سنسور اكسيژن
سنسور اكسيژن شامل بدنه سراميكي با سره پلاتينيوم است. سره سنسور توسط غلاف فلزي محافظت شده است. محدوده خارجي اين سراميك پوشش داده شده در معرض اكسيژن موجود در اگزوز قرار دارد. قسمت داخلي آن به اكسيژن موجود در اتمسفر مرتبط است. اختلاف بين اين دو نقطه باعث توليد ولتاژ در سنسور مي‌شود.
قبل از اينكه سنسور عمل كند بايد در حدود 300 درجه سلسيوس گرم شود (در حدود 600 درجه فارنهايت) و بهترين عملكرد را در حدود دماي 1400 درجه فارنهايت دارا است. لذا محل قرارگيري آن را اگزوز در نظر گرفته‌اند. سنسور اكسيژن مجهز به المان حرارتي است كه در شرايط مختلف رانندگي عملكرد آن را تضمين ميكند.(برخي از سنسورهاي اكسيژن فاقد اين المان حرارتي اند و سنسور در نزديكترين ناحيه منيفولد دود تعبيه شده است مثل خودروي پرايد انژكتوري كيت زيمنس)
از آنجايي‌كه سنسور اكسيژن براي انجام عملكرد صحيح بايد پيش‌گرم شود، برخي واحدهاي جديدتر شامل يك هيتر دوازده ولتي بوده تا سنسور را هرچه سريعتر به دماي عملكرد برسانند
ساختمان ساده و شماتيك يك سنسور لامبدا در شكل صفحه بعد نمايش داده شده است. بدنه اصلي آن از لوله‌هاي الكتروليت زير كونيا تشكيل شده است.زيركونيا داراي خاصيت شناخته شده خوبي در خصوص هدايت يون اكسيژن در دماي بالا است. الكترودهاي pt در دو طرف لوله زير كونيا قرار دارد. الكترود داخلي با هواي اتمسفر و در طرف خارجي با گاز اگزوز مرتبط است. در واقع اين يك پيل الكتروليت بوده و مي‌توان آنرا مطابق فرايند زير بيان كرد:
O2 (exhaust) pt | solid electrolyte (zirconia) | Pt,O2(air)
پوشش پلاتيني المان به عنوان كاتاليزور عمل مي كند و سبب مي شود اكسيژن در گاز خروجي باco واكنش نشان دهد. اين موضوع حجم اكسيژن را كم مي كند و حساسيت سنسور را افزايش مي دهد.
اين سنسورها مي‌توانند با تعداد سيمهايي كه از اين واحد خارج مي‌شوند، شناسايي شوند اگر سنسوري يك سيم داشته باشد، اين سنسور فاقد هيتر است. اگر داراي سه سيم باشد، يكي از آنها براي سيگنال بوده و دو سيم ديگر براي هيتر استفاده شده است. برخي ديگر داراي چهار سيم بوده كه يكي از آنها براي سيگنال‌هاي محيط اطراف (جلوگيري از اثرات نويز و افزايش دقت اندازه‌گيري) و دوتاي ديگر براي هيتر است. در اين حالت سيم سيگنال در مقابل اثرات جانبي محافظت شده و شكل ظ‌اهري آن شبيه آنتن تلويزيون به صورت تو درتو و هم محور، كشويي است.
بيشتر موتورها با توربو، از سنسورهايي با هيتر استفاده مي‌كنند زيرا توربو به مقدار زيادي از انرژي فوق گرم جهت پمپ كردن هواي اضافي به سيستم، استفاده ميكند. بدون هيتر سنسور داراي عملكرد خوبي نبوده و عددي كه ارايه مي‌دهد قابل قبول نيست. مخصوصا در هنگام شروع به كار توربو، اين موضوع مشهودتر است.
اساس کار اين نوع حسگرها آن است که در دمای بالاتر از ۳۰۰ درجه سانتيگراد دی اکسيد زيرکونيم يونهای منفی اکسيژن را هدايت می‌کند. حسگر طوری طراحی شده است که در نزديکی عدد لاندای يک(نسبت هوا به سوخت برابر ۱۴.۷ به ۱) جوابگو خواهد بود. وقتی يکی از الکترودهای حسگر با مقدار مرجع اکسيژن هوا در تماس است. تعداد بيشتری يون اکسيژن در اطراف آن وجود دارد. اين يونها از طريق عمل الکتروليتی از الکترود تراوش می‌کنند و از الکتروليت (zro2) می‌گذرند. در نتيجه مانند وضعيتی که در باطری مشاهده می‌شود بار الکتريکی ايجاد خواهد شد.
كاربردهاي سنسور اكسيژن
در اتومبيل برای ايجاد سيستم فيدبک حلقه بسته بمنظور کنترل نسبت هوا به سوخت از سنسور اکسيژن استفاده می‌شود. مقدار اکسيژن حس شده در دود با غلظت مخلوط هوا-سوخت رابطه مستقيم دارد. حسگرهای اکسيژن دود را در لوله اگزوز در نزديکی منيفولد دود قرار می‌دهند تا از گرم شدن آن مطمئن شوند. اين حسگرها در دمای بالاتر از ۳۰۰ درجه سانتيگراد با قابليت اعتماد کافی کار می‌کنند.
كاربرد سنسور اكسيژن در كاهش ميزان آلاينده ها
اكثر خودروهاى امروزى به مبدل هاى كاتاليزورى «سه منظوره» مجهزند. عبارت سه منظوره به سه آلاينده متداول اشاره مى كند كه مبدل ها بايد مقدار آنها را كاهش دهند. اكثر كاتاليزورها ساختار سراميكى دارند كه لايه اى از يك فلز همانند پلاتين، روديم يا پالاديم سطح آنها را پوشانده است. معمولاً اين مبدل ها طورى طراحى و ساخته مى شوند كه حداكثر سطح ممكن را داشته باشند. مبدل ها از چند قسمت مختلف همانند كاتاليزورهاى احياكننده، اكسيدكننده و سيستم كنترل تشكيل شده است. كاتاليزور احياكننده ملكول هاى NO يا NO2 را به ملكول N2 وo2 تبديل مى كند كه هر دو اينها از اجزاى تشكيل دهنده هوا هستند و هيچ كدام خطرى براى سلامت انسان يا محيط زيست ندارند. اكسيدكننده دومين بخش يك مبدل كاتاليزورى است. در اين مرحله هيدروكربن هاى نسوخته و منواكسيد كربن در سطح كاتاليزور پلاتين و پالاديم اكسيد مى شود. اين كاتاليزورها اين مواد را سوزانده و به دى اكسيد كربن تبديل مى كنند. (هر چند كه دى اكسيد كربن اثر مستقيمى بر سلامتى انسان ندارد، اما به باور بسيارى از دانشمندان گاز دى اكسيد كربن اثر گلخانه اى شديدى داشته و از عوامل مهم ايجاد اثر گلخانه اى است) سيستم هاى كنترل سومين قسمت يك مبدل كاتاليزورى است كه جريان گازهاى خروجى را كنترل مى كند. با استفاده از اطلاعات به دست آمده، نسبت هوا به سوخت در سيستم تزريق سوخت در سطح بهينه حفظ مى شود. براى اين كار يك حسگر اكسيژن كه بين موتور و مبدل قرار مى گيرد، ميزان اكسيژن موجود در گازهاى خروجى را مى سنجد و اطلاعات را به رايانه موتور انتقال مى دهد. رايانه موتور نيز مى تواند با استفاده از اين اطلاعات نسبت هوا به سوخت را افزايش يا كاهش دهد و به سطح بهينه برساند. بدين ترتيب با استفاده از مبدل كاتاليزورى درصد حجمى بسيارى از آلاينده هاى خودروها همچون هيدروژن، منواكسيد كربن، هيدروكربن هاى نسوخته، آلدئيدها و اكسيدهاى نيتروژن به شدت كاهش مى يابد. تنها ماده اى كه مبدل كاتاليزورى نمى تواند نقش چندانى در كاهش آن داشته باشد، دى اكسيد كربن است كه از مصرف سوخت هاى گوگرددار (همانند گازوئيل) ناشى مى شود. امروزه قوانينى تنظيم شده است تا پالايشگاه ها قبل از عرضه سوخت از ميزان گوگرد موجود در سوخت ها بكاهند.هر چند امروزه بعضى از خودروها كه از تكنولوژى بالا (و در نتيجه قيمت زياد) برخوردارند، داراى مبدل هستند، اما عمده خودروها به ويژه خودروهايى كه در نقش وسايل نقليه عمومى عمل مى كنند، فاقد چنين تجهيزاتى هستند يا اين تجهيزات از كيفيت مناسب و قابل قبولى برخوردار نيست.
سنسور اكسيژن در خودرو
همان‌طور كه قبلا اشاره شد سنسور اكسيژن ميزان نسبت هوا به سوخت A/F استوكيومتري كه عدد 7/14 است را همواره كنترل كرده و به محض اينكه سوخت اضافي تزريق شود، قدرت موتور بالا رفته و مقادير H2 و Co باقي مانده در اگزوز نيز زياد مي‌شود اين ناحيه را سوخت غليظ گويند. زماني‌كه سوخت كاهش مي‌يابد قدرت موتور كاهش يافته كه ميزان اكسيژن موجود در اگزوز زياد مي‌شود اين ناحيه را ناحيه سوخت رقيق گويند.
بيشتر موتورها حول نقطه استوكيومتري كار مي‌كنند. براي كاهش بهتر و موثرتر ميزان آلودگي خروجي اگزوز بهتر است از مبدل كاتاليست سه راهه استفاده كنيم. بطوري‌كه H2 و Co با اكسيژن باقي مانده واكنش مي‌دهد و با احياي Co2 Nox و H2o وN2 توليد مي‌شود. سنسور اكسيژن كه براي كنترل و تنظيم موتور در نقطه استوكيومتري به كار مي‌رود، ميزان ولتاژ خروجي آن در حالت سوخت غليظ 1 و يا سوخت رقيق صفر است. اين عدد در اين نقطه داراي نوسانات ناگهاني بوده كه كنترل آن در نقطه استوكيومتري وظيفه سنسور لامبدا است.
يك برنامه پايه در ECU زمان باز بودن دهانه انژكتور را بر اساس اطلاعات بار موتور (كه به ميزان هواي ورودي و دور موتور است) محاسبه مي كند. زمان محاسبه شده بطور مستقيم براي كنترل انژكتورها مورد استفاده قرار نمي گيردبلكه در مدار كنترل لامبدا اصلاح مي شود. به منظور تنظيم بهينه زمان پاشش سوخت براي برقراري نسبت درست هوا-سوخت سيگنالي از سنسور اكسيژن به مدار كنترل لامبدا فرستاده مي شود
سنسور اكسيژن به ECM كمك ميكند تا مقدار سوخت مصرفي لازم را براساس مقدار اكسيژن عبوري از اگزوز مشخص كند. در سطح دريا ميزان نسبت سوخت به هوا جهت احتراق كامل (نسبت سوخت استوكيومتري) 7/14 است. اين نسبت عددي 7/14 به 1 معادل عدد لامبداي 1 است و به اين دليل Bosch سنسورهايش را سنسورهاي لامبدا ناميده است. در عدد لامبداي 1/3 و بالاتر، ميزان سوخت آنقدر زياد مي‌شود كه جرقه صورت نخواهد گرفت.
يك سنسور o2چگونه كار مي كند؟
يك سنسور o2 يك ژنراتور شيميايي مي باشد كه پي در پي به مقايسه بين اكسيژن دروني لوله چند سوراخه و هواي درون موتور مي پردازد. اگر اين مقايسه مقدار كمي اكسيژن را در لوله چند سوراخه نشان دهد يك ولتاژ توليد مي شود. خروجي سنسور معمولا بين 0و 1.1 ولت مي باشد. وقتي موتور سوختي بيش از حد نيازش داشته باشد همه اكسيژن موجود در گاز مصرف مي شود. اين امر ولتاژي بيش از 0.45 ولت ارسال ميكند اگر موتور بي حاصل رها شود همه سوخت از بين مي رود و مي سوزد و اكسيژن اضافي در سيلندر باقي مي ماند و در بخار جريان مي يابد
اين سنسور نه تنها در صنعت خودروسازي بلكه در كوره هاي ذوب فولاد و فلزات ديگر و همچنين شيشه نصب مي شود.
در نيروگاه هاي توليد برق با استفاده از حسگر مذكور نه تنها به بازدهي بهتر سوخت بلكه به اصلاح كيفيت هوا نيز نايل شده اند
موتورهاي جديد كه اخيرا ساخته شده‌اند، طوري طراحي شده‌اند كه در حالت حداقل سوخت كاركرده تا سوخت را بيشتر ذخيره كنند.
اين موتورها عموما در نسبت A/F بين 20 تا 25 كار مي‌كنند. كنترل موتور در اين حالت توسط سنسور لامبدا، به علت حساس نبودن سنسور ميسر نيست.
نظرات شما عزیزان:
آمار
وب سایت: