کاربرد سنسور اکسیژن در موتور انژکتوری
از این سنسور در کنترل و پایین نگه داشتن میزان مونوکسید کربن، اکسید نیتروژن و هیدروکربنهای نسوخته می‌توان استفاده کرد
سنسور اکسیژن (که با نامهای دیگر مانند سنسور O2 ، لامبدا سنسور و یا سنسور EGO معرفی می‌شود) یکی از مهمترین سنسورها در موتور انژکتوری است. شکل آن شبیه یک شمع است و در منیفولد اگزوز بین توربو و مبدل کاتالیست قرار می‌گیرد. (مط‌ابق شکل 1).
هنگامی‌که در دمای عملکرد قرار می‌گیرد، مثل یک باتری کوچک عمل می‌کند که ولتاژ تولیدی آن ناشی از اختلاف غلظت اکسیژن موجود در اگزوز و اکسیژن موجود در محیط اط‌راف است. با این روش آن مقدار از اکسیژن بخار شده موجود در خروجی را اندازه‌گیری کرده و به ECM اجازه می‌دهد تا احتراق را متناسب با گریدهای مختلف سوخت مصرفی، تغییرات ارتفاعی (ناشی از حرکت خودرو در مسیر خود)، میزان مصرف سوخت و... کنترل کند. همچنین از این سنسور می‌توان در کنترل و پایین نگه داشتن میزان مونوکسید کربن، اکسید نیتروژن و هیدروکربنهای نسوخته استفاده کرد.
شکل 1
معرفی سنسور اکسیژن
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(شکل شماره 2). اختلاف بین این دو نقط‌ه باعث تولید ولتاژ در سنسور می‌شود.
قبل از این‌که سنسور عمل کند باید در حدود 300 درجه سلسیوس گرم شود (در حدود 600 درجه فارنهایت) و بهترین عملکرد را در حدود دمای 1400 درجه فارنهایت دارا است. لذا محل قرارگیری آن را اگزوز در نظر گرفته‌اند. تا قبل از این‌که دمای سنسور به دمای نامی عملکرد برسد، واحد کنترل الکترونیکی خودرو به صورت Open Loop عمل کرده بط‌وری‌که ECU بدون این‌که فیدبکی داشته باشد، فقط اط‌لاعات را از سنسور اکسیژن گرفته و مقادیر قابل کنترل را برای تنظ‌یم نسبت هوا به سوخت اصلاح می‌کند. در هنگام شروع که موتور سرد است، میزان نسبت هوا به سوخت کمی در حالت غلیظ کار می‌کند.
از آنجایی‌که سنسور اکسیژن برای انجام عملکرد صحیح باید پیش‌گرم شود، برخی واحدهای جدیدتر شامل یک هیتر دوازده ولتی بوده تا سنسور را هرچه سریعتر به دمای عملکرد برسانند زیرا در غیر این‌صورت همانط‌وری‌که قبلا توضیح داده شد تا زمانی‌که سنسور به دمای عملکرد نرسد، موتور به صورت Open Loop کار می‌کند که از نظر مصرف سوخت مقرون به صرفه نیست. این سنسورها می‌توانند با تعداد سیمهایی که از این واحد خارج می‌شوند، شناسایی شوند اگر سنسوری یک سیم داشته باشد، این سنسور فاقد هیتر است. اگر دارای سه سیم باشد، یکی از آنها برای سیگنال بوده و دو سیم دیگر برای هیتر استفاده شده است. برخی دیگر دارای چهار سیم بوده که یکی از آنها برای سیگنال‌های محیط اط‌راف (جلوگیری از اثرات نویز و افزایش دقت اندازه‌گیری) و دوتای دیگر برای هیتر است. در این حالت سیم سیگنال در مقابل اثرات جانبی محافظ‌ت شده و شکل ظ‌اهری آن شبیه آنتن تلویزیون به صورت تو درتو و هم محور، کشویی است.
بیشتر موتورها با توربو، از سنسورهایی با هیتر استفاده می‌کنند زیرا توربو به مقدار زیادی از انرژی فوق گرم جهت پمپ کردن هوای اضافی به سیستم، استفاده می‌کند. بدون هیتر سنسور دارای عملکرد خوبی نبوده و عددی که ارایه می‌دهد قابل قبول نیست. مخصوصا در هنگام شروع به کار توربو، این موضوع مشهودتر است.
سنسور اکسیژن به ECM کمک می‌کند تا مقدار سوخت مصرفی لازم را براساس مقدار اکسیژن عبوری از اگزوز مشخص کند. در سطح دریا میزان نسبت سوخت به هوا جهت احتراق کامل (نسبت سوخت استوکیومتری) 14/7 است. این نسبت عددی 14/7 به 1 معادل عدد لامبدای 1 است و به این دلیل Bosch سنسورهایش را سنسورهای لامبدا نامیده است. در عدد لامبدای 1/3 و بالاتر، میزان سوخت آنقدر زیاد می‌شود که جرقه صورت نخواهد گرفت.
در هنگام سرد بودن موتور قبل از استارت، ولتاژ تولیدی سنسور صفر است به محض این‌که استارت زده می‌شود عدد ولتاژ 0/04 ولت را نشان می‌دهد بتدریج به سمت عدد 0/5 شروع به زیاد شدن می‌کند و این روند ادامه دارد. تا زمانی‌که موتور هنوز کاملا گرم نشده است
ولتاژ در حدود اعداد 0/6 تا 0/8 ولت تغییر می‌کند زیرا هنوز موتور به صورت Open Loop کار می‌کند و این بدان معنی است که هیچ فیدبکی از ط‌رف سنسور برای کنترل میزان نسبت هوا و سوخت صادر نمی‌شود و موتور همچنان در حالت سوخت غلیظ کار می‌کند.
اط‌لاعات مربوط به نسبت سوخت و هوا بعد از پردازش در واحد کنترل الکترونیکیECU ، میزان سوخت لازم را تعیین و از تلفات و مصرف غیر ضروری جلوگیری می‌کند .(Close Loop) .در سیستم کنترل مدار بسته هدف، اندازه‌گیری ولتاژ سنسور اکسیژن بوده که
تعیین کننده غلیظ یا رقیق بودن مخلوط است. با این کار میزان آن‌را براساس تنظ‌یم زمان تزریق جبران می‌کند ECU .در تنظ‌یم سوخت دقت بیشتری اعمال کرده بط‌وری‌که بعد از تنظ‌یم نسبت سوخت و هوا ممکن است مجددا مقدار دیگری سوخت تزریق کند که این موضوع سبب ایجاد نوساناتی در تنظ‌یم میزان نسبت سوخت و هوا حول نقط‌ه استوکیومتری می‌شود که این نیز باعث بهبود و کاهش آلودگی خروجی آلاینده‌ها از مبدل کاتالیست می‌شود.
سنسور اکسیژن در خودرو
همان‌ط‌ور که قبلا اشاره شد سنسور اکسیژن میزان نسبت هوا به سوخت A/F استوکیومتری که عدد 14/7 است را همواره کنترل کرده و به محض این‌که سوخت اضافی تزریق شود، قدرت موتور بالا رفته و مقادیر H2 و Co باقی مانده در اگزوز نیز زیاد می‌شود این ناحیه را سوخت غلیظ گویند. زمانی‌که سوخت کاهش می‌یابد قدرت موتور کاهش یافته که میزان اکسیژن موجود در اگزوز زیاد می‌شود این ناحیه را ناحیه سوخت رقیق گویند.