Sensore di ossigeno per autoveicoli.
Il sensore di ossigeno per autoveicoli è il sensore di feedback chiave nel sistema di controllo del motore a iniezione elettronica (EFI) ed è un componente fondamentale per controllare le emissioni di scarico, ridurre l'inquinamento ambientale e migliorare la qualità della combustione del carburante nel motore dell'automobile.
Esistono due tipi di sensori di ossigeno: quelli a base di ossido di zirconio e quelli a base di biossido di titanio.
Il sensore di ossigeno utilizza elementi sensibili in ceramica per misurare il potenziale di ossigeno in vari forni di riscaldamento o condotti di scarico, calcolando la corrispondente concentrazione di ossigeno secondo il principio dell'equilibrio chimico, per monitorare e controllare il rapporto aria-combustibile nella combustione all'interno del forno, garantendo la qualità del prodotto e il rispetto degli standard di emissione. Gli elementi di misura sono ampiamente utilizzati in tutti i tipi di combustione di carbone, petrolio, gas e altri processi di controllo dell'atmosfera nei forni.
Il sensore di ossigeno viene utilizzato per controllare elettronicamente il sistema di controllo a retroazione del dispositivo di iniezione del carburante, al fine di rilevare la concentrazione di ossigeno nei gas di scarico e la densità del rapporto aria-carburante, per monitorare la combustione con il rapporto aria-carburante teorico (14,7:1) nel motore e per inviare segnali di feedback al computer.
Principio di funzionamento
Il sensore di ossigeno funziona in modo simile a una batteria, con l'elemento in ossido di zirconio presente nel sensore che funge da elettrolita. Il principio di funzionamento di base è il seguente: in determinate condizioni (alta temperatura e catalisi al platino), la differenza di concentrazione di ossigeno tra l'interno e l'esterno dell'ossido di zirconio genera una differenza di potenziale, e maggiore è la differenza di concentrazione, maggiore è la differenza di potenziale. Il contenuto di ossigeno nell'atmosfera è del 21%, i gas di scarico dopo una combustione concentrata in realtà non contengono ossigeno, mentre i gas di scarico generati dalla combustione di una miscela diluita o quelli generati da una combustione incompleta contengono più ossigeno, ma comunque in quantità molto inferiore rispetto all'ossigeno presente nell'atmosfera.
Sotto l'azione catalitica di alte temperature e platino, l'ossigeno legato al sensore di ossigeno viene consumato, generando una differenza di potenziale. La tensione di uscita per una miscela concentrata è prossima a 1 V, mentre per una miscela diluita è prossima a 0 V. In base al segnale di tensione del sensore di ossigeno, viene controllato il rapporto aria-carburante per regolare la durata dell'impulso di iniezione del carburante. Pertanto, il controllo elettronico del sensore di ossigeno è fondamentale per il dosaggio del carburante. Il sensore di ossigeno può essere caratterizzato completamente solo ad alte temperature (oltre i 300 °C) e può generare una tensione di uscita. La sua risposta alle variazioni della miscela è più rapida a circa 800 °C.
Suggerimenti
Il sensore di ossigeno al biossido di zirconio rileva la variazione della concentrazione della miscela combustibile attraverso la variazione di tensione, mentre il sensore di ossigeno al biossido di titanio rileva la variazione della miscela combustibile attraverso la variazione di resistenza. Il sistema di controllo elettronico che utilizza il sensore di ossigeno al biossido di zirconio non è in grado di mantenere il rapporto aria-carburante effettivo vicino al rapporto aria-carburante teorico quando le condizioni di funzionamento del motore si deteriorano, mentre il sensore di ossigeno al biossido di titanio è in grado di mantenere il rapporto aria-carburante effettivo vicino al rapporto aria-carburante teorico anche in condizioni di funzionamento del motore deteriorate.
Il volume di iniezione (larghezza dell'impulso di iniezione) regolato dalla centralina in un breve intervallo di tempo in base al segnale del sensore di ossigeno è chiamato correzione del carburante a breve termine ed è controllato dalla tensione di uscita del sensore di ossigeno.
La correzione del carburante a lungo termine è il valore determinato dalla modifica, da parte dell'unità di controllo, della struttura dei dati operativi dell'unità stessa, in base alla variazione del coefficiente di correzione del carburante a breve termine.
Guasto comune
Quando il sensore di ossigeno si guasta, il computer del sistema di iniezione elettronica del carburante non può ottenere informazioni sulla concentrazione di ossigeno nel tubo di scarico, quindi non può controllare a posteriori il rapporto aria-carburante, il che aumenterà il consumo di carburante del motore e l'inquinamento dei gas di scarico, e il motore presenterà fenomeni di minimo instabile, mancanza di accensione, oscillazioni e altri guasti. Pertanto, il guasto deve essere eliminato o sostituito tempestivamente [1].
Errore di avvelenamento
L'avvelenamento del sensore di ossigeno è un guasto frequente e difficile da prevenire, soprattutto con l'uso frequente di auto a benzina con piombo. Anche un sensore di ossigeno nuovo può funzionare solo per poche migliaia di chilometri. Se si tratta solo di un lieve accumulo di piombo, l'utilizzo di benzina senza piombo può eliminare il piombo dalla superficie del sensore di ossigeno e ripristinarne il normale funzionamento. Tuttavia, spesso, a causa dell'elevata temperatura dei gas di scarico, il piombo penetra all'interno del sensore, ostacolando la diffusione degli ioni di ossigeno e rendendolo inefficace, nel qual caso è necessario sostituirlo.
Inoltre, l'avvelenamento da silicio dei sensori di ossigeno è un fenomeno comune. In generale, la silice generata dalla combustione dei composti di silicio contenuti nella benzina e nell'olio lubrificante, e il gas siliconico emesso dall'uso improprio di guarnizioni di tenuta in gomma siliconica, possono causare il malfunzionamento del sensore di ossigeno; pertanto, è necessario utilizzare carburante e olio lubrificante di buona qualità.
Durante la riparazione, è necessario selezionare e installare correttamente le guarnizioni in gomma, non applicare solventi e agenti antiaderenti diversi da quelli specificati dal produttore del sensore, ecc. A causa di una combustione incompleta del motore, si formano depositi carboniosi sulla superficie del sensore di ossigeno, oppure olio, polvere e altri sedimenti penetrano al suo interno, ostacolando o bloccando l'ingresso dell'aria esterna e di conseguenza il segnale di uscita del sensore di ossigeno risultante non allineato. La centralina non riesce quindi a correggere tempestivamente il rapporto aria-carburante. La formazione di depositi carboniosi si manifesta principalmente con un aumento del consumo di carburante e un significativo incremento delle emissioni. In questo caso, la rimozione dei sedimenti ripristina il normale funzionamento.
Crepe nella ceramica
La ceramica del sensore di ossigeno è dura e fragile, e urti con oggetti duri o forti flussi d'aria possono provocarne la rottura e il malfunzionamento. Pertanto, è necessario prestare particolare attenzione quando si riscontrano problemi e sostituirlo tempestivamente.
Il filo di blocco è bruciato
Il filo resistivo del riscaldatore si è bruciato. Nel caso di un sensore di ossigeno riscaldato, se il filo resistivo si brucia, è difficile che il sensore raggiunga la normale temperatura di esercizio e perde la sua funzionalità.
Disconnessione della linea
Il circuito interno del sensore di ossigeno è scollegato.
Metodo di ispezione
Controllo della resistenza del riscaldatore
Scollegare il connettore del cablaggio del sensore di ossigeno e utilizzare un multimetro per misurare la resistenza tra il polo riscaldante e il polo ferroso nel terminale del sensore di ossigeno. Il valore di resistenza è compreso tra 4 e 40 Ω (fare riferimento alle istruzioni del modello specifico). Se il valore non rientra nello standard, sostituire il sensore di ossigeno.
Misura della tensione di feedback
Quando si misura la tensione di feedback del sensore di ossigeno, è necessario scollegare il connettore del cablaggio del sensore di ossigeno e prelevare un filo sottile dal terminale di uscita della tensione di feedback del sensore di ossigeno, seguendo lo schema elettrico del modello, per poi ricollegarlo al connettore del cablaggio. La tensione di feedback può essere misurata dal cavo durante il funzionamento del motore (alcuni modelli consentono anche di misurare la tensione di feedback del sensore di ossigeno dalla presa di diagnosi guasti). Ad esempio, una serie di auto prodotte da Toyota consente di misurare la tensione di feedback del sensore di ossigeno direttamente dai terminali OX1 o OX2 della presa di diagnosi guasti.
Quando si misura la tensione di feedback del sensore di ossigeno, è preferibile utilizzare un multimetro a puntatore con una portata bassa (solitamente 2 V) e un'elevata impedenza (resistenza interna superiore a 10 MΩ). I metodi di rilevamento specifici sono i seguenti:
1. Portare il motore a temperatura di esercizio normale (oppure farlo girare a 2500 giri/minuto dopo l'avviamento per 2 minuti);
2. Collegare il puntale negativo del multimetro al terminale E1 o al polo negativo della batteria nella presa di rilevamento guasti e il puntale positivo al connettore OX1 o OX2 nella presa di rilevamento guasti, oppure al numero | sul connettore del cablaggio del sensore di ossigeno.
3. Lasciare che il motore continui a girare a una velocità di circa 2500 giri/min e verificare se l'ago del voltmetro oscilla tra 0 e 1 V, registrando il numero di oscillazioni dell'ago entro 10 secondi. In condizioni normali, con il progredire del controllo a feedback, la tensione di feedback del sensore di ossigeno cambierà costantemente sopra e sotto 0,45 V, e la tensione di feedback dovrebbe cambiare almeno 8 volte entro 10 secondi.
Se il valore è inferiore a 8, significa che il sensore di ossigeno o il sistema di controllo a feedback non funzionano correttamente, probabilmente a causa dell'accumulo di depositi carboniosi sulla superficie del sensore, che ne riducono la sensibilità. A tal fine, è necessario far girare il motore a 2500 giri/min per circa 2 minuti per rimuovere i depositi carboniosi dalla superficie del sensore di ossigeno, quindi controllare la tensione di feedback. Se l'ago del voltmetro continua a variare lentamente anche dopo la rimozione dei depositi carboniosi, significa che il sensore di ossigeno è danneggiato o che il circuito di controllo a feedback del computer è difettoso.
4. Ispezione del colore dell'aspetto del sensore di ossigeno
Rimuovere il sensore di ossigeno dal tubo di scarico e verificare se il foro di sfiato sull'alloggiamento del sensore è ostruito e se il nucleo ceramico è danneggiato. In caso di danni, sostituire il sensore di ossigeno.
È possibile individuare eventuali guasti anche osservando il colore della parte superiore del sensore di ossigeno:
1, parte superiore grigio chiaro: questo è il colore normale del sensore di ossigeno;
2, parte superiore bianca: causata da contaminazione da silicio, il sensore di ossigeno deve essere sostituito in questo momento;
3, parte superiore marrone (come mostrato in Figura 1): causato da contaminazione da piombo, se grave, è necessario sostituire anche il sensore di ossigeno;
(4) Parte superiore nera: causata da depositi di carbonio, dopo aver eliminato il guasto da depositi di carbonio del motore, i depositi di carbonio sul sensore di ossigeno possono generalmente essere rimossi automaticamente.
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