.
در واقع این سنسور مقدار اکسیژن‌های نسوخته خارج شده از موتور که وارد اگزوز می‌شوند را کنترل 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 ۱۴.۷ به ۱ واحد است. به بیان ساده‌تر به ازای هر ۱۴.۷ واحد هوا می‌بایست یک واحد بنزین وجود داشته باشد تا فرآیند سوختن به بهترین شکل ممکن صورت پذیرد.
اگر مقدار هوا کمتر از ۱۴.۷ باشد، بعد از احتراق بنزین اضافی باقی می‌ماند که به این حالت سوخت غنی می‌گویند (یعنی بنزین زیادتر از نرمال، هوا کمتر از نرمال (که منجر به آلودگی می‌شود.
اگر مقدار هوا بیشتر از ۴.۷ 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 یادشده 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.
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 نمی‌رود.
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.
جنس سنسور اکسیژن
سنسور اکسیژن شامل بدنه سرامیکی با سره پلاتینیوم است. سره سنسور توسط غلاف فلزی محافظت شده است. محدوده خارجی این سرامیک پوشش داده شده در معرض اکسیژن موجود در اگزوز قرار دارد.
قسمت داخلی آن به اکسیژن موجود در اتمسفر مرتبط است. اختلاف بین این دو نقطه باعث تولید ولتاژ در سنسور می‌شود.
محل قرار گیری سنسور اکسیژن در ماشین
قبل از این‌که سنسور عمل کند باید در حدود ۳۰۰ درجه سلسیوس گرم شود (در حدود ۶۰۰ درجه فارنهایت) و بهترین عملکرد را در حدود دمای ۱۴۰۰ درجه فارنهایت 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 واردشده 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 منیفولد خروجی دود موجود می‌باشد، که به طور مثال در یک موتور ردیفی در کناره موتور و یا در موتور‌های V شکل در دو طرف موتور قرار می‌گیرد و موظف است دود‌های خروجی را از مجاری موجود در سرسیلندر گرفته و به لوله اگزوز انتقال دهد. در محفظه آلومینومی پشت منیفولد میتوانید سنسور را پیدا کنید.
سنسور اکسیژن یا سوند لامبدا یک قطعه الکترونیکی است که نسبت اکسیژن موجود در یک گاز یا مایع را اندازه‌گیری می‌کند. این نسبت به نام نسبت لامبدا خوانده می‌شود.
سنسور اکسیژن در مسیر خروج گاز‌های موتور نصب می‌شود و 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.
در واقع این سنسور مقدار اکسیژن‌های نسوخته خارج شده از موتور که وارد اگزوز می‌شوند را کنترل 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 ۱۴.۷ به ۱ واحد است. به بیان ساده‌تر به ازای هر ۱۴.۷ واحد هوا می‌بایست یک واحد بنزین وجود داشته باشد تا فرآیند سوختن به بهترین شکل ممکن صورت پذیرد.
اگر مقدار هوا کمتر از ۱۴.۷ باشد، بعد از احتراق بنزین اضافی باقی می‌ماند که به این حالت سوخت غنی می‌گویند (یعنی بنزین زیادتر از نرمال، هوا کمتر از نرمال (که منجر به آلودگی می‌شود.
اگر مقدار هوا بیشتر از ۴.۷ 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 یادشده 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.
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 نمی‌رود.
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.
جنس سنسور اکسیژن
سنسور اکسیژن شامل بدنه سرامیکی با سره پلاتینیوم است. سره سنسور توسط غلاف فلزی محافظت شده است. محدوده خارجی این سرامیک پوشش داده شده در معرض اکسیژن موجود در اگزوز قرار دارد.
قسمت داخلی آن به اکسیژن موجود در اتمسفر مرتبط است. اختلاف بین این دو نقطه باعث تولید ولتاژ در سنسور می‌شود.
محل قرار گیری سنسور اکسیژن در ماشین
قبل از این‌که سنسور عمل کند باید در حدود ۳۰۰ درجه سلسیوس گرم شود (در حدود ۶۰۰ درجه فارنهایت) و بهترین عملکرد را در حدود دمای ۱۴۰۰ درجه فارنهایت 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 واردشده 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 منیفولد خروجی دود موجود می‌باشد، که به طور مثال در یک موتور ردیفی در کناره موتور و یا در موتور‌های V شکل در دو طرف موتور قرار می‌گیرد و موظف است دود‌های خروجی را از مجاری موجود در سرسیلندر گرفته و به لوله اگزوز انتقال دهد. در محفظه آلومینومی 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 وظیفه‌ی 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 آنجاییکه سنسور اکسیژن برای انجام عملکرد صحیح باید پیش‌گرم شود، برخی انواع جدیدتر شامل یک هیتر دوازده ولتی بوده تا سنسور را هرچه سریعتر به دمای عملکرد برسانند.
محل دیگری که کارخانه‌های خودروسازی برای نصب سنسور اکسیژن در نظر می‌گیرند بر روی کاتالیزور است که وظیفه‌ی 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 آنجاییکه سنسور اکسیژن برای انجام عملکرد صحیح باید پیش‌گرم شود، برخی انواع جدیدتر شامل یک هیتر دوازده ولتی بوده تا سنسور را هرچه سریعتر به دمای عملکرد 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 ۰.۱ تا ۰.۹ 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 ۱۰۰ میلی‌ثانیه ولتاژی در حدود ۰.۹ (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 ۱۶۰ هزار کیلومتر تعویض گردد.
کاربرد سنسور اکسیژن در کاهش میزان آلاینده‌ها
اکثر خودروهاى امروزى به مبدل هاى کاتالیزورى «سه منظوره» مجهزند. عبارت سه منظوره به سه آلاینده متداول اشاره مى کند که مبدل‌ها باید مقدار آن‌ها را کاهش دهند. اکثر کاتالیزور‌ها ساختار سرامیکى دارند که لایه اى از یک فلز همانند پلاتین، رودیم یا پالادیم سطح آن‌ها را پوشانده است. معمولاً این مبدل‌ها طورى طراحى و ساخته مى شوند که حداکثر سطح ممکن را داشته باشند.
مبدل‌ها از چند قسمت مختلف همانند کاتالیزورهاى احیاکننده، اکسیدکننده و سیستم کنترل تشکیل شده است.
کاتالیزور احیاکننده مولکول هاى NO یا NO۲ را به مولکول N۲ و O۲ تبدیل مى کند که هر دو این‌ها از اجزاى تشکیل دهنده هوا هستند و هیچ کدام خطرى براى سلامت انسان یا محیط زیست ندارند.
کاتالیزور اکسیدکننده در این مرحله هیدروکربن هاى نسوخته و منواکسیدکربن را در سطح پلاتین و پالادیم اکسید مى کند. این کاتالیزور‌ها این مواد را سوزانده و به دى اکسید کربن تبدیل مى کنند. (هر چند که دى اکسید کربن اثر مستقیمى بر سلامتى انسان ندارد، اما از عوامل مهم ایجاد اثر گلخانه اى است)
سیستم هاى کنترل، سومین قسمت یک مبدل کاتالیزورى است. نقش آن کنترل جریان گازهاى خروجى است.
با استفاده از اطلاعات به دست آمده، نسبت هوا به سوخت در سیستم تزریق سوخت در سطح بهینه حفظ مى شود. براى این کار یک حسگر اکسیژن که بین موتور و مبدل قرار مى گیرد، میزان اکسیژن موجود در گازهاى خروجى را مى سنجد و اطلاعات را به رایانه موتور انتقال مى دهد.
رایانه موتور نیز مى تواند با استفاده از این اطلاعات نسبت هوا به سوخت را افزایش یا کاهش دهد و به سطح بهینه برساند. بدین ترتیب با استفاده از مبدل کاتالیزورى درصد حجمى بسیارى از آلاینده هاى خودرو‌ها مثل هیدروژن، منواکسید کربن، هیدروکربن هاى نسوخته، آلدئید‌ها و اکسیدهاى نیتروژن به شدت کاهش مى یابد.
نظر شما