Sensor de oxigênio automotivo.
O sensor de oxigênio automotivo é o principal sensor de feedback no sistema de controle do motor EFI, sendo fundamental para controlar a emissão de gases de escape, reduzir a poluição ambiental e melhorar a qualidade da combustão do combustível no motor.
Existem dois tipos de sensores de oxigênio: os de zircônia e os de dióxido de titânio.
O sensor de oxigênio utiliza elementos cerâmicos sensíveis para medir o potencial de oxigênio em diversos fornos de aquecimento ou tubos de exaustão, calculando a concentração de oxigênio correspondente pelo princípio do equilíbrio químico. Dessa forma, monitora e controla a relação ar-combustível na combustão, garantindo a qualidade do produto e o cumprimento das normas de emissão de gases de escape. É amplamente utilizado no controle da atmosfera em fornos de combustão de carvão, óleo, gás e outros.
O sensor de oxigênio é usado para controlar eletronicamente o sistema de controle de feedback do dispositivo de injeção de combustível para detectar a concentração de oxigênio nos gases de escape e a densidade da relação ar-combustível, para monitorar a combustão na relação ar-combustível teórica (14,7:1) no motor e enviar sinais de feedback para o computador.
Princípio de funcionamento
O sensor de oxigênio funciona de forma semelhante a uma bateria, com o elemento zircônia presente no sensor atuando como um eletrólito. O princípio básico de funcionamento é o seguinte: sob certas condições (alta temperatura e catálise por platina), a diferença na concentração de oxigênio entre o interior e o exterior do óxido de zircônia é utilizada para gerar uma diferença de potencial; quanto maior a diferença de concentração, maior a diferença de potencial. O teor de oxigênio na atmosfera é de 21%, o gás de escape após uma combustão concentrada praticamente não contém oxigênio, e o gás de escape gerado após a combustão de uma mistura diluída ou o gás de escape gerado pela ausência de combustão contém mais oxigênio, mas ainda em quantidade muito inferior à encontrada na atmosfera.
Sob a catálise de alta temperatura e platina, o oxigênio ligado ao sensor de oxigênio é consumido, gerando uma diferença de potencial. A tensão de saída para a mistura concentrada é próxima de 1V, enquanto para a mistura diluída é próxima de 0V. De acordo com o sinal de tensão do sensor de oxigênio, a relação ar-combustível é controlada para ajustar a largura do pulso de injeção de combustível. Portanto, o controle eletrônico do sensor de oxigênio é fundamental para a dosagem de combustível. O sensor de oxigênio só apresenta desempenho completo em altas temperaturas (acima de 300 °C) e só consegue emitir tensão. Sua resposta mais rápida às mudanças na mistura ocorre em torno de 800 °C.
Pontas
O sensor de oxigênio de dióxido de zircônio reflete a mudança na concentração da mistura combustível através da variação da voltagem, enquanto o sensor de oxigênio de dióxido de titânio reflete essa mudança através da variação da resistência. O sistema de controle eletrônico que utiliza o sensor de oxigênio de zircônio não consegue controlar a relação ar-combustível real próxima da relação ar-combustível teórica quando as condições de funcionamento do motor se deterioram, ao passo que o sensor de oxigênio de dióxido de titânio consegue controlar a relação ar-combustível real próxima da relação ar-combustível teórica mesmo nessas condições.
O volume de injeção (largura do pulso de injeção) ajustado pela unidade de controle em um curto período de tempo, de acordo com o sinal do sensor de oxigênio, é chamado de correção de combustível de curto prazo, que é controlada pela tensão de saída do sensor de oxigênio.
A correção de combustível a longo prazo é o valor determinado pela modificação, pela unidade de controle, da estrutura de dados operacionais da unidade de controle, de acordo com a variação do coeficiente de correção de combustível a curto prazo.
Falha comum
Quando o sensor de oxigênio falha, o computador do sistema de injeção eletrônica de combustível não consegue obter a informação da concentração de oxigênio no tubo de escape, portanto não consegue controlar a relação ar-combustível, o que aumentará o consumo de combustível do motor e a poluição do escape, e o motor apresentará marcha lenta instável, falta de ignição, oscilação e outros fenômenos de falha. Portanto, o defeito deve ser removido ou substituído em tempo hábil [1].
Culpa por envenenamento
O envenenamento do sensor de oxigênio é uma falha frequente e difícil de prevenir, especialmente em carros que utilizam gasolina com chumbo com frequência, onde mesmo um sensor de oxigênio novo dura apenas alguns milhares de quilômetros. Se for apenas um envenenamento leve por chumbo, abastecer com gasolina sem chumbo pode eliminar o chumbo da superfície do sensor de oxigênio e restaurar seu funcionamento normal. No entanto, muitas vezes, devido à alta temperatura dos gases de escape, o chumbo penetra no interior do sensor, dificultando a difusão dos íons de oxigênio e tornando-o ineficaz, situação em que a única solução é a substituição.
Além disso, o envenenamento por silício em sensores de oxigênio também é comum. Em geral, a sílica gerada após a combustão de compostos de silício presentes na gasolina e no óleo lubrificante, e o gás de silicone emitido pelo uso inadequado de juntas de vedação de borracha de silicone, podem causar a falha do sensor de oxigênio. Portanto, é fundamental utilizar combustível e óleo lubrificante de boa qualidade.
Ao realizar reparos, é necessário selecionar e instalar corretamente as juntas de borracha, não aplicar solventes ou agentes antiaderentes diferentes dos especificados pelo fabricante do sensor, etc. Devido à má combustão do motor, depósitos de carbono se formam na superfície do sensor de oxigênio, ou óleo, poeira e outros sedimentos entram no sensor, impedindo ou bloqueando a entrada de ar externo, o que desregula o sinal de saída do sensor. Consequentemente, a ECU não consegue corrigir a relação ar-combustível a tempo. A formação de depósitos de carbono se manifesta principalmente como um aumento no consumo de combustível e um aumento significativo na concentração de emissões. Nesse caso, a remoção dos sedimentos resolve o problema e o sensor volta a funcionar normalmente.
Rachaduras na cerâmica
A cerâmica do sensor de oxigênio é dura e quebradiça, e impactos com objetos duros ou jatos de ar fortes podem quebrá-la e causar sua falha. Portanto, é necessário ter extremo cuidado ao lidar com problemas e substituí-la o mais rápido possível.
O fio de bloqueio está queimado.
O fio de resistência do aquecedor queimou. No caso do sensor de oxigênio aquecido, se o fio de resistência do aquecedor queimar, o sensor terá dificuldade em atingir a temperatura normal de funcionamento e perderá sua função.
Desconexão da linha
O circuito interno do sensor de oxigênio está desconectado.
Método de inspeção
Verificação da resistência do aquecedor
Remova o conector do chicote do sensor de oxigênio e use um multímetro para medir a resistência entre o polo de aquecimento e o polo de ferro no terminal do sensor de oxigênio. O valor da resistência deve ser de 4 a 40 Ω (consulte as instruções do modelo específico). Se não estiver dentro da especificação, substitua o sensor de oxigênio.
Medição da tensão de realimentação
Ao medir a tensão de feedback do sensor de oxigênio, o conector do chicote do sensor deve ser desconectado e um fio fino deve ser puxado do terminal de saída da tensão de feedback do sensor de oxigênio, de acordo com o diagrama elétrico do modelo, e então conectado ao conector do chicote. A tensão de feedback pode ser medida a partir do fio durante o funcionamento do motor (alguns modelos também permitem medir a tensão de feedback do sensor de oxigênio a partir do conector de diagnóstico de falhas). Por exemplo, uma série de carros fabricados pela Toyota Motor Company permite medir a tensão de feedback do sensor de oxigênio diretamente nos terminais OX1 ou OX2 do conector de diagnóstico de falhas.
Ao medir a tensão de retorno do sensor de oxigênio, é melhor usar um multímetro de ponteiro com baixa escala (geralmente 2V) e alta impedância (resistência interna superior a 10MΩ). Os métodos de detecção específicos são os seguintes:
1. Aqueça o motor até a temperatura normal de funcionamento (ou deixe-o funcionar a 2500 rpm após a partida por 2 minutos);
2. Conecte a ponta de prova negativa do multímetro ao terminal E1 ou ao polo negativo da bateria no conector de diagnóstico de falhas, e a ponta de prova positiva ao conector OX1 ou OX2 no conector de diagnóstico de falhas, ou ao pino número | no conector do chicote de fios do sensor de oxigênio.
3. Deixe o motor funcionando a uma velocidade de aproximadamente 2500 rpm e verifique se o ponteiro do voltímetro oscila entre 0 e 1 V, registrando o número de oscilações do ponteiro em 10 segundos. Em circunstâncias normais, com o progresso do controle de feedback, a tensão de feedback do sensor de oxigênio variará constantemente acima e abaixo de 0,45 V, devendo sofrer pelo menos 8 variações em 10 segundos.
Se a leitura for inferior a 8 vezes, significa que o sensor de oxigênio ou o sistema de controle de feedback não está funcionando corretamente, o que pode ser causado pelo acúmulo de carbono na superfície do sensor de oxigênio, reduzindo sua sensibilidade. Para solucionar isso, o motor deve funcionar a 2500 rpm por cerca de 2 minutos para remover os depósitos de carbono da superfície do sensor de oxigênio e, em seguida, verificar a tensão de feedback. Se o ponteiro do voltímetro ainda estiver se movendo lentamente após a remoção do carbono, isso indica que o sensor de oxigênio está danificado ou que o circuito de controle de feedback do computador está com defeito.
4. Inspeção da cor da aparência do sensor de oxigênio
Remova o sensor de oxigênio do tubo de escape e verifique se o orifício de ventilação na carcaça do sensor está obstruído e se o núcleo de cerâmica está danificado. Se estiver danificado, substitua o sensor de oxigênio.
As falhas também podem ser identificadas observando-se a cor da parte superior do sensor de oxigênio:
1, parte superior cinza claro: esta é a cor normal do sensor de oxigênio;
2, parte superior branca: causada por contaminação por silício, o sensor de oxigênio deve ser substituído neste caso;
3, parte superior marrom (como mostrado na Figura 1): causada por poluição por chumbo; se for grave, também é necessário substituir o sensor de oxigênio;
(4) Topo preto: causado por deposição de carbono, após a eliminação da falha de deposição de carbono do motor, a deposição de carbono no sensor de oxigênio geralmente pode ser removida automaticamente.
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