¿Cómo funcionan los sensores de oxígeno y qué tipos hay?

Los motores de combustión funcionan gracias a la combustión de una mezcla de combustible y oxígeno, y el hecho de poder medir los gases de escape resultantes nos permitirá conocer lo que ocurre dentro del vehículo. Además, tal y como indica Manuel Piñeiro, técnico de Valeo, en un nuevo webinar formativo sobre sensores de oxígeno, a través del sistema de sensores, actuadores y unidades de control que lleva el vehículo podremos actuar sobre los tiempos de encendido para conseguir, por un lado, una mayor eficiencia del combustible, y por otro, las menores emisiones posibles. De ahí que considere interesante conocer el funcionamiento de los sensores.

Según explica, los sensores de oxígeno o Lambda son esenciales para el funcionamiento del vehículo. Se basan en la comparación entre la concentración de oxígeno en el sistema de escape y el contenido de oxígeno en el ambiente. De esta forma, el sensor envía una señal a la UCE para modificar la inyección de combustible y la admisión de aire, en colaboración con otros sensores del motor.

Estos sensores, dentro del funcionamiento de motor, ayudan a la entrega de máxima potencia, ya que el motor requiere un mapa preciso del ratio de la mezcla aire-combustible a lo largo de todo el rango de revoluciones del motor y de la presión de admisión. También ofrecen una duración óptima del combustible y unas emisiones mínimas.

Por otra parte, indica que los motores modernos de gasolina están equipados con al menos dos sensores de oxígeno, el pre catalizador, que aporta información para el ajuste de la mezcla de aire-combustible, y el post catalizador, que monitoriza la función de conversión catalítica que convierte los gases de escape contaminantes en menos contaminantes.

Tipos de sensores de oxígeno

Dentro de los sensores de oxígeno, Piñeiro detalla las características de los diferentes tipos:

1. Sensor de circonio

El principio de funcionamiento se basa en un elemento activo, que es una cerámica de óxido de circonio recubierta por placas de titanio que hacen de electrodos. El electrodo interno está en contacto con el oxígeno del exterior, y el electrodo externo, con los gases de escape.

A temperaturas de más de 300 grados, esta cerámica se transforma en una pila cuya tensión depende de la concentración de oxígeno entre los electrodos. Si esta es mayor del 0,5%, se considera mezcla pobre, y la sonda emite un voltaje de 0,1V; si es menor del 0,3%, la mezcla es rica y la sonda emitirá una señal de 0,9V; y cuando la mezcla es estequiométrica, la sonda emite una señal de 450 mV.

Este tipo de sonda tiene forma de ampolla y el número de cables varía entre uno y cuatro dependiendo de si tiene elemento calefactor.

2. Sensor calefactado de célula plana

Es más compacto que el resto de sensores y posee un ratio de medida mayor, al ofrecer entre 5 y 7 mediciones por segundo. Su elemento calefactor es más pequeño, por lo que demanda menos corriente para funcionar.

3. Sensor de banda ancha

Mide el contenido de oxígeno de una forma más precisa, dado que su señal varía en torno a unas milésimas de amperio, ofreciendo un valor muy cercano al real de lo que está sucediendo dentro del motor. Es una sonda especialmente útil en motores que trabajan con carga estratificada, como las actuales de inyección directa que presentan un factor Lambda cercano a 2.

Consta de dos células, una de medición y otra de bombeo. La célula de medición la conforman dos electrodos separados por una cerámica. Uno está en contacto con los gases de escape y otro con el aire exterior, y entre ambos se genera una tensión cuando el contenido de oxígeno entre los gases de escape y el aire exterior es diferente.

Por su parte, la célula de bombeo también está formada por dos electrodos y una cerámica, y tiene la propiedad de atraer o repeler iones de oxígeno al aplicarse tensión a los electrodos, lo que se consigue invirtiendo la polaridad de la tensión de alimentación. Esta célula de bombeo puede retirar o insertar iones de oxígeno de la cámara donde está el electrodo en contacto con los gases de escape, y trabajará cuando la tensión entre los electrodos sea superior o inferior a 0,45V para mantener estable siempre este valor.

El número de cables que identifica a este tipo de sonda está entre cinco y seis, cuatro de ellos para el circuito de medición y bombeo y uno o dos para la calefacción.

Todas estas sondas se distribuyen a través de 123 referencias con aplicación en más de 7 millones de vehículos.