자동차 산소 센서.
자동차 산소 센서는 EFI 엔진 제어 시스템의 핵심 피드백 센서이며, 자동차 배기가스 배출을 제어하고 자동차 환경 오염을 줄이며 자동차 엔진의 연료 연소 품질을 향상시키는 데 중요한 부품입니다.
산소 센서에는 지르코니아와 이산화티타늄 두 종류가 있습니다.
산소 센서는 세라믹 감지 소자를 사용하여 다양한 가열로 또는 배기 파이프의 산소 포텐셜을 측정하고, 화학적 평형 원리에 따라 해당 산소 농도를 계산하여, 가열로 내 연소 공기-연료 비율을 모니터링 및 제어하고, 제품 품질 및 배기가스 배출 기준을 충족하는 데 사용되는 측정 소자입니다. 석탄 연소, 석유 연소, 가스 연소 등 다양한 가열로의 분위기 제어에 널리 사용됩니다.
산소 센서는 배기가스 내 산소 농도와 공기-연료비 밀도를 감지하여 연료 분사 장치의 피드백 제어 시스템을 전자적으로 제어하고, 엔진 내 이론적인 공기-연료비(14.7:1) 연소를 모니터링하며, 컴퓨터에 피드백 신호를 전송하는 데 사용됩니다.
작동 원리
산소 센서는 배터리와 유사하게 작동하며, 센서 내의 지르코니아 원소가 전해질 역할을 합니다. 기본 작동 원리는 특정 조건(고온 및 백금 촉매 작용) 하에서 지르코니아 산화물 내부와 외부의 산소 농도 차이를 이용하여 전위차를 발생시키는 것입니다. 농도 차이가 클수록 전위차도 커집니다. 대기 중 산소 함량은 21%이며, 고농도 연소 후 배기가스는 실제로 산소를 포함하지 않습니다. 저농도 혼합 연소 후 발생하는 배기가스나 연소 불량으로 발생하는 배기가스에는 산소가 더 많이 포함되어 있지만, 여전히 대기 중 산소량보다 훨씬 적습니다.
고온과 백금 촉매 작용 하에 산소 센서에 부착된 산소가 소모되면서 전압 차이가 발생합니다. 농축 혼합물의 출력 전압은 약 1V이고, 희석 혼합물의 출력 전압은 약 0V입니다. 산소 센서의 전압 신호에 따라 공기-연료비가 제어되어 연료 분사 펄스 폭이 조절되므로, 산소 센서의 전자 제어는 연료 계량에 있어 핵심적인 센서입니다. 산소 센서는 고온(300°C 이상)에서만 완전한 특성을 나타내며 전압을 출력할 수 있습니다. 약 800°C에서 혼합물 변화에 가장 빠르게 반응합니다.
팁
지르코늄 이산화물 산소 센서는 전압 변화를 통해 연소 혼합물의 농도 변화를 반영하고, 티타늄 이산화물 산소 센서는 저항 변화를 통해 연소 혼합물의 변화를 반영합니다. 지르코늄 산소 센서를 사용하는 전자 제어 시스템은 엔진 작동 조건이 악화될 경우 실제 공기-연료비를 이론적인 공기-연료비에 가깝게 제어할 수 없지만, 티타늄 이산화물 산소 센서를 사용하는 시스템은 엔진 작동 조건이 악화되더라도 실제 공기-연료비를 이론적인 공기-연료비에 가깝게 제어할 수 있습니다.
산소 센서 신호에 따라 제어 장치가 짧은 시간 동안 조절하는 분사량(분사 펄스 폭)을 단기 연료 보정이라고 하며, 이는 산소 센서의 출력 전압에 의해 제어됩니다.
장기 연료 보정값은 단기 연료 보정 계수의 변화에 따라 제어 장치의 작동 데이터 구조를 수정하여 결정되는 값입니다.
일반적인 결함
산소 센서가 고장 나면 전자 연료 분사 시스템의 컴퓨터는 배기 파이프의 산소 농도 정보를 얻을 수 없으므로 공기-연료 비율을 피드백 제어하지 못하게 되어 엔진의 연료 소비량과 배기가스 오염이 증가하고 엔진은 불안정한 공회전 속도, 점화 불량, 서지 등의 고장 현상을 나타낼 수 있습니다. 따라서 고장은 적시에 제거하거나 교체해야 합니다[1].
중독 오류
산소 센서의 납 중독은 빈번하게 발생하는 고장으로, 특히 납이 함유된 휘발유를 사용하는 차량에서 흔히 발생하며 예방하기 어렵습니다. 새 산소 센서라 하더라도 몇천 킬로미터밖에 작동하지 못하는 경우가 많습니다. 경미한 납 중독의 경우, 무연 휘발유를 주입하면 산소 센서 표면의 납을 제거하고 정상 작동으로 되돌릴 수 있습니다. 그러나 배기가스가 고온으로 인해 납이 센서 내부로 침투하여 산소 이온의 확산을 방해하는 경우가 많으며, 이로 인해 산소 센서가 제 기능을 하지 못하게 되어 결국 교체해야 합니다.
또한, 산소 센서의 실리콘 중독도 흔히 발생하는 문제입니다. 일반적으로 휘발유와 윤활유에 함유된 실리콘 화합물의 연소 후 생성되는 실리카와 실리콘 고무 밀봉 가스켓을 부적절하게 사용했을 때 발생하는 실리콘 가스가 산소 센서 고장의 원인이 되므로, 양질의 연료와 윤활유를 사용해야 합니다.
수리 시에는 고무 개스킷을 올바르게 선택하고 설치해야 하며, 센서에 제조사에서 지정한 용제나 비점착제 이외의 제품을 사용해서는 안 됩니다. 엔진 연소 불량으로 인해 산소 센서 표면에 탄소 침전물이 형성되거나 오일, 먼지 등의 이물질이 센서 내부로 유입되어 외부 공기 유입을 방해하거나 차단함으로써 산소 센서의 출력 신호가 불안정해집니다. 이로 인해 ECU는 공기-연료 비율을 제때 보정할 수 없게 됩니다. 탄소 침전물 생성은 주로 연비 증가와 배기가스 농도의 급격한 상승으로 나타납니다. 이때 침전물을 제거하면 센서가 정상적으로 작동합니다.
세라믹 균열
산소 센서의 세라믹 재질은 단단하지만 깨지기 쉬워, 딱딱한 물체에 부딪히거나 강한 바람에 노출되면 부서져 고장날 수 있습니다. 따라서 문제가 발생할 경우 특히 주의해야 하며, 문제가 생기면 즉시 교체해야 합니다.
블록 와이어가 타버렸습니다.
히터 저항선이 타버렸습니다. 가열식 산소 센서의 경우, 히터 저항선이 타버리면 센서가 정상 작동 온도에 도달하기 어려워져 기능을 상실하게 됩니다.
회선 단절
산소 센서의 내부 회로가 차단되었습니다.
검사 방법
히터 저항 점검
산소 센서 하네스의 플러그를 분리하고 멀티미터를 사용하여 산소 센서 단자의 히터 극과 철 극 사이의 저항을 측정하십시오. 저항 값은 4~40Ω입니다(해당 모델의 설명서를 참조하십시오). 기준값을 충족하지 못하면 산소 센서를 교체하십시오.
피드백 전압 측정
산소 센서의 피드백 전압을 측정할 때는 산소 센서의 하네스 플러그를 뽑고, 모델의 회로도에 따라 산소 센서 피드백 전압 출력 단자에서 가는 선을 빼내어 하네스 플러그에 연결해야 합니다. 엔진 작동 중에 이 리드선을 통해 피드백 전압을 측정할 수 있습니다 (일부 모델은 고장 진단 소켓에서도 산소 센서의 피드백 전압을 측정할 수 있습니다. 예를 들어, 도요타 자동차에서 생산하는 일부 차량은 고장 진단 소켓의 OX1 또는 OX2 단자에서 산소 센서의 피드백 전압을 직접 측정할 수 있습니다).
산소 센서의 피드백 전압을 측정할 때는 측정 범위가 낮고(일반적으로 2V) 임피던스가 높은(내부 저항이 10MΩ 이상) 포인터형 멀티미터를 사용하는 것이 가장 좋습니다. 구체적인 측정 방법은 다음과 같습니다.
1. 엔진을 정상 작동 온도까지 예열하십시오 (또는 시동 후 2분간 2500rpm으로 작동시키십시오).
2. 멀티미터 전압 측정기의 음극 단자를 고장 감지 소켓의 E1 또는 배터리 음극에 연결하고, 양극 단자를 고장 감지 소켓의 OX1 또는 OX2 단자, 또는 산소 센서 배선 하니스 플러그의 숫자 |에 연결합니다.
3. 엔진을 약 2500rpm의 속도로 계속 회전시키면서 전압계 바늘이 0~1V 사이에서 앞뒤로 움직이는지 확인하고, 10초 동안의 바늘 움직임 횟수를 기록합니다. 정상적인 상황에서 피드백 제어가 진행됨에 따라 산소 센서의 피드백 전압은 0.45V를 기준으로 지속적으로 변동하며, 10초 동안 최소 8회 이상 변동해야 합니다.
만약 8배 미만이라면 산소 센서 또는 피드백 제어 시스템에 문제가 있는 것입니다. 이는 산소 센서 표면에 탄소 침전물이 쌓여 감도가 저하된 것이 원인일 수 있습니다. 이 경우, 엔진을 2500rpm으로 약 2분간 가동하여 산소 센서 표면의 탄소 침전물을 제거한 후 피드백 전압을 점검하십시오. 탄소 침전물이 제거된 후에도 전압계 바늘이 여전히 느리게 움직인다면 산소 센서가 손상되었거나 컴퓨터 피드백 제어 회로에 결함이 있는 것입니다.
4. 산소 센서 외관 색상 검사
배기 파이프에서 산소 센서를 분리하고 센서 하우징의 통풍구가 막혔는지, 세라믹 코어가 손상되었는지 확인하십시오. 손상된 경우 산소 센서를 교체하십시오.
산소 센서 윗부분의 색깔을 관찰하는 것으로도 고장 여부를 판단할 수 있습니다.
1. 밝은 회색 상단: 이것은 산소 센서의 일반적인 색상입니다.
2. 흰색 상단: 실리콘 오염으로 인해 발생하며, 이 경우 산소 센서를 교체해야 합니다.
3. 갈색 상단(그림 1 참조): 납 오염으로 인해 발생하며, 심한 경우 산소 센서도 교체해야 합니다.
(4) 블랙탑: 탄소 침착으로 인해 발생하며, 엔진의 탄소 침착 결함을 제거한 후에는 산소 센서의 탄소 침착이 일반적으로 자동으로 제거됩니다.
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