Cảm biến oxy là gì? Cấu tạo, nguyên lý, dấu hiệu lỗi

Cảm biến oxy (Oxygen sensor) là một bộ phận quan trọng trong hệ thống vận hành xe ô tô. Khi cảm biến này gặp vấn đề có thể làm tỷ lệ nhiên liệu và không khí không đạt mức lý tưởng khi đốt cháy. Để tìm hiểu chi tiết hơn về cảm biến này, Auto Protech chia sẻ những kiến thức về khái niệm, cấu tạo, nguyên lý hoạt động và cách kiểm tra khi gặp lỗi.

Cảm biến oxy là gì?

Cảm biến oxy trên ô tô giúp xác định lượng oxy còn lại trong khí thải nhằm giúp hệ thống động cơ có thể điều chỉnh lượng nhiên liệu phun vào, tối ưu hoá hiệu suất vận hành và đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải nghiêm ngặt. Khi phát hiện bất kỳ sự cố nào trong hệ thống, đèn báo được bật sáng cảnh báo đến người lái.

Tuỳ thuộc vào thương hiệu và dòng xe, mỗi ô tô được trang bị các loại cảm biến khác nhau. Những cảm biến phổ biến thường gặp bao gồm cảm biến oxy, cảm biến khí nạp, cảm biến trục cam,…

Hình ảnh: Cảm biến giúp xác định lượng oxy còn lại trong khí thải

Cấu tạo cảm biến oxy ô tô

Hiện nay, cảm biến oxy ô tô được chia làm 2 loại chính: Cảm biến nung nóng và loại không nung nóng. Mỗi loại có các đặc điểm và cách hoạt động khác nhau:

• Cảm biến nung nóng (heated): Loại này được tích hợp một điện trở bên trong giúp sấy nóng bộ phận cảm biến. Nhờ vậy, thiết bị nhanh chóng đạt nhiệt độ làm việc lý tưởng từ 600 – 650°F (315 – 343°C). Khi đạt nhiệt độ này, điện trở sẽ phát sinh điện thế và gửi tín hiệu về ECU để điều chỉnh lượng nhiên liệu phù hợp.
• Cảm biến không nung nóng (unheated): Loại này không có điện trở bên trong mà phải tự làm nóng để đạt nhiệt độ vận hành. Điều này khiến xe cần thời gian dài hơn để đạt lượng hoà khí nhiên liệu tiêu chuẩn, đặc biệt trong giai đoạn khởi động xe hoạt động với mức hoà khí thấp hơn.

Mỗi loại cảm biến đều phù hợp với các dòng xe và nhu cầu sử dụng khác nhau, tùy thuộc vào thiết kế và công nghệ của từng hãng xe.

Hình ảnh: Cấu tạo cảm biến

Nguyên lý làm việc của cảm biến oxy

Nguyên lý hoạt động của cảm biến oxy có thể được mô tả lại như sau:

• Khí thải từ động cơ sẽ được dẫn qua đường ống có lắp cảm biến, nơi khí thải tiếp xúc trực tiếp với đầu dò của cảm biến. Tại đây, cảm biến tạo ra một dòng điện thế phụ thuộc vào lượng oxy trong khí thải, sau đó truyền tín hiệu này về bộ điều khiển ECU.
• Nếu lượng oxy trong khí thải cao, cảm biến sẽ phát tín hiệu điện áp ở mức khoảng 0.1V. Ngược lại, khi lượng oxy trong khí thải thấp, tín hiệu điện áp sẽ tăng 0.9V. Dựa trên các giá trị điện áp nhận được, ECU sẽ tự động điều chỉnh thời gian phun nhiên liệu sao cho hợp lý, tối ưu hoá được tỷ lệ xăng và không khí giúp cải thiện hiệu suất vận hành của động cơ.

Hình ảnh: Nguyên lý làm việc của cảm biến

Vị trí của cảm biến oxy trên xe ô tô

Vị trí cảm biến oxy thường được lắp tại lỗ có ren nằm trước bộ xúc tác khí thải trên động cơ. Bộ xúc tác khí thải thường được bố trí gần cuối đường ống xả, phía sau bộ giảm thanh.

Đối với xe có nhiều xilanh sẽ có nhiều Oxygen sensor được lắp đặt tại các nhánh riêng lẻ của hệ thống ống xả. Ngoài ra, ở một số dòng xe còn được lắp cảm biến phía sau bộ xúc tác khí thải. Tuy nhiên, cảm biến này được sử dụng nhằm đánh giá hiệu quả xử lý khí thải của bộ xúc tác, không tham gia trực tiếp vào việc điều chỉnh tỷ lệ hoà khí.

Hình ảnh: Vị trí cảm biến trên xe ô tô

Tác dụng của cảm biến oxy là gì?

Cảm biến oxy giúp đo hàm lượng oxy còn lại trong khí thải và truyền dữ liệu đến ECU ô tô. Từ đó, ECU sẽ phân tích nồng độ oxy để điều chỉnh lượng nhiên liệu đưa vào động cơ, đảm bảo tỷ lệ cân đối với lượng không khí nạp vào.

Ngoài ra, ECU còn hỗ trợ kéo dài thời gian cung cấp nhiên liệu cần thiết nhằm giảm nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải như COx, Sox và các khí độc hại khác góp phần bảo vệ môi trường.

Nếu xe không lắp hệ thống cảm biến oxy hoặc bị lỗi cảm biến sẽ gây ảnh hưởng đến động cơ như khó tăng tốc, tiêu hao nhiên liệu vượt mức, gây hại hiệu suất vận hành và môi trường.

Nguyên nhân và dấu hiệu nhận biết cảm biến oxy bị lỗi

Nguyên nhân dẫn tới hư hỏng

Vì liên quan đến nguồn nhiên liệu đầu vào nên nếu sử dụng nhiên liệu kém chất lượng hoặc không tương thích với xe sẽ làm cảm biến oxy bị lỗi hoặc hư hỏng.

Ngoài ra, một số nguyên nhân khác cũng có thể gây hỏng cảm biến như đứt dây điện, cảm biến bị gãy hoặc bị cong vẹo do va chạm hoặc tác động bên ngoài.

Dấu hiệu nhận biết lỗi

Ô tô sẽ có các dấu hiệu sau đây khi cảm biến bị lỗi:

• Hao xăng: Khi cảm biến bị lỗi, dữ liệu truyền đến PCM (Powertrain Control Module) giảm độ chính xác hoặc không có tín hiệu, ECU chỉ có thể ước lượng nguồn nhiên liệu dựa trên cảm biến lưu lượng khí nạp. Vì vậy, lượng nhiên liệu được phun vào không đủ hoặc hơn mức cần thiết gây hao xăng.
• Khói xe có mùi xăng sống: Khi cảm biến này gặp vấn đề, lượng xăng chảy vào buồng đốt quá nhiều mà không được đốt cháy hoàn toàn, dẫn đến khói xe có mùi xăng sống và ảnh hưởng đến ống xả.
• Đèn Check Engine bật sáng liên tục: Đèn này có nhiệm vụ thông báo khi có vấn đề với động cơ hoặc các bộ phận liên quan. Nếu chủ xe nhận thấy đèn sáng, cần kiểm tra ngay để xác định nguyên nhân và khắc phục sự cố.

Hình ảnh: Nguyên nhân và dấu hiệu cảm biến bị hư hỏng

Cách kiểm tra cảm biến oxy trên xe ô tô

Khi kiểm tra cảm biến oxy cần có vôn kế (Volt).

Trường hợp cảm biến lắp đặt trong động cơ:

Đầu tiên, điều chỉnh vôn kế để đo dòng điện 1 chiều dưới 1V. Gắn cực dương (+) của vôn kế vào đầu ra của cảm biến.

• Khi máy đang nóng và bật khoá điện (chưa khởi động), điện thế phải dao động từ 0.4 – 0.45V.
• Khi máy nóng, vặn chìa khoá ON và thay đổi tốc độ, điện thế cần đạt 0.5V.
• Khi máy nguội, vặn chìa khóa ON, điện thế đạt 0.1 – 0.2V.
• Khi máy hoạt động bình thường (600 – 650 độ F hoặc 315 – 343 độ C), điện thế nằm trong khoảng 0.1 – 0.9V.

Lưu ý: Trong lúc đo và kiểm tra, cần trang bị dụng cụ bảo hộ và không chạm trực tiếp bằng tay vào cảm biến.

Trường hợp cảm biến tháo rời khỏi động cơ:

• Sử dụng bàn kẹp hoặc kiềm: Đặt cảm biến trên mặt phẳng và gắn dây dẫn của vôn kế vào từng vị trí.
• Đốt nóng: Sử dụng mỏ hàn để đốt nóng đầu cảm biến. Khi đủ nóng, điện thế đạt khoảng 0.6V trên vôn kế và duy trì liên tục trong 20 giây.
• Đo lường sau khi tắt mỏ hàn: Sau khi tắt mỏ hàn, điện thế sẽ giảm 0.1V/s. Nếu số liệu chênh lệch quá lớn có thể gây ảnh hưởng đến hiệu suất hoặc làm chết cảm biến.

Sau khi kiểm tra xong, nếu không phát hiện hư hỏng, bạn có thể cảm biến oxy tại nhà giúp nâng cao tuổi thọ và hiệu quả làm việc của cảm biến.

Hình ảnh: Cách kiểm tra cảm biến chính xác

Bài viết trên, Auto Protech đã chia sẻ toàn bộ những kiến thức cơ bản về cảm biến oxy trên xe ô tô. Hãy đảm bảo bộ phần này luôn hoạt động ổn định và được bảo dưỡng định kỳ sẽ giúp xe hoạt động ổn định và tiết kiệm nhiên liệu. Nếu bạn đam mê với nghề sửa chữa ô tô và đang tìm kiếm trung tâm dạy nghề ô tô uy tín tại TP.HCM hãy liên hệ trực tiếp với chúng tôi để nhận ưu đãi giảm 20% học phí ngay nhé!

Tác giả: Hoàng Ngọc Phương