Sensores 02 demo

Sensor de Oxigeno/Sonda lambda

Sensores

Banda estrecha VS Banda ancha

El sensor de oxigeno convierte la densidad del oxigeno de los gases de escape en una señal eléctrica.

Para detectar la densidad del oxigeno utiliza la característica de conductividad de los iones de oxigeno en un electrolito solido de zirconio.

El electrolito de zirconio tiene la forma de una sonda de pruebas con electrodos de platino en ambos lados, estando la parte exterior en contacto con los gases de escape y la parte interior en contacto con el aire exterior atmosférico, el cual usa como valor de referencia conocido.

Si existe una diferencia de densidad de oxigeno entre ambas partes del sensor, se generará un voltaje entre los electrodos.

En función de si la relación A/F es rica (menos oxigeno) o pobre (mas oxigeno) se genera un mayor o menor voltaje respectivamente.

Si λ<1(mezcla rica) se generaran 800mV aprox., ya que hay mucha conductividad iónica.

Si λ>1(mezcla pobre) se generaran solo 100mV aprox. ya que no hay casi conductividad iónica.

Hay una clara “frontera” a los 500 mV aprox. que la ECU puede leer y alargar o acortar el tiempo de inyección consecuentemente.

Este tipo de sensor de oxigeno es el denominado de banda estrecha o binario, ya que solo es capaz de leer si la relación AF esta por encima o por debajo de la AF estequiométrica.

En función de los datos trasmitidos por el sensor O2 a la ECU, esta alargara o acortara el tiempo de FI, pero esto solo ocurre en regímenes estacionarios o en transitorios muy progresivos.

Retroalimentación Sensor O2 de bucle cerrado

Su función es optimizar al máximo el funcionamiento del catalizador de tres vías, utilizando un sistema de gestión de bucle cerrado.

Ya que bajo estas condiciones de relación AF, conseguimos la temperatura de trabajo ideal del catalizador, para que se den las reacciones químicas necesarias para la eliminación de los elementos contaminantes.

l - Value

Lambda window

100 %

0 %

Sensor voltage

V

1,0

0,2

Conversion rate of

catalytic converter

50 %

Rich Stoichiometric Lean

CO

HC

NOx

La reacción en el electrolito de zirconio no se da hasta llegar a 300ºC, por lo que algunos modelos equipan a los sensores de oxigeno con un sistema de calentamiento para acelerar cuando empieza a retroalimentar el sensor a la ECU.

CALENTADOR

Sensor O2 de Banda estrecha


Tienen entre 1 y 4 cables, uno de los cuales siempre es la señal de datos de voltaje(mV).

Otro puede ser utilizado para aislar la masa y así reducir el ruido eléctrico (retornos de masa común) .

Los de 3 o 4 cables, incluyen un elemento calentador para que empiece a trabajar antes.


TÍPICO SENSOR

DE 4 CABLES

ECU(R1 2009)


El Dióxido de circonio es una sustancia electrolítica que mantiene una buena rigidez mecánica, además de poder transportar una corriente eléctrica de iones de oxígeno cuando alcanza la temperatura optima (600⁰ aprox.).

Por lo que entre los electrodos de Platino se da una reacción catalítica entre iones libres de oxígeno del electrolito y el combustible parcialmente quemado de los gases de escape.


La ecuación de Nernst se utiliza para determinar la fuerza electromotriz que se genera en una celda electroquímica como la del sensor de O2.

Describe la tensión que se produce entre los electrodos de Platino, como resultado de una reacción catalítica entre los iones de oxígeno y el gas de escape.


El término de RT/4F puede considerarse como una constante multiplicada por temperatura T.

La pO2 es la concentración o presión de oxígeno en cada lado del sensor de oxígeno.

Vs =(RT/4F)x(pO2air/pO2

exh)

ECUACIÓN DE NERST

Sensor O2 de Banda estrecha Lo que dice esta ecuación es que con mezclas ricas en

los gases de escape no hay casi oxígeno en estos, pero gran cantidad de combustible libre, por lo que el Vs producido por el sensor será alto.

Alrededor de la relación AF estequiometria, algo de oxígeno queda libre pasa a estar disponible y desciende la tensión producida por el sensor drásticamente.

Vs =(RT/4F)x(pO2air/pO2

exh)


El gráfico siguiente muestra cómo el Vs baja rápidamente de una tensión de 900mV a 100mV en un rango muy pequeño de relación AF.

SEÑAL ANALOGICA

DE TIPO“BINARIO”

RICO

POBRE


Este cambio tan brusco de V en función de la AF, es una de las razones, por la cual, los sensores de banda estrecha, no son operativos en la región AF rica, lugar donde se encuentra la AF de potencia.


La ecuación también dice que a temperaturas más altas el Vs también será mayor.

Es la otra razón importante por la cual los sensores de banda estrecha no son muy precisos.


El gráfico siguiente muestra que a temperaturas más altas el Vs también será mayor, al cambiar la temperatura del sensor, lee un valor diferente, aunque la relación AF no ha cambiado.


Esto es debido a que como la carga del motor varía, cambia la temperatura del sensor y lee un valor diferente, aunque la relación AF no ha cambiado.

Es posible compensar la temperatura por la impedancia del sensor y el cálculo de su temperatura media, esto es lo que un sensor de buena calidad hace a fin de mejorar su precisión.

Sensor O2 de Banda ancha


Son más precisos y complejos que un sensor de banda estrecha estándar, por lo que requieren un controlador técnicamente avanzado debido a esta complejidad. CONTROLADOR

EXTERNO

SportDevices


El sensor puede considerarse como dos partes estrechamente relacionadas:

• Un sensor de banda estrecha para detectar la concentración de oxígeno dentro de una cámara.

• Una bomba de celda que transporta iones de

oxígeno hacia o desde la superficie de esta cámara.

Sensor O2 de Banda ancha La electrónica del controlador del sensor de banda

ancha, genera una corriente de banda ancha, que se bombea dentro o fuera de una bomba de celda.


Esta es la diferencia con un sensor de banda estrecha, que produce una tensión de banda estrecha determinada cuando alcanza su temperatura de funcionamiento, sin ninguna gestión electrónica externa.

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