سنسور اکسیژن ، یکی از مهم‌ترین پارامترهایی است که درهر خودرو،مسئول کنترل مصرف سوخت است. مخصوصا در شرایط امروزی که مصرف سوخت به عنوان یکی ازعوامل مهم در زمینه فروش یک خودرو است. معمولا مصرف سوخت در هر خودرو، به عوامل مختلفی بستگی دارد 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 مبحثی که در اینجا قصد داریم،به آن بپردازیم بحث نسبت هوا به سوخت است که در هر خودرویی تعیین‌کننده بخش زیادی 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 ، ابتدا وظیفه سنسور اکسیژن و ساختمان آن را توضیح داده تا بتوانیم عیوب به وجود آمده از سمت این سنسور را بررسی کنیم.اولین سنسور اکسیژن در سال ۱۹۷۶ بر روی VOLVO 240 به کار رفت. بعد از زمانی 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 اعلام کرد.
بسیاری از خودروها به بیش از یک سنسور اکسیژن مجهز هستند
بسیاری از خودروها به بیش از یک سنسور اکسیژن مجهز هستند. (مانند برخی پژو ۲۰۶ در تیپ‌های پنج و شش) سنسور اکسیژن مانند 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 نسل جدید تنفس از میان کانکتور سیمها انجام میشود و این فضای کم بین عایق‌بندی و سیمها محلی برای نفوذ هوا به درون سنسور است. بنابراین هرگز نباید روی کانکتورهای سنسور اکسیژن را روغنکاری و چرب کرد زیرا این کار باعث مسدود شدن جریان هوا میشود. این روش نسبت به روش قدیمی تر، بهتراست ،چون 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
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 سنسورکاهش پیدا 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 قراربگیرد، سنسور ولتاژی در حدود ۰٫۴۵ ولت را تولید میکند.
محل نصب سنسور اکسیژن
محل قرارگیری سنسور اکسیژن بر روی مانیفولد دود است. وظیفه سنسوراین است که نشان دهد، 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 خوبی بسوزد و آلایندگی آن در حداقل باشد. همچنین میزان قدرت ایجاد شده نیز به بالاترین سطح خود برسد. اما این نسبت هوا به سوخت در شرایط متفاوت باید تغییر کند. مثلا در هوای سرد یا گرم ، 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 میباشد.
عوامل بسیاری در این موضوع تاثیر‌گذارند
عوامل بسیاری در این موضوع اثرگذار است 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(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 در اگزوز است 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 کار کردن درست باید پیش گرم شود ، بعضی 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 میکند که از نظر مصرف سوخت ، اقتصادی نمیباشد .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
بعضی 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 معایب زیادی را در کارکرد موتور ایجاد کند که در ادامه بهصورت مختصر به مرور آن می‌پردازیم.یکی از مهم‌ترین مشکلاتی 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 به خاطر طرز رانندگی آنها بوده است. اما گاهی بی‌دلیل و بدون تغییر میزان مسافت ، یا بدون تغییرنوع رانندگی میزان مصرف بنزین بالا می‌رود که در اینصورت بیشترین باید سنسور اکسیژن مورد بررسی قرار گیرد.
سنسور اکسیژن و حواشی آن
در این زمان توصیه میشود ابتدا مصرف سوخت خودرو کنترل شود. سپس به شتابگیری خودرو کشش آن نیز توجه شود. اگر سنسور اکسیژن خراب باشد خودرو دیر شتاب می‌گیرد و حتی در برخی ECU ها مثل J34P که بر روی خودرو های ۲۰۶ تیپ ۲ و ۳ نصب شده باعث اختلال در عملکرد موتور دریچه گاز برقی خودرو میشود . 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 ماندگارباشد ، سنسور خراب ابوده و میبایست تعویض شود. برای تعویض این سنسور دقت کنید انواع مختلفی سنسور اکسیژن برای هر خودرو وجود دارد. سنسورهای ارزان قیمت در بسیاری مواقع به دلیل کیفیت پایین تولید به درستی کار نمیکنند به همین دلیل شما متحمل هزینه بیهوده خواهید شد و لذا توصیه میگردد از سنسورهای تولید شده در کارخانجات معتبر استفاده نمایید .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 موتوراست، اما اگر در هنگام شتابگیری این موضوع پیش بیاید، به طوری که دور موتور در دنده دو و سه و گاهی چهار بسیار دیر بالا بیاید و خودرو دیر شتاب بگیرد، به گونه‌ای که باید پدال گاز را تا انتها فشرد 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
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 قرار گرفته 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 .