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 개선하는 핵심 부품입니다.
산소 센서에는 지르코니아와 이산화티타늄 두 종류가 있습니다.
산소 센서는 세라믹 감응 소자를 사용하여 각종 가열로 또는 배기관 내의 산소 전위를 측정하고, 화학적 평형의 원리에 따라 해당 산소 농도를 계산하고, 가열로 내의 연소 공연비를 모니터링 및 제어하여, 측정 소자의 제품 품질 및 배기가스 배출 기준을 보장하는 것으로, 석탄 연소, 석유 연소, 가스 연소 등 각종 가열로의 분위기 제어에 널리 사용됩니다.
산소 센서는 연료 분사 장치의 피드백 제어 시스템을 전자적으로 제어하여 배기 가스의 산소 농도와 공연비의 밀도를 감지하고, 엔진에서 이론 공연비(14.7:1) 연소를 모니터링하고, 컴퓨터에 피드백 신호를 보내는 데 사용됩니다.
작동 원리
산소 센서는 배터리와 유사하게 작동하며, 센서 내부의 지르코니아 원소는 전해질 역할을 합니다. 기본 작동 원리는 특정 조건(고온 및 백금 촉매 작용)에서 하오산화물 내부와 외부의 산소 농도 차이를 이용하여 전위차를 발생시키는 것입니다. 농도 차이가 클수록 전위차도 커집니다. 대기 중 산소 함량은 21%이며, 농축 연소 후 배출되는 배기가스에는 실제로 산소가 포함되어 있지 않습니다. 희석 혼합기 연소 후 발생되는 배기가스나 연소가 중단된 후 발생하는 배기가스에는 산소가 더 많이 포함되어 있지만, 여전히 대기 중 산소량보다 훨씬 적습니다.
고온과 백금 촉매 작용 하에서 산소 센서에 부착된 산소가 소모되어 전압 차이가 발생하고, 농축된 혼합물의 출력 전압은 1V에 가깝고 희석된 혼합물은 0V에 가깝습니다. 산소 센서의 전압 신호에 따라 공연비가 제어되어 연료 분사 펄스 폭을 조절하므로, 산소 센서의 전자 제어는 연료 계량의 핵심 센서입니다. 산소 센서는 고온(300°C 이상)에서만 완전한 특성을 발휘하며 전압을 출력할 수 있습니다. 약 800°C에서 혼합물의 변화에 가장 빠르게 반응합니다.
팁
이산화지르코늄 산소 센서는 전압 변화를 통해 가연성 혼합물의 농도 변화를 반영하고, 이산화티타늄 산소 센서는 저항 변화를 통해 가연성 혼합물의 변화를 반영합니다. 지르코니아 산소 센서를 사용하는 전자 제어 시스템은 엔진 작동 조건이 악화될 때 실제 공연비를 이론 공연비에 가깝게 제어할 수 없지만, 이산화티타늄 산소 센서는 엔진 작동 조건이 악화될 때 실제 공연비를 이론 공연비에 가깝게 제어할 수 있습니다.
산소 센서 신호에 따라 제어 유닛이 단시간 내에 조절하는 분사량(분사 펄스 폭)을 단기 연료 보정이라고 하며, 산소 센서의 출력 전압에 의해 제어됩니다.
장기 연료 보정은 단기 연료 보정 계수의 변화에 따라 제어 장치가 제어 장치의 작동 데이터 구조를 수정하여 결정한 값입니다.
공통 결함
산소 센서가 고장 나면 전자 연료 분사 시스템의 컴퓨터가 배기관의 산소 농도 정보를 얻지 못해 공연비를 피드백 제어할 수 없게 됩니다. 이는 엔진 연료 소비량과 배기 오염을 증가시키고, 엔진 공회전 속도 불안정, 점화 부족, 서지 등의 고장 현상을 초래합니다. 따라서 고장은 적시에 제거하거나 교체해야 합니다[1].
중독 단층
산소 센서 중독은 빈번하고 예방하기 어려운 고장으로, 특히 유연 휘발유 차량의 경우, 신형 산소 센서조차도 수천 킬로미터밖에 작동하지 않습니다. 경미한 납 중독이라면 무연 휘발유 탱크를 사용하면 산소 센서 표면의 납을 제거하고 정상 작동 상태로 되돌릴 수 있습니다. 그러나 배기 가스 온도가 높으면 납이 센서 내부로 침투하여 산소 이온의 확산을 방해하여 산소 센서가 작동하지 않게 되고, 이 경우 센서를 교체해야 하는 경우가 많습니다.
또한 산소 센서의 실리콘 중독도 흔히 발생합니다. 일반적으로 가솔린과 윤활유에 포함된 실리콘 화합물이 연소되어 생성되는 실리카와 실리콘 고무 실링 개스킷의 부적절한 사용으로 발생하는 실리콘 가스가 산소 센서 고장의 원인이 되므로, 고품질 연료와 윤활유를 사용해야 합니다.
수리 시에는 고무 개스킷을 정확하게 선택하여 장착하고, 센서에 제조사에서 지정한 용제 및 점착 방지제 이외의 다른 용제나 점착 방지제를 바르지 않아야 합니다. 엔진 연소 불량으로 인해 산소 센서 표면에 탄소 침전물이 형성되거나, 오일이나 먼지, 기타 침전물이 산소 센서 내부로 유입되어 외부 공기가 산소 센서 내부로 유입되는 것을 방해하거나 차단하여 산소 센서 출력 신호가 일치하지 않게 됩니다. ECU가 공연비를 제때 보정하지 못하면 탄소 침전물이 생성되어 연료 소비량 증가 및 배출 농도의 현저한 증가로 나타납니다. 이 때 침전물을 제거하면 정상 작동 상태로 복귀합니다.
세라믹 균열
산소 센서의 세라믹은 단단하고 깨지기 쉽기 때문에 단단한 물체로 두드리거나 강한 바람으로 불어 넣으면 부서져 고장날 수 있습니다. 따라서 문제 발생 시 특히 주의하고 적절한 시기에 교체해야 합니다.
블록 와이어가 타버렸습니다
히터 저항선이 타 버렸습니다. 가열식 산소 센서의 경우, 히터 저항선이 타면 센서가 정상 작동 온도에 도달하기 어려워져 기능을 상실합니다.
회선 단선
산소 센서의 내부 회로가 끊어졌습니다.
검사 방법
히터 저항 점검
산소 센서 하네스 플러그를 제거하고 멀티미터를 사용하여 히터 극과 산소 센서 단자의 철극 사이의 저항을 측정하십시오. 저항값은 4~40Ω입니다(해당 모델의 사용 설명서 참조). 기준에 미치지 못하면 산소 센서를 교체하십시오.
피드백 전압 측정
산소 센서 피드백 전압을 측정할 때는 산소 센서의 하네스 플러그를 분리하고, 모델 회로도에 따라 산소 센서 피드백 전압 출력 단자에서 가는 선을 뽑아 하네스 플러그에 꽂아야 합니다. 피드백 전압은 엔진 작동 중 리드선에서 측정할 수 있습니다(일부 모델은 고장 감지 소켓에서 산소 센서 피드백 전압을 측정할 수도 있습니다). 예를 들어, 도요타 자동차에서 생산한 일부 차량은 고장 감지 소켓의 OX1 또는 OX2 단자에서 직접 산소 센서 피드백 전압을 측정할 수 있습니다.
산소 센서의 피드백 전압을 측정할 때는 저범위(일반적으로 2V)와 고임피던스(내부 저항 10MΩ 이상)를 갖춘 포인터 타입 멀티미터를 사용하는 것이 가장 좋습니다. 구체적인 측정 방법은 다음과 같습니다.
1. 엔진을 정상 작동 온도까지 가열합니다(또는 시동 후 2분간 2500r/min으로 작동).
2. 멀티미터 전압 정지부의 음극 펜을 고장 검출 소켓의 E1 또는 배터리의 음극에 연결하고, 양극 펜을 고장 검출 소켓의 OX1 또는 OX2 잭 또는 산소 센서의 배선 하네스 플러그에 있는 | 번호에 연결합니다.
3. 엔진을 약 2500rpm의 속도로 계속 작동시키고, 전압계 바늘이 0~1V 사이에서 왔다 갔다 하는지 확인하고, 10초 이내에 바늘이 움직이는 횟수를 기록합니다. 일반적으로 피드백 제어가 진행됨에 따라 산소 센서의 피드백 전압은 0.45V 이상과 이하로 지속적으로 변동하며, 피드백 전압은 10초 이내에 최소 8회 이상 변동해야 합니다.
8회 미만이면 산소 센서 또는 피드백 제어 시스템이 제대로 작동하지 않는 것으로, 산소 센서 표면에 탄소가 쌓여 감도가 저하된 것일 수 있습니다. 이를 위해 엔진을 약 2분 동안 2500rpm으로 작동시켜 산소 센서 표면의 탄소 침전물을 제거한 후 피드백 전압을 점검해야 합니다. 탄소 침전물을 제거한 후에도 전압계 바늘이 여전히 느리게 변하면 산소 센서가 손상되었거나 컴퓨터 피드백 제어 회로에 결함이 있음을 나타냅니다.
4, 산소센서 외관 색상 검사
배기관에서 산소 센서를 분리하고 센서 하우징의 통풍구가 막혔는지, 세라믹 코어가 손상되었는지 확인하십시오. 손상된 경우 산소 센서를 교체하십시오.
오류는 산소 센서 상단 부분의 색상을 관찰하여 확인할 수도 있습니다.
1, 밝은 회색 상단: 이는 산소 센서의 일반적인 색상입니다.
2, 흰색 상단: 실리콘 오염으로 인해 발생하며 이때 산소 센서를 교체해야 합니다.
3, 갈색 상단(그림 1 참조): 납 오염으로 인해 발생, 심각한 경우 산소 센서도 교체해야 함;
(4) 블랙탑: 탄소침적에 의해 발생하며, 엔진의 탄소침적 결함을 제거한 후 산소센서의 탄소침적은 일반적으로 자동으로 제거됩니다.
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