Home » Misc » Широкополосный лямбда зонд принцип работы

Широкополосный лямбда зонд принцип работы


устройство, принцип работы, неисправности. Широкополосный лямбда-зонд :: SYL.ru

Гусарские пончики, они же ангельские глазки: делаем печенье разными способами

Меньше конфликтов. Как и зачем научить ребенка своим границам

Не забудьте добавить багет: один из лучших рецептов лукового супа

Украшение тортов на 2023 год: самые свежие новинки в декоре десертов

Русский салат вместо оливье. Готовим интересный вариант закуски

Настоящий синий или коричневый. Выбираем актуальные цвета на сезон

Готовим вкусно. Как сделать минтай дорогим на вкус

От цветов до помидоров. Что стоит посадить на рассаду уже сейчас

Можно ли вырастить киви из семян и добиться от него плодов и как это сделать

Больше биотина в продуктах питания: как восстановить волосы после наращивания

Автор

Ежегодно в мире ужесточаются экологические нормы. Сейчас каждый автомобиль укомплектован системой фильтрации отработавших газов. И если на дизельных моторах эту функцию выполняет сажевый фильтр и система SCR, то на бензиновых все несколько иначе. Здесь используется каталитический нейтрализатор. Именно он преобразует вредные металлы в экологически чистые оксиды. Однако его работа и эффективность зависима от электроники. Так, в конструкции автомобиля можно встретить широкополосный датчик кислорода. Что это за элемент, как он работает, как устроен и можно ли его проверить своими руками? Ответы на эти вопросы узнаете в нашей сегодняшней статье.

Характеристика

Что это за элемент? Широкополосный лямбда-зонд – это устройство, которое отвечает за измерение количества кислорода в выхлопных газах автомобиля. Благодаря работе данного элемента обеспечивается наиболее правильное смесеобразование и, как следствие, оптимальная и стабильная работа двигателя на всех его режимах. Процесс управления концентрацией кислорода в газах называют лямбда-регулированием.

Сам название «лямбда» происходит от греческого символа λ. В автомобилестроении данным символом обозначается коэффициент остатка воздуха в горючей смеси.

Где находится?

Устанавливается широкополосный лямбда-зонд в выхлопной системе. В зависимости от типа автомобиля, в конструкции может использоваться один или несколько таких датчиков. Так, первый устанавливается до катализатора, второй – после него. Внешне его можно увидеть не всегда. Например, на «Калине» первых поколений данный элемент расположен в районе днища. А начиная со второго поколения кислородный датчик (лямбда-зонд) монтируется прямо в выпускной коллектор, доступ к которому осуществляется из-под капота. Но в любом случае данный элемент будет выглядеть как некая форсунка, что торчит из трубы со жгутом проводов.

Отметим, что на старых автомобилях использовался не широкополосный датчик кислорода, а двухточечный. Он имеет простую конструкцию. Был заменен ввиду необходимости более точных показаний. Ведь чем правильнее смесь, тем более оптимальной будет работа двигателя в разных режимах и нагрузках. Кстати, некоторые устанавливают широкополосный датчик кислорода с показометром. Обычно это цифровой «будильник», который показывает соотношение бензина и воздуха в смеси в режиме реального времени. Зачастую используется для диагностики неисправностей авто. На заводе такой элемент не устанавливается.

Устройство

Конструкция данного механизма предполагает наличие следующих элементов:

  • Металлический корпус с резьбой.
  • Электрический нагреватель.
  • Наконечник.
  • Защитный экран.
  • Токопроводящий контакт.
  • Уплотнительная манжета для провода.
  • Изолятор.

В основе механизма лежат два чувствительных электрода. Внешний имеет платиновое напыление, благодаря которому электрод сильно чувствителен к кислороду. Внутренний же изготовлен из циркония. Устанавливается датчик таким образом, чтобы сквозь него проходили отработанные газы. Внешний электрод улавливает О2, после чего измеряется потенциал между двумя наконечниками. Чем он выше, тем больше кислорода в системе.

Широкополосный датчик кислорода являет собой усовершенствованную конструкцию двухконтактного механизма. Отметим, что потенциал разницы измеряется под воздействием определенной силы тока.

Как это работает?

Алгоритм действия данного элемента основывается на поддержке определенного напряжения. Оно составляет 0,45 В. Это стабильный показатель между двумя электродами датчика.

При снижении концентрации О2, напряжение между керамическим элементом возрастает. это свидетельствует о наличии обогащенной смеси. Данный сигнал моментально поступает в электронный блок управления. Последний на основаниях этих сигналов создает ток определенной силы на исполнительных устройствах (в том числе на форсунке). Та, в свою очередь, впрыскивает больше (или меньше, в зависимости от показаний) бензина в камеру. Если смесь бедная, датчик сигнализирует об этом ЭБУ таким же образом.

Важная особенность

Стоит отметить, что работа чувствительных наконечников возможна только при достижении температуры в триста градусов Цельсия. Рабочий диапазон керамических электродов составляет от трехсот до тысячи градусов. Но как тогда действует элемент «на холодную»? Ранее на двухконтактных устройствах сигнал формировался от иных датчиков (расхода воздуха, положения заслонки и числа оборотов коленвала). Усредненное значение лямбды поступало на блок и тот формировал готовую смесь. Правда, значения эти были не всегда верными. Это не гарантировало оптимальную и стабильную работу двигателя внутреннего сгорания.

Поэтому в новом поколении датчиков (широкополосного типа) используется специальный подогреватель. Его функция – повысить температуру наконечников. Это необходимо, чтобы устройство включилось в работу сразу же после холодного старта двигателя. При достижении температуры в триста градусов, керамический элемент становится твердым электролитом, который пропускает сквозь себя ионы кислорода, скопившиеся на платиновой электродной сетке.

Нагревательный элемент расположен внутри корпуса датчика и питается принудительно от бортовой сети автомобиля.

Значение лямбды и связь с ДВС

Исходя из всего вышесказанного можно сказать, что работа стабильная работа двигателя внутреннего сгорания невозможна без широкополосного датчика. Именно этот элемент формирует сигнальные значения для ЭБУ, который впоследствии корректирует горючую смесь. Электронный блок является связующим звеном, который не только принимает импульсы, но и подает опорное напряжение 0,45 В на датчик. В зависимости от нагрузки двигателя внутреннего сгорания, режима его работы и рабочей температуры электроника подбирает наиболее оптимальное соотношение воздуха и топлива в смеси.

Считается, что идеальное соотношение – это 14,7 частей кислорода на одну часть бензина. При таком условии значение лямбды будет равно единице. Но не стоит забывать о таком значении, как коэффициент избытка воздуха. Если лямбда показывает выше единицы, значит, смесь будет обедненной. В таком случае в цилиндр поступит больше кислорода. Ежели лямбда ниже одного, значит, ЭБУ будет формировать обогащенную смесь. Так, в цилиндры поступит больше топлива, чем обычно.

Ресурс

Это довольно хрупкий элемент в автомобиле. Замена лямбда-зонда может понадобиться уже через 50 тысяч километров. Но как правило, на таком пробеге изнашиваются датчики отечественных авто. Если говорить об иномарках, замена лямбда-зонда может наступить через 100-120 тысяч километров. Точных цифр никто не регламентирует, поскольку ресурс зависит от многих факторов (вплоть до содержания свинца в бензине).

Признаки

Как определить, что кислородный датчик (лямбда-зонд) требует замены? Узнать это очень просто. Поскольку датчик будет неисправен, на электронный блок заведомо поступят ошибочные сигналы и данные. В результате мотор будет работать нестабильно. Причиной тому является неправильно сформированная топливовоздушная смесь. Неисправность кислородного датчика широкополосного типа сопровождается:

  • Увеличением расхода топлива.
  • Нестабильными оборотами на холостом ходу.
  • Неконтролируемым нагреванием катализатора. после остановки мотора, он может потрескивать.
  • Изменением концентрации СО в газах. Выхлоп будет более едким и неприятным на запах.
  • Появлением лампы «Проверьте двигатель» на панели приборов.
  • Снижением разгонной динамики.
  • Провалами (рывками) при попытке набрать скорость.

Если появился хотя бы один из вышеперечисленных симптомов, это повод произвести детальную проверку широкополосного датчика кислорода.

Причины неисправности

Почему данный механизм может выходить из строя? Первая причина – это естественный износ. Если пробег автомобиля составил более 50 тысяч километров, ресурс механизма может подойти к концу. Но также датчик ломается по другим причинам:

  • При обрыве проводов, что идут на датчик. В таком случае сигнал попросту не поступит на ЭБУ.
  • При механическом повреждении. Многие датчики устанавливаются в районе днища. Если автомобиль проехал через глубокое препятствие, возможно повреждение измерительного элемента. При малейшей деформации разрушается гальванический элемент широкополосного датчика кислорода.
  • При перегреве датчика. Это может произойти из-за неполадок в топливной системе автомобиля. Обычно это некорректный угол зажигания либо неправильный тюнинг двигателя (например, не та прошивка ЭБУ при чип-тюнинге).
  • При загрязнении чувствительного элемента. Если закоксовывается верхний слой с платиновым покрытием, ионы не будут улавливаться широкополосным датчиком. Что это может быть? Обычно загрязнения происходят из-за попадания масла в камеру сгорания. данная копоть затем обволакивает стенки выпускного коллектора, а также наконечника датчика. Еще загрязнения могут происходить из-за использования некачественного бензина, который содержит много свинца.
  • При разгерметизации корпуса. Такое бывает редко, но данную неисправность не следует исключать.
  • При попадании антифриза в цилиндры двигателя. это происходит из-за пробоя прокладки головки блока. В результате газы приобретают характерный белый цвет. Помимо этого, меняется и концентрация кислорода в выхлопе. Простыми словами, датчик начинает «сходить с ума». ЭБУ готовит неправильную смесь.

Разбираем контакты

В отличие от двухконтактного датчика, широкополосный имеет несколько иное устройство.

К нему подводится целая колодка с проводами. За что отвечает каждый из них? Ниже мы расскажем о распиновке широкополосного датчика кислорода:

  • Пин-1. Отвечает за ток ионного насоса. Напряжение на этом контакте должно составлять не менее 10 микроампер.
  • Пин-2. Отвечает за массу. Допустимое отклонение – не больше 100 mV.
  • Пин-3. Отвечает за работу гальванического элемента (сигнал Нернста). В отключенном разъеме уровень напряжения должен составлять порядка 0,45 В. При подключенном разъеме данная цифра находится в пределах 1 В.
  • Пин-4 и 5. Эти контакты отвечают за напряжение на подогревателе. Управляется подогреватель широкополосного датчика путем широтно-импульсной модуляции. В случае отказа подогревателя, при компьютерной диагностике будут следующие коды ошибок: РОО36 и РОО64.

Подводим итоги

Итак, мы выяснили, как работает кислородный датчик, как устроен и почему он выходит из строя. Как видите, устроен широкополосный элемент гораздо сложнее, чем двухконтактный. Тем не менее именно такой тип позволяет точно контролировать и правильно готовить топливно-воздушную смесь, не возлагаясь на усредненные параметры. В случае выхода из строя элемент нужно срочно заменить.

Где находится датчик кислорода, мы уже знаем (до и после каталитического нейтрализатора либо в районе выпускного коллектора). При замене могут возникнуть трудности. Резьба часто прикипает, а открутить датчик можно только с использованием универсальных смазок типа ВД-40.


Похожие статьи

  • Кислородный датчик. Лямбда-зонд, датчик концентрации кислорода
  • Как проверить лямбда-зонд на исправность?
  • Датчик кислорода ВАЗ-2114: признаки неисправности
  • Лямбда-зонд - обманка. Электронные и механические обманки
  • Обманка на лямбда-зонд своими руками
  • Датчик абсолютного давления во впускном коллекторе
  • Сажевые фильтры для дизельных двигателей: назначение, устройство, принцип действия

Также читайте

Диагностика по широкополосным лямбда-зондам

В предыдущих статьях мы рассмотрели назначение, принципы работы и способы проверки «скачковых» датчиков кислорода (лямбда-зондов). Также были рассмотрены те возможности в поиске дефектов (диагностике) топливной системы автомобиля, которые открывает правильный анализ показаний этих датчиков.

Но все мировые автопроизводители постепенно отказываются от них и переходят на так называемые «широкополосные» лямбда-зонды. Почему так происходит? И чем плохи датчики, которые верой и правдой служили на протяжении многих лет? Чтобы ответить на данный вопрос, нам необходимо вернуться в прошлое и посмотреть, как развивалась борьба за экологию.

До 60-х годов прошлого века об экологии никто не думал. Автомобилей было мало, их «вклад» в загрязнение атмосферы был незначительным. Все изменилось во время автомобильного бума начала 60-х. Первым от «чуда» современной цивилизации под названием «автомобиль» пострадал американский штат Калифорния. Не очень удачное географическое положение и крайне неблагоприятная «роза ветров» - он очень плохо продувается, и людям от выхлопных газов просто стало нечем дышать. Был принят ряд законов, обязывающих автопроизводителей повышать качество выпускаемых автомобилей по экологическим параметрам. До недавнего времени это был громадный рынок сбыта автомобилей.

На нем торговали все мировые производители. А законы рынка очень жестоки – хочешь торговать на моем рынке, выполняй поставленные условия. Таким образом, требования законодательства Калифорнии распространились на весь мир. Отдельно хочется отметить рынок Европы. Тут «роза ветров» более благоприятная, экологические требования к автомобилям более мягкие. И стандарты по экологии сразу разделились на «американские» - более жесткие и «европейские» - чуть более мягкие. На данное время автомобильные рынки Старого и Нового Света практически заполнены. По расчетам аналитиков, свободные ниши имеются пока в России и Китае. Поэтому к рынкам этих стран приковано пристальное внимание всех автопроизводителей мира. До недавнего времени экологии на этих рынках придавалось незначительное значение. Но вступление России в ВТО потребовало ужесточения экологических норм для выпускаемых в стране автомобилей. Как же выполнить все более ужесточающиеся международные экологические требования?

Вредные выбросы - это несгоревшее топливо. При полном сгорании углеводородов всего топлива образуется только СО2 (углекислый газ) и Н2О (вода). Если топливо сгорает не полностью, в выхлопе образуются продукты неполного сгорания. Пресловутые СО и СН. Ну, а если топливо полностью не сгорает, что происходит с крутящим моментом? Правильно – он падает! Что происходит с расходом топлива (если вы просто выливаете его в выхлопную трубу)? Правильно – он растет! И вот здесь полностью пересеклись интересы экологов, производителей автомобилей и специалистов автосервисов. Исправный автомобиль имеет прекрасную динамику, низкий расход топлива и еще атмосферу не загрязняет! От чего зависит крутящий момент, расход топлива и вредные выбросы? Основное требование – система управления двигателем должна поддерживать стехиометрический состав смеси. По современным стандартам отклонение не должно превышать 2%. Для контроля над этим параметром как раз и служат датчики кислорода в выхлопе.

Начало широкого применения лямбда-зондов в автомобилестроении было положено еще в конце 70-х годов прошлого столетия. Появление «скачковых» датчиков кислорода позволило на тот момент решить эту задачу. Но для выполнения норм Евро-4 и Евро-5 точность этих датчиков перестала удовлетворять производителей. Их недостатком явилось то, что состав смеси они определяют только по наличию кислорода в выхлопе. Нет кислорода – либо стехиометрия, либо богатая смесь. Есть кислород – бедная смесь. Работают по принципу «да–нет». Системе лямбда - регулирования постоянно приходится чуть добавлять и убавлять топливо, чтобы понять, находится ли система в зоне стехиометрии. Это приводит к некоторой задержке реакции системы при возникновении неизбежных отклонений и имеет определенную погрешность при измерении их величин. Для увеличения точности потребовались датчики, которые могут определить избыток или нехватку кислорода в процентах. Так появились широкополосные датчики кислорода. При возникновении малейшего отклонения от правильного состава смеси они моментально дают блоку управления двигателя указание внести поправки и указывают их величину с достаточно большой точностью. На данный момент широкополосные датчики занимают лидирующее положение в автомобилестроении.

Для рассмотрения принципов работы широкополосных датчиков кислорода обратимся к ставшему уже классическим описанию, данному фирмой Bosch в конце прошлого столетия и вошедшему практически во все учебные пособия и публикации в СМИ и в Интернете. К сожалению, данное описание не дает понимания алгоритмов их работы и (судя по вопросам на форумах) не всегда понятно специалистам автосервисов. Попробуем исправить эту ситуацию.

Условно систему лямбда - регулирования с широполосным датчиком кислорода можно разделить на 4 зоны (см. рис.1). Зона А – ионный насос, зона В – «скачковый» лямбда – зонд (элемент Нернста), зона С – разъем и проводка, зона D – блок управления двигателем (ЭБУ) 4.

               

                                                                                   Рисунок 1

Выхлопные газы 1 из выхлопной трубы 2 через канал поступают в диффузионную щель 6. Здесь они подвергаются каталитическому дожиганию (как в обычном катализаторе), и здесь же (в зависимости от первоначального состава смеси в двигателе) образуется либо избыток, либо недостаток кислорода. Поскольку толщина щели невелика – около 50 мкм, процесс происходит очень быстро. Но для протекания реакции каталитического дожигания нужна температура (в зависимости от конструкции – от 200 до 300 градусов Цельсия). Учитывая тот факт, что температура отработавших газов (ОГ) на холостом ходу может и не достигать указанных значений, необходимым элементом является нагреватель 3. Непрогретый лямбда-зонд не работоспособен.

Далее в работу вступает элемент Нернста 7 (зона В). Сравнивая состав контрольного воздуха в камере 5 с составом газов в щели 6, он дает информацию ЭБУ о наличии или отсутствии кислорода в ней. Только «да - нет». На основании этих показаний ЭБУ 4 дает команду ионному насосу 8 (зона А):

1. Откачать лишний кислород из щели в выхлопные газы, если избыточный кислород там присутствует. Бедная смесь. Ток положительный.

2. Закачать недостающий кислород в щель, если его там нехватка. Богатая смесь. Ионный насос «отнимает» кислород у продуктов выхлопа и перекачивает его в щель. Ток отрицательный.

3. Ничего не делать, если смесь стехиометрическая. Ток нулевой.

Ток ионного насоса прямо пропорционален разности концентраций кислорода на разных его сторонах. Таким образом, по полярности и величине тока этого элемента сразу же определяется состав смеси. Получив указание от ЭБУ, ионный насос пытается привести состав ОГ в щели, соответствующий стехиометрии. По его току ЭБУ понимает, куда и насколько отклонилась смесь, и сразу принимает меры по корректировке времени впрыска в ту или иную сторону. Колебания смеси ему не нужны – ЭБУ сразу видит абсолютные величины отклонений и выводит стехиометрию в идеал.

С началом применения широкополосных лямбда– зондов работа диагностов значительно облегчилась. Такой прибор, как газоанализатор, стал попросту ненужным. Если ЭБУ выводит показания в виде тока, то «нулевой» ток говорит о том, что системе лямбда-регулирования удалось вывести стехиометрию. По показанию коррекции смотрим, какой ценой и в какую сторону ему это удалось (см. рис. 2).

                       

                                                                                            Рисунок 2

Если ток не нулевой, это означает, что системе вывести стехиометрию не удалось. Причин тут две:

1. Неисправен сам лямбда-зонд. Как показывает практика, код ошибки в этом случае возникает крайне редко. Причина проста – чтобы проверить исправность датчика, ЭБУ обязан включить систему мониторинга, т.е. принудительно обогатить или обеднить смесь. А это приводит к нарушению экологии! Поэтому мониторинг зонда проводится нечасто. Например, два автомобиля Opel Vectra, оборудованные системой впрыска Bosch и принимавшие участие в съемках фильма ОРТ «Левый автосервис», обнаружили отказ этого датчика только через несколько часов после его возникновения.

2.Дефект критичен. Система корректировки по лямбда-зонду уже дошла до пределов своей регулировки, но смесь по-прежнему отклоняется от стехиометрии. В этом случае возможен код «Превышение пределов топливной коррекции».

Действия диагноста в этих случаях таковы:

1. Проверка самого лямбда-зонда.

2. Если зонд исправен, определяем состав смеси. Стандарт OBD2 гласит однозначно: положительный ток – бедная смесь. Отрицательный ток – смесь богатая. График зависимости тока от состава смеси приведен на рис.3. Ну а причины и способы устранения отклонения состава смеси достаточно подробно описаны в учебных пособиях. Не будем повторяться.

                            

                                                                                              Рисунок 3

Так выглядит идеальная картинка. Реалии куда более сложнее. Итак, давайте рассмотрим те «подводные камни», которые нас ждут при анализе показаний широкополосного лямбда-зонда.

Первый «подводный камень»: не все производители придерживаются стандарта. Очень часто ко мне приезжали автомобили, на которых стандарт был нарушен - положительный ток соответствовал богатой смеси, отрицательный – бедной. Но не стоит сразу винить производителей этих датчиков. Полярность тока зависит только от схемотехники и программного обеспечения ЭБУ.

ПРОВЕРКА: Необходимо в воздухозаборник работающего автомобиля добавить немного горючего вещества (принудительно обогатить смесь). На нашем автотехцентре мы используем обычный очиститель карбюратора. При наличии изменений показаний датчика однозначно говорим о его исправности и определяем, в какой полярности выводятся его показания на экран сканера.

Самый сложный случай, когда при этой проверке реакции широкополосного лямбда-зонда нет. Однозначного ответа – где дефект, дать невозможно. Вернемся опять к рис.1 .

Дефект возможен в зонах А и В (сам датчик), зоне С (проводка) либо в самом ЭБУ – зона D. В большинстве сервисов предлагают замену датчика, как наиболее вероятную причину. Но учитывая его стоимость, есть смысл обратиться к зоне С (проводке и разъему) для более глубокого поиска дефекта.

Pin 1. Ток ионного насоса. Проводится миллиамперметром на 10 mA и в большинстве случаев этот замер затруднителен.

Pin 2. Масса. Отклонение от «массы» двигателя не более 100 mV. Если «масса» идет с ЭБУ, возможно наличие смещения, заложенного производите- лем. Необходимо свериться с мануалами.

Pin 3. Сигнал элемента Нернста. При отключенном разъеме должен составлять 450 mV. При подключенном разъеме – напряжение должно находиться в пределах 0…1v. Но некоторые производители могут отклоняться от этого правила. Принудительное обогащение смеси позволяет определить исправность этой цепи.

Pin 4 и 5. Напряжение подогревателя. На современных автомобилях управляется с помощью Широтно-Импульсной Модуляции (ШИМ). Проверка необязательна, ибо в случае ее отказа код ошибки с Р0036 по Р0064 (Heater Control HO2S) пробивается практически моментально.

Второй «подводный камень»: ЭБУ не может «понимать» ток. Его входные цепи способны оцифровывать только напряжения. И блоки управления начинают выводить на сканер не ток, а падение напряжения на каком-то нагрузочном сопротивлении в ЭБУ. В зависимости от схемотехники блока оно в норме может иметь абсолютно разное значение. В потоке данных выводится не ток, а какое-то абстрактное напряжение. Мануалы на конкретный автомобиль его указывают.

Но способы проверки точно такие же. Принудительное обогащение смеси позволяет определить исправность датчика, а просмотр топливной коррекции позволяет понять, в каком состоянии находится система топливоподачи автомобиля.

Третий «подводный камень»: большинство широкополосных датчиков не взаимозаменяемы. Реклама настойчиво предлагает разнообразный выбор. На форумах часто звучат вопросы: «Какой датчик лучше поставить?». Как быть рядовому потребителю? Что выбрать?

Ответ дают сами производители автомобилей. Ставить нужно только те датчики, которые рекомендовал завод-изготовитель. В противном случае, производитель не в состоянии гарантировать правильную работу системы.

«Компания NGK Spark Plug Co., Ltd стала одним из пионеров в области лямбда-регулирования в начале 1980-х годов, когда на рынке был представлен регулируемый катализатор. Сегодня ассортимент продукции, выпускаемой под маркой NTK, включает цирконий-оксидные, титановые, широкополосные лямбда-зонды и покрывает порядка 7600 модификаций автомобилей. Все лямбда-зонды соответствуют спецификации оригинальной комплектации (в том числе по длине проводов, штекерам и электрическим параметрам), что гарантирует простоту установки и безупречную эксплуатацию. Каждый лямбда-зонд NTK обеспечивает оптимальные рабочие условия для функционирования катализатора, идеальное образование смеси, а также способствует сокращению выброса вредных веществ и поддержанию расхода топлива на минимальном уровне. Любой автомобиль, оснащённый регулируемым катализатором, имеет, как минимум, один кислородный датчик. Современным же автомобилям требуется не менее двух датчиков. Широкополосные датчики могут регулировать соотношение воздуха и топлива в топливно-воздушной смеси в широком диапазоне, что особенно важно для современных двигателей, работающих на обеднённых смесях, при значениях лямбда гораздо больше чем 1».

Автор: Федор Рязанов
15.05.2014 г.

Ваше Имя:

Ваш комментарий: Внимание: HTML не поддерживается! Используйте обычный текст.

Оценка: Плохо           Хорошо

Введите код, указанный на картинке:

Продолжить

Проверка и устранение неисправностей лямбда-зонда

Лямбда-зонд определяет остаточное содержание кислорода в выхлопных газах и подает на блок управления двигателем электрический сигнал для регулирования соотношения воздух-топливо. Прокрутите эту страницу и узнайте о вариантах, принципах их работы, методах проверки и важной информации о правильной замене лямбда-зондов.

ЧТО ТАКОЕ ФУНКЦИЯ ЛЯМБДА-ДАТЧИКА?: ПРИНЦИП РАБОТЫ

Оптимальное сгорание необходимо для обеспечения идеальной скорости преобразования каталитического нейтрализатора. В случае бензинового двигателя это достигается при соотношении воздух-топливо 14,7 кг воздуха на 1 кг топлива (стехиометрическая смесь). Эта оптимальная смесь обозначается греческой буквой λ (лямбда). Лямбда используется для выражения соотношения воздуха между теоретической потребностью в воздухе и фактическим подаваемым потоком воздуха:

 

λ = расход подаваемого воздуха : теоретический расход воздуха = 14,7 кг : 14,7 кг = 1

обогрев лямбда-зонда

достичь своей рабочей температуры как можно быстрее. В настоящее время лямбда-зонды оснащены подогревом датчика. Это означает, что датчики также могут быть установлены вдали от двигателя.

 

Преимущество:
Больше не подвергаются высокой тепловой нагрузке. Нагрев датчика позволяет им достигать своей рабочей температуры за короткий период, сводя к минимуму время, в течение которого лямбда-регулирование неактивно. Чрезмерное охлаждение предотвращается в режиме холостого хода, когда температура выхлопных газов не такая высокая. Лямбда-зонды с подогревом имеют меньшее время отклика, что положительно сказывается на скорости регулирования.

Использование нескольких лямбда-зондов

С появлением EOBD необходимо также контролировать работу каталитического нейтрализатора. Для этого за каталитическим нейтрализатором установлен дополнительный лямбда-зонд. Это используется для определения способности каталитического нейтрализатора накапливать кислород.

 

Зонд после каталитического нейтрализатора выполняет те же функции, что и датчик перед каталитическим нейтрализатором. Амплитуды лямбда-зондов сравниваются в блоке управления. Амплитуды напряжения нижнего датчика очень малы из-за способности каталитического нейтрализатора накапливать кислород. Чем ниже накопительная емкость каталитического нейтрализатора, тем выше амплитуды напряжения выходного датчика из-за повышенного содержания кислорода.

 

Высоты амплитуд на выходном датчике зависят от фактической накопительной емкости каталитического нейтрализатора, которая варьируется в зависимости от нагрузки и скорости. Таким образом, при сравнении амплитуд зонда учитываются условия нагрузки и скорость. Если амплитуды напряжения обоих датчиков остаются примерно одинаковыми, достигнута накопительная емкость каталитического нейтрализатора, т.е. через старение.

НЕИСПРАВНОСТЬ ЛЯМБДА-ДАТЧИКА КИСЛОРОДА: ПРИЗНАКИ

Неисправный датчик Lambda может вызвать следующие симптомы:

  • Высокий потребление топлива
  • Плохое характеристик двигателя
  • Выбросы выхлопных выбросов
  • Индикатор индикатора
  • Код ошибки. КИСЛОРОДНЫЙ ДАТЧИК: ПРИЧИНА НЕИСПРАВНОСТИ

    Возможны несколько причин неисправности:

    • Внутренние и внешние короткие замыкания
    • Отсутствие заземления / питания
    • Перегрев
    • Отложения/загрязнение
    • Механические повреждения
    • Использование этилированного топлива/присадок

    Существует ряд типичных неисправностей лямбда-зонда, которые происходят часто. В следующем списке приведены причины диагностированных неисправностей:

    Необогреваемые датчики

    0097
    Диагностированные неисправности Причина
    Несгоревшее масло попало в выхлопную систему, напр. из-за неисправных поршневых колец или маслосъемных колпачков
    Неправильный впуск воздуха, отсутствие эталонного воздуха Неправильно установлен зонд, отверстие для эталонного воздуха заблокировано зазор клапана
    Плохой контакт на штекерных контактах Окисление
    Прерывавшие кабельные соединения Плотно маршрутизированные кабели, точки истирания, укусы грызунов
    Отсутствие подключения на земле Окивание, коррозия при выхлопной системе
    Механическая механическая механическая. Химическое старение Очень часто короткие маршруты
    Отложения свинца Использование этилированного топлива

     

    ДИАГНОСТИКА НЕИСПРАВНОСТЕЙ ЛЯМБДА-ДАТЧИКА КИСЛОРОДА: ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ

    Автомобили, оборудованные системой самодиагностики, могут обнаруживать неисправности, возникающие в цепи управления, и сохранять их в памяти неисправностей. Обычно это отображается через контрольную лампу двигателя. После этого память неисправностей может быть считана диагностическим прибором для диагностики неисправностей. Однако более старые системы не могут определить, связана ли эта неисправность с неисправным компонентом или, например, с неисправностью. неисправность кабеля. В этом случае механик должен провести дополнительные испытания.

     

    В рамках EOBD контроль лямбда-зонда расширен за счет включения следующих пунктов:

    • Обрыв цепи,
    • Готовность к работе,
    • Короткое замыкание на массу блока управления,
    • Короткое замыкание на плюс
    • Обрыв кабеля и старение лямбда-зонда.
       

    Для диагностики сигналов лямбда-зонда блок управления использует форму частоты сигнала.

     

    Для этого блок управления рассчитывает следующие данные:

    • Максимальное и минимальное обнаруженное значение напряжения датчика,
    • Время между положительным и отрицательным фронтами,
    • Регулятор лямбда-контроля, регулирующий переменную в зависимости от обогащения и обеднения,
    • Управление порог лямбда-регулирования,
    • Напряжение датчика и продолжительность периода.

    ПРОВЕРКА Лямбда-зонда с помощью осциллографа, мультиметра, тестера лямбда-зонда, анализатора выбросов: поиск и устранение неисправностей

    Как правило, перед каждой проверкой необходимо проводить визуальный осмотр, чтобы убедиться в отсутствии повреждений кабеля или разъема. Выхлопная система не должна иметь утечек.

     

    Для подключения измерительного прибора рекомендуется использовать переходной кабель. Также необходимо следить за тем, чтобы лямбда-регулирование не было активным в некоторых рабочих состояниях, напр. при холодном пуске до достижения рабочей температуры и при полной нагрузке.

    Проверка лямбда-зонда с помощью прибора для проверки выхлопных газов

    Прибор для проверки выхлопных газов

    Одним из самых быстрых и простых способов проверки является измерение с помощью анализатора выбросов четырех газов.

     

    Испытание проводится так же, как предписанное испытание на выбросы выхлопных газов. Когда двигатель прогрет до рабочей температуры, ложный воздух подключается как переменная возмущения путем снятия шланга. Из-за изменения состава отработавших газов также изменяется значение лямбда, которое рассчитывается и отображается прибором для проверки отработавших газов. Система смесеобразования должна определить это по определенному значению и скорректировать в течение определенного времени (60 секунд, как в тесте на выбросы выхлопных газов). Если возмущающая переменная удаляется, значение лямбда должно быть уменьшено до исходного значения.

     

    В качестве основного принципа следует соблюдать спецификации для подключения переменных помех и значения лямбда производителя.

     

    Однако этот тест может только определить, работает ли лямбда-регулирование. Электрический тест невозможен. При этой процедуре существует риск того, что современные системы управления двигателем регулируют смесь за счет точного определения нагрузки, так что λ = 1, несмотря на то, что лямбда-контроль не работает.

    Проверка лямбда-зонда с помощью мультиметра

    Мультиметр

    Для проверки следует использовать только высокоомные мультиметры с цифровым или аналоговым дисплеем.

     

    Мультиметры с малым внутренним сопротивлением (в основном аналоговые приборы) перегружают сигнал лямбда-зонда и могут привести к его выходу из строя. Из-за быстро меняющегося напряжения сигнал лучше всего изображается аналоговым устройством.

     

    Мультиметр подключается параллельно сигнальной линии (черный кабель, см. принципиальную схему) лямбда-зонда. Диапазон измерения мультиметра устанавливается на 1 В или 2 В. После запуска двигателя на дисплее появляется значение от 0,4 до 0,6 В (опорное напряжение). При достижении рабочей температуры двигателя или лямбда-зонда фиксированное напряжение начинает чередоваться между 0,1 В и 0,9 В.V.

     

    Для получения безупречных результатов измерения скорость вращения двигателя должна составлять ок. 2500 об/мин. Это гарантирует достижение рабочей температуры зонда даже в системах с необогреваемым лямбда-зондом. Если в режиме холостого хода температура отработавших газов недостаточна, существует опасность того, что необогреваемый датчик остынет и сигнал перестанет формироваться.

    Проверка лямбда-зонда осциллографом

    Схема сигнала лямбда-зонда

    Сигнал лямбда-зонда лучше всего отображается с помощью осциллографа. Что касается измерения мультиметром, то основным условием является то, что двигатель или лямбда-зонд должны быть прогреты до рабочей температуры.

     

    Осциллограф подключен к сигнальной линии. Устанавливаемый диапазон измерений зависит от используемого осциллографа. Если устройство имеет автоматическое обнаружение сигнала, его следует использовать. Для ручной настройки установите диапазон напряжения 1–5 В и время 1–2 секунды.

     

    Частота вращения двигателя снова должна быть прибл. 2500 об/мин.

     

    Переменное напряжение отображается на дисплее в виде синусоидальной формы. По этому сигналу можно оценить следующие параметры:

    • Высота амплитуды (максимальное и минимальное напряжение 0,1–0,9 В),
    • Время отклика и продолжительность периода (частота примерно 0,5–4 Гц).

    Проверка лямбда-зонда с помощью тестера лямбда-зондов

    Тестер лямбда-зондов

    Различные производители предлагают для тестирования специальные тестеры лямбда-зондов. В этом устройстве функция лямбда-зонда отображается с помощью светодиодов.

     

    Подобно мультиметру и осциллографу, он подключается к сигнальной линии пробника. Как только зонд достигает рабочей температуры и начинает работать, светодиоды начинают загораться попеременно – в зависимости от соотношения воздух-топливо и кривой напряжения (0,1–0,9 В) зонда.

     

    Здесь все спецификации по настройкам измерительного прибора для измерения напряжения относятся к датчикам из диоксида циркония (датчикам скачков напряжения). Для диоксида титана диапазон измерения напряжения меняется на 0–10 В, при этом измеряемые напряжения чередуются в пределах 0,1–5 В.

    Проверка состояния защитной трубки

    В качестве основного принципа необходимо соблюдать указания производителя. Наряду с электронной проверкой состояние защитной трубки элемента зонда может свидетельствовать о функциональной способности:

    ПРОВЕРКА ПОДОГРЕВА ЛЯМБДА-ДАТЧИКА КИСЛОРОДА: ПОИСК И УСТРАНЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ

    Можно проверить внутреннее сопротивление и напряжение питания нагревательного элемента.

     

    Для этого отсоедините разъем от лямбда-зонда. Со стороны лямбда-зонда с помощью омметра измерьте сопротивление на обоих кабелях нагревательного элемента. Оно должно быть между 2 и 14 Ом. Со стороны автомобиля используйте вольтметр для измерения напряжения питания. Должно быть напряжение > 10,5 В (бортовое напряжение).

    Different connection options and cable colors

    Unheated probes

    Number of cables Cable colour Connection
    1 Black Signal (ground via housing)
    2 Черный Сигнал
    Заземление

     

    Зонды с подогревом

    Количество кабелей Цвет кабеля Соединение
    3 черный
    2 x White     		. 2 x белый
    Серый     		Сигнал, нагревательный элемент, заземление

     

    Зонды из диоксида титана

    Количество кабелей Цвет кабеля Подключение
    4 Красный
    Белый
    Черный
    Желтый     		Элемент отопления (+)
    Элемент нагревания (-)     		Элемент отопления (+)
    Элемент нагревания (-)     		Элемент отопления (+)
    Элемент нагревания (-)     		. )
    4 Черный
    2 x белый
    Серый     		Нагревательный элемент (+)
    Нагревательный элемент (-)
    Сигнал (-)
    Сигнал (+)
    9 (Необходимо соблюдать спецификации производителя)

    ЗАМЕНА ЛЯМБДА-ДАТЧИКА КИСЛОРОДА: ВИДЕО

    Насколько полезна эта статья для вас?

    Совершенно бесполезно

    Очень полезно

    Расскажите, пожалуйста, что вам не понравилось.

    Для получения бесплатного информационного бюллетеня HELLA TECH WORLD.

    Ваш отзыв**

    Капча*

    Большое спасибо. Но прежде чем ты уйдешь.

    Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку новостей HELLA TECH WORLD, чтобы получать последние технические видеоролики, советы по ремонту автомобилей, информацию о курсах обучения, сведения о маркетинговых кампаниях и советы по диагностике.

    Благодарим вас за интерес к новостному бюллетеню HELLA TECH WORLD - для автомастерских!

    На указанный вами адрес электронной почты будет отправлено уведомление.

    Обратите внимание: Ваша подписка будет завершена только после того, как вы подтвердите получение этого электронного письма.

    Это делается для того, чтобы никто не мог подписаться на вас по ошибке.

    Ваша личная информация хранится и обрабатывается исключительно с целью отправки информационного бюллетеня. Ни при каких обстоятельствах ваши данные не будут переданы третьим лицам.

    Дополнительная информация о конфиденциальности.

    Благодарим вас за интерес к новостному бюллетеню HELLA TECH WORLD - для автомастерских!

    На указанный вами адрес электронной почты будет отправлено уведомление.

    Обратите внимание: Ваша подписка будет завершена только после того, как вы подтвердите получение этого электронного письма.

    Это делается для того, чтобы никто не мог подписаться на вас по ошибке.

    Ваша личная информация хранится и обрабатывается исключительно с целью отправки информационного бюллетеня. Ни при каких обстоятельствах ваши данные не будут переданы третьим лицам.

    Дополнительная информация о конфиденциальности.

    Вы уже подписаны

    Ваш адрес электронной почты ожидает подтверждения

    Неверный новый адрес электронной почты. Новый адрес электронной почты недействителен. Подписчик не обновлен

    Неверный адрес электронной почты. Адрес электронной почты отсутствует или имеет неправильный формат.

    Проблема со статусом электронной почты

    Процесс регистрации не запущен.

    Ошибка:

    Для получения бесплатного информационного бюллетеня HELLA TECH WORLD.

    Благодарим вас за интерес к новостному бюллетеню HELLA TECH WORLD - для автомастерских!

    На указанный вами адрес электронной почты будет отправлено уведомление.

    Обратите внимание: Ваша подписка будет завершена только после того, как вы подтвердите получение этого электронного письма.

    Это делается для того, чтобы никто не мог подписаться на вас по ошибке.

    Ваша личная информация хранится и обрабатывается исключительно с целью отправки информационного бюллетеня. Ни при каких обстоятельствах ваши данные не будут переданы третьим лицам.

    Дополнительная информация о конфиденциальности.

    Благодарим вас за интерес к новостному бюллетеню HELLA TECH WORLD - для автомастерских!

    На указанный вами адрес электронной почты будет отправлено уведомление.

    Обратите внимание: Ваша подписка будет завершена только после того, как вы подтвердите получение этого электронного письма.

    Это делается для того, чтобы никто не мог подписаться на вас по ошибке.

    Ваша личная информация хранится и обрабатывается исключительно с целью отправки информационного бюллетеня. Ни при каких обстоятельствах ваши данные не будут переданы третьим лицам.

    Дополнительная информация о конфиденциальности.

    Вы уже подписаны

    Ваш адрес электронной почты ожидает подтверждения

    Неверный новый адрес электронной почты. Новый адрес электронной почты недействителен. Подписчик не обновлен

    Неверный адрес электронной почты. Адрес электронной почты отсутствует или имеет неправильный формат.

    Проблема со статусом электронной почты

    Процесс регистрации не запущен.

    Ошибка:

    КИСЛОРОДНЫЕ ДАТЧИКИ /ЛЯМБДА-ДАТЧИК/: ДЕТАЛИ, ТИПЫ, РАБОЧИЕ

    ЧТО ТАКОЕ КИСЛОРОДНЫЙ ДАТЧИК?

    Кислородный датчик (обычно называемый «датчик O2», так как O2 — это химическая формула кислорода) устанавливается в выхлопном коллекторе автомобиля для контроля количества несгоревшего кислорода в выхлопных газах, когда выхлопные газы выходят из выхлопной трубы. двигатель.

    ЧТО ДЕЛАЕТ КИСЛОРОДНЫЙ ДАТЧИК?

    Кислородные датчики работают, вырабатывая собственное напряжение, когда они нагреваются (приблизительно 600°F). На наконечнике кислородного датчика, который подключается к выпускному коллектору, находится керамическая колба из циркония. Внутри и снаружи колба покрыта пористым слоем платины, которые служат электродами. Внутренняя часть колбы вентилируется внутри через корпус датчика во внешнюю атмосферу. Когда внешняя часть колбы подвергается воздействию горячих газов выхлопных газов, разница в уровнях кислорода между колбой и внешней атмосферой внутри датчика вызывает протекание напряжения через колбу. Если соотношение топлива обеднено (недостаточно топлива в смеси), напряжение относительно низкое — примерно 0,1 вольта. Если соотношение топлива богатое (слишком много топлива в смеси), напряжение относительно высокое — примерно 0,9вольт. Когда воздушно-топливная смесь находится в стехиометрическом соотношении (14,7 частей воздуха на 1 часть топлива), кислородный датчик выдает 0,45 вольта.

    ГДЕ РАСПОЛОЖЕНЫ КИСЛОРОДНЫЕ ДАТЧИКИ?

    Количество датчиков кислорода в автомобиле изменилось. Каждый автомобиль, выпущенный после 1996 года, должен иметь кислородный датчик перед и после каждого каталитического нейтрализатора. Таким образом, в то время как большинство автомобилей имеют два лямбда-зонда, двигатели V6 и V8, оснащенные двойным выхлопом, имеют четыре лямбда-зонда — по одному перед и после каталитического нейтрализатора на каждом ряду двигателя.

    1. Верхний кислородный датчик (кислородный датчик 1)

    Кислородный датчик 1 — это верхний кислородный датчик по отношению к каталитическому нейтрализатору. Он измеряет соотношение воздух-топливо в выхлопных газах, выходящих из выпускного коллектора, и отправляет сигналы высокого и низкого напряжения в модуль управления трансмиссией для регулирования воздушно-топливной смеси. Когда модуль управления силовым агрегатом получает сигнал низкого напряжения (обеднение), он компенсирует это за счет увеличения количества топлива в смеси. Когда модуль управления силовым агрегатом получает сигнал высокого напряжения (обогащение), он обедняет смесь, уменьшая количество добавляемого в смесь топлива. Использование модулем управления силовым агрегатом входного сигнала датчика кислорода для регулирования состава топливной смеси известно как замкнутый контур управления с обратной связью. Эта работа с обратной связью приводит к постоянному переключению между обогащением и обеднением, что позволяет каталитическому нейтрализатору минимизировать выбросы за счет поддержания общего среднего соотношения топливной смеси в надлежащем балансе. Однако при запуске холодного двигателя или выходе из строя лямбда-зонда модуль управления силовым агрегатом переходит в режим разомкнутого контура. В режиме разомкнутого контура модуль управления силовым агрегатом не получает сигнал от лямбда-зонда и выдает фиксированную богатую топливную смесь. Работа без обратной связи приводит к повышенному расходу топлива и выбросам. Многие новые кислородные датчики содержат нагревательные элементы, помогающие им быстро достичь рабочей температуры, чтобы свести к минимуму время, затрачиваемое на работу в разомкнутом контуре.

    2. Нижний кислородный датчик (кислородный датчик 2)

    Кислородный датчик 2 — это нижний кислородный датчик по отношению к каталитическому нейтрализатору. Он измеряет соотношение воздух-топливо, выходящее из каталитического нейтрализатора, чтобы убедиться, что каталитический нейтрализатор работает правильно. Каталитический нейтрализатор поддерживает стехиометрическое соотношение воздух-топливо 14,7:1, в то время как модуль управления трансмиссией постоянно переключается между обогащенной и обедненной воздушно-топливной смесью из-за входного сигнала от верхнего кислородного датчика (датчик 1). Следовательно, нижний кислородный датчик (датчик 2) должен выдавать постоянное напряжение примерно 0,45 В.

    ПРИНЦИП РАБОТЫ КИСЛОРОДНЫХ ДАТЧИКОВ

    Пошаговое руководство по работе автомобильных кислородных датчиков. Эта статья относится к большинству автомобилей.

    Шаг 1. Кислородный датчик представляет собой электронный компонент, разработанный для измерения уровня кислорода в выхлопной системе автомобильного двигателя.

    Шаг 2. Как правило, кислородный датчик крепится к трубе выхлопной системы или сбоку от каталитического нейтрализатора, при этом часть датчика находится внутри трубы. Это измеряет кислородную смесь, генерируя небольшое количество электричества из-за разницы в атмосфере, кислороде и углекислом газе. Компьютер PCM отслеживает это напряжение и соответствующим образом регулирует подачу топлива. Кислородные датчики обычно можно найти в выхлопной трубе рядом с двигателем (первичный датчик), хотя иногда они устанавливаются в самом выпускном коллекторе, где соединяется выхлопная труба. Датчики, расположенные после или на каталитическом нейтрализаторе, являются вторичным блоком.

    Шаг 3. Работа датчика заключается в измерении количества кислорода, необходимого для сжигания любого топлива, оставшегося в потоке выхлопных газов, и передаче этой информации обратно в компьютер PCM (модуль управления силовым агрегатом), где она сравнивается с другой оперативной информацией, чтобы корректировки можно добиться максимальной топливной экономичности и мощности за счет правильной топливовоздушной смеси и угла опережения зажигания в двигателе. Датчики кислорода делают это за счет химической реакции внутри самого датчика; в этой статье мы объясним эволюцию и применение этой очень важной части головоломки впрыска топлива. Датчики кислорода работают через химическую реакцию. Сердечник или элемент датчика представляет собой циркониевую керамику с тонким слоем платины. Поскольку эти материалы являются реакционноспособными и наносятся в виде слоев, они со временем изнашиваются, что снижает их эффективность.

    Шаг 4. Напряжение, создаваемое датчиком, затем передается на компьютер, где он сравнивает его с другой оперативной информацией, чтобы внести необходимые корректировки смеси и времени. Кислородный датчик находится в постоянной связи с блоком управления двигателем, передавая ему информацию, необходимую для регулировки подачи топлива для оптимального сгорания.

    Шаг 5. Когда двигатель холодный, кислородный датчик считывает показания медленно, для устранения этой проблемы был установлен нагревательный элемент, который помогает датчику работать правильно, пока двигатель не достигнет рабочей температуры. Когда эти нагреватели выходят из строя, загорается контрольная лампа двигателя. Количество вторичных датчиков будет зависеть от количества каталитических нейтрализаторов в автомобиле. Кислородные датчики используют чередование богатых и обедненных смесей для достижения баланса, близкого к стехиометрической смеси (идеально подходит для внутреннего сгорания).

    ЗОНД

    Чувствительный элемент представляет собой керамический цилиндр, покрытый изнутри и снаружи пористыми платиновыми электродами; вся сборка защищена металлической сеткой. Он работает путем измерения разницы содержания кислорода между выхлопными газами и наружным воздухом и генерирует напряжение или изменяет свое сопротивление в зависимости от разницы между ними.

    Датчики работают эффективно только при нагреве примерно до 316 °C (600 °F), поэтому большинство новых лямбда-зондов имеют нагревательные элементы, заключенные в керамику, которые быстро нагревают керамический наконечник до температуры. Старые датчики без нагревательных элементов в конечном итоге будут нагреваться выхлопными газами, но существует временная задержка между запуском двигателя и моментом, когда компоненты выхлопной системы приходят в тепловое равновесие. Время, необходимое для того, чтобы выхлопные газы довели датчик до температуры, зависит от температуры окружающего воздуха и геометрии выхлопной системы. Без нагревателя процесс может занять несколько минут. Существуют проблемы с загрязнением, связанные с этим медленным процессом запуска, в том числе аналогичная проблема с рабочей температурой каталитического нейтрализатора.

    Обычно к зонду подсоединены четыре провода:
    1. два для лямбда-выхода и
    2. два для питания нагревателя,

    , хотя некоторые автопроизводители используют металл в качестве заземления для сигнала сенсорного элемента, что приводит к три провода. Раньше датчики без электрического обогрева имели один или два провода.

    ТИПЫ КИСЛОРОДНЫХ ДАТЧИКОВ

    1. Циркониевый датчик

    Датчик лямбда из диоксида циркония или циркония основан на твердотельном электрохимическом топливном элементе, называемом ячейкой Нернста. Два его электрода обеспечивают выходное напряжение, соответствующее количеству кислорода в выхлопных газах по отношению к количеству кислорода в атмосфере.

    Выходное напряжение 0,2 В (200 мВ) постоянного тока представляет собой «обедненную смесь» топлива и кислорода, где количество кислорода, поступающего в цилиндр, достаточно для полного окисления монооксида углерода (СО), образующегося при сжигании воздуха и топлива, в углекислый газ (CO2). Выходное напряжение 0,8 В (800 мВ) постоянного тока представляет собой «богатую смесь» с высоким содержанием несгоревшего топлива и низким содержанием остаточного кислорода. Идеальная уставка составляет примерно 0,45 В (450 мВ) постоянного тока. Именно здесь количества воздуха и топлива находятся в оптимальном соотношении, которое составляет ~ 0,5% обедненной смеси от стехиометрической точки, так что выхлопные газы содержат минимальное количество угарного газа.

    Напряжение, создаваемое датчиком, нелинейно по отношению к концентрации кислорода. Датчик наиболее чувствителен вблизи стехиометрической точки (где λ = 1) и менее чувствителен, когда он либо очень бедный, либо очень богатый.
    ЭБУ представляет собой систему управления, которая использует обратную связь от датчика для регулировки топливно-воздушной смеси. Как и во всех системах управления, важна постоянная времени датчика; способность ECU контролировать соотношение топлива и воздуха зависит от времени отклика датчика. Стареющий или загрязненный датчик обычно имеет более медленное время отклика, что может снизить производительность системы. Чем короче период времени, тем выше так называемый «перекрестный счет» и тем более отзывчива система.

    Датчик имеет прочную конструкцию из нержавеющей стали внутри и снаружи. Благодаря этому датчик обладает высокой коррозионной стойкостью, что позволяет эффективно использовать его в агрессивных средах с высокой температурой/давлением.
    Циркониевый датчик относится к «узкополосному» типу, относящемуся к узкому диапазону соотношений топливо/воздух, на который он реагирует.

    2. Широкополосный циркониевый датчик

    Вариант циркониевого датчика, называемый «широкополосным», был представлен компанией NTK в 1992 и широко используется в системах управления двигателем автомобилей, чтобы удовлетворить постоянно растущие требования к экономии топлива, снижению выбросов и одновременному повышению производительности двигателя. Он основан на плоском элементе из диоксида циркония, но также включает в себя электрохимический газовый насос. Электронная схема, содержащая контур обратной связи, регулирует ток газового насоса, чтобы поддерживать постоянный выходной сигнал гальванического элемента, так что ток насоса напрямую указывает на содержание кислорода в выхлопных газах. Этот датчик устраняет цикличность обеднения и обогащения, присущую узкополосным датчикам, позволяя блоку управления гораздо быстрее регулировать подачу топлива и угол опережения зажигания двигателя. В автомобильной промышленности этот датчик также называют датчиком UEGO (универсальный датчик кислорода в отработавших газах). Датчики UEGO также широко используются для вторичной настройки динамометрического стенда и высокопроизводительного оборудования для индикации состояния воздуха и топлива для водителя. Широкополосный циркониевый датчик используется в системах послойного впрыска топлива, а теперь его можно использовать и в дизельных двигателях, чтобы соответствовать будущим ограничениям выбросов EURO и ULEV.

    Широкополосные датчики состоят из трех элементов:
    1. ионно-кислородный насос,
    2. узкополосный циркониевый датчик,
    3. нагревательный элемент.

    Схема подключения широкополосного датчика обычно имеет шесть проводов:
    1. резистивный нагревательный элемент,
    2. резистивный нагревательный элемент,
    3. датчик,
    4. насос,
    5. калибровочный резистор,
    6. общий.

    3. Датчик Titania

    Менее распространенный тип узкополосного лямбда-зонда имеет керамический элемент, изготовленный из Titania (двуокиси титана). Этот тип не генерирует собственное напряжение, но изменяет свое электрическое сопротивление в зависимости от концентрации кислорода. Сопротивление Titania зависит от парциального давления кислорода и температуры. Поэтому некоторые датчики используются с датчиком температуры газа, чтобы компенсировать изменение сопротивления из-за температуры. Значение сопротивления при любой температуре составляет около 1/1000 изменения концентрации кислорода. К счастью, при λ = 1 происходит большое изменение кислорода, поэтому изменение сопротивления обычно составляет 1000 раз между богатым и обедненным, в зависимости от температуры.

    Поскольку титан является полупроводником N-типа со структурой TiO2-x, x-дефекты в кристаллической решетке проводят заряд. Таким образом, для богатого топливом выхлопа (более низкая концентрация кислорода) сопротивление низкое, а для обедненного топливом выхлопа (более высокая концентрация кислорода) сопротивление высокое. Блок управления питает датчик небольшим электрическим током и измеряет результирующее падение напряжения на датчике, которое варьируется от почти 0 вольт до примерно 5 вольт. Как и циркониевый датчик, этот тип является нелинейным, поэтому его иногда упрощенно описывают как бинарный индикатор, показывающий либо «обогащенный», либо «скудный». Датчики из титана дороже, чем датчики из циркония, но они также быстрее реагируют.

    В автомобилестроении сенсору из титана, в отличие от сенсора из диоксида циркония, для правильной работы не требуется эталонный образец атмосферного воздуха. Это упрощает проектирование узла датчика для защиты от загрязнения водой. В то время как большинство автомобильных датчиков являются погружными, для датчиков на основе диоксида циркония требуется очень небольшая подача эталонного воздуха из атмосферы.

    Learn more