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El Sensor de Oxígeno en los motores de los vehiculos

El Sensor de Oxígeno o sonda Lambda en Gasolina

Estos sensores son fundamentales porque con su señal la PCM (Powertrain Control Module) o ECU (Engine Control Unit - Electronic Control Unit) toma decisiones sobre cuanto combustible debe inyectarse al motor.

Analicemos los detalles de estos componentes.

 

 

La PCM usa al sensor de oxígeno para asegurar que le mezcla aire/combustible sea correcta para el convertidor catalitico.

 

Con base en señal eléctrica proveniente del sensor de oxígeno, la PCM ajustará la cantidad de combustible inyectado en la corriente de aire que ingresa al sistema de admisión.

 

Existen diferentes tipos de sensores de oxígeno, pero dos de los tipos mas comunes son:

 

- Sensor de Oxígeno de Rango Angosto, que es el estilo más antiguo, simplemente llamado sensor de oxígeno.

- Sensor de Oxígeno de Amplio Rango, que el tipo más novedoso, y que en el mercado se leconoce como Sensor de   Rango Aire/Combustible (Sensor A/F o Air/Fuel Ratio). 

 

También utilizado en solo algunos modelos a principios de los 90's, está el sensor de oxígeno de Titanio.

 

Los vehículos OBD II requieren dos sensores de oxígeno: uno antes y otro más después del convertidor catalítico.

 

El sensor de oxígeno, o sensor A/F, que va instalado antes del convertidor catalítico es utilizado por la PCM para ajustar la proporción aire/combustible.

 

Este sensor en términos del protocolo OBD II es reconocido como el "Sensor 1".

 

En motorescon arreglo en V un sensor será reconocido como "Banco 1 Sensor 1" (B1S1) para la cabeza decilindros que tenga al cilindro No. 1 y el otro sensor se reconoce como "Banco 2 Sensor 1".

 

El sensor de oxígeno que va después del convertidor catalítico es utilizado por la PCM enprimer lugar para determinar la eficiencia de trabajo del convertidor catalítico. Este sensor se conoce como Sensor 2.

 

En vehículos que cuenten con dos convertidores catalíticos,un sensor se identificará como "Banco 1 Sensor 2" y el otro sensor será "Banco 2 Sensor 2".

 

Este estilo de sensor de oxígeno ha estado en servicio durante largo tiempo. Está hecho deZirconio (Oxido de Zirconio), electrodos de platino y un elemento calefactor.

 

El sensor de oxígeno genera una señal de voltaje basada en la cantidad de oxígeno contenido en el gas de escape comparándola contra la cantidad de oxígeno presente en el aire del ambiente atmosférico.

 

El elemento de zirconio tiene un lado expuesto a la corriente de gases deescape y el otro lado está expuesto al aire de la atmósfera. Cada lado tiene un electrodo de platino adherido al elemento de dióxido de zirconio.

 

Los electrodos de platino conducen el voltaje generado en el elemento de zirconio. La contaminación o la corrosión de los electrodos de platino de los elementos de zirconio reducirán la señal de voltaje de salida hacia la PCM.

 

Sensor de Oxígeno Convencional

Sensores de Oxígeno y Rango Aire/Combustible

Este estilo de sensor de oxígeno ha estado en servicio durante largo tiempo. Está hecho de Zirconio (Oxido de Zirconio), electrodos de platino y un elemento calefactor.

 

El sensor de oxígeno genera una señal de voltaje basada en la cantidad de oxígeno contenido en el gas de escape comparándola contra la cantidad de oxígeno presente en el aire del ambiente atmosférico.

 

El elemento de zirconio tiene un lado expuesto a la corriente de gases deescape y el otro lado está expuesto al aire de la atmósfera. Cada lado tiene un electrodo de platino adherido al elemento de dióxido de zirconio.

 

Los electrodos de platino conducen el voltaje generado en el elemento de zirconio. La contaminación o la corrosión de los electrodos de platino de los elementos de zirconio reducirán la señal de voltaje de salida hacia la PCM.

 

Sensor de Oxígeno de 1 cable

Funcionamiento:

 

El sensor de oxígeno de un cable no necesita de una alimentación por parte de la ECU, el elemento transductor es sensible a los cambios de cantidad de oxígeno lo que ocasiona una producción de un voltaje entre tierra y la línea de señal del sensor.

 

A diferencia de otros sensores con coeficiente negativo resistivo es que este sensor cuenta con un transductor que convierte el nivel de oxígeno en voltaje, el rango de voltaje depende de cada marca, sin embargo va desde los 100 mV cuando el sensor detecta una mezcla poble a 900 mV cuando el sensor detecta una mezcla rica.

 

El sensor de oxígeno que solo tiene un cable toma su referencia a tierra de la conexión de chasis.

 

El comportamiento del sensor de oxígeno es invertido, es decir que entre más oxígeno detecte menor será el voltaje producido y entre menor cantidad de oxígeno detecte mayor será el voltaje producido.

En los primeros sistemas de Inyección, tanto mecánicos como electrónicos, se habían tomado como exactas las regulaciones de cada sistema, pero algunos factores pueden variar la calidad de la combustión, la cual no permite al motor entregar su mejor potencia y obligan adicionalmente a que esta mala combustión genere una emisión de gases contaminantes al ambiente.

 

Con estas malas experiencias, los sistemas fueron diseñándose de mejor manera, pero a pesar de ello la calidad de la combustión seguía dependiendo de otros factores, inclusive mecánicos, que afectaban en un buen porcentaje esta exactitud de los componentes electrónicos.

 

Es por eso que, con e! descubrimiento del análisis de los gases de escape, se llegó a determinar la importancia y la relación de estos gases combustionados con la exactitud en el sistema de Inyección.

 

Este elemento que analiza los gases de escape es el Sensor de Oxígeno, llamado también Sonda Lambda.

 

El sensor de Oxígeno no es más que un sensor que detecta la presencia de mayor o menor cantidad de este gas en los gases combustionados, de tal manera que cualquier variación en el número de moléculas calculadas como perfectas o tomadas como referenciales, será un indicador de malfuncionamiento y por lo tanto de falta o. exceso de combustible en la combustión.

 

Este sensor trabaja como un "juez" del sistema, ya que todo el tiempo está revisando la calidad de la combustión, tomando como referencia al Oxígeno del aire ambiente y comparándolo con el que se encuentra en los gases quemados, informando al Computador, para que este último corrija la falta o el exceso de combustible inyectado, logrando la mezcla aire/combustible ideal.

 

Este sensor está constituido de una cerámica porosa de Bióxido de Circonio y de dos contactores de Platino, alojados dentro de un cuerpo metálico. Un contactor está conectado al cuerpo, mientras que el otro es el contacto aislado, el cual entregará la señal de salida hacia el Computador.

 

El sensor está a su vez localizado convenientemente en la salida del múltiple de escape del motor, lugar en el cual puede medir la variación de la combustión del mismo.

 

Entre los dos contactos se genera una tensión eléctrica de aproximadamente 1 Voltio, cuando la cantidad de Oxígeno es abundante, que significa que la combustión posee mucho combustible. En cambio !a generación de esta tensión eléctrica será menor si la cantidad de combustible inyectado es muy pobre.

 

Por lo tanto durante el funcionamiento del motor se tendrán valores de generación entre décimas de voltio hasta aproximadamente 1 Voltio, dependiendo de la presencia del Oxigeno en los gases combustionados.

 

Como el Computador está recibiendo esta información permanentemente, puede en cuestión de milésimas de segundo modificar la cantidad de combustible que inyecta el sistema, permitiendo que el motor obtenga una gran exactitud en su combustión, que significa entonces una óptima potencia de entrega y una emisión mínima de gases contaminantes en el ambiente.

 

En el esquema podemos apreciar la estructura interna de este sensor y el paso de los gases de la combustión y del aire ambiente que sirve de referencia a la Computadora del motor..

 

 

Sensor de Oxígeno de 4 cables

Funcionamiento:

 

El principio de funcionamiento es el mismo que el de un hilo no obstante existen diferencias entre ambos y es que este necesita de una resistencia calefactora hecha de un material que a simple vista parece cerámica pero en realidad es zirconia.

 

Existen algunos sensores que no varían su resistencia interna si no que producen un voltaje natural derivado de la conversión de la cantidad de oxígeno el cual es producido por el transductor del sensor, es muy simple determinar que sensores pueden producir voltaje propio y son aquellos que al desconectar el sensor en la línea de señal no existe ningún voltaje de pull-up.

En estos sensores el principio de operación es como se mencionó, una parte del sensor está expuesto al flujo de gas saliente, mientras que el otro toma como referencia el nivle de oxígeno.

 

En la mayoría de ocaciones se usa el aire ambiental, por medio de un orificio en el sensor o sobre una guía para el aire. Con ello se impide que el valor de referencia se vea influenciado por una posible contaminación de vapores de agua, aceite o combustible.

 

Si el sensor se contamina se rediciría la cantidad de oxígeno que puede llegar a medir dentro del transductor, y por ello se reduciría el voltaje que el sensor puede enviar por la línea de señal o bien se reduciría la capacidad de voltaje que el sensor puede generar.

 

En el caso de una señal fluctuante, el aire del ambiente no es necesario, sino que la referencia de oxígeno se basa en una corriente de iones a partir del gas expulsado.

 

En tempreraturas superiores a unos 300°C el material cerámico del sensor hecho de dióxido de zirconio e itrio, se vuelve conductor de iones negativos de oxígeno gracias a que el dióxido de zirconio funciona como un filtro molecular que solo deja pasar iones negativos de oxígeno y no de otros materiales.

 

La diferencia en la concentración da lugar a una difución de iones del gas liberado.

 

Los átomos de oxígeno pueden moverse en la cerámica como iones de carga negativa doble. Los electrones necesarios para la ionización de los átomos de oxígeno son suministrados por los electrodos.

 

De esta forma puede tomarse el voltaje de la sonda entre los electrodos de platino situados dentro y fuera.

 

Una vez producida una diferencia de potencial entre ambos extremos del material viajan por la línea de señal que va directo a la PCM.

 

El sensor de resistencia variable no se usa de forma tan frecuente.

 

El sensor está compuesto de una cerámica semiconductora de dióxido de titanio.

 

Los átomos portadores de carga se crean gracias a áreas sin oxígeno.

 

Los espacios vacíos se ocupan reduciendo así la cantidad de portadores libres. Los iones de oxígeno no son quienes proveen conductividad, sino que por el contrario el oxígeno reduce la cantidad de portadores vacíos. Cuando la concentración de oxígeno es alta, el material del sensor adquiere una resistencia alta.

 

La señal se genera con un divisor de tensión con una resistencia eléctrica variable.

 

El elemento de cerámica está rodeado por un tubo protector. La función es que el sensor mantenga la temperatura deseada y a la vez evitar daños mecánicos.

 

Para que el gas pueda penetrar al sensor dispone de pequeños agujeros.

 

Sensor de Oxígeno Planar

Funcionamiento:

 

Este sensor de oxígeno tiene un sustrato planar aislante, un cátodo formado en el substrato de aislamiento por lo general en el centro del mismo, otro electrodo formado en el substrato de aislamiento en una región que no sea la región del cátodo por una membrana permeable al gas para cubrir estos electrodos y que tiene su porción periférica apoyado sobre el sustrato aislante, y una solución electrolítica que se encuentra entre la membrana de gas permeable y el sustrato aislante.

 

Una superficie del cátodo está sustancialmente en contacto con la membrana de gas permeable y se forma en una posición más alta que le gas permeable, parte de apoyo del sustrato de membrana aislante. Una parte de la superficie del sustrato de aislamiento distintos de la región donde se forma el cátodo es delgada, las moléculas de oxígeno que pasa a través de la membrana permeable de gas puede servir de inmediato a la reducción en el cátodo, aumentando así la velocidad de respuesta del sensor de oxígeno en el plano.

 

Además, la cantidad de solución electrolítica se incrementa en el receso para extender la vida del sensor.

 

 

 

 

Algunos ejemplos de los Sensores de Oxígeno y el número de cables:

 

 

Cuando la línea del sensor encuentra abierta puede marcar el código P0134.

 

Un voltaje bajo que permanezca constante puede marcar el código P0131.

 

Los síntomas cuando el sensor se encuentra sucio o averiado pero no de una manera tal que la computadora lo detecte puede no marcar ningún código ya qye existe una variación pero desfasada del valor que debería permanecer.

 

No hay que confundir, estos códigos pueden llegarse a presentar por otros factores relacionados a la mezcla de aire-comprimido.

 

 

 

Cuando la PCM detecta una señal de voltaje baja puede enviar los siguientes códigos:

 

Cuando la PCM detecta una señal de voltaje alta puede enviar los siguientes códigos:

 

Cuando la PCM no detecta actividad o variación de voltaje en la línea de señal puede enviar los siguientes códigos:

Una falla en elemento calefactor del sensor de axígeno que puede ser derivado de falta de alimentación a la resistencia calefactora, ocacionada por líneas dañadas, que la computadora no envíe tierra o positivo al calefactor, que en algunas ocasiones el positivo del calefactor es diferente alimentado por el voltaje de SW o la misma tierra que en ocaciones también puede ser fija y no gobernada por la PCM.

Fallas:

Localización de los Sensores de Oxígeno

Vista seccionada de un motor en "V" donde se aprecia el ducto de ingreso de aire ambiente al motor, las cámaras de combustión y los pistones, así como los ductos de escape de los gases producto de la combustión. Nótese la ubicación de los Sensores de Oxígeno en los ductos de escape al paso de los gases que desecha el motor después de quemar la mezcla aire/gasolina. Es importante observar que existe cuando menos un sensor antes del convertidor catalítico y otro después de éste.

 

 

Esquema de componentes que muestra la ubicación del Sensor de Oxígeno en las tuberías de escape del motor.

 

 

Es evidente que para poder utilizar un Generador de Hidrógeno Automotriz de forma eficiente, es necesario corregir la anomalía que provoca el caudal de oxígeno extra agregado por éstos, para lo cual existen dispositivos que pueden compensar los datos que envía el Sensor de Oxígeno a la PCM para la inyección de combustible ideal.

 

Cuando se instala un Generador de Gas Hidroxi (hidógeno y oxígeno) se provoca que la quema de combustible dentro de los cilindros se vea muy mejorada, y con ello con la correspondiente mejora en el rendimiento del motor. Lamentablemente, la tecnología de los autos no está diseñada con una interfase para instalar los Generadores de Hidrógeno, por lo que los sensores de oxígeno del motor están esperando una predeterminada cantidad de oxígeno no quemado en la salida de los gases del motor, pero detectan una que no es acorde a una buena combustión, cuando en realidad es muy eficiente, por lo tanto la PCM aumenta el caudal de combustible para ajustarse a la "supuesta" normalidad, (aunque sea menos eficiente), anulando la acción de mejora producida por el Generador de Hidrógeno.

 

¿QUE HACER ENTONCES?

 

Tendremos que hacer algo para ajustar el funcionamiento de la computadora.

 

Para realizar esta tarea se encuentran los EFIE (Electronic Fuel Injection Enhancer) - Enriquecedor/Potencializador Electrónico de Inyección de Gasolina-, que sirve para ampliar los rangos de operación predeterminados por la ECU, así le es posible interpretar datos en un espectro mas amplio y efectuar las correcciones adecuadas, obteniendo el óptimo desempeño del motor y de su eficiencia de combustible.

 

Estos dispositivos [EFIE], esencialmente se dividen en dos tipos de sensores de oxígeno:

 

BANDA ANCHA y BANDA ESTRECHA, los hay digitales y análogos

 

Si el vehículo es de antes de 1997 es de banda estrecha.

Si es un vehículo estadounidense, es una banda estrecha (aunque algunos del 2009 son de banda ancha).

Vehículos japoneses o alemanes construidos después del año 2000 son probablemente de banda ancha.

Si tiene 4 cables (y no es un Toyota) es una banda estrecha.

Los Toyotas cuentan con 4 cables y banda ancha.

Si el sensor tiene más de 4 cables es una banda ancha.

Cables de 5 y 6 son de banda ancha.

La mayoría diesel no tendrán sensores de O2, sin embargo hacen unos pocos que sí la tienen.

 

Para saber cuántos sensores de oxógeno tiene su vehículo, se recomienda buscar una calcomanía debajo de su capote, o en los datos técnicos sobre su vehículo.

 

Si dispone de sensores de oxígeno de banda ancha, que pueden ser llamados sensor AFR (proporción de aire/combustible), se observarán en estas calcomanías.

 

¿Cuántos sensores de oxígeno tiene mi auto?

 

V-6, V-8 y motores más grandes suelen tener 2 sensores de oxígeno de auto que están arriba del convertidor catalítico, uno en cada colector de escape.

 

Vehículos con motor de 4 cilindros puede que tengan 1 sensor ascendente.

 

Puede encontrar una configuración que varía de estos, por lo que es difícil encontrar un EFIE que sirva para cualquier tipo de automóvil, y los pocos que hay implican un elevado costo.

 

Como se puede observar hasta este punto, la selección de los EFIE no es tan sencilla, ya que existe una gran variedad de sensores de oxígeno en cuanto al número de señales que envían y reciben, lo que hace que se requiera un conocimiento mas profundo del tema para poder seleccionar el EFIE que mas convenga, o preguntarle a un proveedor profesional de estos dispositivos cuál es el indicado para su vehículo en particular, no olvidadndo que son de alto precio y aún requieren instalación y programación, mismas que no cualquier persona sabe hacer y que también le van a cobrar.

 

Además requieren una instalación meticulosa y delicada, pues requieren conectarse directamente a la ECU y ser configurados mediante lecturas de un multímetro, también los hay un poco más caros pero que no requieren configuración y que no son invasivos al no conectarse directamente a la ECU, ya que se conectan directamente al puerto OBD II que es un enlace entre el vehículo y los Scan Tool ó Computadoras de Diagnóstico que indican las fallas del vehículo mediante códigos preestablecidos.

 

Los precios de estos dispositivos oscilan entre los $1000.00 a $4,500.00, y no sirven en todos los casos para determinados modelos de autos, como ejemplo, el EFIE análogo no funciona en motores con TBI.

 

Otro inconveniente de este tipo de dispositivos es que muy pocas personas lo conocen y saben instalarlo y configurarlo, lo cual evidentemente representa un alto consto de mano de obra.

 

Otro método para corregir los datos enviados a la ECU, es instalando un Compensador Restrictivo de Oxígeno C.R:O2 en el Sensor de Oxígeno, lo cual produce automáticamente una disminución en las lecturas de oxígeno en dicho sensor, pues éste es alejado del caudal de las emisiones de escape, restringiendo así el paso del oxígeno excedente hacia el sensor.

 

Su instalación es muy sencilla, pues es tan fácil como quitar una tuerca y poner otra, y no requiere de conexiones invasivas a la ECU, ni precisa calibrarse, y puede instalarse en todo tipo de vehículos que cuenten con Sensor de Oxígeno.

 

Nosotros lo recomendamos y lo incluimos con nuestros Generadores de la Línea GENESYS©, ya que la alta eficiencia en producción de hidrógeno que tienen, no precisa que se "ajuste" el sensor, sino que en definitiva es necesario restringirlo (no eliminarlo).

 

En resumen:

 

No basta con instalar un Generador de Hidrógeno en tu auto para obtener el ahorro deseado, y se hace necesario instalar algún dispositivo que compense los datos que envía el Sensor de Oxígeno a la ECU.

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