Sauerstoffsensor im Automobilbereich.
Der Sauerstoffsensor im Automobil ist der wichtigste Rückkopplungssensor im EFI-Motorsteuerungssystem und spielt eine Schlüsselrolle bei der Kontrolle der Abgasemissionen, der Reduzierung der Umweltbelastung durch Automobile und der Verbesserung der Kraftstoffverbrennungsqualität des Automobilmotors.
Es gibt zwei Arten von Sauerstoffsensoren: Zirkonoxid- und Titandioxidsensoren.
Sauerstoffsensoren nutzen keramische Sensorelemente zur Messung des Sauerstoffpotenzials in verschiedenen Heizöfen oder Abgasrohren. Sie berechnen die entsprechende Sauerstoffkonzentration nach dem Prinzip des chemischen Gleichgewichts, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Ofen zu überwachen und zu steuern und so die Produktqualität und die Abgasnormen zu gewährleisten. Sie werden häufig bei der Verbrennung von Kohle, Öl und Gas sowie bei der Steuerung der Ofenatmosphäre eingesetzt.
Der Sauerstoffsensor dient zur elektronischen Steuerung des Rückkopplungsregelsystems der Kraftstoffeinspritzvorrichtung, um die Sauerstoffkonzentration im Abgas und die Dichte des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu erfassen, die Verbrennung des theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (14,7:1) im Motor zu überwachen und Rückkopplungssignale an den Computer zu senden.
Funktionsprinzip
Der Sauerstoffsensor funktioniert ähnlich wie eine Batterie, wobei das Zirkonoxid im Sensor als Elektrolyt dient. Das grundlegende Funktionsprinzip ist: Unter bestimmten Bedingungen (hohe Temperatur und Platin-Katalyse) wird die Sauerstoffkonzentrationsdifferenz zwischen dem Inneren und Äußeren des Zirkonoxids genutzt, um eine Potenzialdifferenz zu erzeugen. Je größer die Konzentrationsdifferenz, desto größer die Potenzialdifferenz. Der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre beträgt 21 %. Abgase nach konzentrierter Verbrennung enthalten praktisch keinen Sauerstoff, und Abgase nach der Verbrennung eines verdünnten Gemisches oder bei unvollständiger Verbrennung enthalten zwar mehr Sauerstoff, jedoch immer noch deutlich weniger als die Atmosphäre.
Unter dem Einfluss von hoher Temperatur und Platin wird der am Sauerstoffsensor gebundene Sauerstoff verbraucht, wodurch eine Spannungsdifferenz entsteht. Die Ausgangsspannung liegt bei konzentriertem Gemisch nahe 1 V, bei verdünntem Gemisch nahe 0 V. Anhand des Spannungssignals des Sauerstoffsensors wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis geregelt und die Einspritzdauer angepasst. Daher ist die elektronische Steuerung des Sauerstoffsensors ein Schlüsselsensor für die Kraftstoffdosierung. Der Sauerstoffsensor kann seine volle Funktionsfähigkeit erst bei hohen Temperaturen (über 300 °C) entfalten und eine Spannung ausgeben. Am schnellsten reagiert er auf Gemischänderungen bei etwa 800 °C.
Tipps
Der Zirkoniumdioxid-Sauerstoffsensor erfasst die Konzentrationsänderung des Kraftstoff-Luft-Gemisches durch Spannungsänderung, der Titandioxid-Sauerstoffsensor hingegen durch Widerstandsänderung. Das elektronische Steuerungssystem mit Zirkoniumdioxid-Sauerstoffsensor kann das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei ungünstigen Motorbetriebsbedingungen nicht im Bereich des theoretischen Wertes halten. Der Titandioxid-Sauerstoffsensor hingegen ermöglicht dies auch unter diesen Bedingungen.
Das vom Steuergerät in kurzer Zeit anhand des Sauerstoffsensorsignals angepasste Einspritzvolumen (Einspritzimpulsbreite) wird als Kurzzeit-Kraftstoffkorrektur bezeichnet und wird über die Ausgangsspannung des Sauerstoffsensors gesteuert.
Die Langzeit-Kraftstoffkorrektur ist der Wert, der durch die Anpassung der Betriebsdatenstruktur des Steuergeräts an die Änderung des Kurzzeit-Kraftstoffkorrekturkoeffizienten ermittelt wird.
Häufiger Fehler
Fällt der Sauerstoffsensor aus, erhält das Steuergerät der elektronischen Kraftstoffeinspritzung keine Informationen mehr über die Sauerstoffkonzentration im Abgas. Dadurch kann das Luft-Kraftstoff-Gemisch nicht mehr geregelt werden, was zu erhöhtem Kraftstoffverbrauch und Abgasbelastung führt. Der Motor kann außerdem unruhigen Leerlauf, Zündaussetzer, Drehzahlschwankungen und andere Fehlererscheinungen aufweisen. Daher muss der Defekt umgehend behoben oder der Sensor ausgetauscht werden [1].
Vergiftungsfehler
Eine Sauerstoffsensorvergiftung ist ein häufiges und schwer zu vermeidendes Problem, insbesondere bei Fahrzeugen, die häufig mit verbleitem Benzin betrieben werden. Selbst neue Sauerstoffsensoren halten dann oft nur wenige tausend Kilometer. Bei einer leichten Bleivergiftung kann das Tanken von bleifreiem Benzin die Bleiablagerungen auf der Oberfläche des Sensors entfernen und ihn wieder funktionsfähig machen. Häufig dringt Blei jedoch aufgrund der hohen Abgastemperatur in das Innere des Sensors ein, behindert die Diffusion von Sauerstoffionen und macht ihn funktionsunfähig. Dann bleibt nur noch der Austausch.
Darüber hinaus ist die Siliziumvergiftung von Sauerstoffsensoren ein häufiges Problem. Im Allgemeinen führen das bei der Verbrennung von Siliziumverbindungen in Benzin und Schmieröl entstehende Siliziumdioxid sowie das durch unsachgemäße Verwendung von Silikonkautschukdichtungen freigesetzte Siliziumdioxidgas zum Ausfall des Sauerstoffsensors. Daher sollten hochwertige Kraftstoffe und Schmieröle verwendet werden.
Bei der Reparatur ist es wichtig, die Gummidichtungen korrekt auszuwählen und einzubauen. Verwenden Sie keine anderen als die vom Hersteller für den Sensor angegebenen Lösungsmittel oder Trennmittel. Durch unvollständige Verbrennung im Motor bilden sich Kohlenstoffablagerungen auf der Oberfläche des Sauerstoffsensors. Auch Öl, Staub und andere Ablagerungen gelangen in den Sensor und behindern oder blockieren den Lufteintritt, wodurch das Ausgangssignal des Sensors verfälscht wird. Das Motorsteuergerät kann das Luft-Kraftstoff-Gemisch nicht rechtzeitig korrigieren. Die Kohlenstoffablagerungen äußern sich hauptsächlich in einem erhöhten Kraftstoffverbrauch und einer deutlichen Erhöhung der Abgaskonzentration. Nach der Entfernung der Ablagerungen funktioniert der Sensor wieder einwandfrei.
Keramikrisse
Die Keramik des Sauerstoffsensors ist hart und spröde. Stöße mit harten Gegenständen oder starker Luftstrom können ihn beschädigen und zum Ausfall führen. Daher ist besondere Vorsicht geboten, um Probleme frühzeitig zu erkennen und den Sensor umgehend auszutauschen.
Der Blockdraht ist durchgebrannt.
Der Heizdraht ist durchgebrannt. Bei einem beheizten Sauerstoffsensor führt ein durchgebrannter Heizdraht dazu, dass der Sensor seine normale Betriebstemperatur nicht mehr erreicht und seine Funktionsfähigkeit beeinträchtigt wird.
Leitungsunterbrechung
Der interne Stromkreis des Sauerstoffsensors ist unterbrochen.
Prüfmethode
Heizungswiderstandsprüfung
Ziehen Sie den Stecker des Sauerstoffsensorkabels ab und messen Sie mit einem Multimeter den Widerstand zwischen dem Heizpol und dem Eisenpol im Anschluss des Sauerstoffsensors. Der Widerstandswert liegt zwischen 4 und 40 Ω (siehe Bedienungsanleitung des jeweiligen Modells). Liegt der Wert außerhalb des Sollbereichs, muss der Sauerstoffsensor ausgetauscht werden.
Messung der Rückkopplungsspannung
Zur Messung der Rückkopplungsspannung des Sauerstoffsensors muss der Stecker des Sensorkabels abgezogen werden. Anschließend wird gemäß dem Schaltplan des jeweiligen Modells ein dünnes Kabel vom Rückkopplungsspannungsausgang des Sauerstoffsensors abgeführt und wieder in den Stecker eingesteckt. Die Rückkopplungsspannung kann während des Motorbetriebs an der Messleitung abgelesen werden (bei einigen Modellen ist die Messung auch über die Fehlerdiagnosebuchse möglich). Beispielsweise kann bei einer Reihe von Fahrzeugen der Toyota Motor Company die Rückkopplungsspannung des Sauerstoffsensors direkt an den Klemmen OX1 oder OX2 der Fehlerdiagnosebuchse gemessen werden.
Zur Messung der Rückkopplungsspannung des Sauerstoffsensors empfiehlt sich ein Zeigermultimeter mit niedrigem Messbereich (üblicherweise 2 V) und hoher Impedanz (Innenwiderstand größer als 10 MΩ). Die spezifischen Messmethoden sind wie folgt:
1. Den Motor auf normale Betriebstemperatur bringen (oder nach dem Starten 2 Minuten lang mit 2500 U/min laufen lassen);
2. Verbinden Sie den negativen Messspitzen des Multimeter-Spannungsanschlags mit E1 oder dem Minuspol der Batterie in der Fehlererkennungsbuchse und den positiven Messspitzen mit der Buchse OX1 oder OX2 in der Fehlererkennungsbuchse oder mit der Nummer | am Kabelbaumstecker des Sauerstoffsensors.
3. Lassen Sie den Motor mit einer Drehzahl von ca. 2500 U/min laufen und prüfen Sie, ob der Zeiger des Voltmeters zwischen 0 und 1 V hin und her schwingt. Notieren Sie die Anzahl der Zeigerausschläge innerhalb von 10 Sekunden. Im Normalfall ändert sich die Rückkopplungsspannung des Sauerstoffsensors im Verlauf der Regelung ständig um 0,45 V. Die Rückkopplungsspannung sollte sich innerhalb von 10 Sekunden mindestens achtmal ändern.
Beträgt der Wert weniger als 8, deutet dies auf eine Fehlfunktion des Sauerstoffsensors oder des Regelsystems hin. Ursache hierfür können Kohlenstoffablagerungen auf der Oberfläche des Sauerstoffsensors sein, die dessen Empfindlichkeit verringern. Um dies zu beheben, sollte der Motor etwa 2 Minuten lang mit 2500 U/min laufen, um die Ablagerungen zu entfernen. Anschließend sollte die Rückkopplungsspannung erneut geprüft werden. Verändert sich der Zeiger des Voltmeters nach der Entfernung der Ablagerungen weiterhin nur langsam, ist der Sauerstoffsensor defekt oder die Regelschaltung des Steuergeräts fehlerhaft.
4. Prüfung der Farbe des Sauerstoffsensors
Bauen Sie die Lambdasonde aus dem Abgasrohr aus und prüfen Sie, ob die Entlüftungsöffnung am Sensorgehäuse verstopft und der Keramikkern beschädigt ist. Ersetzen Sie die Lambdasonde gegebenenfalls.
Fehler können auch durch Beobachtung der Farbe des oberen Teils des Sauerstoffsensors festgestellt werden:
1, hellgraue Oberseite: Dies ist die normale Farbe des Sauerstoffsensors;
2, weiße Oberseite: Verursacht durch Siliziumverschmutzung, muss der Sauerstoffsensor jetzt ausgetauscht werden;
3, braune Spitze (wie in Abbildung 1 dargestellt): verursacht durch Bleibelastung; bei starker Ausprägung muss auch der Sauerstoffsensor ausgetauscht werden;
(4) Schwarzer Belag: Verursacht durch Kohlenstoffablagerungen; nach Beseitigung des Fehlers der Kohlenstoffablagerungen im Motor kann die Kohlenstoffablagerung am Sauerstoffsensor in der Regel von selbst entfernt werden.
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