f Sensor de ratio aire/combustible (sensor A/F) ~ Ingenieria a nivel industrial

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sábado, 24 de junio de 2017

Sensor de ratio aire/combustible (sensor A/F)

El sensor A/F es similar al sensor de oxígeno de rango angosto. Aunque se parece mucho al sensor de oxígeno tradicional, está construido de una forma diferente y por consiguiente, tiene características diferentes de operación.

El sensor A/F se distingue principalmente por ser de rango amplio debido a su capacidad de detectar "ratios" o proporciones de aire/combustible en un rango más amplio de voltajes.

La ventaja de emplear sensor A/F es que la PCM puede medir de una forma mucho más exacta la cantidad de combustible que ha de inyectarse, con lo cual se reduce muchísimo el consumo de combustible. Para lograr esto el sensor A/F:

* Opera a una temperatura de 650 Grados Centígrados, mucho más caliente que un sensor de oxígeno tadicional que opera más o menos a 400 Grados Centígrados.


* Modifica su amperaje de salida a la PCM en relación a la cantidad de oxígeno presente en la corriente de humos de escape.


OPERACION DEL SENSOR A/F

Un circuito de detección dentro de la PCM detecta el cambio y la fuerza del flujo de corriente eléctrica y emite una señal de voltaje relativamente proporcional al contenido de oxígeno de la mezcla de gases de escape.

NOTA: esta señal de voltaje solo es posible medirla usando un escánner especial OBD II o superior. No es posible medir directamente y con exactitud la corriente de salida del sensor A/F.

El sensor A/F está diseñado de tal manera que en la "zona de estequiometría", no hay flujo de corriente eléctrica y el voltaje de salida en el circuito de detección es de 3.3 Volts.

Una mezcla rica, la cual como ya dijimos deja muy poco oxígeno en la corriente de gases de escape, produce un flujo negativo de corriente eléctrica. Entonces, el circuito de detección en la PCM producirá un voltaje por debajo de 3.3 Volts.

Por otro lado, una mezcla pobre, la cual tiene más oxígeno en la corriente de gases de escape, produce un flujo de corriente positivo. En este caso el circuito de detección en la PCM ahora producirá una señal de voltaje por encima de 3.3 Volts.

NOTA

La señal de voltaje de salida del sensor A/F es lo opuesto a lo que sucede en el sensor de oxígeno de rango angosto. La señal de voltaje de salida a traves del circuito de detección se incrementa a medida que la mezcla aire/combustble se empobrece.
También, la señal de voltaje es proporcional al cambio en la mecla aire/combustible. Esto le permite a la PCM juzgar de forma más exacta la proporción aire/combustible bajo un amplio rango de condiciones y rápidamente ajustar la cantidad de combustible inyectado para llegar al centro de la "zona estequiométrica", que es la cantidad en donde se consume menos combustible. Este tipo de corrección rápida no es posible con el sensor convecional de rango angosto. Con los sensores A/F, la PCM no necesita seguir una estrategia de ciclo rico-pobre-rico-pobre. En el curso de Control de Combustible en Closed Loop veremos los detalles de este funcionamiento en especial para esclarecerte cualquier duda.

TIP

Piensa en el sensor A/F como un generador capaz de cambiar su polaridad. Cuando la mezcla de aire/combustible está rica (poco contenido de oxígeno en los gases de escape), el sensor A/F genera una corriente en el sentido negativo (-). A medida que la mezcla se va haciendo cada vez más pobre (más oxígeno conteindo en los gases de escape), el sensor A/F genera una corriente en el sentido positivo (+). En el punto de estequiometría no se genera corriente.

El circuito de detección siempre está midiendo la dirección y cuanto flujo de corriente está siendo producido por el sensor. El resultado es que la PCM sabe exactamente que tan rica o que tan pobre es la mezcla y con esa información, puede ajustar la mezcla de combustible mucho más rápido que con un sistema de control basado en el sensor de oxígeno traidcional.

Por lo tanto, no hay un ciclo tal como lo es para un sistema basado en la estrategia del sensor de oxígeno de rango angosto. En lugar de eso, la señal de salida del sensor A/F es más repartida y por lo regular está alrededor de 3.3 Volts con menos oscilaciones.

Ok, hemos avanzado mucho en nuestro estudio de Sensores de Oxígeno. Esta información que hoy tienes es crucial para diferenciar a que tipo de sensor te estás enfrentando: a un sensor convencional o a un sensor A/F. Quiero decirte que los diagramas te indican esa información en particular y no sabes cuantos problemas me he evitado simplemente leyendo esas indicaciones en el diagrama cuando se trata de identificar el tipo de sensor que estoy monitoreando. Porque ¿qué caso tiene conectar un escánner y un osciloscopio a un sensor que mida oxígeno si no sé si se trata de uno convencional o un A/F? Esa es una diferencia crucial para realizar un diagnóstico certero y saber que hacer. Lo bueno es que fácilmente lo encuentras en el diagrama para saber de que se trata.

el sensor A/F juega un papel muy diferente al sensor de oxígeno convencional, no son intercambiables y arrojan señales distintas. Nunca vayas a reemplazar un sensor convencional por un A/F ni viceversa porque arruinarás a la PCM. Habiendo dicho eso, entremos al siguiente tema del curso on-line Sensores de Oxígeno.

SERVICIO Y DIAGNOSTICO DE SENSORES DE OXIGENO

Existen diversos factores que pueden afectar el normal funcionamiento de un sensor de oxígeno. Es importante diferenciar con claridad si el propio sensor de oxígeno o algún otro factor está ocasionando que el mismo sensor se comporte de forma irregular.

Un sensor de oxígeno que esté contaminado en su sonda no producirá voltajes apropiados y no oscilará como es debido. El sensor puede contaminarse debido al anticongelante del motor, consumo excesivo de aceite de motor, vapores desprendidos por silicones selladores en empaques  y por utilizar aditivos de gasolina de baja calidad.

Cuando el sensor de oxígeno se contamina un poco se dice que está "flojo", debido a que le toma más tiempo oscilar de rico a pobre y viceversa, su señal se sale fuera de su rango normal de operación quedándose "rico" o quedándose "pobre".Esto afectará severamente el consumo de gasolina y continuamente provoca problemas de falla de motor tales como humo negro, cascabeleos, motor tarda en encender, marcha mínima inestable y otros.




Muchos factores afectan la operación del sensor de oxígeno tales como fugas de vacío, fuga de gas en válvula EGR hacia múltiple de admisión, presión de gasolina insuficiente o excesiva, otros sensores defectuosos, motor trabajando sin termostato, tiempo retrasado de cadena de distribución, tiempo de encendido retrasado o adelantado en exceso, etc.

No nos cansaremos de repetir que es sumamente importante que los circuitos eléctricos del sensor de oxígeno así como su elemento calefactor siempre estén en excelentes condiciones. Resistencia excesiva, circuitos abiertos y cortos a tierra producirán señales falsas de voltaje que harán creer a la PCM cosas que no son ciertas.

En muchos casos los códigos de falla DTC recuperados con escánner y las revisiones básicas ayudarán a localizar el problema pero cuando las cosas se ponen difíciles, el diagrama es una herramienta invaluable para terminar rápido el trabajo y haciéndolo bien.



ELEMENTO CALEFACTOR DEL SENSOR DE OXIGENO

Para que un sensor de oxígeno envíe su señales exactas de voltaje rápidamente, el sensor necesita estar caliente. Una resistencia eléctrica de 2 amperes dentro del sensor lo  calienta a medida que la corriente eléctrica circula a través de ella. La PCM activa el circuito con base en a temperatura del anticongelante y la carga del motor (determinado por la señal electrónica del sensor MAF o MAP, según sea el caso).

La resistencia del elemento calefactor puede verificarse con un multímetro digital en la escala de Ohms. Entre mayor sea la temperatura de calefactor, mayor será la resistencia.

El circuito eléctrico del calefactor del sensor de oxígeno es continuamente monitoreado por la PCM para verificar su apropiada operación. Si ocuriese un desperfecto, el circuito se apagará. Cuando esto sucede, el sensor de oxígeno producira muy poca a ninguna señal de voltaje lo cual traerá como consecuencia la activación del código de falla DTC P0125 y la iluminación de la luz Check Engine en el tablero de instrumentos.





ELEMENTO CALEFACTOR DE SENSORES A/F


Este elemento calefactor sirve el mismo propósito que el calefactor del sensor de oxígeno de rango angosto, pero existen diferencias muy importantes.

Los motores que usan sensores A/F llevan un relevador, conocido como Relay A/F, el cual se activa de forma simultánea al relevador principal que alimenta a la PCM en la mayoría de marcas. Este elemento calefactor consume hasta 8 amperes (contra los 2 amperes del sensor convencional) para proveer el calor adicional que el sensor A/F requiere pues no hay que olvidar que funcionan a 600 Grados Centígrados en comparación con los 400 Grados de los sensores de oxígeno. Por este motivo es muy importante asegurarnos que el circuito esté en perefectas condiciones: debemos revisarlo, evaluarlo y medir caídas de voltaje.

El elemento calefactor de los sensores A/F, a diferencia de los sensores convencionales, está controlado por un Circuito Modulador de Ancho de Pulso (PWM - Pulse Width Modulated). Cuando el sensor está frío, el ancho del pulso es alto, por lo que este circuito también es monitoreado continuamente por la PCM para funcionamiento normal. Si se detecta un defecto en el circuito modulador, el elemento calefactor se apaga. Cuando esto ocurre, el sensor A/F no funcionará bajo ninguna condición además de que se activará el código de falla DTC P0125.

DIAGNOSTICO DEL ELEMENTO CALEFACTOR DEL SENSOR A/F

El diagnóstico del elemento calefactor es similar al del sensor de oxígeno convencional. Dado que el sensor A/F requiere más calor para funcionar, el calefactor está activado por períodos más largos de tiempo y por lo regular siempre está activo bajo condiciones normales de manejo.

Dado que el circuito del calefactor conduce más corriente, es crítico que todas las conexiones estén perfectamente ajustadas y que no tengan resistencia.

El relevador se verifica de la misma forma que con cualquier otro relevador.


SENSORES DE OXIGENO CON CENTRO DE TITANIO



Este sensor de oxígeno consiste de un elemento semiconductor hecho de dióxido de titanio TiO2, que al igual que el Dióxido de Zirconio, ZRO2 es un material cerámico. Este sensor usa una película gruesa del elemento de titanio formado en el frente de un substrato laminado para detectar la concentración de oxígeno en el gas de escape.



OPERACION DEL SENSOR DE OXIGENO DE TITANIO


Las propiedades del titanio son tales que la resistencia cambia de acuerdo a la concentración de oxígeno en los gases de escape. Esta resistencia cambia abruptamente en el límite entre una proporción aire/combustible teórica pobre a rica, como se ve en la gráfica anterior.

La resistencia del titanio también cambia mucho en respuesta a cambios de temperatura. Por ello un elemento calefactor está integrado en el substrato laminado para mantener constante a la temperatura del elemento de titanio.



Este sensor se conecta a la PCM como se muestra en el ejemplo anterior. Todo el tiempo se suministra un voltaje de 1.0 Volts en la terminal positiva (+) por la PCM hacia sensor. La PCM tiene un comparador que siempre está comparando caídas de voltaje en la terminal OX debido a cambios en la resistencia del titanio contra un voltaje de referencia de 0.45 Volts. 

Si el resultado muestra que el voltaje en la terminal Ox es mayor que 0.45 Volts, es decir, que la resistencia del sensor de oxígeno sea baja, la PCM juzgará que la mezcla de aire/combustible es rica. Si por el contrario, el voltaje medido en esa terminal fuera menor que 0.45 Volts, es decir, que la resistencia del sensor sea alta, juzgará que la mezcla aire/combustible es pobre. 






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