همراهان گرامی امداد باتری ، این سنسور در احتراق داخلی موتور نسبت اکسیژن موجود در گازهای خروجی از اگزوز را اندازه گیری می کند . مقادیر حاصل برای مدیریت موتور در سیستم های سوخت رسانی انژکتوری و کنترل آلاینده های حاصل از احتراق می رود. در واقع این سنسور میزان غنی یا رقیق بودن نسبت سوخت به هوای ارسال شده به موتور را اندازه گیری می کند. با استفاده از داده سنسور یک سیستم کنترلی فیدبک حلقه بسته، مقدار سوخت ارسال شده به موتور را تصحیح می کند. این سنسور توسط شرکت بوش ابداع گردید و در دهه 1960 توسعه یافت. سنسور اکسیژن‌ شامل‌ بدنه‌ سرامیکی‌ با سره‌ پلاتینیوم‌ است‌. سره‌ سنسور توسط‌ غلاف‌ فلزی‌ محافظت‌ شده‌ است‌. محدوده‌ خارجی‌ این‌ سرامیک‌ پوشش‌ داده‌ شده‌، در معرض‌ اکسیژن‌ موجود در اگزوز قرار دارد. قسمت‌ داخلی‌ آن‌ به‌ اکسیژن‌ موجود در اتمسفر مرتبط‌ است‌. اختلاف‌ بین‌ این‌ دو نقطه‌ باعث‌ تولید ولتاژ در سنسور می‌شود.

هر خودروی جدید و بیشتر خودروهایی که بعد از سال 1980 تولید شدند مجهز به سنسور اکسیژن هستند. اولین سنسور اکسیژن سال 1976 در خودروی ولوو 240 معرفی شد. این سنسور بخشی از سیستم کنترل آلایندگی است و اطلاعاتی را به کامپیوتر خودرو (ECU) می فرستد. هدف از طراحی این سنسور این است که موتور در بهینه ترین و اقتصادی ترین حالت کار کند و کمترین میزان گازهای آلاینده را تولید کند.

یک موتور بنزینی بنزین را همراه با اکسیژن می سوزاند. همانطور که می دانید نسبت ترکیب ایده آل بنزین و هوا 14.7 به یک می باشد به این معنا که برای هر 14.7 گرم هوا 1 گرم بنزین نیاز است تا ترکیب آنها کامل بسوزد. (این نسبت برای سوخت های مختلف متفاوت است و بستگی به میزان هیدروژن و کربن موجود در سوخت دارد).

اگر مقدار هوا کمتر از 14.7 باشد، بعد از احتراق بنزین اضافی باقی می ماند که به این حالت سوخت غنی می گویند (یعنی بنزین زیادتر از نرمال، هوا کمتر از نرمال).

تولید سوخت غنی در موتور خوب نیست زیرا کامل سوخته نمی شود و آلودگی ایجاد می کند. اگر مقدار هوا بیشتر از مقدار فوق باشد به این معناست که اکسیژن اضافی در سوخت وجود دارد که به این حالت سوخت فقیر می گویند (بنزین کم، هوای زیاد). معایب تولید سوخت فقیر تولید بیشتر آلاینده های نیتروژن-اکسید، عملکرد ضعیف و حتی آسیب رسیدن به موتور است.

سنسور اکسیژن در مسیر خروج گازهای موتور نصب می شود و می تواند مخلوط غنی و فقیر را تشخیص دهد. مکانیزم کاری در اکثر سنسورهای اکسیژن به این صورت است که یک واکنش شیمیایی در آنها رخ می دهد و بر اثر آن ولتاژی تولید می شود. سپس کامپیوتر موتور این ولتاژ را بررسی می کند و می فهمد که وضعیت سوخت چطور است (غنی یا فقیر) و مقدار سوخت ورودی به موتور را بر اساس آن تنظیم می کند. در واقع این سنسور مقدار اکسیژن های نسوخته خارج شده از موتور که وارد اگزوز می شوند را کنترل می کند.

یکی از علتهای نصب سنسور اکسیژن این است که مقدار اکسیژنی که موتور به داخل خود می کشد بسته به عواملی مانند ارتفاع از سطح دریا، دمای هوا، دمای موتور، فشار جو و میزان فشار روی موتور دارد. وقتی سنسور اکسیژن از کار می افتد کامپیوتر موتور دیگر نمی تواند درصد بنزین و هوا را تشخیص دهد و فقط بر اساس یک ولتاژ ثابت عمل می کند در نتیجه عملکرد خودروی شما کاهش یافته و مصرف سوختش بالا می رود.

مفهوم Open Loop و Closed Loop

هنگامی که کامپیوتر موتور میزان پاشش انژکتورها (یا نسبت بنزین و هوا) را بر اساس اطلاعات به دست آمده از سنسور اکسیژن تنظیم می کند (مثل حالتی که موتور به دمای ایده آل رسیده باشد) به این حالت Closed Loop می گویند. در این حالت داده های حاصل از سنسور اکسیژن مدام در حال تغییر و نوسان هستند.

هنگامی که هیچ سیگنالی از سنسور اکسیژن دریافت نشود (مثل سرد بودن موتور اول صبح موقع استارت) یا این سنسور از کار بیفتد، کامپیوتر موتور یک مقدار ثابت (بدون تغییر) که به صورت سوخت غنی است در نظر می گیرد و موتور بر اساس آن کار می کند. به این حالت Open Loop می گویند زیرا هیچ سیگنالی از سنسور اکسیژن برای تنظیم نسبت سوخت و هوا به کار نمی رود.

سنسور اکسیژن نیاز به گرم شدن دارد تا کار خود را شروع کند. اگر موتور خودرو وقتی که سنسور اکسیژن به دمای ایده آل خود رسید وارد مرحله Closed Loop نشود یا در اثر قطع سیگنال سنسور اکسیژن از مرحله Closed Loop خارج شود، موتور با سوختی بسیار غنی کار خواهد کرد و باعث افزایش مصرف و آلایندگی می شود.

عوامل دیگری مثل خرابی سنسور دمای آب (فشنگی آب) نیز ممکن است باعث جلوگیری از وارد شدن موتور به حالت Closed Loop شود زیرا کامپیوتر موتور برای تصمیم گیری در مورد ورود به این حالت اطلاعات حاصل از سنسور دمای آب را نیز بررسی می کند تا متوجه گرم شدن موتور بشود.

تشخیص سالم یا معیوب بودن سنسور اکسیژن

سنسور اکسیژن جوری ساخته می شود که توانایی تحمل شرایط سختی (حرارت بالای منیفولد دود) که در آن کار می کند را داشته باشد. ولی سرانجام سنسور اکسیژن دیر یا زود فرسوده شده و نیاز به تعویض دارد. به مرور زمان آلودگی ها روی نوک سنسور جمع شده و به تدریج توانایی تولید ولتاژ را از آن می گیرند. فرسودگی سنسور اکسیژن در اثر وجود عناصر مختلفی است که به داخل اگزوز راه می یابد از جمله سرب، سیلیکون، سولفور، خاکستر روغن و مواد افزودنی به سوخت (مانند مکمل ها و اکتان بوسترها). علاوه بر آن عوامل محیطی مانند آب، نمک موجود در جاده، روغن و گرد و خاک نیز می توانند در خرابی این سنسور نقش داشته باشند.

سنسور اکسیژن معیوب سرعت عمل کافی در واکنش نشان دادن به تغییرات در نسبت بنزین و هوا را ندارد و این کندی باعث افزایش آلودگی می شود زیرا در این حالت تغییرات در نسبت بنزین و هوا نیز به کندی صورت می گیرد و راندمان کاتالیزور کاهش می یابد. این تغییرات در موتورهای که دارای سیستم انژکتور چند نقطه ای هستند محسوس تر خواهد بود زیرا تغییرات نسبت بنزین و هوا در آنها سریعتر رخ می دهد. بر اساس یکی از مطالعات موسسه EPA هفتاد درصد از خودروهایی که در تست آلایندگی مردود شدند نیاز به یک سنسور اکسیژن نو داشتند.

بهترین راه برای اطمینان از صحت عملکرد سنسور اکسیژن بازدید مرتب آن است. یکی از زمانهای مناسب برای چک کردن سنسور اکسیژن هنگام تعویض شمع هاست.

با استفاده از دستگاه دیاگ می توان تغییرات ولتاژ سنسور اکسیژن را دید. بررسی نمودار تغییرات سنسور اکسیژن یکی از راه های پی بردن به سلامت آن است. سنسوری که سالم باشد نمودار تغییراتش باید به صورت افت و خیزان مداوم باشد (هنگام کار کردن موتور در حالت آیدل) و اگر این نوسانات (افت و خیزها) خیلی کم باشد یا اصلا افت و خیزی در کار نباشد نشانه خرابی سنسور است. معمولا حداقل ولتاژ حدود 0.1 ولت و حداکثر حدود 0.9 ولت است. یکی از راههایی که برای تشخیص سرعت عمل سنسور اکسیژن به کار می رود این است که مقداری پروپان در منیوفلد ورودی می ریزند تا مخلوط سوخت و هوا را به صورت مصنوعی غنی کند و در صورتی که سنسور سالم باشد باید بلافاصله (در محدوده 100 میلی ثانیه) نسبت به این تغییر واکنش نشان دهد و ولتاژش به 0.9 (حداکثر) برسد تا از این طریق جلوی غنی بودن سوخت گرفته شود. بر عکس این حالت با ایجاد مسیر خلا می توان سنسور را در جهت اینکه سوخت فقیر است تحریک کرد و باید در کسری از ثانیه ولتاژش به حداقل (0.1) برسد تا جلوی سوخت فقیر گرفته شود. اگر نوسانات سنسور سریع نباشد ممکن است نیاز به تعویض داشته باشد.

اگر در مدار سنسور اکسیژن اختلالی ایجاد شود یک کد خطا ثبت شده و چراغ چک روشن می شود. نکته مهمی که باید به آن توجه کرد این است که بسیاری از سنسورهای اکسیژن که معیوب شده اند ممکن است هنوز عملکردشان در حدی باشد که کد خطا ثبت نکنند ولی در حدی نباشند که جلوی افزایش مصرف سوخت و آلایندگی را بگیرند. بنابراین عدم وجود کد خطا یا روشن نشدن چراغ چک لزوما همیشه به این معنا نیست که سنسور اکسیژن به درستی کار می کند. برای خودروهایی که مجهز به سیستم OBD-II هستند (خودروهای تولیدی سال 1996 به بعد) تعویض سنسور اکسیژن معمولا هر 160 هزار کیلومتر توصیه می شود.

فرسوده شدن سنسور اکسیژن 

هنگامی که عمر سنسور در حال اتمام باشد ، عکس العمل آن نسبت به تغییرات مخلوط سوخت همچون گذشته سریع نخواهد بود. تاخیر زمانی سنسور برای ارسال سیگنال به واحد کنترل الکترونیکی (ECU) افزایش یافته و سنسور کند عمل می کند که این امر از نزدیک شدن مخلوط سوخت و هوای موتور به محدوده بالانس جلوگیری خواهد کرد. اگر موتور روغن سوزی داشته باشد و یا مایع خنک کننده به درون موتور نشت کند ، امکان آلوده شدن المنت سنسور وسپس خرابی سنسور وجود دارد. در گذشته نزدیک که بنزین سرب دار مورداستفاده بود ، سرب موجود در بنزین پس از طی کمتر از 100 مایل ، سبب خرابی سنسور می شد ( به همین دلیل سرانجام دولت بنزین سرب دار را حذف کرد ).

زیرا سنسور اکسیژن نسبت به اکسیژن موجود در اگزوز واکنش نشان می دهد و نه نسبت به سوخت موجود در آن. هر نقصی در موتور خودرو که به هوای محترق شده اجازه دهد تا بین سیلندرها جا به جا گردد ، باعث می شود سنسور اکسیژن به اشتباه مخلوط سوخت را رقیق نشان دهد. عدم جرقه زدن شمع ، نشتی سوپاپ دود و یا حتی نشتی در قسمت واشر مانیفولد دود از جمله عواملی هستند که سبب کاهش میزان اکسیژن در سیستم اگزوز می شوند. این امر برای سنسور زیان بار نیست ، اما سبب کارکرد موتور با سوخت غنی شده که پیامد آن افزایش میزان آلاینده ها و فاصله گرفتن از مصرف اقتصادی سوخت است.

داغ شدن سنسور اکسیژن 

بد نیست بدانید که یک سنسور اکسیژن زمانی سیگنال ولتاژ تولید می کند که با دمایی در حدود 617 تا 662 درجه فارنهایت ، گرم شود. اگر سنسور با دمای اگزوز گرم شود ، چند دقیقه طول می کشد تا به دمای کارکرد خود برسد. بنابراین اکثر سنسورهای اکسیژن در خودروهای جدید توسط مدار گرم کن الکتریکی که درون سنسور قرار گرفته ، سریعاٌ به درجه حرارت مورد نظر می رسند. این گونه سنسور ها معمولاٌ سه یا چهار سیمه هستند. لازم به ذکر است که سنسور های اکسیژن فاقد گرم کن یک یا دو سیمه می باشند.

اگر مدار گرم کن خراب شود ، در عملکرد سنسور اکسیژن خللی ایجاد نمی شود ، بلکه سنسور همچون گذشته توسط حرارت اگزوز گرم می شود ؛ اما شکل گیری سیستم حلقه بسته با تاخیر همراه است که این امر ممکن است موجب عدم تایید خودرو در تست آلاینده ها شود.

بررسی و بازدید سنسور اکسیژن 

سنسور اکسیژن را می توان با روش های مختلف عیب یابی نمود که این خود مستلزم داشتن تجهیزات مخصوص است. برای پیدا کردن کدهای خطا در خودروهای جدید یک دستگاه اسکن یا کد خوان مورد نیاز است ؛ ولی در خودروهای قدیمی تر ( قبل از سال 1995 ) از یک نمایشگر کد دستی استفاده می شد. اگر فکر می کنید سنسور اکسیژن دچار مشکل شده است، می توان با استفاده از دستگاه اسکن ، ولت متر یا اسیلوسکوپ دیجیتال ولتاژ خروجی و واکنش سنسور را مشخص نمود. اگر بررسی ها خرابی یا کند شدن سنسور اکسیژن را تایید نمایید، تعویض سنسور ، تنها راه ممکن است. هیچ راهی برای تمیز یا تعمیر کردن سنسور اکسیژن وجود ندارد.

نکته: سنسور اکسیژن جدیدی که جایگزین سنسور فرسوده می شود ، باید کاملاٌ با آن مطابقت داشته باشد ( دارای گرم کن یا فاقد گرم کن ) . همچنین ویژگی های عملکرد و برق تغذیه یکسان داشته باشند. نصب یک سنسور اکسیژن متفاوت نسبت به سنسور اصلی در کارکرد موتور تاثیر گذاشته و ممکن است مدار کنترل گرم کن که در درون ECU موتور قرار دارد، دچار آسیب شود.

زمان تعویض سنسور اکسیژن 

برای حفظ حداکثر توان موتور بهتر است که سنسور اکسیژن کمی قبل از خرابی، تعویض شود. برخی کارشناسان توصیه می کنند، برای جلوگیری از کاهش توان حداکثر موتور باید پس از طی مسافت های مشخص نسبت به تعویض سنسور اقدام نمود. مقدار مسافت توصیه شده برای سنسورهای اکسیژن یک یا دو سیمه ی فاقد گرم کن که از سال 1976 تا دهه نود مورد استفده بودند، 30000 تا 50000 مایل است. سنسورهای اکسیژن سه یا چهار سیمه ی دارای گرم کن که از اواسط دهه هشتاد تا اواسط دهه نود به کار می رفتند، پس از طی 60000 مایل تعویض می شدند. سرانجام از سال 1996 تا کنون در خودروهای دارایOBD II توصیه شده که پس از طی 100000 مایل سنسور اکسیژن تعویض گردد.