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

Cảm biến oxy là linh kiện quan trọng trong hệ thống kiểm soát khí thải ô tô, giúp động cơ vận hành hiệu quả, tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm. Nếu bạn muốn hiểu rõ hơn về thiết bị này, Phụ Tùng Đức Anh sẽ giúp bạn khám phá cấu tạo, nguyên lý hoạt động và tầm quan trọng của nó.

Cảm biến Oxy là gì?

Cảm biến oxy, còn được gọi là cảm biến lambda hoặc O2 sensor, là thiết bị điện tử được thiết kế để đo lường hàm lượng oxy trong khí thải của động cơ đốt trong. Đây là một trong những kiến thức ô tô quan trọng mà bất kỳ ai quan tâm đến bảo dưỡng và vận hành xe cũng nên biết. Phát minh từ những năm 1960 bởi kỹ sư Robert Bosch GmbH, thiết bị này đã trở thành một phần không thể thiếu trong hệ thống kiểm soát khí thải của hầu hết các xe ô tô hiện đại.

Trên thị trường hiện nay có nhiều loại cảm biến oxy khác nhau, trong đó phổ biến nhất là loại cảm biến oxy 4 dây. Loại này được trang bị thêm bộ phận làm nóng (heater) giúp cảm biến nhanh chóng đạt nhiệt độ hoạt động tối ưu, từ đó tăng hiệu quả và độ chính xác trong quá trình đo lường.

Cấu tạo của cảm biến Oxy 

Mặc dù có nhiều loại cảm biến oxy trên ô tô, nhưng về cơ bản, chúng đều có chung một nguyên lý hoạt động: đo lường lượng oxy còn lại trong khí thải để tối ưu tỷ lệ hòa khí (nhiên liệu – không khí). Tuy nhiên, dựa trên thiết kế và phương thức hoạt động, cảm biến oxy được chia thành hai loại chính: cảm biến nung nóng và cảm biến không nung nóng.

Cảm biến nung nóng

Cảm biến oxy 4 dây và các dòng cảm biến oxy dải rộng hiện đại thường thuộc loại cảm biến nung nóng (Heated Oxygen Sensor – HO2S). Điểm đặc trưng của loại cảm biến này là tích hợp một bộ gia nhiệt bên trong, giúp đẩy nhanh quá trình đạt đến nhiệt độ làm việc lý tưởng (khoảng 600 – 800°C). Cấu tạo của cảm biến oxy 4 dây bao gồm:

• Hai dây tín hiệu: Truyền dữ liệu đo lường về ECU.
• Hai dây nguồn cấp cho bộ gia nhiệt: Giúp cảm biến đạt nhiệt độ làm việc nhanh hơn.

Loại cảm biến này xuất hiện phổ biến trên hầu hết các dòng xe hiện đại do tính chính xác và khả năng hoạt động ổn định ngay cả trong điều kiện thời tiết lạnh.

Cảm biến không nung nóng

Đây là thế hệ cảm biến oxy đời cũ, không được trang bị bộ gia nhiệt bên trong. Loại này thường chỉ có 1 hoặc 2 dây, hoạt động dựa trên nhiệt độ khí thải để làm nóng đầu dò đến mức cần thiết.

Hiện nay, cảm biến không nung nóng ít được sử dụng trên các dòng xe mới vì những hạn chế như thời gian khởi động lâu, độ chính xác kém  và tăng mức tiêu hao nhiên liệu khí thải. Thay vào đó, cảm biến oxy 4 dây và cảm biến dải rộng (Wideband O2 Sensor) với bộ gia nhiệt đã trở thành tiêu chuẩn trên các mẫu xe hiện đại, giúp tối ưu hiệu suất động cơ và giảm khí thải ngay từ khi khởi động.

Nguyên lý hoạt động của cảm biến Oxy trên xe ô tô

Cảm biến oxy hoạt động dựa trên sự chênh lệch nồng độ oxy giữa khí thải trong ống xả và không khí bên ngoài. Khi hỗn hợp không khí – nhiên liệu cháy trong động cơ, lượng oxy còn sót lại trong khí thải sẽ được cảm biến đo lường và chuyển đổi thành tín hiệu điện áp

Một chiếc xe chạy ổn định, tiết kiệm nhiên liệu và thân thiện với môi trường không thể thiếu cảm biến oxy. Cụ thể, nó mang đến những lợi ích sau:

• Tối ưu hóa mức tiêu hao nhiên liệu: Giúp ECU điều chỉnh lượng nhiên liệu phun vào để đạt hiệu suất đốt cháy tốt nhất, tránh lãng phí.
• Giảm khí thải độc hại: Giúp kiểm soát các khí gây ô nhiễm như CO (carbon monoxide), NOx (oxit nitơ), HC (hydrocarbon chưa cháy hết).
• Cải thiện hiệu suất động cơ: Động cơ vận hành trơn tru, ít bị giật cục hay mất công suất.
• Bảo vệ bộ lọc khí thải (Catalytic Converter): Giúp giảm thiểu tình trạng hòa khí quá giàu gây nghẹt bộ lọc khí thải, kéo dài tuổi thọ động cơ.

Nguyên nhân và dấu hiệu cảm biến oxy bị lỗi

Cảm biến oxy (Oxygen Sensor – O2 Sensor) là một bộ phận quan trọng trong hệ thống điều khiển động cơ, giúp đo lường lượng oxy trong khí thải để điều chỉnh tỷ lệ nhiên liệu – không khí. Khi cảm biến oxy gặp trục trặc, nó có thể ảnh hưởng đến hiệu suất động cơ, tăng mức tiêu hao nhiên liệu và làm gia tăng lượng khí thải ô nhiễm. Việc nhận biết sớm nguyên nhân và dấu hiệu của lỗi cảm biến oxy sẽ giúp bạn kịp thời khắc phục và tránh các hư hỏng nghiêm trọng hơn.

Nguyên nhân cảm biến oxy bị lỗi

Cảm biến oxy có tuổi thọ trung bình từ 60.000 – 150.000 km, tuy nhiên nó có thể bị hỏng sớm do nhiều yếu tố khác nhau như cảm biến bị bám muội than, cặn bẩn làm giảm độ nhạy, nhiên liệu kém chất lượng hoặc chứa nhiều tạp chất gây hỏng cảm biến, hệ thống dây điện và giắc cắm bị hư hỏng do tác động từ môi trường. Không chỉ vậy, yếu tố nhiệt độ quá cao khiến cảm biến oxy bị làm hỏng và rò rỉ dầu động cơ hoặc nước làm mát làm hư cảm biến

Dấu hiệu lỗi cảm biến oxy

Khi cảm biến oxy gặp sự cố, xe sẽ có một số dấu hiệu bất thường. Nếu nhận thấy những triệu chứng dưới đây, bạn nên kiểm tra và thay thế cảm biến oxy để tránh ảnh hưởng đến động cơ và hệ thống khí thải.

• Xe tiêu hao nhiên liệu nhiều hơn bình thường: Do chức năng chính của cảm biến oxy là giúp điều chỉnh lượng nhiên liệu phun vào động cơ. Khi cảm biến bị lỗi, ECU có thể nhận sai dữ liệu, dẫn đến việc cung cấp quá nhiều nhiên liệu so với cần thiết. Điều này làm cho xe tiêu tốn nhiều xăng hơn dù bạn không thay đổi cách lái hoặc điều kiện đường xá.
• Động cơ bị rung giật, tăng tốc kém hoặc hoạt động không ổn định: Cảm biến oxy có nhiệm vụ giúp động cơ đốt cháy nhiên liệu tối ưu. Nếu cảm biến gặp trục trặc, tỷ lệ nhiên liệu – không khí có thể bị sai lệch, khiến xe có hiện tượng giật cục khi tăng tốc, bị ì hoặc khó nổ máy.
• Đèn báo lỗi động cơ (Check Engine) bật sáng: Đây là dấu hiệu phổ biến nhất khi cảm biến oxy bị lỗi. Khi ECU phát hiện tín hiệu bất thường từ cảm biến oxy, nó sẽ bật đèn Check Engine trên bảng điều khiển. Nếu gặp trường hợp này, bạn có thể sử dụng máy quét OBD-II để kiểm tra mã lỗi. Các mã lỗi liên quan đến cảm biến oxy thường gặp là P0130, P0131, P0132, P0133, P0134, P0140, v.v.

• Khí thải có màu sắc và mùi bất thường: Khi cảm biến oxy hoạt động sai, động cơ có thể đốt cháy nhiên liệu không hoàn toàn, dẫn đến việc xe thải ra nhiều khí độc hại hơn. Dấu hiệu dễ nhận biết là xe có mùi xăng sống, khói thải có màu đen hoặc xanh bất thường, cho thấy hỗn hợp nhiên liệu không được đốt cháy hiệu quả.

Các bước khắc phục khi cảm biến oxy bị lỗi

Dưới đây là chi tiết quy tình các bước khắc phục lỗi cảm biến oxy:

• Bước 1: Kiểm tra mã lỗi bằng thiết bị OBD-II: Sử dụng thiết bị OBD-II để đọc mã lỗi trên xe. Các mã lỗi phổ biến liên quan đến cảm biến oxy như P0130 – P0167 sẽ giúp bạn xác định cảm biến nào đang gặp sự cố. Đây là bước quan trọng để khoanh vùng lỗi trước khi tiến hành kiểm tra chi tiết.
• Bước 2: Kiểm tra trực quan cảm biến oxy: Sau khi xác định lỗi, tiến hành kiểm tra cảm biến oxy bằng mắt thường. Quan sát kỹ vỏ ngoài để phát hiện các dấu hiệu như nứt vỡ, bám muội than, giắc cắm bị oxy hóa hoặc dây điện bị đứt. Nếu cảm biến chỉ bị bẩn, bạn có thể vệ sinh để cải thiện hiệu suất hoạt động.
• Bước 3: Kiểm tra bằng đồng hồ vạn năng: Dùng đồng hồ vạn năng để đo điện trở của bộ phận làm nóng (đối với cảm biến oxy 4 dây) và kiểm tra tín hiệu đầu ra khi động cơ đang hoạt động. Nếu điện áp không dao động trong khoảng 0,1V – 0,9V, có thể cảm biến đã bị lỗi và cần được vệ sinh hoặc thay thế.

• Bước 4: Vệ sinh hoặc thay thế cảm biến oxy: Nếu cảm biến chỉ bị bám muội than, bạn có thể làm sạch bằng dung dịch chuyên dụng để loại bỏ cặn bẩn và khôi phục khả năng đo lường. Tuy nhiên, nếu cảm biến đã hỏng hoàn toàn, bạn cần thay thế bằng một sản phẩm mới từ các thương hiệu uy tín như Bosch, Denso, NTK/NGK hoặc Delphi để đảm bảo độ bền và độ chính xác.
• Bước 5: Kiểm tra hệ thống liên quan: Ngoài cảm biến oxy, bạn cũng cần kiểm tra các hệ thống khác như hệ thống nhiên liệu, hệ thống đánh lửa hoặc bộ xúc tác khí thải. Đôi khi, nguyên nhân không nằm ở cảm biến mà ở các bộ phận liên quan, khiến xe tiếp tục báo lỗi ngay cả khi đã thay cảm biến mới.
• Bước 6: Xóa mã lỗi và kiểm tra lại: Sau khi sửa chữa hoặc thay thế cảm biến, sử dụng thiết bị OBD-II để xóa mã lỗi và kiểm tra lại. Nếu lỗi vẫn còn, cần tiếp tục kiểm tra sâu hơn để tìm ra nguyên nhân chính xác và đảm bảo động cơ hoạt động ổn định.

Nếu bạn cần tư vấn hoặc tìm mua cảm biến oxy và các phụ tùng ô tô chất lượng cao, đặc biệt là phụ tùng cho các dòng xe Đức và Anh, hãy liên hệ Phụ Tùng Đức Anh qua số 0979722210. Đội ngũ chuyên gia của chúng tôi luôn sẵn sàng hỗ trợ bạn với sản phẩm chính hãng, giúp xe vận hành bền bỉ và hiệu quả.