Los Sensores de Oxigeno
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UNDERSTANDING OXYGEN SENSORS

Oxygen Sensor


Today’s computerized engine control systems rely on inputs from a variety of sensors to regulate engine performance, emissions and other important functions. The sensors must provide accurate information otherwise driveability problems, increased fuel consumption and emission failures can result.

One of the key sensors in this system is the oxygen sensor. It’s often referred to as the "O2" sensor because O2 is the chemical formula for oxygen (oxygen atoms always travel in pairs, never alone).

The first O2 sensor was introduced in 1976 on a Volvo 240. California vehicles got them next in 1980 when California’s emission rules required lower emissions. Federal emission laws made O2 sensors virtually mandatory on all cars and light trucks built since 1981. And now that OBD-II regulations are here (1996 and newer vehicles), many vehicles are now equipped with multiple O2 sensors, some as many as four!

The O2 sensor is mounted in the exhaust manifold to monitor how much unburned oxygen is in the exhaust as the exhaust exits the engine. Monitoring oxygen levels in the exhaust is a way of gauging the fuel mixture. It tells the computer if the fuel mixture is burning rich (less oxygen) or lean (more oxygen).

A lot of factors can affect the relative richness or leanness of the fuel mixture, including air temperature, engine coolant temperature, barometric pressure, throttle position, air flow and engine load. There are other sensors to monitor these factors, too, but the O2 sensor is the master monitor for what’s happening with the fuel mixture. Consequently, any problems with the O2 sensor can throw the whole system out of whack.

LOOPS

The computer uses the oxygen sensor’s input to regulate the fuel mixture, which is referred to as the fuel "feedback control loop." The computer takes its cues from the O2 sensor and responds by changing the fuel mixture. This produces a corresponding change in the O2 sensor reading. This is referred to as "closed loop" operation because the computer is using the O2 sensor’s input to regulate the fuel mixture. The result is a constant flip-flop back and forth from rich to lean which allows the catalytic converter to operate at peak efficiency while keeping the average overall fuel mixture in proper balance to minimize emissions. It’s a complicated setup but it works.

When no signal is received from the O2 sensor, as is the case when a cold engine is first started (or the 02 sensor fails), the computer orders a fixed (unchanging) rich fuel mixture. This is referred to as "open loop" operation because no input is used from the O2 sensor to regulate the fuel mixture.

If the engine fails to go into closed loop when the O2 sensor reaches operating temperature, or drops out of closed loop because the O2 sensor’s signal is lost, the engine will run too rich causing an increase in fuel consumption and emissions. A bad coolant sensor can also prevent the system from going into closed loop because the computer also considers engine coolant temperature when deciding whether or not to go into closed loop.

HOW IT WORKS

The O2 sensor works like a miniature generator and produces its own voltage when it gets hot. Inside the vented cover on the end of the sensor that screws into the exhaust manifold is a zirconium ceramic bulb. The bulb is coated on the outside with a porous layer of platinum. Inside the bulb are two strips of platinum that serve as electrodes or contacts.

The outside of the bulb is exposed to the hot gases in the exhaust while the inside of the bulb is vented internally through the sensor body to the outside atmosphere. Older style oxygen sensors actually have a small hole in the body shell so air can enter the sensor, but newer style O2 sensors "breathe" through their wire connectors and have no vent hole. It’s hard to believe, but the tiny amount of space between the insulation and wire provides enough room for air to seep into the sensor (for this reason, grease should never be used on O2 sensor connectors because it can block the flow of air). Venting the sensor through the wires rather than with a hole in the body reduces the risk of dirt or water contamination that could foul the sensor from the inside and cause it to fail.

The difference in oxygen levels between the exhaust and outside air within the sensor causes voltage to flow through the ceramic bulb. The greater the difference, the higher the voltage reading.

An oxygen sensor will typically generate up to about 0.9 volts when the fuel mixture is rich and there is little unburned oxygen in the exhaust. When the mixture is lean, the sensor’s output voltage will drop down to about 0.1 volts. When the air/fuel mixture is balanced or at the equilibrium point of about 14.7 to 1, the sensor will read around 4.5 volts.

When the computer receives a rich signal (high voltage) from the O2 sensor, it leans the fuel mixture to reduce the sensor’s reading. When the O2 sensor reading goes lean (low voltage), the computer reverses again making the fuel mixture go rich. This constant flip-flopping back and forth of the fuel mixture occurs with different speeds depending on the fuel system. The transition rate is slowest on engines with feedback carburetors, typically once per second at 2500 rpm. Engines with throttle body injection are somewhat faster (2 to 3 times per second at 2500 rpm), while engines with multiport injection are the fastest (5 to 7 times per second at 2500 rpm).

The oxygen sensor must be hot (about 600 degrees or higher) before it will start to generate a voltage signal, so many oxygen sensors have a small heating element inside to help them reach operating temperature more quickly. The heating element can also prevent the sensor from cooling off too much during prolonged idle, which would cause the system to revert to open loop.

Heated O2 sensors are used mostly in newer vehicles and typically have 3 or 4 wires. Older single wire O2 sensors do not have heaters. When replacing an O2 sensor, make sure it is the same type as the original (heated or unheated)

A NEW ROLE FOR O2 SENSORS WITH OBD II

Starting with a few vehicles in 1994 and 1995, and all 1996 and newer vehicles, the number of oxygen sensors per engine has doubled. A second oxygen sensor is now used downstream of the catalytic converter to monitor the converter’s operating efficiency. On V6 or V8 engines with dual exhausts, this means up to four O2 sensors (one for each cylinder bank and one after each converter) may be used.

The OBD II system is designed to monitor the emissions performance of the engine. This includes keeping an eye on anything that might cause emissions to increase. The OBD II system compares the oxygen level readings of the O2 sensors before and after the converter to see if the converter is reducing the pollutants in the exhaust. If it sees little or no change in oxygen level readings, it means the converter is not working properly. This will cause the Malfunction Indicator Lamp (MIL) to come on.

SENSOR DIAGNOSIS

O2 sensors are amazingly rugged considering the operating environment they live in. But O2 sensors do wear out and eventually have to be replaced.

The performance of the O2 sensor tends to diminish with age as contaminants accumulate on the sensor tip and gradually reduce its ability to produce voltage. This kind of deterioration can be caused by a variety of substances that find their way into the exhaust such as lead, silicone, sulfur, oil ash and even some fuel additives. The sensor can also be damaged by environmental factors such as water, splash from road salt, oil and dirt.

As the sensor ages and becomes sluggish, the time it takes to react to changes in the air/fuel mixture slows down which causes emissions to go up. This happens because the flip-flopping of the fuel mixture is slowed down which reduces converter efficiency. The effect is more noticeable on engines with multiport fuel injection (MFI) than electronic carburetion or throttle body injection because the fuel ratio changes much more rapidly on MFI applications.

If the sensor dies altogether, the result can be a fixed, rich fuel mixture. Default on most fuel injected applications is mid-range after three minutes. This causes a big jump in fuel consumption as well as emissions. And if the converter overheats because of the rich mixture, it may suffer damage.

One EPA study found that 70% of the vehicles that failed an I/M 240 emissions test needed a new O2 sensor.

The only way to know if the O2 sensor is doing its job is to inspect it regularly. That’s why some vehicles (mostly imports) have a sensor maintenance reminder light. A good time to check the sensor is when the spark plugs are changed.

You can read the O2 sensor’s output with a scan tool or digital voltmeter, but the transitions are hard to see because the numbers jump around so much. An analog voltmeter is better for viewing transitions, but may not respond quickly enough on systems with higher transition rates. So the best instrument for observing the O2 sensor’s voltage output is a digital storage oscilloscope (DSO). A scope will display the sensor’s voltage output as a wavy line that shows both it’s amplitude (minimum and maximum voltage) as well as its frequency (transition rate from rich to lean).

O2 Sensor Waveform Chart


A good O2 sensor should produce an oscillating waveform at idle that makes voltage transitions from near minimum (0.1 v) to near maximum (0.9v). Making the fuel mixture artificially rich by feeding propane into the intake manifold should cause the sensor to respond almost immediately (within 100 milliseconds) and go to maximum (0.9v) output. Creating a lean mixture by opening a vacuum line should cause the sensor’s output to drop to its minimum (0.1v) value. If the sensor doesn’t flip-flop back and forth quickly enough, it may indicate a need for replacement.

If the O2 sensor circuit opens, shorts or goes out of range, it may set a fault code and illuminate the Check Engine or Malfunction Indicator Lamp. If additional diagnosis reveals the sensor is defective, replacement is required. But many O2 sensors that are badly degraded continue to work well enough not to set a fault code—but not well enough to prevent an increase in emissions and fuel consumption. The absence of a fault code or warning lamp, therefore, does not mean the O2 sensor is functioning properly.

SENSOR REPLACEMENT

Any O2 sensor that is defective obviously needs to be replaced. But there may also be benefits to replacing the O2 sensor periodically for preventative maintenance. Replacing an aging O2 sensor that has become sluggish can restore peak fuel efficiency, minimize exhaust emissions and prolong the life of the converter.

Unheated 1 or 2 wire wire O2 sensors on 1976 through early 1990s vehicles can be replaced every 30,000 to 50,000 miles. Heated 3 and 4-wire O2 sensors on mid-1980s through mid-1990s applications can be changed every 60,000 miles. On OBD II equipped vehicles (1996 & up), a replacement interval of 100,000 miles can be recommended.
 

LOS SENSORES DE OXÍGENOS COMPRENSIVOS


Los sistemas de mando de artefacto hoy informatizados confían en las entradas de una variedad de sensores regular actuación del artefacto, emisiones y otras funciones importantes. Los sensores deben proporcionar información exacta que los problemas del driveability, consumo de combustible aumentado y fracasos de la emisión pueden resultar por otra parte.

Uno de los sensores importantes en este sistema es el sensor del oxígeno. Está a menudo llamado el sensor de "O2" porque O2 es la fórmula química para oxígeno (los átomos de oxígenos siempre viajan en los pares, nunca solo).

El primer sensor de O2 se introdujo en 1976 en un Volvo 240. Los vehículos de California les hicieron próximo en 1980 cuando las reglas de la emisión de California requirieron las más bajo emisiones. Las leyes de la emisión federales hicieron los sensores de O2 casi obligatorio en todos los automóviles y camiones de luz construidos desde 1981. ¡Y ahora que OBD-II regulaciones están aquí (1996 y los más nuevos vehículos), muchos vehículos están ahora provistos con los sensores de O2 múltiples, algún tantos como cuatro!

El sensor de O2 está montado en la descarga multicopista supervisar cuánto oxígeno del unburned está en la descarga como la descarga termina el artefacto. Supervisando los niveles de oxígenos en la descarga es una manera de calibrar la mezcla de combustible. Dice la computadora si la mezcla de combustible está quemando rico (menos oxígeno) o delgado (más oxígeno).

Muchos factores pueden afectar la riqueza relativa o flaqueza de la mezcla de combustible, incluso la temperatura aérea, el artefacto la temperatura refrigerante, presión barométrica, posición del acelerador, flujo aéreo y carga del artefacto. Hay otros sensores para supervisar estos factores, también, pero el sensor de O2 es el amonestador del amo para lo que está pasando con la mezcla de combustible. Por consiguiente, cualquier problema con el sensor de O2 puede tirar el sistema entero de golpe fuerte.

LAS VUELTAS

La computadora usa la entrada del sensor del oxígeno para regular la mezcla de combustible que está llamado el combustible la vuelta" de mando de "regeneración. La computadora toma sus señales del sensor de O2 y responde cambiando la mezcla de combustible. Esto produce un cambio correspondiente en la O2 sensor lectura. Esto está llamado la vuelta" cerrada el funcionamiento porque la computadora está usando la entrada del sensor de O2 para regular la mezcla de combustible. El resultado regresa un chancletas constante de rico apoyarse qué le permite al conversor catalizador operar a la eficacia máxima mientras guardando la media mezcla de combustible global en el equilibrio apropiado minimizar las emisiones. Es un arreglo complicado pero funciona.

Cuando ningún signo se recibe del sensor de O2, como es el caso cuando un artefacto frío se empieza primero (o el 02 sensor falla), la computadora pide un fijo (inmutable) la mezcla de combustible rica. Esto está llamado la vuelta" abierta el funcionamiento porque ninguna entrada se usa del sensor de O2 para regular la mezcla de combustible.

Si el artefacto no entra en la vuelta cerrada cuando el sensor de O2 alcanza la temperatura que opera, o gotas fuera de vuelta cerrada porque el signo del sensor de O2 está perdido, el artefacto ejecutará el causando demasiado rico un aumento en el consumo de combustible y emisiones. Un sensor refrigerante malo también puede impedir al sistema entrar en la vuelta cerrada porque la computadora también considera el artefacto la temperatura refrigerante al decidir si o para no entrar en la vuelta cerrada.

CÓMO FUNCIONA

A los O2 sensor trabajos les gusta un generador miniatura y producen su propio voltaje cuando se pone caliente. Dentro de la tapa dada salida en el fin del sensor que atornilla en la descarga multicopista un circonio es la bombilla cerámica. La bombilla es por fuera cuché con una capa porosa de platino. Dentro de la bombilla dos tiras de platino que sirve como electrodos o contactos están.

El exterior de la bombilla se expone a los gases calientes en la descarga mientras el dentro de la bombilla se da salida internamente a través del cuerpo del sensor a la atmósfera externa. Los sensores de oxígenos de estilo más viejos tienen un agujero pequeño realmente en la cáscara del cuerpo tan aéreo puede entrar en el sensor, pero el más nuevo estilo los sensores de O2 "respiran" a través de sus conectores del alambre y no tienen ningún agujero de la abertura. Es duro creer, pero la cantidad diminuta de espacio entre el aislamiento y el alambre mantiene bastante cuarto el aire para rezumarse en el sensor (por esta razón, debe usarse nunca la grasa en los O2 sensor conectores porque puede bloquear el flujo de aire). Dando salida el sensor a través de los alambres en lugar de con un agujero en el cuerpo el riesgo de suciedad o contaminación de agua que podrían infringir las reglas el sensor del interior y podrían causarlo para fallar reduce.

La diferencia en los niveles de oxígenos entre la descarga y fuera del aire dentro del sensor el voltaje causa para fluir a través de la bombilla cerámica. El mayor la diferencia, el más alto la lectura de voltaje.

El sensor de un oxígeno generará típicamente a a aproximadamente 0.9 voltios cuando la mezcla de combustible es rica y hay oxígeno del unburned pequeño en la descarga. Cuando la mezcla está delgada, el voltaje del rendimiento del sensor dejará caer abajo a aproximadamente 0.1 voltios. Cuando la mezcla del air/fuel es equilibrada o al punto de equilibrio de aproximadamente 14.7 a 1, el sensor leerá alrededor de 4.5 voltios.

Cuando la computadora recibe un signo rico (el voltaje alto) del sensor de O2, se apoya la mezcla de combustible para reducir el sensor está leyendo. Cuando el O2 sensor leyendo va delgado (el voltaje bajo), la computadora invierte haciendo la mezcla de combustible de nuevo ir rico. Este capirotazo-echando constante ocurre de un lado a otro de la mezcla de combustible con velocidades diferentes que dependen del sistema de combustible. La proporción de la transición es más lenta en los artefactos con los carburadores de la regeneración, típicamente una vez por segundo a 2500 rpm. Los artefactos con la inyección de cuerpo de acelerador son algo más rápidos (2 a 3 veces por segundo a 2500 rpm), mientras los artefactos con la inyección del multiport son los más rápidos (5 a 7 veces por segundo a 2500 rpm).

El sensor del oxígeno debe estar caliente (aproximadamente 600 grados o superior) antes de que empezara a generar un signo de voltaje, los sensores de tantos oxígenos tienen un elemento calorífico pequeño dentro ayudarles a alcanzar la temperatura que opera más rápidamente. El elemento calorífico también puede impedir al sensor refrescar fuera de demasiado durante prolongado ocioso, qué causaría el sistema para revertir para abrir la vuelta.

Se usan los sensores de O2 acalorados principalmente en los más nuevos vehículos y típicamente tienen 3 o 4 alambres. El solo alambre más viejo los sensores de O2 no tienen los calentadores. Al reemplazar un sensor de O2, asegúrese es el mismo tipo como el original (acalorado o unheated)

UN NUEVO PAPEL PARA LOS SENSORES DE O2 CON OBD II

Empezando con unos vehículos en 1994 y 1995, y todos los 1996 y más nuevos vehículos, el número de los sensores de oxígenos por el artefacto ha doblado. El sensor de un segundo oxígeno se usa ahora río abajo del conversor catalizador para supervisar al conversor está operando la eficacia. En V6 o artefactos de V8 con las descargas duales, esto significa a a cuatro sensores de O2 (uno para cada banco del cilindro y uno después de cada conversor) puede usarse.

El OBD que II sistema se diseña para supervisar la actuación de las emisiones del artefacto. Esto incluye el guarda un ojo en algo que podría causar las emisiones para aumentar. El OBD II sistema compara las lecturas niveladas de los oxígenos de los sensores de O2 antes y después del conversor para ver si el conversor está reduciendo los contaminantes en la descarga. Si ve pequeño o ningún cambio en las lecturas niveladas de oxígenos, significa el conversor no es propiamente activo. Esto causará la Lámpara de Indicador de Funcionamiento defectuoso (MIL) para venir.

EL DIAGNÓSTICO DEL SENSOR

Los sensores de O2 son increíblemente escabrosos considerado el ambiente que opera en que ellos viven. Pero los sensores de O2 llevan fuera y en el futuro tienen que ser reemplazado.

La actuación del sensor de O2 tiende a disminuir con la edad como el contaminants aumente en la punta del sensor y gradualmente reduzca su habilidad de producir el voltaje. Este tipo de deterioración puede causarse por una variedad de substancias que encuentran su manera en la descarga como la primacía, silicone, el azufre, la ceniza de aceite e incluso algunos aditivos de combustible. El sensor también puede dañarse por los factores medioambientales como el agua, salpique de la sal del camino, aceite y suciedad.

Como las edades del sensor y se pone flojo, el tiempo toma para reaccionar a los cambios en la mezcla del air/fuel retarda abajo que causa las emisiones para subir. Esto pasa porque el capirotazo-echando de la mezcla de combustible se retarda abajo que reduce la eficacia del conversor. El efecto es más notable en los artefactos con el multiport alimente la inyección (MFI) que carburetion electrónico o inyección de cuerpo de acelerador porque la proporción de combustible cambia muy más rápidamente en las aplicaciones de MFI.

Si el sensor se muere en total, el resultado puede ser una mezcla de combustible fija, rica. Predefina en más combustible inyectado las aplicaciones es el medio-rango después de tres minutos. Esto causa un salto grande en el consumo de combustible así como las emisiones. Y si el conversor acalora debido a la mezcla rica, puede sufrir el daño.

Un estudio de EPA encontró que 70% de los vehículos que faltaron un I/M 240 prueba de las emisiones necesitaron un nuevo sensor de O2.

La única manera de saber si el sensor de O2 está haciendo que su trabajo es inspeccionarlo regularmente. Por eso algunos vehículos (principalmente las importaciones) tiene una sensor mantenimiento recordatorio luz. Un tiempo bueno para verificar el sensor es cuando las bujías se cambian.

Usted puede leer el rendimiento del sensor de O2 con un examine herramienta o el voltmeter digital, pero las transiciones son duras ver porque los números saltan alrededor tanto. Un voltmeter analógico es bueno para ver las transiciones, pero no puede responder bastante rápidamente en los sistemas con las proporciones de la transición más altas. Así que el instrumento mejor por observar el rendimiento de voltaje del sensor de O2 es un osciloscopio del almacenamiento digital (DSO). UN alcance desplegará el rendimiento de voltaje del sensor como una línea ondulada que muestra lo a ambos es la amplitud (el mínimo y el voltaje máximo) así como su frecuencia (la proporción de la transición de rico apoyarse).


Un sensor de O2 bueno debe producir un waveform oscilante a ocioso eso hace las transiciones de voltaje de cerca del mínimo (0.1 v) a cerca del máximo (0.9v). Haciendo la mezcla de combustible artificialmente rico alimentando el propano en la succión multicopista deben causar el sensor para responder casi inmediatamente (dentro de 100 milliseconds) y va al máximo (0.9v) el rendimiento. Creando una mezcla delgada abriendo una línea del vacío deben causar el rendimiento del sensor para dejar caer a su mínimo (0.1v) el valor. Si el sensor no hace de un lado a otro rápidamente el chancletas bastante, puede indicar una necesidad por el reemplazo.

Si el O2 sensor circuito abre, calzoncillos o sale de rango, puede poner un código de la falta y puede iluminar el Artefacto del Cheque o Lámpara de Indicador de Funcionamiento defectuoso. Si el diagnóstico adicional revela que el sensor es defectivo, el reemplazo se requiere. Pero muchos sensores de O2 que se degradan mal continúan trabajando bien no bien bastante puesto un code—but de la falta bastante para prevenir un aumento en las emisiones y consumo de combustible. La ausencia de un código de la falta o lámpara advirtiendo, por consiguiente, no significa que el sensor de O2 está funcionando propiamente.

EL REEMPLAZO DEL SENSOR

Cualquier sensor de O2 que es obviamente defectivo necesita ser reemplazado. Pero puede haber también beneficios a reemplazar el sensor de O2 periódicamente para el mantenimiento preventivo. Reemplazando un envejecimiento sensor de O2 que se ha puesto flojo pueden restaurar la eficacia de combustible máxima, pueden minimizar las emisiones de la descarga y pueden prolongar la vida del conversor.

Unheated 1 o 2 alambre del alambre pueden reemplazarse sensores de O2 en 1976 a través de los 1990s vehículos tempranos cada 30,000 a 50,000 millas. Calentado 3 y 4-alambre los sensores de O2 adelante medio-1980s a través de medio-1990s pueden cambiarse las aplicaciones cada 60,000 millas. En OBD II vehículos provistos (1996 & a), un intervalo del reemplazo de 100,000 millas puede recomendarse.
 
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