Funzione
Il sensore di ossigeno è uno strumento per il controllo delle emissioni di scarico dei motori a benzina, diesel e gas. Si tratta di un sensore di concentrazione di ossigeno che misura il contenuto di ossigeno residuo nel gas di scarico e trasmette un segnale alla centralina del motore sotto forma di una tensione elettrica. La tensione del sensore di ossigeno permette alla centralina di rilevare se la miscela è troppo magra o ricca. Se la miscela è troppo ricca, la centralina riduce la quantità di carburante nel rapporto A/F e la aumenta se la miscela è troppo magra.
Il valore misurato dal sensore di ossigeno permette alla centralina di regolare la quantità di carburante iniettato per ottenere una miscela ottimale. Questo crea le condizioni ideali per il trattamento dei gas di scarico nel catalizzatore È il carico del motore preso in considerazione in questo caso. Ci può essere anche un secondo sensore di ossigeno, il sensore diagnostico (a valle del catalizzatore). Questo rileva se il sensore di controllo (a monte del catalizzatore) funziona in modo ottimale. L’unità di controllo può quindi calcolare come compensarlo.
Configurazione nel sistema dei gas di scarico
Nei motori più recenti, il sistema di scarico ha un sensore di ossigeno a monte e a valle del catalizzatore. I gas di scarico scorrono sul lato dell’elettrodo dell’elemento del sensore, mentre l’altro è in contatto con l’aria esterna. L’aria esterna funge qui da riferimento per la misurazione del contenuto di ossigeno residuo. Il sistema è stato semplificato dall’ultima generazione di sensori di ossigeno, in cui il valore di riferimento misurato rispetto all’aria esterna è sostituito da una tensione di riferimento.
Tipi di sensori di ossigeno
Oggi esistono fondamentalmente due diversi tipi di sensori: il sensore binario e il sensore universale di ossigeno dei gas di scarico (UEGO).
Il sensore binario di ossigeno dei gas di scarico
Alla temperatura di funzionamento (a partire da 350 °C), il sensore binario genera un cambiamento di tensione elettrica a seconda del livello di ossigeno nello scarico. Confronta il contenuto di ossigeno residuo nello scarico con il livello di ossigeno dell’aria ambiente e identifica il passaggio da una miscela ricca (mancanza di aria) a una miscela magra (eccesso di aria) e viceversa.
Il sensore universale di ossigeno dei gas di scarico
Il sensore universale di ossigeno dei gas di scarico è estremamente preciso quando misura sia un rapporto aria/carburante ricco che magro. Ha un campo di misurazione più ampio ed è adatto anche per l’uso in motori diesel e a gas.
Oggi vengono utilizzati sensori di ossigeno riscaldati per garantire che i sensori di ossigeno 
raggiungano più rapidamente la temperatura di funzionamento e possano quindi intervenire prima nel processo di controllo delle emissioni. I sensori HEGO riscaldati non devono più essere sempre installati vicino al motore.
Struttura del sensore di ossigeno
Sensore a dito
Il nucleo del sensore a dito consiste in un elemento ceramico a forma di dito. Viene riscaldato da un riscaldatore incorporato nel sensore, poiché il controllo è possibile solo con una temperatura minima di funzionamento di 350 °C. I gas di scarico scorrono sul lato dell’elettrodo dell’elemento del sensore, mentre l’altro è in contatto con l’aria esterna. L’aria esterna funge qui da riferimento per la misurazione del contenuto di ossigeno residuo. Per proteggere l’elemento del sensore dai residui della combustione e dalla condensa nel gas di scarico, l’alloggiamento del sensore è dotato di un tubo di protezione sull’estremità del gas di scarico.
Sensore planare
Il sensore di ossigeno planare è prodotto utilizzando la tecnologia a film spesso. La forma dell’elemento del sensore assomiglia ad una piastra allungata. Sia la cella di misura che l’elemento riscaldante sono integrati in questa piastra, permettendo così al sensore di raggiungere il suo stato operativo più rapidamente. Anche in questo caso vengono utilizzati adeguati tubi di protezione per proteggere l’elemento sensore dai residui della combustione e dalla condensa nello scarico.