АВТО БЛОГ YAMAHA-VOLGA.RU

Лямбда зонд принцип работы: Кислородный датчик (лямбда-зонд): устройство и принцип работы

7 июня, 2023 by admin

Принцип работы лямбда зонда | Выхлоп-сервис

В современных системах управления впрыском топлива, едва ли не главную роль выполняет датчик содержания кислорода в выхлопных газах (Oxygen Sensor). Его часто называют лямбда-зонд или О2-датчик, иногда — датчик выхлопа. Задача лямбда-зонда состоит в том чтобы преобразовывать информацию о содержании кислорода в выхлопных газах в эл.сигнал, который, в свою очередь, считывается эл.блоком управления впрыском (ECU).

В современных двигателях оптимальной считается смесь с соотношением 14.7 частей воздуха к 1части топлива. Соотношение воздуха и топлива в составе топливной смеси определяется эл.блоком по полученным сигналам датчиков установленных на двигателе, качество же приготовленной смеси проверяется ECU по сигналам, введенного в обратную связь, датчика О2. При излишне обогащенной или обедненной топливной смеси, эл.блок корректирует ее приготовление с учетом показаний лямбда-зонда. датчик О2 выполняет в системе впрыска топлива одну из основных функций, работа двигателя во многом зависит от его исправного состояния. Самыми важными условиями работоспособности датчика содержания кислорода в выхлопных газах являются:

1. Обеспечение герметичности выхлопного тракта и непосредственно места установки датчика. При замене вышедшего из строя датчика О2 следует смазывать его резьбу специальной токопроводной смазкой для предотвращения заклинивания резьбового соединения. Не стоит применять для этого стандартные смазки, т.к. они не являются токопроводными, а резьбовая часть датчика является для него эл.контактом. Некачественный контакт (или контакт с большим сопротивлением эл.току) приведет к неправильной работе
лямбда-зонда. В некоторых конструкциях предусмотрена установка герметизирующей шайбы. Чаще всего эти шайбы являются одноразовыми и при демонтаже датчика подлежат замене.

2. Считается недопустимым попадание на корпус датчика тормозной или охлаждающей жидкости и других реактивов. Не следует применять для очистки его поверхности какие-либо растворители и активные моющие средства.

3. В связи с малыми рабочими токами, должны быть обеспечены надлежащие контакты в разъемах соединений эл. цепи и проводки датчика О2.

4. Существенно снизить ресурс лямбда-зонда может применение топлива, в состав которого входит высокое содержание свинца (эт.бензин).

5. К выходу из строя датчика может привести перегрев его корпуса. Перегрев может произойти из-за неправильно установленного угла опережения зажигания или сильно переобогащенной топливной смеси. В свою очередь, топливная смесь может быть переобогащена из-за забитого воздушного фильтра, неисправного регулятора давления топлива в системе, неработающего датчика температуры охлаждающей жидкости и др.

Функционально лямбда-зонд работает, как переключатель и выдает напряжение выше порогового (0.45V) при низком содержании кислорода в выхлопных газах. При высоком уровне кислорода датчик О2 снижает это пороговое напряжение ECU. При этом, важным параметром является скорость переключения датчика. В большинстве систем впрыска топлива О2-датчик имеет выходное напряжение от 40–100мВ. до 0.7–1В. Длительность фронта должна быть не более 120мСек. Следует отметить, что многие неисправности лямбда-зонда контроллерами не фиксируются и судить о его исправной работе можно только после
соответствующей проверки.

Проверку работоспособности датчика О2 лучше всего производить с помощью осциллографа. На Рис.3 показан сигнал нормально работающего лямбда-зонда на прогретом двигателе, работающего на ХХ.

На Рис.4 показан выходной сигнал еще работающего, но изрядно послужившего и практически забитого датчика О2. Данная осциллограмма зафиксировала падение амплитуды выходного сигнала ниже 0V, что говорит о неисправности датчика О2. Данная неисправность датчика чаще всего фиксируется системой самодиагностики и на приборной панели загорается лампочка «CHECK ENGINE», которая сигнализирует о неисправности.

На Рис.5 представлена наиболее распространенная «болезнь» датчиков содержания кислорода в выхлопных газах, которая выражена в замедленной его реакции. Время фронта сигнала (t) значительно превышает 120 мСек. Данная неисправность датчика неминуемо вызывает увеличенный расход топлива и заметное снижение динамики автомобиля, а система самодиагностики ее не зафиксирует, т. к. данный параметр не отслеживается контроллером.

Неисправности “замерзших» датчиков О2 не фиксируются контроллером, т.к.амплитудные значения сигналов не выходят из заданного для них диапазона. В большинстве систем впрыска топлива неисправности датчиков могут быть зафиксированы только при выходе их сигнала из этого заданного диапазона. Чаще всего это 0–1В.

Таким образом, однозначно фиксируется только полное отсутствие сигнала и его минусовое значение, в этих случаях ошибка индицируется лампой «CHECK ENGINE». Однако, следует заметить, что в некоторых ECU предусмотрена возможность диагностики и обнаружения неисправности по косвенным признакам (соотношение показаний датчика скорости автомобиля или датчика положения коленвала, датчика положения дроссельной заслонки, расходомера воздуха и др.). В этих случаях индикация «СЕ» может быть включена.

При обнаружении неисправности О2-датчика, контроллер переходит в режим управления впрыском по усредненным параметрам и завышает обогащение

Ресурс датчика содержания кислорода в выхлопных газах обычно составляет от 30 до 70 тыс. км. и в значительной степени зависит от условий эксплуатации. Дольше служат, как правило, датчики с подогревом. Рабочая температура для них обычно 315–320ёC. В конструкцию этих датчиков включен нагревающий элемент, имеющий на разъеме свои контакты. Проверку работоспособности нагревательного элемента таких датчиков можно производить обычным омметром. Сопротивление их обычно составляет от 3 до 15 Ом.

Демонтаж неисправного лямбда-зонда следует производить при температуре двигателя около 50ёC, в противном случае, из-за заклинивания, велик риск сорвать резьбу. Перед тем, как приступать к демонтажу, необходимо при выключенном зажигании отсоединить разъем датчика. На некоторых автомобилях, чтобы снять датчик О2, необходимо демонтировать защитный кожух выпускного тракта. Признаком неисправного лямбда-зонда может служить повышение расхода топлива и ухудшение динамики автомобиля, при этом возможен неустойчивый холостой ход двигателя.

В большинстве своем, сходные по конструкции датчики являются взаимозаменяемыми. Возможна и замена неподогреваемых на подогреваемые О2 (обратную замену я не рекомендую). Однако часто возникает проблема несовместимости разъемов и отсутствие дополнительных проводов питания для подогревающего элемента. При этих заменах можно самостоятельно проложить дополнительные провода и подключить подогреватель к реле зажигания или реле эл.бензонасоса. При этом следует учитывать, что ток потребления подогревателя может составлять до 8–12А. Если есть возможность, лучше эту цепь подключить через дополнительное реле и предохранитель, как показано на Рис.9.

На рис. показана схематика разъемов, которые чаще всего встречаются с распространенными датчиками содержания кислорода в выхлопных газах. Цветовая маркировка проводов, разъемов (и их конструкция) могут различаться и зависят от предприятия (фирмы) изготовителя конкретного датчика или автомобиля. Однако замечено, что сигнальный провод О2 чаще бывает более темного цвета, чем его подогревателя. Цветовая маркировка проводов подогревателя датчика, чаще всего бывает одноцветной (часто белого цвета), но отличной от сигнального провода.

В заключение хочу отметить, что датчик содержания кислорода в выхлопных газах устанавливается, как правило, в паре с катализатором. Многие автовладельцы считают, что они взаимосвязаны функционально и могут работать только в паре. Однако это не совсем так. В большинстве автомобилей лямбда-зонд установлен на выхлопном тракте до катализатора. В этом случае катализатор не может влиять на работу датчика, хотя обратная зависимость есть и заключается в том, чтобы система впрыска топлива регулировала топливную смесь не обогащая ее, таким образом продляя срок службы катализатора.

Некоторые автовладельцы самостоятельно заменяют вышедший из строя катализатор на резонатор и отключают лямбда-зонд. В этом случае ECU работает по усредненным значениям и не может обеспечить оптимального приготовления состава топливной смеси. Кроме того, добиться низкого уровня содержания СО в выхлопных газах на таких автомобилях бывает весьма проблематично. Часто в этих случаях после отключения аккумулятора работа двигателя становится неустойчивой и не всегда оптимизируется даже после значительного пробега автомобиля, т. к. не во всех ECU есть система коррекции режимов сохраняемых в оперативной памяти и, при отключении питания, ECU теряет эти значения. Восстановление этих значений порой может быть дороже стоимости нового катализатора вместе с О2.

Бесконтрольность датчика О2 может привести к его полному разрушению, а ведь его основу составляют керамические пластины. Самым серьезным следствием отключенного лямбда-зонда может стать вышедший из строя двигатель, т.к. на многих автомобилях из-за растянувшегося ремня ГРМ (и не только) могут не плотно быть закрыты выпускные клапана в начале обратного хода поршня. В этот момент очень велик риск попадания керамики в камеру сгорания, а чем это грозит догадаться не трудно.

Если вы решили заменить катализатор на резонатор или просто его удалить, не стоит отключать лямбда-зонд, а если и он вышел из строя, то установите новый датчик. В автомобилях где лямбда-зонд установлен на катализаторе, дело обстоит еще сложнее, т.к. О2 контролирует уже очищенный выхлоп. В этом случае, если удален катализатор (даже если сохранен О2), добиться оптимальной работы двигателя бывает достаточно трудно, т.к. программа ECU может быть не рассчитана на более «грязный» выхлоп и часто воспринимает
это как неисправность лямбда-зонда.

Настоятельно рекомендую проверять работу датчика содержания кислорода в выхлопных газах не реже одного раза через каждые 5000–10000 км. пробега автомобиля. Решением данной проблемы контроля может стать установленный на приборной панели индикатор работы лямбда-зонда.

Vladimir Kalinovsky
Corsa Automotive
2307 McDonald Ave
Brooklyn, NY 11223
(718) 998–0770
fax (718) 627–7312
Внимание! Проверку работы датчика содержания кислорода в выхлопных газах следует проводить на прогретом двигателе и частоте вращения коленвала на оборотах обычного Х.Х.+1200. Щуп осциллографа необходимо подключать к сигнальному проводу О2 не отключая датчик от контроллера.

Отключить диагностические лямбда зонды, что избавит от необходимости их менять, можно с помощью чип тюнинга. Это позволит полностью удалить каталитический нейтрализатор.

Лямбда зонд в авто — что это такое и как работает

Грамотных автолюбителей такими терминами как ABS, ESP, катализатор не удивишь. Расскажем что такое лямбда зонд в машине. Для чего нужен и принцип работы. Что делать, если не работает.

Жесткие экологические нормы узаконили применение на автомобилях каталитических нейтрализаторов – устройств, способствующих снижению содержания вредных веществ в выхлопных газах. Катализатор вещь хорошая, но эффективно работает лишь при определенных условиях. Без постоянного контроля состава топливно-воздушной смеси обеспечить катализаторам «долголетие» невозможно – тут приходит на помощь датчик кислорода, он же лямбда зонд.

Что это такое

Название датчика лямбда зонд происходит от греческой буквы λ, которая в автомобилестроении обозначает коэффициент избытка воздуха в топливно-воздушной смеси. По сути, это датчик для измерения состава выхлопных газов, чтобы поддерживать оптимальный состав топлива и воздуха.

При оптимальном составе этой смеси, когда на 14,7 части воздуха приходится одна часть топлива — лямбда равна 1. Обеспечить такую точность возможно только с помощью систем питания с электронным впрыском топлива и при использовании в цепи обратной связи лямбда-зонда.

Избыток воздуха в смеси измеряется весьма оригинальным способом – путем определения в выхлопных газах содержания остаточного кислорода (О₂). Поэтому лямбда зонд и стоит в выпускном коллекторе перед катализатором. Электрический сигнал датчика считывается электронным блоком управления системы впрыска топлива (ЭБУ). Тот в свою очередь оптимизирует состав смеси путем изменения количества подаваемого в цилиндры топлива.

На некоторых моделях автомобилей имеется еще один лямбда-зонд. Расположен он на выходе катализатора. Этим достигается большая точность приготовления смеси и контролируется эффективность работы катализатора.

Принцип работы

Схема лямбда зонда на основе диоксида циркония, расположенного в выхлопной трубе. 1 – твердый электролит ZrO2; 2, 3 – наружный и внутренний электроды; 4 – контакт заземления; 5 – «сигнальный контакт»; 6 – выхлопная труба.

Эффективное измерение остаточного кислорода в отработавших газах лямбда-зонд обеспечивает после разогрева до температуры 300 – 400°С. Только в таких условиях циркониевый электролит приобретает проводимость. Разница в количестве атмосферного кислорода и кислорода в выхлопной трубе ведет к появлению на электродах лямбда-зонда выходного напряжения.

При пуске и прогреве холодного двигателя управление впрыском топлива осуществляется без участия этого датчика, а коррекция состава топливо-воздушной смеси осуществляется по сигналам других датчиков (положения дроссельной заслонки, температуры охлаждающей жидкости, числа оборотов коленвала).

Особенность циркониевого лямбда-зонда — при малых отклонениях состава смеси от идеального напряжение на его выходе изменяется скачком в интервале 0,1 — 0,9 В.

Зависимость напряжения лямбда-зонда от коэффициента избытка воздуха при температуре датчика 500-800°С.

Для повышения чувствительности лямбда-зондов при пониженных температурах и после запуска холодного двигателя используют принудительный подогрев. Нагревательный элемент расположен внутри керамического тела датчика и подключается к электросети автомобиля.

Если не работает

В этом случае ЭБУ начинает работать по усредненным параметрам, записанным в его памяти: при этом состав образующейся топливно-воздушной смеси будет отличаться от идеального. В результате появится повышенный расход топлива, неустойчивая работа двигателя на холостом ходу, увеличение содержания СО в выхлопе, снижение мощности. Но машина при этом остается на ходу.

Перечень неисправностей лямбда зонда достаточно большой и некоторые из них самодиагностикой автомобиля не фиксируются. Поэтому окончательное решение о замене датчика можно принять только после его тщательной проверки, которую лучше поручить специалистам.

Отметим, что попытки замены неисправного устройства имитатором или применение обманок ни к чему не приведут. ЭБУ не распознает «чужие» сигналы и не использует их для коррекции состава приготавливаемой горючей смеси, т.е. попросту «игнорирует».

Лямбда зонд – наиболее уязвимый датчик машины. Его ресурс составляет 60 – 120 000 км в зависимости от условий эксплуатации и исправности двигателя. Особенно чувствителен к качеству топлива – после нескольких плохих заправок он «умирает» и больше не работает.

Что делает лямбда-зонд?

Что такое лямбда-зонд?

Проще говоря, лямбда-зонд измеряет количество кислорода в выхлопных газах, чтобы обеспечить правильное сжигание топлива двигателем.

Через мгновение мы углубимся в то, как именно и почему. Мы также ответим на несколько других вопросов, таких как «Как проверить лямбда-зонд?» и «Какой лямбда-зонд мне выбрать?»0003

Лямбда-зонды были введены в 1977 году для повышения эффективности автомобильных двигателей. Устанавливаемые как на бензиновые, так и на дизельные автомобили, они помогают снизить количество вредных выбросов, в первую очередь таких газов, как угарный газ, и загрязняющих веществ, производимых вашим автомобилем.

Датчики предназначены для работы в рамках государственного законодательства по выхлопным газам. Из-за роли, которую они играют в работе вашего автомобиля, они также широко известны как датчики кислорода или датчики кислорода .

Научные принципы работы лямбда-зонда

Соотношение воздух-топливо

Когда ваш автомобиль работает на бензине или дизельном топливе, он смешивается с воздухом, чтобы обеспечить наиболее эффективную работу вашего двигателя.

Это соотношение воздуха и топлива известно как стехиометрическое соотношение. Или, что гораздо проще произнести, коэффициент лямбда. Лямбда — греческая буква, обозначаемая буквой λ.

Работа на обогащенной смеси

Когда топливо работает на обогащенной смеси, это означает, что в смеси не так много воздуха, как должно быть. При богатом топливе остается избыточное несгоревшее топливо. Несгоревшее топливо создает загрязнение окружающей среды, чего мы пытаемся избежать.

Бедная смесь

Когда в вашей топливной смеси слишком много воздуха, она создает обедненную топливную смесь. Бедная топливная смесь имеет тенденцию производить больше загрязняющих веществ оксидов азота. Это также может привести к снижению производительности двигателя и возможному его повреждению.

Как лямбда-зонд корректирует топливную смесь?

Ваш автомобиль будет иметь как минимум один датчик в выхлопной системе для измерения количества кислорода в выхлопных газах после сгорания топлива.

В современных автомобилях часто бывает 2 датчика. Первый — непосредственно после двигателя и перед каталитическим нейтрализатором. Второй ставится после каталитического нейтрализатора для наблюдения за общей работой. Он также проверяет, правильно ли ваша кошка выполняет свою работу.

Ваш лямбда-зонд преобразует количество кислорода, присутствующего в выхлопных газах, в электрический сигнал и отправляет его на компьютер, который управляет работой двигателя.

ЭБУ (блок управления двигателем) обрабатывает показания и отправляет информацию обратно в двигатель. Затем двигатель компенсирует, как смешивать топливо и воздух, чтобы вернуть соотношение к тому, которое должно быть.

Напряжение, создаваемое датчиком, находится в диапазоне от 0,1 В до 0,9 В. Показание 0,1 В соответствует обедненной топливной смеси, а 0,9 В.V-чтение, тот, который работает скудно. Оптимальное напряжение для идеального микса составляет 0,45 В.

Как часто требуется замена лямбда-зонда?

Из-за особенностей работы и расположения в очень жаркой и грязной среде ваш лямбда-зонд со временем изнашивается.

Несколько факторов могут повлиять на срок службы ваших датчиков, но обычно он должен длиться от 50 до 100 тысяч миль.

Ранние датчики не имели нагревательного элемента. Для работы им требовалось, чтобы температура выхлопных газов достигала удельной теплоемкости. Современные датчики оснащены нагревательным элементом, который снимает с датчика большую часть давления. Эти новые датчики имеют гораздо более длительный срок службы.

Ваш датчик следует периодически проверять, чтобы обеспечить его правильную работу.

Как определить, что ваш лямбда-зонд не работает должным образом

• Производительность вашего двигателя пострадает — часто будут пропуски зажигания, перебои или вообще не запустится
• Когда ваш двигатель работает на холостом ходу или просто работает, он будет грубым и комковатым по сравнению с обычным
• Работа двигателя плохая
• Расход топлива выше нормы
• Ваш автомобиль не прошел тест на выбросы
• На приборной панели загорится сигнальная лампа двигателя

Как проверить лямбда-зонд

Существует несколько способов проверки лямбда-зонда.

1. Проверка лямбда-зонда с помощью прибора для проверки выхлопных газов

Быстрый и простой способ измерения производительности лямбда-зонда — анализатор выбросов четырех газов . Это выполняется так же, как и ваш тест на выбросы. Значение лямбда рассчитывается на основе изменения состава отработавших газов за 60 секунд, чтобы убедиться, что поддерживаемое соотношение всегда работает на уровне 1,9.0005

Проверка лямбда-зонда мультиметром

Используйте только мультиметр с высоким импедансом и цифровым дисплеем. Мультиметр должен быть подключен параллельно сигнальной линии датчика и настроен на 1В или 2В. Когда вы запускаете двигатель, должно появиться значение от 0,4 до 0,6 В. Как только двигатель прогреется, показания должны чередоваться между 0,1–0,9 В. Идеальная частота вращения двигателя для наилучших измерений должна составлять 2500 об/мин.

Проверка лямбда-зонда с помощью осциллографа

Подключите осциллограф к сигнальной линии. Установите диапазон напряжения 1–5 В и настройку времени 1–2 секунды и снова запустите двигатель на 2500 об/мин. Высота амплитуды сигнала будет соответствовать максимальному и минимальному напряжению (0,1–0,9 В), а время отклика и продолжительность периода покажут частоту (0,5–4 Гц).

Проверка лямбда-зонда с помощью тестера лямбда-зонда

Вы можете купить прибор, предназначенный исключительно для измерения лямбда-зонда. Как и в случае с осциллографом или мультиметром, подключите тестер к сигнальной линии, и когда вы достигнете правильной температуры, ваши показания будут отображаться с использованием светодиодной шкалы.

Всегда заменяйте свой датчик, наподобие

Учитывая, что доступны сотни датчиков, вы можете спросить: «Какой лямбда-зонд мне нужен?»

Всегда проверяйте рекомендации производителя, так как существуют разные типы датчиков, и вам нужен правильный вариант для вашего ЭБУ.

Когда дело доходит до , заменяющего ваш датчик , вот несколько советов для чистой и правильной установки:

• Тщательно очистите резьбу на выхлопе.
• Наносите на резьбу датчика только входящую в комплект поставки смазку соответствующего типа. Не смазывайте носик датчика.
• Затягивайте датчик только с предписанным крутящим моментом. Используйте динамометрический ключ с подходящей головкой для лямбда-зонда. Чрезмерная затяжка опасна для любого датчика с нагревательным элементом, так как это может привести к растрескиванию внутренней керамики и выходу датчика из строя.

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

КИСЛОРОДНЫЕ ДАТЧИКИ /ЛЯМБДА-ДАТЧИК/: ДЕТАЛИ, ТИПЫ, ПРИНЦИП РАБОТЫ и расположение

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 двигатель.

ЧТО ДЕЛАЕТ КИСЛОРОДНЫЙ ДАТЧИК?

Кислородные датчики работают, вырабатывая собственное напряжение, когда они нагреваются (примерно 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.

ГДЕ РАСПОЛОЖЕНЫ КИСЛОРОДНЫЕ ДАТЧИКИ?

Количество кислородных датчиков 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.

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).

КАК РАБОТАЮТ КИСЛОРОДНЫЕ ДАТЧИКИ

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 монтируется на трубе выхлопной системы или сбоку 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.

К зонду обычно 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 и относится 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.

Comments |0|