SENSORES DE OXIGENO

En este artculo sern presentados los diversos tipos de sensores de Oxgeno,utilizados en los sistemas de inyeccin electrnica, en el control de mezcla encircuito cerrado. Especialmente sern analizados los diversos circuitos de entradaasi como el funcionamiento de los diferentes tipos de sondas menos conocidoscomo el sensor de Titanio y la sonda universal.

TERMINOLOGIA

El sensor de Oxgeno es identificado en la literatura automotiva a travs de lassiguientes siglas:

EGO: Sonda no calentada.HEGO: Sonda calentada; cuando es de 4 cables, el retorno de la seal tambinesta ligado a la carcasa de la sonda.ISOHEGO: Es siempre de 4 cables y el retorno de la seal esta aislado a lacarcasa, esto hace que la seal sea menos ruidosa.HO2S: Terminologa usada en el protocolo OBDII para identificar al sensor deOxgeno calentado (norma SAE51930).UEGO: Sensor de Oxgeno universal de relacin aire/combustible.

SENSOR DE O2 (SONDA LAMBDA)

Puede ser de 2 tipos, segn el elemento activo:

1.-Zirconio.2.-Titanio

1.-Sonda Lambda de Zirconio:

Es el tipo ms comn actualmente. Esta hecho de un elemento de cermica(Oxido de Zirconio); el elemento esta recubierto interna y externamente por unacamisa de Platino que cumple la funcin de electrodo.

La faz interna (electrodo de referencia) est en contacto con la atmsfera, y laexterna con los gases de escape.

Encima de 300C, el elemento de cermica se transforma en una pila cuyatensin depende de la diferencia de concentracin de Oxgeno entre la faz internay externa de la sonda

GRAFICA 1

-Gases de concentracin inferior a 0,3% +- tensin > 0,8 voltios-Gases con concentracin superior a 0,5% +- tensin < 0,2 voltios.

Una variacin de tensin mas o menos abrupta para Lambda=1.Con temperatura inferior a 300 C, la sonda se comporta como un circuito abierto(resistencia infinita).

Las sondas de Zirconio pueden ser de 2 tipos:

1.-Calentadas por un resistor PTC interno que provoca una entrada enfuncionamiento independiente a la temperatura de los gases. Pueden ser:

a)-De 3 cables: 2 para alimentacin del calentador; 1cable para la seal; el retornode la seal es hecho a traves del chasis.b)-De 4 cables: 2 cables para la alimentacin del calentador para la seal y el otropara retorno de la seal; este ltimo esta aislado de la carcasa.

c)-Sin calentador: No presenta el mencionado resistor, y la entrada en defuncionamiento (temperatura superior a 300C) depende de la temperatura de losgases de escape. Poseen generalmente 1 solo cable de la seal.

INTERFASE CON LA UNIDAD DE COMANDO.

1.-Sensor de Zirconio.Cuando la sonda esta ligada a la unidad de comando y esta inoperante

(fra), se pueden presentar 2 situaciones dependiendo del circuito de entrada a launidad de comando:a) La seal asuma un valor de tensin aproximado de 0 voltios. Este es el casodel sistema EECIV.

b) El circuito de entrada a la unidad de comando impone un valor de tensin deaproximadamente 0,45 voltios. Este en el caso de casi todos los sistemasactuales, excepto el EEC-IV.

GRAFICA 2

Por lo tanto, un valor de tensin constante a la seal, como los indicados arriba: 0 voltios en el caso a, o 0.45 voltios en el caso b, es indicativo de una sondainoperante.

2.-Sonda Lambda de TitanioSon ms frgiles que las sondas de Zirconio y la seal de salida es msdependiente de la tensin de alimentacin. Esta constituida de materialsemiconductor (Oxido de Titanio), lo que vara su resistencia interna en funcin dela concentracin de Oxgeno en el ambiente donde se encuentra.

Una aleacin de Oxido de Titanio es depositada sobre una plaqueta de cermicacalentada por un circuito impreso resistivo, el perodo de calentamiento es deaproximadamente 15 segundos.

FUNCIONAMIENTO

La presencia de Oxgeno bloquea ms menos el paso de electrodos por lacmara de Titanio, modificando de este modo la resistencia del material. As elOxido funciona como un resistor variable, controlado por la concentracin deOxgeno.

Este tipo de sonda no es un generador de tensin (como es el caso de la sonda deZirconio cuya resistencia se modifica).

Otra caracteristica importante es que no requiere una referencia de Oxgeno.

Recuerden que la sonda de Zirconio precisa que el electrodo de referencia esteen contacto con el ambiente el cual contiene 21% de Oxgeno no requiriendoreferencia de Oxgeno la sonda de Titanio presenta ventajas (cuando soncomparadas con el Zirconio) al ser utilizadas en vehculos fuera de carretera.

Las sondas ISOHEGO compensan esta ventaja, ya que la referencia de Oxgenoatmosfrico a travs de los cables y no de la regilla en la carcasa.

Con relacin a su resistencia, el sensor de Titanio presenta la siguientecaracterstica:-Ausencia de Oxgeno (mezcla rica): resistencia menor a 1 KOHMS.-Presencia de Oxgeno (mezcla Pobre): Resistencia superior a 20 KOHMS.

Esta variacin de resistencia es mas menos abrupta para lambda=1. La unidadde comando alimenta al sensor con tensin de 1 volt. (Algunos vehculos JEEPS90) o 5 voltios (Toyota Nissan).

Por el motivo indicado arriba (fragilidad y falta de precisin), este tipo de sondaesta siendo sustituida por la sonda de Zirconio.

Interfase con la unidad de comando sensor de Titanio.

El circuito de entrada es similar al utilizado en los sensores de temperatura, o yasea por su alimentacin a travs del resistor interno en la unidad de comando.

Dependiendo de la conexin elctrica utilizada, la caracterstica de tensin delsensor resulta similar a la de la sonda de Zirconio (tensin baja=mezcla pobre;tensin alta= mezcla rica u opuesta, como es mostrado en la FIGURA 3

SENSOR DE RELACION AIRE/COMBUSTIBLE

Cuando es debidamente calentado, este sensor es un generador de tensin quepresenta una curva de respuesta que casi linear para mezclas con factor lambdaentre 0,75 y 1.

Este tipo de sensor no presenta variacin brusca de tensin para Lambda=1; laseal de salida es proporcional a la concentracin de Oxgeno.

La utilizacin de esta sonda permite un control mas preciso y gradual de mezcla, ycon una respuesta ms rpida.

En la literatura automotrz este tipo de sensor es identificado con la sigla LAF (delingles Lean air fuel sensor o sensor de relacin aire/combustible pobre)

CURVAS CARACTERISTICAS-COMPARATIVO.

Una caracteristica muy importante es que durante las aceleraciones, el sistemapermanece funcionando en circuito cerrado. De esta forma se obtiene una buenarespuesta para cualquier condicin de carga recuerden que en el caso de lossistemas que utilizaban sonda LAMBDA, durante las aceleraciones el sistemapasa a trabajar en circuito abierto.

La sonda universal es indispensable para controlar la relacin aire/combustibleen los modernos motores que funcionan con mezcla pobre y que trabajan enBanda de Lambda superior a 1,15.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Este sensor esta compuesto de 2 sensores de Oxgeno en un mismo empaque ytrabajando en conjunto.Externamente presenta similitudes con una sondaLAMBDA convencional. El electrodo externo del sensor 1 clula de tensin, estaexpuesto a los gases de escape. El electrodo interno de la clula de tensin esten contacto con la denominada clula de difusin; est en un espacio cerrado encontacto tambin con el electrodo externo del sensor # 2 o clula de inyeccin deOxgeno; el electrodo interno del sensor # 2 est en contacto con la atmsfera.Lacmara de difusin est aislado de la atmsfera y su contenido de Oxgeno, comoveremos, es controlado por la unidad de comando, a travs de la seal de controlde la clula de inyeccin de Oxgeno. La UC monitorea la tensin de seal delsensor #1 (seal de clula de tensin); la cual funciona como una sonda deZirconio convencional, en el sentido que el voltaje de la seal refleje la diferenciade concentracin de Oxgeno entre los gases de escape en el cmara de difusin.

La UC trata de mantener esta tensin entorno a 0,45 voltios, controlando laconcentracin de Oxgeno en la cmara de difusin, inyectando o retirandomolculas de Oxgeno de la misma.

Una modificacin en la cantidad de Oxgeno presente en la cmara, esconseguida controlando la tensin de la seal del sensor de Oxgeno.

Una explicacin de este mecanismo es el siguiente:-As como una diferencia de concentracin de Oxgeno entre la camara de difusinla atmsfera produce una tensin en la seal de sonda # 2, una tensin aplicadaal mismo terminal provoca la inyeccin o retirada de molculas de Oxgeno de lareferida cmara.

Resumiendo, la UC intenta mantener la seal de la clula de tensin (sensor #1)en torno a los 0 voltios; controlando la tensin aplicada al terminal de control de laclula de inyeccin Oxgeno (sensor #2). A partir del valor de voltage aplicada, laUC determina la concentracin de Oxgeno al escape.

CIRCUITO

El circuito presentado corresponde al sensor LAF utilizado en vehculos HONDA.El aumento en la utilizacin de los motores funcionando con mezcla pobre, paraque este tipo de sensor alcance una mayor difusin en el futuro.

Durante el funionamiento Normal:

-El valor de la seal de la clula de tensin esta entorno a los 0,45 voltios.-El valor de referencia es de aproximadamente 2,7 voltios-La tensin de la seal de control de la clula de inyeccin de Oxgeno vara entre1,7 voltios para mezcla rica, 03,3 voltios para mezcla pobre. Fig. 5