سنسور اکسیژن یا سنسور لامبدا
سنسور اکسیژن که به آن سنسور لامبدا، لامبدا سنسور، حسگر اکسیژن، لاندا سنسور و یا O₂ سنسور هم می‌گویند، (حتی در بازار لوازم یدکی فروش ها به آن سیم اکسیژن هم گفته می‌شود!). توسط کمپانی رابرت بوش در دهه ۱۹۶۰ معرفی شد و به سرعت به یکی از مهم‌ترین فناوری‌های مسئول جهت کاهش انتشار گازهای خروجی از اگزوز تبدیل شد. امروزه این قطعه در طیف گسترده‌ای از اتومبیل‌های آسیایی، اروپایی و آمریکایی تعبیه می‌شود. سنسور اکسیژن یکی از سنسورهای بسیار مهم و تاثیر گذار در عمل کرد بهینه و کنترل مصرف سوخت موتور و آلاینده های خروجی از اگزوز می باشد که در تمامی خودرو های انژکتوری به کار رفته است. سنسور اکسیژن وظیفه دارد که اطلاعات مربوط به غنی یا رقیق بودن مخلوط سوخت و هوای ورودی به موتور را از دود خروجی موتور، اندازه‌گیری نموده و به‌صورت پیوسته به ایسیو یا همان واحد کنترل الکترونیکی خودرو، ارسال می‌کند و ECU نیز اطلاعات دریافتی از این سنسور را جهت محاسبه نسبت اختلاط سوخت به هوا و تنظیم نسبت اختلاط سوخت و هوا جهت عملکرد بهینه موتور استفاده می‌کند.
اساس کار سنسور اکسیژن
سنسور اکسیژن در حقیقت تولید کننده ولتاژ (برق) به روش شیمیایی (از طریق دود خروجی) همانند یک باتری کوچک است. که باتوجه به میزان اکسیژن موجود در دود ولتاژ تولید می‌کند. به این صورت که اختلاف تعداد اتم‌های اکسیژن بر روی لایه داخلی و خارجی سنسور اکسیژن باعث شده که لایه دی اکسید زیرکونیوم ب لایه سرامیکی یونیزه شده و باعث ایجاد اختلاف پتانسیل (ولتاژ) در لایه داخلی و خارجی می‌شود. که اگر میزان اکسیژن موجود در دود کم باشد (مخلوط غنی باشد) اختلاف اکسیژن بین هوای داخل سنسور اکسیژن و اکسیژن موجود در دود زیاد شده و در نتیجه ولتاژ بیشتری تولید می‌کند. (حدودا ۵۰۰ الی ۹۰۰ میلی‌ولت) و بالعکس اگر میزان اکسیژن موجود در دود زیاد باشد (مخلوط رقیق باشد) اختلاف اکسیژن بین هوای داخل سنسور اکسیژن و اکسیژن موجود در دود کم شده و در نتیجه ولتاژ کمتری تولید می‌کند (حدودا ۵۰ الی ۵۰۰ میلی‌ولت).
ولتاژ‌های سنسور اکسیژن
ایسیو با استفاده از اطلاعات سنسور اکسیژن که به صورت ولتاژ دریافت می‌کند (بین ۰/۱ الی ۰/۹ ولت) اقدام به تنظیم نسبت سوخت و هوا به موتور، جهت عملکرد بهینه کاتالیست می‌نماید.
در مخلوط رقیق، ولتاژ ارسالی از سنسور اکسیژن کمتر از ۰/۵ ولت است.
در مخلوط غنی،ولتاژ ارسالی از سنسور اکسیژن بیشتر از ۰/۵ و لت و حداکثر تا ۱ ولت است.
بهینه کردن مصرف سوخت
اطلاعات سنسور اکسیژن جهت بهینه کردن مصرف سوخت به ایسیو ارسال می‌شود و این اطلاعات بسیار حائز اهمیت است و این سنسور به عنوان سنسور فیدبک دهنده به ECU محسوب می‌شود.
انواع سنسور اکسیژن از نظر جنس و متریال
از اوایل دهه سال ۱۹۷۰ میلادی مطالعات مداوم در مورد سنسورهای اکسیژن وجود دارد و منجر به تولید سنسورهایی برای کاربردهای مختلف با ویژگی‌های عملکرد متفاوت می‌شود. امروزه سنسور اکسیژن به‌کار رفته در خودروها از نظر جنس دونوع هستند:زیرکونیوم و تیتانیوم. که هر دو نوع بر اساس فراوانی اکسیژن موجود در دود با نسبت λ=۰/۹۹ الی λ=۱/۰۱ عمل می‌کنند که در اکثر خودروها از نوع زیکونیوم بکار رفته است.
تفاوت سنسور اکسیژن زیرکونیوم و سنسور اکسیژن تیتانیوم
تفاوت سنسور اکسیژن زیرکونیوم و تیتانیوم در این است که در نوع زیرکونیومی در اثر تغییر مقدار اکسیژن بر روی آن ولتاژ تولید می‌کند. ولی در نوع تیتانیومی در اثر تغییر مقدار اکسیژن بر روی آن مقاومت الکتریکی تغییر می‌کند. (در حالت غنی λ<۱ مقاومت کم و در حالت رقیق λ>۱ مقاومت زیاد می‌شود).
انواع سنسور اکسیژن از نوع گرمکن یا هیتر
سنسور اکسیژن بدون گرمکن:
سنسور اکسیژن بکار رفته در خودروهای قدیمی انژکتوری از نوع بدون گرمک هستند. مثل: پراید مدل کیا (زیمنس قدیم) و معمولا این سنسور دارای تک سیم و دمای کارکرد این سنسور بین ۳۰۰ الی ۹۰۰ درجه سانتی‌گراد می‌باشد.
بنابرای این نوع خودروها به دلیل نداشتن گرمکن در سنسور اکسیژن چند دقیقه اول روشن شدن موتور، خودرو بد کارکرده (همراه با لرزش موتور) و آلودگی هوا نیز افزایش می‌یابد و بعد از گرم شدن موتور مشکل برطرف می‌شود. البته امروزه دیگر از این سنسور اکسیژن در خودروها استفاده نمی‌شود.
سنسور اکسیژن گرمکن دار HEGO:
امروزه سنسور اکسیژن بکار رفته در خودروهای انژکتوری از نوع گرمکن دار است. به دلیل مزایای فراوانی که نسبت به سنسور بدون گرمکن دارد و دارای چهار پایه یا پین می‌باشد. پایه‌های ۱ و ۲ برای گرمکن سنسور اکسیژن و پایه‌های ۳ و ۴ برای خود سنسور می‌باشند.
نقش گرمکن در سنسور اکسیژن
گرمکن سنسور اکسیژن از نوع مقاومت PTC می‌باشد، یعنی با افزایش دما مقاومت نیز افزایش می‌یابد و بالعکس. برای این که واحد کنترل الکترونیکی بتواند از همان لحظه اول روشن شدن خودرو و خروج دود موتور، اطلاعاتی را دریافت کند که بتواند پیوسته نسبت اختلاط سوخت به هوا را کننترل کند، سنسور اکسیژن نیاز به گرمکن پیدا می‌کند. برای این که سنسور اکسیژن بتواند از همان لحظه اول روشن شدن موتور اطلاعات غلیظ یا رقیق بودن سوخت را از روی دود موتور به ایسیو ارسال کند نیاز به این دارد که دمای سنسور حداقل به ۳۰۰ درجه سانتی‌گراد برسد که دمای دود خروجی موتور در اوایل روشن شدن موتور به این دما (۳۰۰ درجه سانتی‌گراد) نمی‌رسد. بنابراین برای رسیدن به این دما نیاز به یک گرمکن می‌باشد که بتواند از همان لحظه اول روشن شدن موتور بلکه قبل از آن (لحظه باز شدن کامل سوئیچ) دمای سنسور اکسیژن را به دمای حداقل کارکرد سنسور برساند تا بتواند اطلاعات را جهت اصلاح مصرف سوخت به ایسیو ارسال کند.
برای کنترل و بهینه سازی مصرف سوخت و همچنین کاهش آلاینده های اگزوز با حفظ قدرت و بازدهی موتور ، نیاز داریم به دریافت اطلاعات مربوط به آلاینده های خروجی از موتور تا ایسیو (ECU) بتواند در شرایط مختلف کاری موتور ترکیب سوخت را در بازه نزدیک به استوکیومتری نگه دارد.
برای رسیدن به عدد استوکیومتری بدلیل کم بودن و متغیر بودن اکسیژن‌های داخل هوا در شرایط مختلف، در ترکیب‌های سوخت همیشه میزان هوا بیشتر در نظر گرفته می‌شود. درنتیجه بطور مداوم در اگزوز اکسیژن ترکیب نشده بصورت آزاد وجود دارد که رابطه مستقیم با میزان غلیظ یا رقیق بودن سوخت خواهد داشت.
به سادگی میتوان گفت که هرچه سوخت رقیق تر (lean) باشد میزان اکسیژن در خروجی اگزوز بیشتر است. و هر چه سوخت غلیظ تر (rich) باشد میزان اکسیژن‌های داخل اگزوز نیز کمتر خواهد بود و زیاد بودن اکسیژن بخصوص در زمان گرم بودن موتور سبب تشکیل نیترات ازت و کم بودن اکسیژن نیز سبب تولید هیدروکربن‌های نسوخته و منواکسید کربن در گازهای خروجی اگزوز می‌گردد. پس سالم ترین خروجی گاز ها از اگزوز همان نسبت استوکیومتری می باشد.
سنسور اکسیژن بر روی مانیفولد دود یا همان اگزوز قرار گرفته است. در خودروهای با سطح سازگاری بیشتر با محیط زیست از ۲ سنسور اکسیژن استفاده شده است.
اوایل تنها در خودرهای با راندمان بالا از دو سنسور اکسیژن استفاده می‌شد، اما حالا برای بهبود سازگاری خودروها با محیط زیست بر روی تمام خودروها نصب می‌شود. خودروهایی که از دو سنسور اکسیژن استفاده می‌کنند، یک سنسور قبل از کاتالیزور و یک سنسور بعد از کاتالیزور قرار می گیرد.
سوکت سنسور اکسیژن دارای ۴ پایه است که دو پایه‌ی آن برای گرم کن سنسور اکسیژن (هیتر) و دو پایه‌ی آن برای ارتباط با ایسیو (ECU) می‌باشد.
در خودرو های قدیمی که دارای سنسور اکسیژن نسل اول که داری سوکت تک سیم بودند فاقد گرم کن سنسوراکسیژن بودند و تنها یک سیم برای ارتباط با ایسیو (ECU) وجود داشت، مانند: کیا پراید (زیمنس قدیم- نیمه انژکتور).
وظیفه سنسور اکسیژن
وظیفه‌ی سنسور اکسیژن سنجش مقدار اکسیژن موجود در گاز خروجی از موتور می‌باشد. در واقع سنسور اکسیژن مقدار اکسیژن‌های نسوخته خارج شده از موتور که وارد اگزوز می‌شوند را کنترل می‌کند.
این سنسور تقریبا اطلاعات پیوسته‌ای را در خصوص اندازه‌گیری نسبت سوخت به هوا برای ایسیو (ECU) تهیه و ارسال می‌کند. سنسور اکسیژن در خصوص تعیین اطلاعات وضیعت غنی یا فقیر بودن دو حالت دارد که با صفر و یک شدن ولتاژ به طور متوالی داده می‌شود.
در مخلوط رقیق، ولتاژ ارسالی از سنسور اکسیژن کمتر از ۰/۵ ولت است.
در مخلوط غنی، ولتاژ ارسالی از سنسور اکسیژن بیشتر از ۰/۵ ولت و حداکثر تا ۱ ولت است.
سنسور اکسیژن شامل یک بدنه ی سرامیکی است که بر روی سطح آن الکترودهای پلاتینیوم، که گاز در آنها نفوذ می‌کند نصب شده است. در سمتی از سنسور که عملکرد دارد به این دلیل از سرامیک استفاده شده است که حداقل دمای تماس یون‌های اکسیژن حدود ۳۰۰ درجه می‌باشد. در سمت دیگر سرامیک متخلخل در معرض هوای محیط قرار دارد، سطج خارجی سرامیک در معرض گازهای اگزوز قرار دارد. در صورتی که حجم اکسیژن در دو طرف سرامیک حسگر اختلاف داشته باشد اختلاف پتانسیل به صورت ولتاژ رخ می‌دهد. با ارسال این ولتاژ به ایسیو (ECU) با پردازش اطلاعات سنسور اکسیژن و دیگر سنسورها و جداول از قبل تعریف شده مقدار زمان پاشش سوخت، اوانس جرقه و کنترل هوای ورودی توسط استپر محاسبه می‌کند.
ایراداتی که به واسطه خرابی سنسور اکسیژن ایجاد می‌شوند
- بالا رفتن مصرف سوخت و میزان الایندگی گاز های خروجی
- ریپ زن یا کپ کردن خودرو (مخصوصا بعد از دادن دنده معکوس)
- روشن شد چراغ چک
- تاخیر در گاز خوردن موتور
- کاهش قدرت و کشش موتور
- خروج دود سیاه از اگزوز
- خام سوزی و بوی بد دود از اگزوز
طریقه عیب یابی سنسور اکسیژن
طریقه ی عیب یابی سنسور اکسیژن با کمک دستگاه دیاگ یا عیب یاب انجام می‌شود. گاهی اوقات خرابی سنسور اکسیژن باعث روشن شدن چراغ چک نمی شود ولی خودرو ایراداتی مثل کپ کردن … دارد در این صورت باید با عمل پارامتر خوانی عیب یابی را انجام دهیم. ولتاژ سسنور اکسیژن سالم در دستگاه دیاگ باید مانند نمودار زیر باشد.
در ویدیو زیر ایرادات شایع، نحوه عیب یابی و پارامترخوانی سنسور اکسیژن و چگونگی رفع عیب سنسور اکسیژن به صورت عملی با دستگاه دیاگ شرح داده شده است.
آموزش پارامترخوانی سنسور اکسیژن
عدد لامبدا چیست؟
عدد لامبدا را با نماد λ نشان می‌دهند. مقدار عدد لامبدا به ازای نسبت استوكیومتریک (۱ : ۱۴/۷ ) را برابر واحد فرض می‌كنند. لامبدا را میتوان بصورت زیر تعریف كرد:
λ >1 چنین مخلوطی دارای بنزینی بیشتر از نسبت استوكیومتریك بوده و به آن مخلوط غنی (Rich) یا غلیظ گفته می‌شود .
λ =۱ چنین مخلوطی دارای بنزینی معادل نسبت استوكیومتریك بوده و به آن مخلوط ایده آل ( Sto ) گفته می‌شود.
λ <1 چنین مخلوطی دارای بنزینی كمتر از نسبت استوكیومتریك بوده و به آن مخلوط رقیق ( Lean ) گفته می‌شود.
نقش سنسور اکسیژن در معاینه فنی
اولین گازی که در سنجش آلایندگی بررسی می‌شود، CO می‌باشد. که برای قبولی در آزمون حداکثر مقدار CO برای خودروهای انژکتوری کمتر از ۰٫۷ و برای خودروهای کاربراتوری کمتر از ۴ می‌باشد.
دومین گازی که در سنجش آلایندگی بررسی می‌گردد، HC است. که برای قبولی در آزمون حداکثر مقدار HC برای خودروهای انژکتوری کمتر از ۲۵۰ و برای خودروهای کاربراتوری کمتر از ۴۰۰ می‌باشد.
سومین گازی که در سنجش آلایندگی بررسی می‌شود، O2 می‌باشد. که برای قبولی در آزمون حداکثر مقدار O2 برای کلیه خودروها باید کمتر از ۳ باشد.
آخرین مورد تست آلایندگی بررسی لامبدا (λ) می‌باشد که مقدار مجاز آن در محدوده ۰٫۹۹۵ تا ۱٫۰۵ می‌باشد.
به طوری کلی اگر موتور خودرو منظم کار نکند نمی تواند معاینه ی فنی را اخذ نماید. سنسور اکسیژن نقش اصلی و کلیدی را در میزان آلایندگی گاز های خروجی دارد. چون افزایش مصرف سوخت و دود سیاه از ایرادات سیار شایع این سنسور می باشد اما دیگر سنسور ها و عوامل میتوانند روند کاری موتور را بهم بریزند از دیگر پارامتر هایی که در بد کارکردن موتور تاثیر دارند می توان به لقی غیر مجاز سوپاپ ها، مختل شدن کارکرد سنسور مپ، و حتی سنسور دمای اب و… اشاره نمود.
پیشنهاد مطالعه: دلایل دود کردن خودرو چیست؟ ۳ رنگ مختلف دود در خودرو نشانه چیست؟
قیمت سنسور اکسیژن و خرید سنسور اکسیژن
در حال حاظر ۴ مدل سنسور اکسیژن برند SKP در بازار موجود است. سنسور اکسیژن ME17 مناسب خودروهای پژو ۲۰۶، پژو ۲۰۷ و پژو پارس- سنسور اکسیژن ساژم سیم بلند مناسب خودروهای پژو ۴۰۵، پژو پارس، سمند- سنسور اکسیژن زیمنس مناسب خودروهای با ایسیو زیمنس و سنسور اکسیژن ساژم مناسب خودروهای گروه پژو، سمند و پراید می‌باشند.
