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nuevos equipos de diagnóstico en el campo automotriz

NUEVAS TECNOLOGÍAS DE SENSORES DE OXIGENO EN VEHICULOS HIBRIDOS 1

William Obando 1, Instituto Superior Tecnológico Central Técnico ISTCT, Autotronica. [email protected], https://istct.edu.ec/portal/

NEW TECHNOLOGIES OF OXYGEN SENSORS IN HYBRID VEHICLES Resumen— La investigación detalla los nuevos implemetos de los sensores de oxígeno en vehículos híbridos en el campo automotriz desarrolladas a lo largo para el automóvil dentro de los parámetros, su función y su desarrollo, su forma de actuar y como identificar cada uno de ellos, al encontrar varias datos interesantes se definirá como prioridad el aclaramiento de dudas y planteo de respuestas muy directas para que el lector pueda entender fácilmente, este tema se relaciona directamente con la autotrónica dentro del vehículo, funciones, características, reconocimiento y su autonomía, deduciremos que los componentes y como se conforman . También de que elementos están construidos. Palabras Claves— autotronica, equipos, diagnostic, oxigeno, O2 Abstract— The research details the new implemetos of the ckp and app sensors in the automotive field developed throughout the automobile within the parameters, their function and their development, their way of acting and how to identify each of them, when finding several data Interesting will be defined as a priority the clarification of doubts and pose very direct answers so that the reader can easily understand, this topic is directly related to the autotronic within the vehicle, functions, characteristics, recognition and its autonomy, we will deduce that the components and as They conform. Also what elements are built. Keywords— autotronic, equipment, diagnostic, oxygen, O2

INTRODUCCIÓN. Investigaremos el implemento de nuevas novedades tecnológicas que abarcan el ámbito automotriz para el mejoramiento y el entendimiento del funcionamiento del sensor lambda, o también conocido como sensor de oxígeno. Para entender un poco mejor estos elementos se deben conocer básicamente que es un sensor de oxigeno ¿Qué es el Sensor O2? Los sensores de oxígeno conocidos también como sensores Lambda van incluidos en los componentes sensibles e importantes del automóvil y están ubicados en la salida del escape. Por lo general, está hecho de un tubo de Circonio Cerámico, el cual va cubierto por ambos lados de una capa de Platino.

El O2 (Sensor de Oxigeno) mide la concentración de oxígeno que hay en el humo de escape. Los Sensores de oxigeno tienen 3 variantes, la cual va en el número de cables de interconexión que va desde y hacia el ECM (Módulo del control del motor). Hay sensores Lambda que tienen dos, tres y cuatro terminales, pero cabe mencionar que sin importar la cantidad de terminales la función no cambia, es la misma función en todos. [1] ¿Cómo funciona el Sensor O2? El sensor O2 (Oxygen Sensor) convierte la cantidad de oxígeno de los gases que produce el automóvil en una señal eléctrica, luego la Unidad de Control de Motor (ECU) lee esa señal para comparar y ver si la mezcla aire-combustible es la ideal o adecuada. En caso de no estarlo, toma las medidas necesarias para corregirlo. Si hay mucho oxígeno en los gases de escape, aumenta el tiempo de inyección y de esta forma se obtiene la potencia optima del motor, de manera que se obtenga una relación estequiométrica de 14.1 partes de aire, por una parte de combustible. Por ejemplo en caso de que entren 14.7 gramos de aire la ECU (Engine Control Unit) inyecta 1.0 gramos de combustible hacia las cámaras de combustión, para que de esta forma la relación aire-combustible sea la más eficiente. Si por el contrario el sensor de oxígeno O2 detecta que el nivel de oxígeno está muy bajo, ajusta la cantidad de combustible que entrega, por ser la mezcla muy rica, lo que significa que hay mucha gasolina y así se reduce el rendimiento del combustible y la atmósfera se contamina por emitir residuos de gasolina no quemados. ¿ Para qué sirve el sensor de oxigeno? La función básica del sensor de oxigeno es determinar si la mezcla carburante presenta exceso de combustible o escasez del mismo. Esto lo hace midiendo la cantidad de oxigeno presente en el humo que se libera por el escape. ¿Dónde va el sensor O2? El sensor de oxígeno es un componente sensible cuya ubicación está en la salida de escape, conocida también como

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nuevos equipos de diagnóstico en el campo automotriz tubo de escape. Las distintas marcas de automóviles emplean la misma clase de sensor de O2, de manera que su apariencia es semejante en todos los casos. Los coches más modernos presentan dos sensores de oxígeno, uno en la salida del manifold y otro justo después del convertidor catalítico que evalúa la eficiencia del mismo.

al principio que los antiguos sin calefacción. Estos sensores poseen entre tres a cuatro cables, las conexiones extras son las encargadas de controlar el elemento de calentamiento. Los sensores de O2 que tienen tres o más cables alcanzan más rápido la temperatura de trabajo, entre 20 a 60 segundos después del encendido.

¿Cómo funciona el sensor O2?

Fallas comunes y soluciones del sensor de oxigeno

El mecanismo de funcionamiento implica una reacción química que produce voltaje y que está monitoreada por la ECU o computadora central del motor. De esta forma determina qué clase de mezcla existe y así regular la cantidad de combustible que ingresa al motor. La cantidad de aire que el motor aspira es medido por el sensor de oxígeno y depende de factores como la temperatura de la máquina y del ambiente, la altitud, la presión barométrica, la carga del motor, etc.

Debe existir una proporción de aire y combustible específica para que esta mezcla sea la adecuada. Si en la combinación hay poco aire, entonces hay un exceso de combustible tras la ignición (conocida como mezcla rica), la cual es contaminante. Cuando hay menos combustible y más aire, la mezcla es pobre y produce menor desempleo, daño al motor y también contamina. Al fallar el sensor O2, la computadora no tiene la capacidad de detectar la relación de aire y combustible. Tampoco puede regular la cantidad de combustible que pasa al motor y el auto aumenta el consumo y su desempeño será deficiente.

El sensor de Oxigeno va a convertir la concentración de oxigeno que tienen los gases de escape en una señal eléctrica. Después, la ECU recibe la señal para analizarla y verificar si la mezcla aire/combustible es la más adecuada. En caso de que no sea así, toma medidas para corregir el inconveniente. El exceso de oxígeno en los gases de escape hace que la ECU aumente el tiempo de inyección, para obtener la potencia máxima del motor. El objetivo es lograr la relación estequiometria 14.7 partes de aire por cada parte de combustible. Por ejemplo, si entran 14,7 gramos de aire, la computadora inyectará 1.0 gramos de combustible a las cámaras de ignición, de esta forma se logra una relación eficiente de aire y combustible. Si el sensor detecta que la concentración de oxigeno es baja, entonces ajusta la cantidad de combustible a entregar.

¿Cómo probar el sensor O2? Requieres de un multímetro seleccionado en corriente continua o DC para la medición del voltaje de salida. Debe ser un equipo de alta calidad que permita registrar pequeñas variaciones de voltaje. Ahora conecta el cable positivo del medidor al terminal de salida del sensor. Este cable necesita estar conectado a la computadora, por lo que resulta necesario usar un puente entre las conexiones eléctricas o remover una cantidad pequeña del aislamiento para que se puedan conectar los cables. El cable negativo irá conectado a Tierra, puede ser al bloque del motor o a algún metal del chasis.

Tipos de sensor de oxigeno Existen tres variantes de sensores de oxígeno que se clasifican de acuerdo al número de cables que comunican al sensor con la ECU. Hay sensores O2 con dos, tres y hasta cuatro terminales. Sin importar la cantidad de conexiones que tengan, todos cumplen la misma función. Se pueden clasificar los sensores en aquellos que no poseen calefacción y los que se les denomina calientes. Sensores sin calefacción Los sensores sin calefacción son los más antiguos y dependen para calentarse del calor que traen los gases de escape. Son fáciles de identificar porque tienen uno o dos cables de conexión. Lo sensores que tienen un solo cable alcanzan su temperatura de trabajo más o menos cinco minutos después del encendido. Sensores calientes A partir de la década de los 90 comenzaron a aparecer los sensores caliente, los cuales poseen un elemento eléctrico que les permite calentarse. Tienen la ventaja de operar más rápido

Coloca el voltímetro o en búsqueda de 1 V en corriente continua. Cuando gire la llave de encendido (sin arrancar el motor), se debe observar un cambio de voltaje en el terminal de salida. Arranca entonces el motor, si el sensor es de un solo cable debe funcionar a unas 2000 rpm por algunos minutos para que se caliente. Se deben buscar valores de voltaje por encima y por debajo a 0,45 V. Si fluctúa rápidamente menos que 0,2 y más que 0,7 el sensor funciona correctamente. Si el voltaje se mantiene cerca de la mitad, es porque el sensor no se ha calentado todavía. Probar un sensor O2 de un cable Este sensor es el más fácil de probar ya que genera corriente eléctrica cuando alcanza la temperatura optima de funcionamiento. La corriente es leída por el módulo de control del motor y modifica la mezcla de combustible. ¿Cómo limpiar sensor O2? Muchos contaminantes pueden ensuciar el sensor de oxígeno. Si el sensor está oxidado no queda otra opción que

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nuevos equipos de diagnóstico en el campo automotriz cambiarlo. En caso de que el sensor esté en buen estado, puedes limpiarlo para mejorar su rendimiento. Coloca gasolina en un recipiente e introduce el sensor. Cierra el contenedor y agita con cuidado para que la gasolina penetre y enjuague el interior del sensor. Deja que el sensor repose unas horas dentro de la gasolina. Agita nuevamente con suavidad pasado el tiempo. Saca el señor y sécalo bien con una toalla de papel. Instala de nuevo el sensor. Los sensores son elementos muy sensibles que pueden dañarse fácilmente al ser manipulados. Cuando estos no funcionan bien, casi siempre requieren ser cambiados por uno nuevo.

I. MATERIALES Y MÉTODOS. Sonda lambda de salto Esta sonda se compone de un elemento cerámico, de forma alargada, con un interior hueco de dióxido de circonio. La característica especial de este electrolito sólido radica en que se vuelve permeable para los iones del oxígeno a partir de una temperatura aproximada de 300°C. Las dos partes de la cerámica van recubiertas de una capa de platino, muy fina y porosa, que sirve como electrodo. Por la parte exterior de la cerámica pasan los gases de escape, y la parte interior se ha llenado con el aire de referencia.

Desde la introducción del EOBD también debe supervisarse el funcionamiento del catalizador. Para ello, debe instalarse una sonda lambda adicional detrás del catalizador. De esta manera se registra la capacidad que tiene el catalizador de almacenar oxígeno. La función de la sonda que se monta delante del catalizador es igual que la que se monta detrás del catalizador. En la unidad de control se comparan las amplitudes de ambas sondas lambda. Gracias a la capacidad del catalizador de almacenar oxígeno, las amplitudes de tensión de la sonda que va detrás son muy pequeñas. Si desciende la capacidad del catalizador de almacenar oxígeno, aumentan las amplitudes de la tensión de la sonda que va detrás debido a un mayor contenido de oxígeno. El volumen de las amplitudes que surgen en la sonda que va detrás depende de la capacidad momentánea de almacenaje del catalizador, ya que ésta varía según la carga y el nº de revoluciones. Por ello, a la hora de comparar las amplitudes de las sondas se tiene en cuenta el estado de la carga y el nº de revoluciones. Si a pesar de todo las amplitudes de tensión de ambas sondas son prácticamente iguales, significa que se ha alcanzado la capacidad máxima de almacenaje del catalizador debido, por ejemplo, al envejecimiento.

Mediante la diferente concentración de oxígeno en las dos zonas se produce, debido a las propiedades de la cerámica, una migración de los iones del oxígeno que, a su vez, produce tensión. La unidad de control utiliza esta tensión como señal que cambia la composición de la mezcla, dependiendo de la cantidad de oxígeno residual de los gases de escape. Este proceso (medición del contenido de oxígeno residual y enriquecimiento o empobrecimiento de la mezcla) se repite varias veces en espacio de un segundo, de modo que se crea una mezcla estequiométrica dependiendo de las necesidades ( λ = 1).

Figura 2: Patente del 2018 de la utilización de varios sensores de oxigeno

Calefacción de la sonda lambda Las primera sondas lambda no llevaban calefacción, y por ello debían montarse cerca del motor, con el fin de poder alcanzar lo antes posible su temperatura de servicio. Hoy en día, las sondas lambda ya vienen equipadas con un elemento calefactor. Por este motivo, ya no es necesario que vayan montadas cerca del motor. Ventaja:

Figura 1. Sensor Lambda de salto

Ya no están sometidas a elevadas cargas térmicas. Gracias a la calefacción, la sonda lambda puede alcanzar en menos tiempo su temperatura de servicio, por lo que es muy breve el

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nuevos equipos de diagnóstico en el campo automotriz espacio de tiempo en el que la regulación lambda no está activa. Así se evita una refrigeración demasiado elevada durante el funcionamiento del ralentí, ya que la temperatura de los gases de escape no es tan alta. Una sonda lambda calefactora necesita menos tiempo de reacción, lo que influye positivamente en la velocidad de regulación.

Figura 4 : Sensor de oxigeno Banda ancha

II.

CONCLUSIONES

Se plantea las siguientes conclusiones para que puedan ser tomadas en consideración o como fuente de consulta:   

A lo largo de la investigación de deduce desde el inicio los equipos eran eficaces pero con la entrada de la tecnología esto se a hecho más fácil y digitalmente Los equipos en su mayoría solo son para uso automotriz, pero se debe conocer el lenguaje en los cuales estos datos salen Para la recolección de información se basó en fuentes confiables y con credibilidad.

III.

REFERENCIAS

Figura 3: Sensor de oxigeno con calefactor y sus partes Sonda lambda de banda ancha La sonda lambda indica una mezcla pobre o rica en un rango de λ = 1. La sonda lambda de banda ancha ofrece la posibilidad de medir con precisión la cantidad de aire, tanto en el rango de mezcla pobre (λ > 1) como en el rango de mezcla rica (λ < 1). De esta manera proporciona una señal eléctrica exacta y pueden regularse los valores nominales que se deseen, p.ej. en motores diésel, en motores Otto con conceptos de mezcla pobre, en motores a gas y en GLP. La sonda de banda ancha es una sonda convencional con aire de referencia. Posee, además, una segunda célula electroquímica: La célula de bombeo.

[1] Rodriguez, D. (2005).Sensores de ultima generacion . Pag.1. [2] Martinez, H. (2012). Equipos de diagnostico para sensores del vehiculo . [3] Frey, G (2011). Vehiculos hibridos IV.

REFERENCIAS

[5] Graus. Y. (2011) . componentes, equipos de diagnostico y definiciones [6] Baeza A. (2012). Equipos de nueva generacion

William Obando Quishpi nació en Quito, Ecuador, es estudiante de la carrera Mecánica Automotriz del Instituto superior Tecnológico Central Técnico

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