Cảm biến oxy là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cảm biến oxy (oxygen sensor) quan trọng trong hệ thống vận hành trên xe ô tô, đảm nhận vai trò kiểm soát lượng nhiên liệu, góp phần nâng cao hiệu suất động cơ và tiết kiệm nhiên liệu. Tuy nhiên, không phải ai cũng nắm rõ về cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như cách kiểm tra cảm biến oxy khi bị lỗi. Cùng RX Tradex điểm qua thông tin sơ lược về loại cảm biến này.

1. Cảm biến oxy là gì?

Cảm biến oxy trên ô tô là một thiết bị điện tử có nhiệm vụ đo lường nồng độ oxy còn sót trong khí thải, từ đó hỗ trợ động cơ điều chỉnh lượng nhiên liệu phun sao cho phù hợp. Điều này không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của xe mà còn đảm bảo tuân thủ các quy định về tiêu chuẩn khí thải. Khi có sự cố xảy ra, hệ thống đèn cảnh báo trên xe sẽ bật sáng để cảnh báo.

Mỗi thương hiệu và dòng xe khác nhau sẽ sử dụng các loại cảm biến khác nhau, bao gồm các loại phổ biến như cảm biến khí nạp, cảm biến oxy, cảm biến trục cam,…

1.1. Cấu tạo cảm biến oxy trên ô tô

Cấu tạo cảm biến oxy hiện nay chủ yếu sử dụng loại ZIRCONA và được phân thành hai loại: có nung nóng và không nung nóng.

Cảm biến oxy có nung nóng (Heated Oxygen Sensor): được trang bị điện trở bên trong giúp làm nóng bộ phận cảm biến nhanh chóng, cho phép cảm biến đạt đến nhiệt độ làm việc từ 315 – 343 độ C (600 – 650 độ F) trong thời gian ngắn.

Cảm biến oxy không nung nóng (Unheated Oxygen Sensor) không có cơ chế tự làm nóng, vì vậy cần nhiều thời gian hơn để tự đạt đến nhiệt độ làm việc cần thiết. Điều này dẫn đến việc xe mất thêm thời gian để đạt được tỉ lệ hòa khí lý tưởng, do ban đầu tỉ lệ hòa khí nhiên liệu còn thấp.

1.2. Nguyên lý hoạt động của cảm biến oxy

Khi khí xả từ động cơ sẽ đi qua đường ống có lắp đặt cảm biến oxy, sẽ tiếp xúc với đầu dò của cảm biến. Tại đây, cảm biến sẽ tạo ra dòng điện áp tỷ lệ nghịch với lượng oxy có trong khí thải và gửi tín hiệu về ECU.

Nếu lượng oxy trong khí thải cao, điện áp sẽ ở mức 0.1V. Ngược lại, khi lượng oxy thải ra thấp, điện áp sẽ tăng lên đến 0.9V. Có được các số liệu của dòng điện, ECU sẽ tự động điều chỉnh thời gian phun nhiên liệu để đạt được tỷ lệ xăng với mức độ lý tưởng, giúp nâng cao hiệu suất hoạt động của động cơ.

2. Cảm biến oxy có tác dụng gì

Chức năng chính của cảm biến oxy là đo lường hàm lượng oxy dư thừa trong khí thải và gửi dữ liệu này đến ECU (bộ điều khiển trung tâm) của ô tô. Dựa trên thông tin này, hệ thống sẽ đánh giá nồng độ oxy và điều chỉnh lượng nhiên liệu phun vào động cơ sao cho phù hợp với lượng không khí nạp vào.

Ngoài ra, ECU còn giúp kéo dài thời gian cung cấp nhiên liệu để giảm thiểu nồng độ các chất gây ô nhiễm trong khí thải như COx, SOx,…

Nếu xe không được trang bị cảm biến oxy hoặc cảm biến gặp lỗi, điều này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của động cơ, gây ra các vấn đề như khó tăng tốc, tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn, hoặc lượng khí thải vượt quá tiêu chuẩn động cơ.

3. Dấu hiệu và nguyên nhân dẫn đến lỗi của cảm biến oxy

3.1. Nguyên nhân cảm biến oxy bị lỗi

Nguyên nhân gây lỗi cảm biến oxy chủ yếu xuất phát từ chất lượng nhiên liệu đầu vào. Nếu người dùng sử dụng nhiên liệu kém chất lượng, các khí thải độc hại sinh ra sẽ gây hại cho các bộ phận liên quan đến phản ứng hóa học với oxy, dẫn đến hư hỏng cảm biến oxy.

Ngoài ra, cảm biến cũng có thể bị hỏng do những nguyên nhân khác như đứt dây điện, cảm biến bị gãy hoặc cong vẹo,…

3.2. Dấu hiệu nhận biết lỗi cảm biến oxy

Những dấu hiệu cho thấy cảm biến oxy bị hư hỏng bao gồm:

Xe hao xăng nhiều hơn

Khi cảm biến oxy gặp sự cố, dữ liệu gửi đến PCM sẽ mất độ chính xác hoặc hoàn toàn không có, khiến ECU chỉ có thể ước tính lượng nhiên liệu dựa trên cảm biến lưu lượng khí nạp. Điều này gây ra tình trạng bơm nhiên liệu quá mức, dù lượng oxy trong khí thải thấp, dẫn đến thừa nhiên liệu. Nếu không được khắc phục sớm, mức tiêu hao xăng sẽ ngày càng tăng.

Khói xe có mùi xăng sống.

Nếu bạn nhận thấy khói xe có mùi xăng sống, đó có thể là dấu hiệu của cảm biến oxy bị hỏng. Do lượng xăng vào buồng đốt quá nhiều và không được đốt cháy hoàn toàn, phần xăng dư này sẽ thoát ra qua hệ thống ống xả.

Đèn Check Engine bật sáng liên tục.

Đèn Check Engine được thiết kế để cảnh báo khi động cơ hoặc các bộ phận liên quan gặp sự cố. Nếu đèn này sáng liên tục, thì nên kiểm tra động cơ ngay lập tức để xác định nguyên nhân.

4. Cách kiểm tra cảm biến oxy trên xe ô tô

Cần chị chuẩn bị vôn kế (Volt) để kiểm tra cảm biến oxy.

Kiểm tra cảm biến khi vẫn lắp trên động cơ

• Bước đầu tiên là điều chỉnh vôn kế để đo dòng điện một chiều dưới 1V. Nếu vôn kế có hai cực âm (-) và dương (+), hãy gắn trực tiếp cực dương (+) vào đầu ra của cảm biến.
• Nếu động cơ đang nóng, bật khóa điện nhưng không khởi động xe (chìa khóa ở vị trí ON), điện áp nên dao động từ 0,4 – 0,45 V.
• Khi động cơ nóng, bật khóa ON và thay đổi tốc độ bằng cách nhả chân ga, điện áp cần đạt 0,5V.
• Với động cơ nguội và chìa khóa ở vị trí ON, điện áp phải nằm trong khoảng 0,1 – 0,2 V.
• Khi động cơ hoạt động bình thường ở nhiệt độ từ 600 – 650 độ F (315 – 343 độ C), điện áp cần nằm trong khoảng 0,1 – 0,9 V.

Lưu ý: Khi thực hiện kiểm tra, hãy sử dụng đầy đủ trang bị bảo hộ và tránh chạm trực tiếp vào cảm biến bằng tay.

Kiểm tra cảm biến khi đã tháo rời khỏi động cơ

Bắt đầu bằng việc cố định cảm biến trên một mặt phẳng bằng bàn kẹp hoặc kìm, sau đó gắn dây dẫn của vôn kế vào các vị trí cần đo. Sử dụng mỏ hàn để làm nóng phần đầu của cảm biến.

Khi cảm biến đủ nóng, điện áp trên vôn kế cần đạt 0,6V và duy trì trong 20 giây. Sau đó, khi ngừng làm nóng, điện áp sẽ giảm 0,1V/s. Nếu điện áp chênh lệch quá lớn, có thể ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc của cảm biến hoặc làm chết cảm biến.

Sau khi kiểm tra xong, nếu không phát hiện hư hỏng, chủ xe có thể tiến hành vệ sinh cảm biến oxy để duy trì tuổi thọ và hiệu quả hoạt động của nó.

5. Tổng kết

Cảm biến oxy trên ô tô giúp động cơ điều chỉnh mức độ phun nhiên liệu chính xác. Tuy nhiên, trong quá trình vận hành, việc gặp trục trặc từ các bộ phận là điều khó tránh khỏi, đặc biệt là hệ thống cảm biến.  Vì vậy, việc kiểm tra thường xuyên và tuân thủ các mốc bảo dưỡng định kỳ là cần thiết để phát hiện sớm những sự cố, ngăn ngừa hư hỏng và kéo dài tuổi thọ của xe. Ngoài ra, nếu quý doanh nghiệp muốn nắm bắt những công nghệ tiên tiến và xu hướng thị trường mới nhất, hãy tham gia NEPCON 2024 – Triển lãm hàng đầu tại Việt Nam về SMT, công nghệ kiểm tra, thiết bị, và công nghiệp hỗ trợ sản xuất điện tử do RX Tradex Vietnam tổ chức. Hãy đăng ký tham gia cho nhà triển lãm hoặc khách tham quan triển lãm.