Датчик кислорода нужен, чтобы регулировать смесь топлива и воздуха, поступающую в двигатель. Он обеспечивает максимальную мощность и меньший расход топлива. Поговорим для чего нужен датчика кислорода в машине и принцип его работы.
Инженеры противопоставили этой опасной троице очень важное устройство, входящее в систему выпуска, – каталитический нейтрализатор отработавших газов. Иначе говоря, газы, пройдя через это устройство, из агрессивно-токсичных превращаются в сравнительно безопасные, нейтральные.
Зависимость эффективности нейтрализатора от состава рабочей смеси в цилиндрах двигателя. Чтобы эффективность была не ниже 80%, колебания состава относительно оптимального не должны превышать 1%.
Как обеспечить столь высокую точность и одновременно стабильность? Цель была достигнута с появлением электронной системы автоматического регулирования с датчиком кислорода в отработавших газах – по-другому, лямбда-зондом. Этот датчик – важнейший элемент обратной связи в системе впрыска, позволяющей поддерживать стехиометрический состав на установившихся режимах работы двигателя с точностью до ±1%. На современных авто можно увидеть датчики кислорода двух типов. К первому отнесем датчики на основе диоксида циркония (циркониевые), ко второму – на основе оксида титана (титановые). Принцип работы один, разница только в конструкции. Измерительный элемент датчика кислорода имеет напыление благородного металла – платины с внутренней и внешней сторон. Внутри – «твердый электролит» (керамика). Работает по принципу гальванического элемента с твердым электролитом: по достижении температуры 300–350°С керамика начинает проводить ионы кислорода. Полезно помнить, что это минимально возможная температура функционирования измерительного элемента, тогда как при работе двигателя температура датчика около 600°С. Ограничена и максимальная рабочая температура – около 900–1000°С в зависимости от типа датчика, перегрев грозит его повреждением.Современные датчики кислорода – с электроподогревом, которым управляет электронный блок управления двигателем, меняя ток нагревателя. Соответственно, он контролирует и исправность цепи нагревателя, что очень важно.
Несмотря на не слишком внушительные размеры и простоту устройства, кислородный датчик и, более известный как датчик лямбда-зонда играет не самую последнюю роль в работе двигателя автомобиля. Именно поэтому, его поломка может привести к довольно серьезным неприятностям, с которыми уже давно «воюют» владельцы инжекторных автомобилей. В этой статье речь пойдет о том, для чего предназначено данное устройство, как обнаружить поломку кислородного датчика и произвести соответствующую замену.
Название «кислородный» для этого датчика является ошибочным, так как он реагирует совсем не на кислород. Датчик устанавливается в выхлопной системе автомобиля, возле катализатора и имеет один электрод, помещенный внутрь выхлопа. При прохождении выхлопных газов внутри системы, датчик «улавливает» не сгоревшие остатки топлива и электризуется, посылая небольшое напряжение на контроллер. Тот, на основе полученных данных, принимает наиболее рациональное решение о том, какое соотношение смеси должно быть выбрано для режима работы мотора, выбранного в данный промежуток времени. Контроллер всегда будет стараться выбрать идеальное соотношение, то есть количество бензина и подаваемого из атмосферы воздуха будет выбираться наиболее оптимальным, исходя из режима работы.
При отказе этого устройства, контроллер больше не получает важный сигнал и мгновенно переводит двигатель в аварийный режим работы. Соотношение бензина и воздуха больше не регулируется, и он подается в количествах, лишь необходимых для бесперебойной работы двигателя. Таким образом, расход увеличивается, а мотор работает в не самых приятных условиях. Данный режим предназначен для того, чтобы добраться до места ремонта.
Как и любой другой элемент автомобиля, кислородный датчик тоже имеет свойство выходить из строя. Чаще всего, об этом свидетельствует соответствующий сигнал на приборной панели автомобиля — «Check Engine». Это говорит о том, что двигатель перешел в аварийный режим работы. Чтобы убедиться в том, что проблема точно коснулась лямбда-зонд, необходимо провести электронную диагностику с помощью бортового компьютера. Код ошибки для вашего типа двигателя можно узнать из технической литературы к автомобилю. Если проблема действительно заключается в датчике кислорода, то необходимо произвести его срочную замену.
Почему датчик выходит из строя? Дело в том, что в выхлопных газах могут содержаться специальные примеси, которые отрицательно воздействуют на электроды устройства. Данные примеси попадают в выхлоп вместе с некачественным бензином, которым заправляют большинство российских автомобилей. Датчик быстро окисляется и перестает выдавать необходимые для контроллера показания. В конечном итоге, двигатель начинает переходить в аварийный режим.
Кроме некачественного бензина, датчик может сломаться из-за других неисправностей двигателя. Например, поврежденная прокладка ГБЦ, допускает попадание антифриза в камеру сгорания. Новое химическое вещество в выхлопной среде очень быстро выводит датчик из строя.
В замене лямбда зонд, на самом деле, нет ничего конструктивно сложного. Автомобиль устанавливается на смотровую яму или эстакаду и полностью обездвиживается. Делается это для того, чтобы обезопасить его и мастеров от случайного перемещения автомобиля и травматизма.
С аккумулятора скиньте «минусовую» клемму, чтобы исключить возможность возникновения короткого замыкания при работе с электронными приборами. Контактный штекер датчика тоже отсоединяется, таким образом, датчик, с электрической точки зрения, полностью готов к замене.
Открутите датчик из катализатора с помощью соответствующего ключа. Выполнять данную работу нужно только на холодном двигателе, иначе есть риск получить серьезную термическую травму. Если устройство выкручивается с трудом или вообще не поддается, не нужно брать его «силой», так как есть риск очень хорошо испортить катализатор, и тогда неисправности выхлопной системы выйдут гораздо дороже. Если датчик «прикипел», обработайте его с помощью керосина или тормозной жидкости, в лучшем случае — WD-40. После этого, дайте ржавчине раскиснуть и тогда снова попробуйте открутить датчик. Обычно, после такой обработки, снять его становится не такой уж и большой проблемой.
Как только датчик будет выкручен, достаньте его штекер и вытащите из подкапотного пространства. Затем, закрутите новый датчик и подключите его. Старайтесь закручивать датчик как можно герметичнее, иначе есть риск получить «дыру» в выхлопе, а следовательно, неприятный звук работы двигателя.
На этом замена кислородного датчика завершена.
Датчик кислорода — это часть двигателя, отвечающая за смесь воздуха с топливом. Воздушно-топливная смесь снижает расход топлива без потери мощности.
Общеизвестно, что бензиновые двигатели производят очень токсичную отработку. Она содержит целый букет химических элементов, а самые ядовитые из них — окись углерода (CO), углеводороды (CH) и окись азота (NOx). Для нейтрализации их вреда система выпуска была модифицирована каталитическим нейтрализатором. Данное устройство снижает токсичность газов и делает их почти безопасными.
Для эффективной работы нейтрализатора состав газов, подаваемых на него, должен соответствовать определенным стехиометрическим стандартом воздушно-топливной смеси. Коэффициент избытка воздуха — основная характеристика свойственная этой смеси. Его значение колеблется вокруг единицы (1.0). Если оно опускается ниже 1.0, то смесь считается обогащенной. Показатель выше 1.0 указывает на обеднение. Если значение коэффициента избытка воздуха стремится к единице, то такая смесь называется стехиометрической.
Для достижения максимальной эффективности (порядка 80%) состав рабочей смеси в двигателе не должен отступать от стехиометрического значения больше чем на 1%. Но каким образом смешивание газообразного и жидкого вещества может происходить с такой высокой точностью? На выручку пришли современные технологии. Была разработана специальная система регулировки подачи воздуха и топлива, называемая лямбда-зондом. Это высокоточный датчик обратной связи, являющийся одним из самых важных элементов.
Строение датчика кислорода
Современные автомобили используют два разных вида датчиков кислорода: титановые и циркониевые. Несмотря на некоторые различия в строении, принцип работы у них одинаковый. В кислородном датчике имеется элемент измерения, опыленный платиной с наружной и внутренней стороны. Внутри находится керамический твердый электролит.
Принцип работы схож с гальваническим элементом. Минимальная температура, необходимая для функционирования датчика — 300–350 градусов Цельсия. По ее достижении керамический элемент становится проводником ионов кислорода. Максимальная безопасная температура — в пределах 950–1000 градусов Цельсия. Более интенсивный нагрев может привести к поломке.
Принцип работы
Кислородные ионы приводятся в движение за счет разных концентраций масс во внутренней и наружной части системы выпуска. Таким образом, своей работой двигатель создает разность потенциалов, необходимую для подачи сигнала. Если температура датчика ниже 300 градусов Цельсия, то он находится в нерабочем состоянии.
В зависимости от температуры датчика происходит реакция на разные смеси: при высоких температурах — на богатые, при низких на бедные. Разница между реакциями на богатые и бедные смеси весьма высока, но если температура падает ниже 300 градусов Цельсия, разница уменьшается, а датчик переходит в нерабочее состояние.
Для того чтобы решить данную проблему, лямбду пытаются разместить поближе к двигателю, сохраняя при этом ограничение температурного режима во избежание повреждений датчика. Наибольшая опасность возникает при «выжимании» высоких мощностей из мотора.
В современном автомобилестроении датчики кислорода оснащены спиральными нагревательными элементами. Управляется подогрев электроникой двигателя. Помимо этого, электронный блок отвечает еще и за стабильность работы цепи нагревания.
Кислородный датчик — устройство, предназначенное для фиксирования количества оставшегося кислорода в отработавших газах двигателя автомобиля. Он расположен в выпускной системе вблизи катализатора. На основе данных, полученных кислородником, электронный блок управления двигателем (ЭБУ) корректирует расчет оптимальной пропорции топливовоздушной смеси. Коэффициент избытка воздуха в ее составе обозначается в автомобилестроении греческой буквой лямбда (λ), благодаря чему датчик получил второе название — лямбда-зонд.
При ремонте стоить помнить, что к такому датчику ни в коему случае нельзя припаивать какие попало провода, потому что именно в изоляции проложены каналы для прохождения эталонного воздуха. Если такового не будет, то датчик попросту не будет правильно работать.
Широкополосный датчик – это новейшая конструкция лямбда-зонда на данный момент. Его устройство позволяет не просто определять бедную или богатую смесь на входе в цилиндры, но так же и определять степень отклонения. Именно такие параметры сделали его более точным, в то же время широкополосный кислородный датчик быстрее реагирует на изменения состава выхлопных газов.
Одна из наиболее распространённых моделей. Создана на основе диоксида циркония (ZrO2).
Циркониевый датчик кислорода действует по принципу гальванического элемента с твёрдым электролитом в виде керамики из диоксида циркония (ZrO2)
Керамический наконечник с диоксидом циркония с обеих сторон покрыт защитными экранами из токопроводящих пористых платиновых электродов. Свойства электролита, пропускающего ионы кислорода, проявляются при нагреве ZrO2 выше 350°C. Лямбда-зонд не будет работать, не прогревшись до нужной температуры. Быстрый нагрев осуществляется за счёт встроенного в корпус нагревательного элемента с керамическим изолятором.
Выхлопные газы поступают к наружной части наконечника через специальные просветы в защитном кожухе. Атмосферный воздух попадает внутрь датчика через отверстие в корпусе или пористую водонепроницаемую уплотнительную крышку (манжету) проводов.
Разница потенциалов образуется за счёт передвижения ионов кислорода по электролиту между наружным и внутренним платиновыми электродами. Напряжение, образующееся на электродах, обратно пропорционально количеству О2 в выхлопной системе.
Напряжение, которое образуется на двух электродах, обратно пропорционально количеству кислорода
Относительно сигнала, поступающего от датчика, блок управления регулирует состав ТВС, стараясь приблизить её к стехиометрической. Напряжение, поступающее от лямбда-зонда, ежесекундно меняется по несколько раз. Это даёт возможность регулировать состав топливной смеси независимо от режима работы ДВС.
По количеству проводов можно выделить несколько типов циркониевых устройств:
Циркониевые лямбда-зонды в свою очередь разделяются на одно-, двух-, трёх- и четырёхпроводные датчики
Визуально похож на циркониевый. Чувствительный элемент датчика создан из диоксида титана. В зависимости от количества кислорода в выхлопных газах скачкообразно меняется объёмное сопротивление датчика: от 1 кОм при богатой смеси до более 20 кОм при бедной. Соответственно, меняется проводимость элемента, о чём датчик сигнализирует блоку управления. Рабочая температура титанового датчика — 700°C, поэтому наличие нагревательного элемента обязательно. Эталонный воздух отсутствует.
Из-за своей сложной конструкции, дороговизны и привередливости к перепадам температуры большое распространение датчик не получил.
Кроме циркониевых, существуют также кислородные датчики на основе двуокиси титана (TiO2)
Конструктивно отличается от предыдущих 2 камерами (ячейками):
В камере для измерений с использованием электронной схемы модуляции напряжения поддерживается состав газов, соответствующий λ=1. Насосная ячейка при работающем моторе на обеднённой смеси устраняет лишний кислород из диффузионного зазора в атмосферу, при богатой смеси — пополняет диффузионное отверстие недостающими ионами кислорода из внешнего мира. Направление тока для перемещения кислорода в разные стороны меняется, а его величина пропорциональна количеству О2. Именно значение тока и служит детектором λ выхлопных газов.
Температура, необходимая для работы (не менее 600°C), достигается за счёт работы нагревательного элемента в датчике.
Широкополосные датчики кислорода детектируют лямбду от 0,7 до 1,6
Основные положения и функции Кислородного датчика :Жесткие экологические нормы во многих странах мира, стали диктовать количество выбросов вредных веществ, тем самым узаконили применение на автомобилях каталитических нейтрализаторов (в обиходе – катализаторы) – устройств, способствующих снижению содержания вредных веществ в выхлопных газах автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. Катализатор — нужный и ответственный узел автомобиля, но эффективно работает лишь при определенных условиях. Без постоянного контроля состава топливно-воздушной смеси катализатор умрёт ( потеряет свои основные свойства и функции) очень быстро – для того чтобы, как можно дольше продлить его жизнь и приходит на помощь датчик кислорода, он же О2-датчик, он же лямбда-зонд (ЛЗ).
Название датчика происходит от греческой буквы L (лямбда), которая в автомобилестроении обозначает коэффициент избытка воздуха в топливно-воздушной смеси. При оптимальном составе этой смеси, когда на 14,7 части воздуха приходится 1 часть топлива (речь идет о объемном соотношении величин), L равна 1 (график 1). «Окно» эффективной работы катализатора очень узкое: L=1±0,01. Обеспечить такую точность возможно только с помощью систем питания с электронным (дискретным) впрыском топлива и при использовании в цепи обратной связи лямбда-зонда. Таким образом, Лямбда зонд создан и поставлен инженерами для информирования компьютера, инжекторного автомобиля об отклонении от нормы соотношения топливно воздушной смеси.
График 1. Зависимость мощности двигателя (P) и расхода топлива (Q) от коэффициента избытка воздуха (L)
Избыток воздуха в смеси измеряется весьма оригинальным способом ( причем этот способ не является обходным путем, а дает уверенно точные показания ) – 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), а тот в свою очередь оптимизирует состав смеси путем изменения количества подаваемого в цилиндры топлива. Таким образом, происходит регулировка не воздуха, а именно топлива, относительно воздуха, тем самым достигается максимальный процент сгорания топлива в цилиндрах, максимально эффективная работа катализатора, и как следствие максимальный крутящий момент двигателя автомобиля.
Причем на большинстве современных моделях автомобилей имеется еще один лямбда-зонд, так же возможна установка дополнительных датчиков работающих в связке (например датчик температуры катализатора, расположен он на выходе катализатора). Этим достигается большая точность приготовления смеси и контролируется эффективность работы катализатора (рис. 1).
Рис. 1. Схема L-коррекции с одним и двумя датчиками кислорода двигателя 1 – впускной коллектор; 2 – двигатель; 3 – блок управления двигателем; 4 – топливная форсунка; 5 – основной лямбда-зонд; 6 – дополнительный лямбда-зонд; 7 – каталитический нейтрализатор.
Существует несколько видов лямбда-зондов, применяемых на современных автомобилях. Рассмотрим конструкцию и принцип работы наиболее популярного из них — датчика кислорода на основе диоксида циркония (ZrO2). Датчик состоит из следующих основных элементов:
Внешний и внутренний электроды покрыты платиновым напылением. Принцип работы такого лямбда зонда основан на возникновении разности потенциалов между слоями платины (электроды), которые чувствительны к кислороду. Она возникает при нагревании электролита, когда через него происходит движение ионов кислорода от атмосферного воздуха и выхлопных газов. Напряжение, возникающее на электродах датчика, зависит от концентрации кислорода в отработавших газах. Чем она выше, тем ниже напряжение. Диапазон напряжений сигнала кислородного датчика находится в пределах от 100 до 900 мВ. Сигнал имеет синусоидальную форму, у которой выделяются три области: от 100 до 450 мВ — бедная смесь, от 450 до 900 мВ — богатая смесь, значение 450 мВ соответствует стехиометрическому составу топливовоздушной смеси.
Принцип работы кислородного датчика на языке автомобилистов ( основные моменты):Кислород содержит отрицательно заряженные ионы, которые собираются на платиновых электродах, и когда датчик достигает температуры около 400°C, любая разность потенциалов образует электрическое напряжение. В случае если смесь бедная, содержание кислорода в отработавших газах высокое. При сравнении с содержанием кислорода в атмосфере существует только очень маленькая разность потенциалов, и, как следствие, возникает небольшое напряжение (около 0,2–0,3 В).
В случае если смесь богатая, то содержание кислорода в отработавших газах низкое. Создается большая разность потенциалов, поэтому возникает относительно более высокое напряжение (0,7–0,9 В). Система управления двигателем будет непрерывно подстраивать длительность импульсного сигнала под форсунки с целью выйти на среднее напряжение, составляющее около 0,4–0,6 В при значении лямбда около 1.0. Поскольку в процессе движения режимы работы двигателя постоянно изменяются, значение напряжения колеблется в обе стороны от среднего значения.
Поэтому данный датчик в силу своей неспособности определить небольшие изменения в содержании кислорода известен как узкополосный. Датчик, установленный после каталитического нейтрализатора отработавших газов, действует по тому же способу, что и датчик перед ним, но с одним очень большим отличием. После того, как газы были обработаны каталитическим нейтрализатором, содержание кислорода в них остается на неизменном уровне. Это обеспечивает постоянное напряжение около 0,4–0,6 В. Теперь система управления двигателем может эффективно отслеживать работу каталитического нейтрализатора отработавших газов.
Датчики содержания кислорода в топливовоздушной смеси со временем выходят из строя, что можно определить по нестабильной работе двигателя и увеличенному расходу горючего. Причины неисправности лямбда — это заправка топлива низкого качества, неполадки системы приготовления и подачи горючего, попадание на датчик спецжидкостей. Неполадки проявляется следующими признаками:
Для восстановления работоспособности электроники и системы впрыска понадобится замена или правильная очистка лямбда зонда. При очистке нужно снять керамический наконечник и удалить загрязнения при помощи химических средств.
Узнать о состоянии лямбда зонда можно путем его проверки на профессиональном оборудовании. Для этого используется электронный осциллограф. Некоторые специалисты определяют работоспособность кислородного датчика при помощи мультиметра, однако, он способен только констатировать или же опровергнуть факт его поломки.
Проверяется устройство во время полноценной работы двигателя, так как в состоянии покоя датчик не сможет полностью передать картину своей работоспособности. В случае даже незначительного отхождения от нормы, лямбда зонд рекомендуется заменить.
В большинстве случаев такая деталь, как лямбда зонд не подлежит ремонту, о чем свидетельствуют утверждения о невозможности произведения ремонта от многих автомобильных производителей. Однако, завышенная стоимость такого узла у официальных дилеров отбивает всякую охоту его приобретения. Оптимальным выходом из сложившейся ситуации может стать универсальный датчик, который стоит гораздо дешевле родного аналога и подходит практически всем автомобильным маркам. Также в качестве альтернативы можно приобрети датчик бывший в использовании, но с продолжительностью гарантийного периода или же полностью выпускной коллектор с установленным в него лямбда зондом.
Однако, бывают случаи, когда лямбда зонд функционирует с определенной погрешностью из-за сильного загрязнения в результате оседания на нем продуктов сгорания. Для того чтобы убедиться, что это действительно так, датчик необходимо проверить у специалистов. После того как проверка лямбда зонда состоялась и подтвержден факт его полной работоспособности, его нужно снять, почистить и установить обратно.
Для того чтобы демонтировать датчик уровня кислорода, необходимо прогреть его поверхность до 50 градусов. После снятия, с него снимается защитный колпачок и только после этого можно приступать к очистке. В качестве высокоэффективного очищающего средства рекомендуется использовать ортофосфорную кислоту, которая с легкостью справляется даже с самыми стойкими горючими отложениями. По окончании процедуры отмачивания, лямбда зонд ополаскивается в чистой воде, тщательно просушивается и устанавливается на место. При этом не стоит забывать о смазке резьбы специальным герметиком, который обеспечить полную герметичность.
Устройство автомобиля очень сложное, поэтому он нуждается в постоянной поддержке работоспособности и проведении своевременных профилактических работ. Поэтому в случае возникновения подозрений о неисправности лямбда зонда, необходимо незамедлительно произвести диагностику его работоспособности и в случае подтверждения факта выхода из строя, заменить лямбда зонд. Таким образом, все важнейшие функции транспортного средства будут сохранены на прежнем уровне, что станет гарантом отсутствия дальнейших проблем с двигателем и прочими важными элементами автомобиля.
В: Чем отличаются специальные и универсальные датчики?
O: Эти датчики имеют разные способы установки. Специальные датчики уже имеют контактный разъем в комплекте и готовы к установке. Универсальные датчики могут не комплектоваться разъемом, поэтому нужно использовать разъем старого датчика.
B: Что произойдет, если выйдет из строя датчик кислорода?
O: В случае выхода из строя датчика кислорода ЭБУ не получит сигнала о соотношении топлива и воздуха в смеси, поэтому он будет задавать количество подачи топлива произвольно. Это может привести к менее эффективному использованию топлива и, как следствие, увеличению его расхода. Это также может стать причиной снижения эффективности катализатора и повышения уровня токсичности выбросов.
B: Как часто необходимо менять датчик кислорода?
O: DENSO рекомендует заменять датчик согласно указаниям автопроизводителя. Тем не менее следует проверять эффективность работы датчика кислорода при каждом техобслуживании автомобиля. Для двигателей с длительным сроком эксплуатации или при наличии признаков повышенного расхода масла интервалы между заменами датчика следует сократить.
Ассортимент кислородных датчиков
• 412 каталожных номеров покрывают 5394 применения, что соответствует 68 % европейского автопарка.
• Кислородные датчики с подогревом и без (переключаемого типа), датчики соотношения «воздух — топливо» (линейного типа), датчики обедненной смеси и титановые датчики; двух типов: универсальные и специальные.
• Регулирующие датчики (устанавливаемые перед катализатором) и диагностические (устанавливаемые после катализатора).
• Лазерная сварка и многоэтапный контроль гарантируют точное соответствие всех характеристик спецификациям оригинального оборудования, что позволяет обеспечить эффективность работы и надежность при длительной эксплуатации.
В DENSO решили проблему качества топлива!
Вы знаете о том, что некачественное или загрязненное топливо может сократить срок службы и ухудшить эффективность работы кислородного датчика? Топливо может быть загрязнено присадками для моторных масел, присадками для бензина, герметиком на деталях двигателя и нефтяными отложениями после десульфуризации.
При нагреве свыше 700 °C загрязненное топливо выделяет вредные для датчика пары. Они влияют на работу датчика, образуя отложения или разрушая его электроды, что является распространенной причиной выхода датчика из строя. DENSO предлагает решение этой проблемы: керамический элемент датчиков DENSO покрыт уникальным защитным слоем оксида алюминия, который защищает датчик от некачественного топлива, продлевая срок его службы и сохраняя его рабочие характеристики на необходимом уровне.
В: Почему на некоторых автомобилях устанавливаются два кислородных датчика?
O: Многие современные автомобили дополнительно кроме датчика кислорода, расположенного перед катализатором, оснащаются и вторым датчиком, установленным после него. Первый датчик является основным и помогает электронному блоку управления регулировать состав топливовоздушной смеси. Второй датчик, установленный после катализатора, контролирует эффективность работы катализатора, измеряя содержание кислорода в выхлопных газах на выходе. Если весь кислород поглощается химической реакцией, происходящей между кислородом и вредными веществами, то датчик выдает сигнал высокого напряжения. Это означает, что катализатор работает нормально. По мере износа каталитического нейтрализатора некоторое количество вредных газов и кислорода перестает участвовать в реакции и выходит из него без изменений, что отражается на сигнале напряжения. Когда сигналы станут одинаковыми, это будет указывать на выход из строя катализатора.
В: Почему состав топливовоздушной смеси нужно постоянно регулировать?
O: Соотношение «воздух — топливо» крайне важно, поскольку оно влияет на эффективность работы каталитического нейтрализатора, который снижает содержание оксида углерода (CO), несгоревших углеводородов (CH) и оксида азота (NOx) в выхлопных газах. Для его эффективной работы необходимо наличие определенного количества кислорода в выхлопных газах. Датчик кислорода помогает ЭБУ определить точное соотношение «воздух — топливо» в смеси, поступающей в двигатель, передавая в ЭБУ быстроизменяющийся сигнал напряжения, который меняется в соответствии с содержанием кислорода в смеси: слишком высокого (бедная смесь) или слишком низкого (богатая смесь).
ЭБУ реагирует на сигнал и изменяет состав топливовоздушной смеси, поступающей в двигатель. Когда смесь слишком богатая, впрыск топлива уменьшается. Когда смесь слишком бедная — увеличивается. Оптимальное соотношение «воздух — топливо» обеспечивает полное сгорание топлива и использует почти весь кислород из воздуха. Оставшийся кислород вступает в химическую реакцию с токсичными газами, в результате которой из нейтрализатора выходят уже безвредные газы.
Любознательные автолюбители давно уже слышали о таких системах, как антиблокировочная тормозная система (ABS) или стабилизация курсовой устойчивости (ESP), да и о других тоже. Сегодня поговорим о датчике Лямбда зонд, рассмотрим принцип работы датчика Лямбда зонд, узнаем для чего надо датчик Лямбда зонд, за что он отвечает и так далее.
С каждым годом человечество все больше задумывается о сохранении окружающей среды, ведь не мало было упущено в прошлом, надо подумать и о будущем. Узаконивание жестких экологических норм относительно автомобилей, привело к разработке и применению новых устройств, таких как каталитические нейтрализаторы.
Каталитический нейтрализатор – это устройство, назначение которого является снижение вредных выбросов в окружающую среду. Катализатор очень полезная вещь, только для его корректной работы следует соблюдать некоторые условия. Огромное влияние на работу катализатора оказывает состав топливно-воздушной смеси. Именно от качества топливно-воздушной смеси и зависит ресурс работы катализатора. Поэтому и был разработан датчик Лямбда зонд, который отвечает за контроль состава этой же топливно-воздушной смеси. В просто народе его называют датчик кислорода.
Что такое Лямбда зонд икак выглядит датчик Лямбда зонд?Не секрет, что свое название датчик получил от обозначения коэффициента избытка воздуха, который обозначается греческой буквой Лямбда. Лямбда зонд применяется для измерения состава отработавших газов и содействует в дальнейшем для поддержания оптимального состава смеси топлива и воздуха. Оптимальное соотношение топливно-воздушной смеси обеспечит качественное сгорание, что уменьшит выброс вредных веществ в атмосферу.
Оптимальный состав топливно-воздушной смеси это когда на 14,7 частей воздуха приходится 1 часть топлива, при этом Лямбда равняется одному. На старых советских двигателях такого сложно было добиться. А в современных автомобилях для этого используют системы питания с электронным впрыском топлива, которая взаимодействует с датчиком Лямбда-зонд.
Как измеряется избыток воздуха в топливно-воздушной смеси?Избыток воздуха в топливно-воздушной смеси измеряется путем определения в отработавших газах содержания остаточного кислорода (О2). Этим объясняется и расположение датчика в выпускном коллекторе непосредственно перед катализатором.
Для считывания сигнала с Лямбда датчика используется электронный блок управления системы впрыска топлива (ЭБУ), который отвечает за оптимизацию состава топливно-воздушной смеси, то уменьшая, то увеличивая подачу топлива в цилиндры двигателя.
Некоторые производители автомобилей пошли еще дальше, и начали устанавливать по два Лямбда датчика в выхлопной системе, перед катализатором и после него. Два датчика Лямбда устанавливали для того, чтобы увеличить точность приготовления горючей смеси и улучшить работу катализатора.
Схема датчика кислорода лямбда зонда на основе диоксида циркония: 1 – твердый электролит; 2, 3 – наружный и внутренний электроды; 4 – контакт заземления; 5 – сигнальный контакт; 6 – выхлопная труба.
Наиболее качественное измерение выхлопных газов Лямбда датчиком обеспечивается при температуре 300-400 градусов Цельсия. При такой температуре Циркониевый электролит становиться более проводимым, вследствие чего на электродах датчика появляются выходное напряжение.
Поэтому при запуске и прогреве двигателя датчик не используется. На этих режимах работы двигателя контроль качества топливно-воздушной смеси осуществляют датчики положения дроссельной заслонки, датчик температуры охлаждающей жидкости, датчик количества оборотов коленчатого вала.
На схеме представлена зависимость напряжения лямбда-зонда от коэффициента избытка воздуха при 500-800°С температуре датчика.
Для качественной работы датчика при низких температурах применяют принудительные нагревательные элементы.
Если не работает датчик лямбда зонд, тогда ЭБУ выбирает средние параметры работы, считывая данные с своей памяти. Параметры топливно-воздушной смеси будут разниться от идеальной.
К чему приведет поломка Лямбда датчика?
Поломка Лямбда датчика приведет к повышению расхода топлива, на холостом ходу двигатель будет работать неравномерно, в выхлопных газах будет содержаться повышенный уровень СО, упадет мощность двигателя, но автомобиль будет на ходу.
Самому проверить Лямбда датчик достаточно сложно, поэтому лучше проконсультироваться с специалистами.
Какой срок службы Лямбда датчика?
Срок службы Лямбда датчика зависит от качества заливаемого топлива. Бывает так, что достаточно нескольких заправок некачественным бензином и датчик приходит в негодность. Средний срок службы Лямбда датчика составляет от 40 до 80 тыс. км пробега.
Для того, чтобы добиться наибольшей продуктивности от работы двигателя необходимо обеспечить наилучшее сгорание топливно-воздушной смеси, в свою очередь для этого необходимо точно определить необходимые пропорции впрыскиваемого топлива и поступающего воздуха. Полученная смесь гарантирует наилучшее сгорание, продуктивную работу и наименьшее количество вредных веществ от выхлопа. Для определения доли кислорода в отработанных газах автомобиля, используется кислородный датчик (он же лямбда зонд, в народе).
Такой датчик используется только на инжекторных автомобилях. Лямбда зонд устанавливается в выхлопной системе автомобиля, некоторые модели авто могут содержать в комплектации 2 кислородных датчика, в таком случае один из них устанавливается до катализатора, второй – после катализатора. Применение 2 датчиков, позволяет усилить контроль, за отработанными газами автомобиля, тем самым достигнуть наиболее эффективной работы катализатора.
Как работает лямбда зонд?
Как Вам известно, дозировкой подаваемого топлива занимается электронный блок управления, он подает сигнал на форсунки о количестве необходимого топлива в камере сгорания в тот или иной момент времени. Лямбда зонд, в этом процессе выступает в качестве устройства обратной связи, благодаря которому, происходит правильная дозировка топлива на количество подаваемого воздуха. Правильно рассчитанная смесь очень важна как с экологической точки зрения, так и с экономической. На сегодняшний день, одним из важнейших требований к производству автомобилей является экологическая безопасность, поэтому новые автомобили комплектуются как правило каталитическим нейтрализатором (катализатором) и двумя датчиками лямбда зонда. Такое сочетание устройств позволяет свести к минимуму экологический вред, который наносят автомобили окружающей среде, но при возникновении поломки в одном из функциональных узлов выпускной системы, водитель попадет на приличные деньги, ведь все это не так то и дешево стоит.
Устройство лямбда зонда.
Сам датчик состоит из 2 электродов, внешнего и внутреннего. Внешний электрод сделан из платинового напыления, поэтому особо чувствителен к кислороду, из за химический свойств платины, ну а внутренний сделан из циркония. Лямбда зонд устанавливается таким способом, чтобы через него проходили отработанные газы автомобиля, при прохождении, внешний электрод улавливает кислород в отработанных газах, при этом изменяется потенциал между электродами, чем больше кислорода – тем выше потенциал! Особенностью циркониевого сплава, из которого сделан внутренний электрод – это его рабочая температура, которая достигает отметки в 300-1000 градусов. Именно по этой причине кислородные датчики имеют в своей конструкции подогреватели, которые доводят температуру самого датчики до рабочей в момент холодного запуска двигателя.
Лямбда зонды бывают 2 видов:
Эти два вида датчика между собой схожи по внешним признакам, но при этом выполняют работу различными способами.
Двухточечный датчик – это пример того датчика, который мы описывали ранее, состоит он с двух электродов, он фиксирует коэффициент избытка воздуха в топливной смеси, по величине концентрации кислорода в отработанных газах автомобиля.
Широкополосный датчик – является современной конструкцией лямбда зонда, в нем значение получают благодаря использование силы тока закачивания. По своей конструкции широкополосный датчик состоит из двух керамических элементов, двухточечного и закачивающего. Закачивающий элемент – физическим процессом закачивает в себя кислород из отработанных газов автомобиля, с использованием определенной силы тока. Датчик держит постоянное напряжение 450 мВ, если концентрация кислорода уменьшается – напряжение между электродами возрастает и подается сигнал в электронно управляющий блок. Как только сигнал поступил на ЭБУ, создается ток определенной силы на закачивающем элементе, этот ток обеспечивает закачку кислорода в измерительный зазор. В этом всем процессе, величины силы тока, которая подается на закачивающий элемент – это уровень концентрации кислорода в отработанных газах.
Основные причины и признаки неисправностей. Существует несколько признаков, по которым можно определить неисправность кислородного датчика:
Причины неисправностей:
Следите за автомобилем и своевременно выполняйте диагностику, это поможет сохранить функциональные узлы в хорошем состоянии на протяжении длительного времени.
Как работает датчик кислорода? По-другому он называется лямбда-зондом. Датчик кислорода помогает двигателю развивать максимальную мощность, экономить топливо, обеспечивает полное сгорание топливо-воздушной смеси, путем ее коррекции к оптимальному соотношению воздух/топливо.Как работает датчик кислорода? По-другому он называется лямбда-зондом. Датчик кислорода помогает двигателю развивать максимальную мощность, экономить топливо, обеспечивает полное сгорание топливо-воздушной смеси, путем ее коррекции к оптимальному соотношению воздух/топливо.
Содержание статьи:
Различные датчики в автомобиле помогают водителю и бортовому компьютеру видеть состояние автомобиля и отдельных его узлов. Одним из примеров таких датчиков можно считать кислородный. Рассмотрим принцип работы и для чего он предназначен.
Со временем автомобили становятся все более и более сложными. Разработано устройство, которое образует сложный химический оборот: оно входит в систему выброса отработанных газов, где на датчике образуется напряжение, которое подается на блок управления. Необходимо, чтобы лямбда-зонд подавал сигнал на компьютер автомобиля и определял, какое количество кислорода содержится в выхлопе, иначе ЭБУ будет неверно дозировать топливо, а это приведет к повышенному расходу топлива, а так же к потере мощности.
Блок управления регулирует количество топлива, используя сигналы устройства, чем обогащает или обедняет смесь. Это происходит одним циклом и постоянно, в закрытом контуре.
Если лямбда-зонд не подает никаких признаков жизни, то блок управления переходит в режим работы по таблицам, которые заложены, своего рода, аварийный режим. Блок подает обогащенную смесь, вызывает большой расход топлива и сильную токсичность выхлопа.
Циркониевый датчик стоит впереди катализатора и сам генерирует напряжение, либо отрицательное, либо положительное. Опорное напряжение такого датчика составляет 0,45 В, которое отклоняется либо до 0,9 В, либо до 0,1 В. Главное отличие такого датчика от титанового является именно тот факт, что циркониевый самостоятельно генерирует напряжение.
При ремонте стоить помнить, что к такому датчику ни в коему случае нельзя припаивать какие попало провода, потому что именно в изоляции проложены каналы для прохождения эталонного воздуха. Если такового не будет, то датчик попросту не будет правильно работать.
Широкополосный датчик – это новейшая конструкция лямбда-зонда на данный момент. Его устройство позволяет не просто определять бедную или богатую смесь на входе в цилиндры, но так же и определять степень отклонения. Именно такие параметры сделали его более точным, в то же время широкополосный кислородный датчик быстрее реагирует на изменения состава выхлопных газов.
Всем известно, что любой кислородный датчик начинает работать только после 350 градусов. Здесь же для более быстрого достижения рабочей температуры устанавливается нагревательных элемент.
Датчик состоит из керамической трубки, покрытой платиной, внутрь вставлены два электрода. Корпус трубки расположен в системе горячих отработанных газов, а другая часть соединяется корпусом с атмосферой. В новейших датчиках системы отверстия отсутствуют, кислород в них проникает через изоляцию кабелей.
Получается, что обе стороны лямбда-зонда расположены в различных средах. Первая среда – это выхлопные газы, вторая – атмосфера. Когда кислород сгорает в отработанных газах, а в атмосфере он, конечно, имеется, датчик выдает напряжение, высчитывая разницу в содержании в газах и в атмосфере.
Чем выше разница у выхлопных газов и кислорода в объёме атмосферы, тем большее количество напряжения вырабатывает датчик. Высокий уровень напряжения – 0,9 Вольт, средний – 0,4 5Вольт и бедный уровень – 0,1 Вольт. Скорость немедленного переключения от бедной смеси к обогащенной зависит от устройства системы подачи топлива. Скорость реакции системы подачи топлива на сигналы датчика кислорода зависит, прежде всего, именно от конструкции самой системы. Так, например, наименьшая скорость реакции у центрального впрыска? Дальше идет распределенный впрыск, ну а самым чувствительным, естественно, является непосредственный впрыск.
Датчик кислорода включается, когда температура его достигает 350градусов. Внутри встроен элемент нагрева. Он не остывает и не отключается при работе автомобиля на холостом ходу. В новых современных моделях автомобилей стоит уже не по одному датчику, а от 2 до 4 штук. Датчик кислорода работает в высокой температуре выхлопных газов. Со временем грязь накапливается на корпусе датчика и приводит его к уменьшению работоспособности.
Загрязнители бывают различные: сера, масло, остатки топлива. Наружная поверхность лямбда-зонда также подвержена повреждениям: жидкостью, маслом, землёй, солью дорожной.
Лямбда-зонд проверяют специальным сканером, осциллографом для записи амплитудных и временных параметров или вольтметром. На вольтметре показания быстро меняются, и считать данные очень трудно. При диагностике многоконтактным осциллографом или сканером на экране появляются диаграммы, на них показаны все переходы постоянного напряжения. Программа показывает напряжение работающего датчика в виде волнистой линии. Оно высвечивается в форме амплитуды и демонстрирует переход от богатого состояния к бедному. Если датчик новый, он должен хорошо работать во время холостых оборотов.
Напряжение в этот момент изменяется от минимального показания (0,1 В) к максимальному (0,9 В). При обрыве или замыкании цепи датчика загорается лампочка на панели приборов. При поломке или неисправности датчик необходимо заменить. Этим самым уменьшится расход бензина и токсические выхлопы, также продлевается работа катализатора. Датчики, имеющие один или два провода, заменяются через каждые 50 тысяч километров, с тремя или четырьмя проводами – через 70 тысяч километров.
Видео — как проверить датчик кислорода:
ЧТО ТАКОЕ ДАТЧИК КИСЛОРОДА?
Датчик кислорода (обычно называемый «датчиком O2», поскольку O2 — это химическая формула кислорода) установлен в выпускном коллекторе автомобиля для контроля количества несгоревшего кислорода в выхлопных газах, когда выхлопные газы выходят из двигатель.
ЧТО ДЕЛАЕТ КИСЛОРОДНЫЙ ДАТЧИК?
Датчики кислорода работают, вырабатывая собственное напряжение при нагревании (примерно 600 ° F).На конце датчика кислорода, который подключается к выпускному коллектору, находится циркониевая керамическая груша. Внутренняя и внешняя части колбы покрыты пористым слоем платины, которая служит электродами. Внутренняя часть колбы вентилируется изнутри через корпус датчика во внешнюю атмосферу. Когда внешняя часть баллона подвергается воздействию горячих газов выхлопных газов, разница в уровнях кислорода между баллоном и внешней атмосферой внутри датчика вызывает прохождение напряжения через баллон.Если соотношение топлива бедное (недостаточно топлива в смеси), напряжение относительно низкое — примерно 0,1 вольт. Если соотношение топлива богатое (слишком много топлива в смеси), напряжение относительно высокое — примерно 0,9 вольт. Когда топливно-воздушная смесь находится в стехиометрическом соотношении (14,7 частей воздуха на 1 часть топлива), кислородный датчик выдает 0,45 вольт.
ГДЕ НАХОДЯТСЯ ДАТЧИКИ КИСЛОРОДА?
Количество кислородных датчиков в автомобиле различается. Каждый автомобиль, выпущенный после 1996 года, должен иметь кислородный датчик перед каждым каталитическим нейтрализатором и после него.Таким образом, в то время как большинство транспортных средств имеют два датчика кислорода, двигатели V6 и V8, оснащенные двойным выхлопом, имеют четыре датчика кислорода — один перед каталитическим нейтрализатором и после него на каждом ряду двигателя.
1. Верхний кислородный датчик (кислородный датчик 1)
Кислородный датчик 1 является верхним кислородным датчиком по отношению к каталитическому нейтрализатору. Он измеряет соотношение воздух-топливо в выхлопе, выходящем из выпускного коллектора, и отправляет сигналы высокого и низкого напряжения в модуль управления трансмиссией для регулирования топливовоздушной смеси.Когда модуль управления трансмиссией получает сигнал низкого напряжения (обедненной смеси), он компенсирует это за счет увеличения количества топлива в смеси. Когда модуль управления трансмиссией получает сигнал высокого напряжения (богатый), он обедняет смесь, уменьшая количество топлива, которое он добавляет в смесь. Использование модулем управления трансмиссией входного сигнала кислородного датчика для регулирования топливной смеси известно как замкнутый контур управления с обратной связью. Эта работа с обратной связью приводит к постоянному переключению между богатой и обедненной смесью, что позволяет каталитическому нейтрализатору минимизировать выбросы за счет поддержания надлежащего баланса общего среднего соотношения топливной смеси.Однако при запуске холодного двигателя или выходе из строя датчика кислорода модуль управления трансмиссией переходит в режим разомкнутого контура. В режиме разомкнутого контура модуль управления трансмиссией не получает сигнал от кислородного датчика и заказывает фиксированную богатую топливную смесь. Работа без обратной связи приводит к увеличению расхода топлива и выбросов. Многие новые кислородные датчики содержат нагревательные элементы, которые помогают им быстро достичь рабочей температуры, чтобы минимизировать время, затрачиваемое на работу без обратной связи.
2. Нижний кислородный датчик (кислородный датчик 2)
Кислородный датчик 2 является нижним кислородным датчиком по отношению к каталитическому нейтрализатору. Он измеряет соотношение воздух-топливо на выходе из каталитического нейтрализатора, чтобы убедиться, что каталитический нейтрализатор работает должным образом. Каталитический нейтрализатор поддерживает стехиометрическое соотношение воздух-топливо 14,7: 1, в то время как модуль управления трансмиссией постоянно переключается между богатой и обедненной воздушно-топливной смесью из-за входного сигнала от верхнего кислородного датчика (датчик 1).Следовательно, нижний кислородный датчик (датчик 2) должен выдавать стабильное напряжение примерно 0,45 В.
КАК РАБОТАЮТ ДАТЧИКИ КИСЛОРОДА
Эта статья, пошаговая инструкция по работе автомобильного кислородного датчика, относится к большинству транспортных средств.
Шаг 1. Датчик кислорода — это электронный компонент, который разработан для измерения уровня кислорода в выхлопной системе автомобильного двигателя.
Шаг 2 — Обычно датчик кислорода монтируется на трубе выхлопной системы или на стороне каталитического нейтрализатора, при этом датчик находится внутри трубы.Он измеряет кислородную смесь, генерируя небольшое количество электричества из-за разницы в атмосфере, кислороде и углекислом газе. Компьютер PCM контролирует это напряжение и соответственно регулирует подачу топлива. Датчики кислорода 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 каталитического нейтрализатора или на нем, являются вторичным блоком.
Шаг 3 — Задача датчика заключается в измерении количества кислорода, необходимого для сжигания любого топлива, оставшегося в потоке выхлопных газов, и передаче этой информации обратно в компьютерный PCM (модуль управления трансмиссией), где она сравнивается с другой оперативной информацией для корректировки может быть сделано для максимального повышения эффективности использования топлива и мощности за счет правильной топливовоздушной смеси и момента 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 с впрыском топлива. Датчики кислорода работают за счет химической реакции. Сердечник или элемент датчика — циркониевая керамика с тонким слоем платины. Поскольку эти материалы являются реактивными и наносятся слоями, они со временем изнашиваются, снижая 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.Датчик кислорода постоянно связан с блоком управления двигателем, предоставляя ему информацию, необходимую для регулировки подачи топлива для оптимального сгорания.
Шаг 5 — Когда двигатель холодный, кислородный датчик показывает медленно, нагревательный элемент был установлен, чтобы решить эту проблему и помочь датчику работать правильно, пока двигатель не достигнет рабочей температуры. Когда эти нагреватели выходят из строя, загорается лампа проверки двигателя. Количество вторичных датчиков будет зависеть от количества каталитических нейтрализаторов в автомобиле.Датчики кислорода используют чередование богатых и бедных смесей для достижения баланса, близкого к стехиометрическому (идеально для внутреннего сгорания).
ЗОНД
Чувствительный элемент представляет собой керамический цилиндр, покрытый внутри и снаружи пористыми платиновыми электродами; вся сборка защищена металлической сеткой. Он работает, измеряя разницу в кислороде между выхлопными газами и наружным воздухом, и генерирует напряжение или изменяет его сопротивление в зависимости от разницы между ними.
Датчики работают эффективно только при нагревании до приблизительно 316 ° C (600 ° F), поэтому большинство новых лямбда-зондов имеют нагревательные элементы, заключенные в керамику, которые быстро нагревают керамический наконечник до температуры. Более старые датчики без нагревательных элементов в конечном итоге будут нагреваться выхлопными газами, но между моментом запуска двигателя и достижением теплового равновесия компонентов выхлопной системы существует определенная временная задержка. 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. Есть проблемы с загрязнением, которые приписываются этому медленному процессу запуска, в том числе аналогичная проблема с рабочей температурой каталитического нейтрализатора.
К зонду обычно прикреплены четыре провода:
1. два для выхода лямбда и
2. два для питания нагревателя,
, хотя некоторые автопроизводители используют металл в качестве заземления для сигнала сенсорного элемента, что приводит к три провода. Ранее датчики без электрического нагрева имели один или два провода.
ТИПЫ КИСЛОРОДНЫХ ДАТЧИКОВ
1. Циркониевый датчик
Лямбда-датчик из диоксида циркония или диоксида циркония основан на твердотельном электрохимическом топливном элементе, называемом ячейкой Нернста. Его два 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 «бедную смесь» топлива и кислорода, где количество кислорода, поступающего в цилиндр, достаточно для полного окисления монооксида углерода (CO), образующегося при сжигании воздуха и топливо, в диоксид углерода (CO2).Выходное напряжение 0,8 В (800 мВ) постоянного тока представляет собой «богатую смесь», в которой много несгоревшего топлива и мало остаточного кислорода. Идеальная уставка составляет приблизительно 0,45 В (450 мВ) постоянного тока. Здесь количество воздуха и топлива находится в оптимальном соотношении, которое составляет ~ 0,5% обедненной смеси от стехиометрической точки, так что выхлопные газы содержат минимальное количество оксида углерода.
Напряжение, создаваемое датчиком, нелинейно по отношению к концентрации кислорода. Датчик наиболее чувствителен вблизи стехиометрической точки (где λ = 1) и менее чувствителен при очень бедной или очень богатой смеси.
ЭБУ — это система управления, которая использует обратную связь от датчика для регулировки топливно-воздушной смеси. Как и во всех системах управления, важна постоянная времени датчика; способность ЭБУ управлять соотношением топливо-воздух зависит от времени отклика датчика. Датчик старения или загрязнения имеет тенденцию к более медленному времени отклика, что может снизить производительность системы. Чем короче период времени, тем выше так называемый «перекрестный счет» и тем быстрее реагирует система.
Датчик имеет прочную конструкцию из нержавеющей стали внутри и снаружи.Благодаря этому датчик обладает высокой устойчивостью к коррозии, что позволяет эффективно использовать его в агрессивных средах с высокой температурой / давлением.
Датчик из диоксида циркония относится к «узкополосному» типу, имея в виду узкий диапазон соотношений топливо / воздух, на который он реагирует.
2. Широкополосный циркониевый датчик
Вариант циркониевого датчика, названный «широкополосным» датчиком, был представлен NTK в 1992 году и широко используется в системах управления двигателем автомобилей, чтобы удовлетворить постоянно растущие требования к лучшему экономия топлива, более низкие выбросы и в то же время лучшая производительность двигателя.Он основан на плоском элементе из диоксида циркония, но также включает электрохимический газовый насос. Электронная схема, содержащая контур обратной связи, управляет током газового насоса, чтобы поддерживать постоянную мощность электрохимической ячейки, так что ток насоса напрямую указывает на содержание кислорода в выхлопных газах. Этот датчик исключает циклическую смену обедненной и богатой смеси, присущую узкополосным датчикам, позволяя блоку управления гораздо быстрее регулировать подачу топлива и угол зажигания двигателя. В автомобильной промышленности этот датчик также называют датчиком UEGO (универсальный датчик кислорода в выхлопных газах).Датчики UEGO также широко используются при настройке динамометрических стендов на вторичном рынке и в высокопроизводительном оборудовании для отображения воздуха и топлива водителя. Широкополосный циркониевый датчик используется в системах стратифицированного впрыска топлива, а теперь может также использоваться в дизельных двигателях, чтобы соответствовать предстоящим 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 состоит из шести проводов:
1.резистивный нагревательный элемент,
2. резистивный нагревательный элемент,
3. датчик,
4. насос,
5. калибровочный резистор,
6. общий.
3. Датчик диоксида титана
Менее распространенный тип узкополосных лямбда-зондов имеет керамический элемент из титана (диоксида 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 для компенсации изменения сопротивления из-за температуры. Значение сопротивления при любой температуре составляет примерно 1/1000 от изменения концентрации кислорода. К счастью, при λ = 1 происходит большое изменение кислорода, поэтому изменение сопротивления обычно в 1000 раз между богатым и бедным, в зависимости от температуры.
Поскольку диоксид титана является полупроводником N-типа со структурой TiO2-x, x-дефекты в кристаллической решетке проводят заряд.Так, для выхлопа с высоким содержанием топлива (более низкая концентрация кислорода) сопротивление низкое, а для выхлопа с обедненным топливом (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. Подобно датчику из диоксида циркония, этот тип является нелинейным, поэтому его иногда упрощенно называют двоичным индикатором, показывающим либо «богатый», либо «обедненный». Датчики из диоксида титана дороже, чем датчики из диоксида циркония, но они также быстрее реагируют.
В автомобильной промышленности датчик из титана, в отличие от датчика из диоксида циркония, для правильной работы не требует эталонного образца атмосферного воздуха. Это упрощает проектирование узла датчика против загрязнения водой. В то время как большинство автомобильных датчиков являются погружными, датчики на основе диоксида циркония требуют очень небольшого поступления эталонного воздуха из атмосферы. Теоретически жгут проводов датчика и разъем заделаны. Предполагается, что воздух, который просачивается через жгут проводов к датчику, исходит из открытого места в жгуте — обычно ЭБУ, который расположен в замкнутом пространстве, таком как багажник или салон автомобиля.
Подписка на обновления Отказаться от обновленийВ настоящее время автомобильными двигателями можно управлять с помощью различных типов датчиков. Эти датчики контролируют производительность и выбросы двигателя. Когда датчик не предоставляет точные данные, возникает множество проблем, таких как управляемость, увеличение расхода топлива и сбой в выбросах. Одним из основных датчиков, используемых в автомобилях, является датчик кислорода, химическая формула которого — o2.Первый кислородный датчик был изобретен в 1976 году в автомобиле Volvo 240. В 1980 году автомобили в Калифорнии использовали эти датчики для снижения выбросов.
Датчик кислорода — это один из типов датчиков, который используется в выхлопной системе автомобиля. Размер и форма этого датчика похожи на свечу зажигания. В зависимости от расположения по отношению к каталитическому нейтрализатору этот датчик может быть расположен до (перед) или после (после) преобразователя.Большинство автомобилей, спроектированных после 1990 года, включают датчики o2 на входе и выходе.
Датчики кислорода, используемые в автомобилях: один датчик расположен перед каталитическим нейтрализатором, а другой — в каждом выпускном коллекторе автомобиля. Но максимальное количество этих датчиков в автомобиле во многом зависит от двигателя, модели, года выпуска. Но у большинства автомобилей есть 4 датчика
Принцип работы датчика o2 заключается в проверке количества кислорода в выхлопных газах.Во-первых, этот кислород был добавлен в топливо для хорошего воспламенения. Связь этого датчика может осуществляться с помощью сигнала напряжения. Таким образом, кислородный статус в выхлопе будет определяться компьютером автомобиля.
Компьютер регулирует смесь топлива или кислорода, подаваемую в двигатель автомобиля. Расположение датчика до и после каталитического нейтрализатора позволяет поддерживать гигиену выхлопных газов и проверять эффективность преобразователя.
Кислородные датчики подразделяются на два: бинарные выхлопные газы и универсальные выхлопные газы.
Двоичный датчик выдает изменение электрического напряжения при температуре 350 ° C в зависимости от уровня кислорода в выхлопных газах. Он сравнивает остаточное содержание кислорода в выхлопных газах с уровнем кислорода в окружающем воздухе и распознает переход от недостатка воздуха к избытку воздуха и наоборот.
Этот датчик очень точен при расчете соотношений недостатка и избытка воздуха или топлива.Он имеет лучший расчетный диапазон и также подходит для использования в бензиновых и дизельных двигателях.
Неисправный датчик можно найти по следующим признакам.
Сферы применения кислородных датчиков включают судовое дыхание, мониторинг быстрой реакции, лабораторные исследования и разработки, мониторинг топливного бака, особые углеводородные среды, долгосрочный мониторинг процедур, ферментацию, упаковку пищевых продуктов и т.д. Упаковка для напитков, фармацевтика и медицина и т. Д.
Итак, это все об обзоре кислородного датчика. Эти датчики доступны в двух вариантах: датчик имбирного типа и планарный датчик. Вот вам вопрос, в чем преимущества кислородного датчика?
используются в различных приложениях, таких как автомобильная промышленность, медицинские учреждения, промышленная безопасность, модифицированная атмосферная упаковка и многое другое. В каждом из них используется свой тип сенсорной технологии, который лучше всего подходит для конкретного приложения или среды.
Независимо от области применения, большинство кислородных датчиков предназначены для измерения количества кислорода в воздухе или в закрытых помещениях. Важно помнить, что кислородные датчики обычно измеряют 0,01-25% кислорода, а также могут использоваться для контроля кислородного истощения. Конечно, доступны специальные кислородные датчики, которые могут измерять 0–100% кислорода, но, как правило, они стоят дороже.
Как правило, большинство датчиков кислорода измеряют уровень кислорода в газе или жидкости с использованием одной из трех технологий: электрохимической, циркониевой или оптической.Другие методы измерения кислорода, такие как метод Кларка, инфракрасный, ультразвуковой, лазерный, парамагнитный, радиоизотопный, магнитный резонанс и электронный резонанс, используются в узкоспециализированных медицинских, промышленных и научных приложениях.
Электрохимические датчики кислорода в основном используются для измерения уровня кислорода в окружающем воздухе. Они измеряют химическую реакцию внутри датчика, которая создает электрический выходной сигнал, пропорциональный уровню кислорода.Поскольку некоторые электрохимические датчики вырабатывают собственный аналоговый ток, они могут иметь автономное питание, что делает их полезными для измерения подводных погружений с кислородным аккумулятором и портативных устройств личной безопасности. Примеры могут включать алкотестеры, респираторные датчики и датчики глюкозы в крови.
С точки зрения преимуществ сенсоров, электрохимические сенсоры востребованы из-за их более низкого энергопотребления, более низких пределов обнаружения и часто менее напрямую подвержены влиянию мешающих газов.Кроме того, они, как правило, являются наименее дорогими датчиками.
Проблема электрохимических датчиков кислорода заключается в том, что они зависят от химических процессов, которые зависят от температуры. Выходной сигнал большинства электрохимических датчиков будет во многом зависеть от температурной компенсации, чтобы обеспечить надежные показания в широком диапазоне условий окружающей среды.
Другая проблема электрохимических кислородных датчиков заключается в том, что со временем химическая реакция прекращается, обычно от 1 до 3 лет в зависимости от конструкции датчика.Хранение их в бескислородной среде не продлит срок службы датчика. По мере старения сенсора он требует частой повторной калибровки и не так точен, как другие сенсоры.
Однако из-за их прочной конструкции, низкой стоимости и автономных электрохимических датчиков используются во многих устройствах, особенно в портативных газоанализаторах.
AlphaSense — один из самых популярных производителей электрохимических датчиков кислорода. Их датчики используются в десятках детекторов 4-х газов и портативных счетчиков безопасности, используемых по всему миру.
Датчики кислорода из диоксида циркония — это разновидность электрохимических датчиков. Диоксид циркония покрыт тонким слоем платины, чтобы сформировать твердотельный электрохимический топливный элемент. Окись углерода, если она присутствует в тестовом газе, окисляется O2 с образованием CO2 и, таким образом, вызывает прохождение тока. Датчик из диоксида циркония определяет не O2 напрямую, а разницу между концентрацией O2 в выхлопных газах и нормальном воздухе.
В то время как датчики кислорода из диоксида циркония чаще всего используются в автомобилях для контроля соотношения воздух-топливо, они также важны в промышленных приложениях. Например, система датчика измерения кислорода из диоксида циркония SST использует эту технологию для измерения содержания кислорода в дымовых газах, системах контроля горения, угле, нефти, газе, биомассе и системах выработки кислорода.
Еще одной особенностью системы датчика измерения кислорода на основе диоксида циркония является то, что в основе ее датчика лежит небольшой элемент на основе циркония, и для него не требуется эталонный газ.Они также сохраняют свою точность, когда кислород смешивается с другими газами.
Когда мы смотрим на преимущества датчика, способность диоксида циркония работать при высоких температурах и давлениях, возможности интеграции приложений практически безграничны, что делает этот датчик полезным во многих отраслях промышленности. Например, каждый произведенный автомобиль использует два датчика кислорода из диоксида циркония для регулировки соотношения топливо-воздух для максимальной эффективности сгорания.
Недостатки датчиков из диоксида циркония в том, что процесс окисления требует высоких температур, поэтому в экспериментах датчик будет изменять температуру измеряемого газа.Высокие температуры также означают, что ему требуется много энергии, поэтому датчики кислорода из диоксида циркония не используются в устройствах с батарейным питанием или в портативных устройствах. Кроме того, датчики из диоксида циркония бесполезны там, где требуется точность датчика ppm или ppb.
Оптические датчики кислорода основаны на принципе тушения флуоресценции кислородом. Они полагаются на использование источника света, детектора света и люминесцентного материала, который реагирует на свет. Во многих областях датчики кислорода на основе люминесценции заменяют электрод Кларка.
Принцип тушения флуоресценции молекулярным кислородом известен давно. Некоторые молекулы или соединения при воздействии света флуоресцируют (т. Е. Излучают световую энергию). Однако, если присутствуют молекулы кислорода, энергия света передается молекуле кислорода, что приводит к меньшей флуоресценции. При использовании известного источника света количество регистрируемой световой энергии обратно пропорционально количеству молекул кислорода в образце. Следовательно, чем меньше флуоресценции регистрируется, тем больше молекул кислорода должно присутствовать в анализируемом газе.
В некоторых датчиках флуоресценция обнаруживается дважды через известный интервал времени. Вместо измерения общей флуоресценции измеряется падение люминесценции (т. Е. Тушение флуоресценции) с течением времени. Этот метод определения времени, основанный на затухании, позволяет упростить конструкцию датчика.
Примером датчика, который измеряет уровни кислорода в окружающей среде с помощью гашения флуоресценции кислородом, является LuninOX LOX-02. Хотя он имеет такую же площадь основания, что и традиционные электрохимические датчики, он не поглощает кислород и имеет преимущество в гораздо более длительном сроке службы.
Распространенные области применения оптических датчиков: медицинские учреждения, лазеры, системы визуализации и волокна. Что касается преимуществ сенсоров, многие находят оптические сенсоры с большей чувствительностью, более широким динамическим диапазоном, распределенной конфигурацией и возможностями мультиплексирования.
Другой пример — портативный анализатор кислорода TecPen с упаковкой в модифицированной атмосфере. В TecPen используется тонкий слой люминесцентного красителя на датчике и микронасос для протягивания пробы воздуха мимо флуоресцирующего красителя.Краситель возбуждается при 507 мкм, и результирующее событие флуоресценции регистрируется при 650 мкм. Продолжительность этого события флуоресценции, известная как время жизни, зависит от количества адсорбированного кислорода в сенсорном слое и, таким образом, может использоваться для определения концентрации кислорода.
Поскольку в нем используется более быстрая технология оптохимического зондирования, он может проводить измерения за несколько секунд. Кроме того, оптические датчики кислорода могут быть очень точными с возможностью измерения содержания кислорода на уровне частей на миллиард.Это делает оптические датчики кислорода полезными в процессах, требующих измерения отсутствия кислорода, таких как TS-200, описанный выше, или датчик кислорода TecMicro, способный измерять до 3-4 частей на миллиард молекул кислорода.
Электрод Кларка представляет собой электрохимический датчик кислорода. Он измеряет уровень кислорода в жидкости с помощью катода и анода, погруженных в электролит.
Электрод Кларка был изобретен для измерения уровня кислорода в крови во время кардиохирургических операций.Сегодня он широко используется в портативных устройствах для измерения уровня глюкозы в крови, для которых требуется капля крови.
Датчик использует тонкий слой глюкозооксидазы (GOx) на кислородном электроде. Путем измерения количества кислорода, потребляемого GOx во время ферментативной реакции с глюкозой, можно рассчитать и отобразить уровень глюкозы в крови.
Доступны дополнительные датчики типа Clarke, которые включают измерение озона (O3), перекиси водорода (h302), водорода (H) и сероводорода (h3S).
Хотя их точность составляет лишь десятые доли процента кислорода, их низкая стоимость сделала электродные кислородные датчики Clarke доступными в качестве потребительских товаров.
Автор UusiAjaja — Собственная работа, CC0, Ссылка
Инфракрасные пульсоксиметры, обычно называемые кончиками пальцев или пальцевыми пульсоксиметрами, представляют собой кислородные датчики, которые измеряют количество кислорода в крови с помощью света. Чаще всего они используются в недорогих устройствах для измерения кончика пальца или мочки уха для измерения насыщения кислородом тела для домашнего использования в медицинских целях.
Для работы инфракрасный и красный свет проходят через тонкий слой кожи и измеряются фотодиодом. Поскольку длины волн двух источников света различаются, коэффициент поглощения света кожей пропорционален количеству оксигенированного гемоглобина в артериях.
Преимущества покупки инфракрасных датчиков кислорода связаны с тем, что они неинвазивны, экономичны, компактны и легко могут быстро определять низкий уровень кислорода в крови.Их обратная сторона заключается в том, что некоторые из менее дорогих моделей не одобрены в качестве медицинских устройств из-за низкой точности и повторяемости.
Электрогальванический датчик кислорода — это топливный элемент, основанный на окислении свинца, который дает электрический выходной сигнал, пропорциональный уровню кислорода внутри датчика. Он похож на электрохимический датчик в том, что он потребляет себя в течение нескольких месяцев, поскольку подвергается воздействию кислорода.
Поскольку гальванические датчики являются относительно недорогими и надежными устройствами, которые могут измерять уровень кислорода от 0 до 100%, они используются в качестве медицинских кислородных датчиков во многих больничных аппаратах ИВЛ, а также в оборудовании для подводного плавания с аквалангом.Обратной стороной электрогальванических кислородных датчиков, таких как медицинские кислородные ячейки, является то, что они обычно имеют срок службы, измеряемый месяцами. Эти датчики, как правило, имеют точность в пределах десятых долей процента от содержания кислорода.
Ультразвуковые датчики кислорода используют скорость звука для измерения количества кислорода в газовой или жидкой пробе. В жидкости датчики на входе и выходе измеряют разницу скоростей между высокочастотными звуковыми волнами. Изменение скорости пропорционально количеству кислорода в образце.В газах скорость звука меняется в зависимости от молекулярного состава газа. Это делает ультразвуковые датчики кислорода полезными для аппаратов ИВЛ для анестезии или генераторов кислорода, где выходной сигнал представляет собой известную концентрацию газообразного кислорода. Типичные области применения, требующие ультразвуковых методов измерения кислорода, — это больницы, анализ газов или приложения, в которых используются концентраторы кислорода или портативные генераторы кислорода.
с настраиваемым диодным лазером (TDL) основаны на спектральном анализе.Луч лазера на длине волны кислорода направляется через образец газа к фотоприемнику. Количество света, поглощаемого молекулами кислорода, пропорционально количеству молекул в образце.
Механизм лазерного датчика кислорода был создан для разработки анализаторов для измерения в реальном времени таких газов, как h30, h3S, CO2, Nh4 и C2h3 в газовых потоках. Многие датчики использовались в различных приложениях, таких как системы сжигания, электростанции, угольные печи и мусоросжигательные заводы.
Преимуществами лазерных датчиков кислорода являются их быстрое время отклика, точность в пределах десятых долей процента кислорода, отсутствие необходимости в калибровке и долгий срок службы. К их недостаткам в первую очередь относится их восприимчивость к перекрестной чувствительности от других газов.
Парамагнитные датчики кислорода основаны на том факте, что молекулы кислорода притягиваются сильными магнитными полями. В некоторых конструкциях проба газа вводится в датчик и пропускается через магнитное поле.Скорость потока изменяется пропорционально уровню кислорода в газе. В разновидности этой конструкции кислород в магнитном поле создает физическую силу на стеклянных сферах, которые измеряются. Хотя это не распространенная технология измерения, она может использоваться в приложениях управления промышленными процессами, где циркониевый кислородный датчик не может.
Дополнительные преимущества использования парамагнитного датчика кислорода заключаются в том, что датчики нечувствительны к механическим ударам, имеют высокую линейность и невероятную стабильность.Недостатком является подверженность перекрестной чувствительности от других газов.
Источники:
https://aoi-corp.com/articles/oxygen-sensor-types/
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/bies.201500002
https://o2sensors.com.au/static/what-is-oxygen-sensor
https://www.newswire.com/different-types-of-o2-sensors/23890
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4744989/
https: //www.systechillinois.com / en / support / technologies / paramagnetic-cells
http://vakratoond.com/instrumentation/paramintage-o2-oxygen-analyzer/
https://en.wikipedia.org/wiki/Electro-galvanic_oxygen_sensor
Изображение от pixabay
Датчики кислородаДатчик кислорода (обычно называемый «датчиком O2», поскольку O2 — это химическая формула кислорода) установлен в выпускном коллекторе транспортного средства для отслеживания количества несгоревшего кислорода в выхлопных газах, когда они выходят из двигателя.
Контролируя уровни кислорода и отправляя эту информацию на компьютер вашего двигателя, эти датчики сообщают вашему автомобилю, является ли топливная смесь богатой (недостаточно кислорода) или бедной (слишком много кислорода). Правильное соотношение воздух-топливо имеет решающее значение для поддержания плавности хода вашего автомобиля.
Поскольку датчик O2 играет важную роль в работе двигателя, выбросах и топливной экономичности, важно понимать, как они работают, и следить за тем, чтобы ваш датчик работал должным образом.
Где расположены датчики кислорода?Количество кислородных датчиков в автомобиле варьируется.Каждый автомобиль, выпущенный после 1996 года, должен иметь кислородный датчик перед каждым каталитическим нейтрализатором и после него. Таким образом, в то время как большинство транспортных средств имеют два датчика кислорода, двигатели V6 и V8, оснащенные двойным выхлопом, имеют четыре датчика кислорода — один перед каталитическим нейтрализатором и после него на каждом ряду двигателя.
Что делает датчик кислорода?Автомобильный датчик 02 используется для измерения количества кислорода в выхлопных газах и передачи этой обратной связи на компьютер вашего автомобиля.Затем компьютер использует эту информацию для корректировки воздушно-топливной смеси.
Датчики кислорода работают, вырабатывая собственное напряжение, когда они становятся горячими (примерно 600 ° F). На конце датчика кислорода, который подключается к выпускному коллектору, находится циркониевая керамическая груша. Внутренняя и внешняя части колбы покрыты пористым слоем платины, которая служит электродами. Внутренняя часть колбы вентилируется изнутри через корпус датчика во внешнюю атмосферу.
Когда внешняя часть баллона подвергается воздействию горячих газов выхлопных газов, разница в уровнях кислорода между баллоном и внешней атмосферой внутри датчика вызывает прохождение напряжения через баллон.
Если соотношение топлива бедное (недостаточно топлива в смеси), напряжение относительно низкое — примерно 0,1 вольт. Если соотношение топлива богатое (слишком много топлива в смеси), напряжение относительно высокое — примерно 0,9 вольт. Когда топливно-воздушная смесь находится в стехиометрическом соотношении (14,7 частей воздуха на 1 часть топлива), кислородный датчик выдает 0,45 вольт.
Верхний кислородный датчик (кислородный датчик 1)Датчик кислорода 1 — это датчик кислорода перед каталитическим нейтрализатором.Он измеряет соотношение воздух-топливо в выхлопе, выходящем из выпускного коллектора, и отправляет сигналы высокого и низкого напряжения в модуль управления трансмиссией для регулирования топливовоздушной смеси. Когда модуль управления трансмиссией получает сигнал низкого напряжения (обедненной смеси), он компенсирует это за счет увеличения количества топлива в смеси. Когда модуль управления трансмиссией получает сигнал высокого напряжения (богатый), он обедняет смесь, уменьшая количество топлива, которое он добавляет в смесь.
Использование модулем управления трансмиссией входного сигнала кислородного датчика для регулирования топливной смеси известно как замкнутый контур управления с обратной связью.Эта работа с замкнутым контуром приводит к постоянному переключению между богатой и обедненной смесью, что позволяет каталитическому нейтрализатору минимизировать выбросы за счет поддержания надлежащего баланса общего среднего соотношения топливной смеси.
Однако при запуске холодного двигателя или выходе из строя датчика кислорода модуль управления трансмиссией переходит в режим разомкнутого контура. В режиме разомкнутого контура модуль управления трансмиссией не получает сигнал от кислородного датчика и заказывает фиксированную богатую топливную смесь.Работа в разомкнутом контуре приводит к увеличению расхода топлива и выбросов. Многие новые кислородные датчики содержат нагревательные элементы, которые помогают им быстро достичь рабочей температуры, чтобы минимизировать время, затрачиваемое на работу без обратной связи.
Нижний датчик кислорода (датчик кислорода 2)Кислородный датчик 2 — это нижний кислородный датчик по отношению к каталитическому нейтрализатору. Он измеряет соотношение воздух-топливо на выходе из каталитического нейтрализатора, чтобы убедиться, что каталитический нейтрализатор работает должным образом.Каталитический нейтрализатор поддерживает стехиометрическое соотношение воздух-топливо 14,7: 1, в то время как модуль управления трансмиссией постоянно переключается между богатой и обедненной воздушно-топливной смесью из-за входного сигнала от верхнего кислородного датчика (датчик 1). Следовательно, нижний кислородный датчик (датчик 2) должен выдавать стабильное напряжение примерно 0,45 В.
Признаки неисправного датчика O2При выходе из строя датчика 02 могут появиться различные диагностические коды неисправностей (DTC).В большинстве случаев неисправный датчик O2 приводит к включению светового индикатора двигателя с кодом неисправности, который вы можете прочитать с помощью сканера OBD2, такого как FIXD. Основываясь на этом коде неисправности, он укажет на причину сбоя, а затем продолжит диагностику.
Симптомы неисправного датчика O2 могут включать следующее:
Чтобы определить, неисправен ли у вас кислородный датчик vs.в обедненных или богатых режимах работы первым делом необходимо проверить работу датчика O2 с помощью диагностического прибора.
Как проверить датчики кислородаПоскольку датчик O2 играет важную роль в поддержании максимально эффективной и чистой работы вашего двигателя, важно убедиться, что он работает должным образом. Большинство кислородных датчиков обычно служат от 30 000 до 50 000 миль, или 3-5 лет, а более новые датчики служат еще дольше при надлежащем техническом обслуживании и уходе.
Вы можете проверить кислородный датчик дома с помощью вольтметра или диагностического прибора OBD2, такого как датчик FIXD.Перейдите к потоку данных в реальном времени в приложении FIXD, чтобы увидеть напряжение и время отклика ваших датчиков O2.
Как правило, передний (передний) датчик O2 1, который функционирует должным образом, будет переключаться с богатой на обедненную смесь с довольно устойчивой скоростью, создавая волнообразное образование. Напряжение, генерируемое датчиком O2, должно быть от 0,1 В до 0,9 В, с 0,9 В на богатой стороне и 0,1 В на бедной стороне. Если ваши показания находятся в этом диапазоне, датчик O2 работает нормально.
Задний (нижний) кислородный датчик 2 является датчиком каталитического нейтрализатора, и, если все работает нормально, этот датчик будет колебаться около половины вольта.Однако это измерение может варьироваться в зависимости от производителя.
Дополнительные советы по тестированию датчика O2Если датчик O2 не реагирует быстро на тестирование:
Если во время тестирования датчик кажется вялым или медленно реагирует, и есть другие симптомы без кода неисправности, это может быть проблема «ленивого» датчика O2, который может вызвать другие проблемы.
Если напряжение датчика O2 остается высоким или бедным:
Попробуйте ввести противоположное условие, чтобы определить, связана ли проблема с датчиком кислорода или с топливовоздушной смесью.Например, если ваш датчик O2 заедает бедной смесью, добавьте топлива в ситуацию, чтобы увидеть, сработает ли он. Если датчик O2 находится на стороне богатой смеси, попробуйте создать утечку вакуума или увеличить количество кислорода, чтобы посмотреть, как и реагирует ли датчик.
Будьте в курсе с FIXD Sensor & AppС автомобильным сканером и приложением FIXD вы можете взять под свой контроль уход за автомобилем и сэкономить 1000 долларов. От автоматических предупреждений о техническом обслуживании, отправляемых прямо на ваш телефон, до данных в реальном времени, показывающих уровень топлива, уровни датчика кислорода, напряжение аккумулятора и многое другое, FIXD информирует вас, чтобы вы могли продлить срок службы вашего автомобиля и избежать ненужных дополнительных продаж.Узнайте больше о сканере и приложении FIXD OBD2 сегодня!
Каждый новый автомобиль и большинство автомобилей, выпущенных после 1980 года, имеют кислородный датчик . Датчик является частью системы контроля выбросов и передает данные в компьютер управления двигателем. Цель датчика — помочь двигателю работать с максимальной эффективностью, а также производить как можно меньше выбросов.
Бензиновый двигатель сжигает бензин в присутствии кислорода (более подробную информацию см. В разделе «Как работают автомобильные двигатели»).Оказывается, существует определенное «идеальное» соотношение воздуха и бензина, и это соотношение составляет 14,7: 1 (разные виды топлива имеют разные идеальные соотношения — соотношение зависит от количества водорода и углерода, присутствующих в данном количестве. топлива). Если воздуха меньше, чем это идеальное соотношение, то после сгорания останется топливо. Это называется смесью богатая смесью . Богатые смеси плохи, потому что несгоревшее топливо создает загрязнение. Если воздуха больше, чем это идеальное соотношение, значит, имеется избыток кислорода.Это называется смесью обедненной смеси . Бедная смесь имеет тенденцию производить больше загрязняющих веществ оксидами азота, и в некоторых случаях это может привести к снижению производительности и даже к повреждению двигателя.
Датчик кислорода расположен в выхлопной трубе и может обнаруживать богатые и бедные смеси. Механизм в большинстве датчиков включает химическую реакцию, которая генерирует напряжение (подробности см. В патентах ниже). Компьютер двигателя смотрит на напряжение, чтобы определить, является ли смесь богатой или бедной, и соответственно регулирует количество топлива, поступающего в двигатель.
Причина, по которой двигателю нужен кислородный датчик, заключается в том, что количество кислорода, которое может потреблять двигатель, зависит от всех факторов, таких как высота, температура воздуха, температура двигателя, барометрическое давление. , нагрузка на двигатель и т. д.
Когда датчик кислорода выходит из строя, компьютер больше не может определять соотношение воздух / топливо, поэтому в конечном итоге он делает предположения. Ваша машина плохо работает и расходует больше топлива, чем нужно.
Современные компьютеризированные системы управления двигателем полагаются на входные данные от различных датчиков для регулирования характеристик двигателя, выбросов и других важных функций.Датчики должны предоставлять точную информацию, в противном случае могут возникнуть проблемы с управляемостью, повышенный расход топлива и сбои в выбросах.
Одним из ключевых датчиков в этой системе является датчик кислорода. Его часто называют датчиком «O2», потому что O2 — это химическая формула кислорода (атомы кислорода всегда перемещаются парами, а не в одиночку).
Первый датчик O2 был представлен в 1976 году на Volvo 240. Следующим в Калифорнии автомобили получили их в 1980 году, когда калифорнийские правила выбросов требовали снижения выбросов.Федеральные законы о выбросах сделали датчики O2 практически обязательными для всех автомобилей и легких грузовиков, построенных с 1981 года. И теперь, когда действуют правила OBD-II (автомобили 1996 года и новее), многие автомобили теперь оснащены несколькими датчиками O2, некоторые из которых целых четыре!
Датчик O2 установлен в выпускном коллекторе для контроля количества несгоревшего кислорода в выхлопных газах, когда выхлопные газы выходят из двигателя. Контроль уровня кислорода в выхлопных газах — это способ измерения топливной смеси. Он сообщает компьютеру, является ли топливная смесь богатой (меньше кислорода) или бедной (больше кислорода).
На относительную насыщенность или обедненную смесь топливной смеси может влиять множество факторов, включая температуру воздуха, температуру охлаждающей жидкости двигателя, барометрическое давление, положение дроссельной заслонки, расход воздуха и нагрузку на двигатель. Есть и другие датчики, которые отслеживают эти факторы, но датчик O2 является главным монитором того, что происходит с топливной смесью. Следовательно, любые проблемы с датчиком O2 могут вывести из строя всю систему.
Компьютер использует вход кислородного датчика для регулирования топливной смеси, что называется контуром управления с обратной связью по топливу.»Компьютер ориентируется на датчик O2 и реагирует изменением топливной смеси. Это приводит к соответствующему изменению показаний датчика O2. Это называется работой» замкнутого контура «, потому что компьютер использует вход датчика O2 для регулирования Результатом является постоянное переключение от богатой к обедненной смеси, что позволяет каталитическому нейтрализатору работать с максимальной эффективностью, сохраняя при этом средний общий баланс топливной смеси для минимизации выбросов.Это сложная установка, но она работает.
Когда от датчика O2 не поступает сигнал, как в случае, когда холодный двигатель запускается впервые (или выходит из строя датчик 02), компьютер заказывает фиксированную (неизменную) богатую топливную смесь. Это называется операцией «разомкнутого контура», потому что входной сигнал от датчика O2 не используется для регулирования топливной смеси. Если двигатель не переходит в замкнутый цикл, когда датчик O2 достигает рабочей температуры, или выходит из замкнутого цикла из-за потери сигнала датчика O2, двигатель будет работать на слишком богатой смеси, что приведет к увеличению расхода топлива и выбросов.Неисправный датчик охлаждающей жидкости также может предотвратить переход системы в замкнутый контур, потому что компьютер также учитывает температуру охлаждающей жидкости двигателя при принятии решения о переходе в замкнутый цикл.
Датчик O2 работает как миниатюрный генератор и вырабатывает собственное напряжение, когда нагревается. Внутри вентилируемой крышки на конце датчика, который ввинчивается в выпускной коллектор, находится циркониевая керамическая колба. Колба снаружи покрыта пористым слоем платины.Внутри колбы находятся две платиновые полоски, которые служат электродами или контактами.
Наружная часть колбы подвергается воздействию горячих газов в выхлопе, в то время как внутренняя часть колбы выходит изнутри через корпус датчика во внешнюю атмосферу. Кислородные датчики старого образца на самом деле имеют небольшое отверстие в корпусе, чтобы воздух мог попасть в датчик, но датчики O2 нового типа «дышат» через свои проводные разъемы и не имеют вентиляционного отверстия. В это трудно поверить, но небольшое пространство между изоляцией и проводом обеспечивает достаточно места для проникновения воздуха в датчик (по этой причине никогда не следует наносить смазку на разъемы датчика O2, поскольку она может блокировать поток воздуха).Проветривание датчика через провода, а не через отверстие в корпусе, снижает риск загрязнения датчика изнутри и его выхода из строя. Разница в уровнях кислорода между выхлопным и наружным воздухом внутри датчика вызывает прохождение напряжения через керамическую грушу. Чем больше разница, тем выше значение напряжения.
Датчик кислорода обычно вырабатывает примерно до 0,9 вольт, когда топливная смесь богатая и в выхлопных газах мало несгоревшего кислорода.Когда смесь бедная, выходное напряжение датчика упадет примерно до 0,1 вольт. Когда топливно-воздушная смесь сбалансирована или находится в точке равновесия около 14,7: 1, датчик будет показывать около 0,45 вольт.
Когда компьютер получает сигнал обогащения (высокое напряжение) от датчика O2, он понижает топливную смесь, чтобы уменьшить показания датчика. Когда показания датчика O2 становятся бедными (низкое напряжение), компьютер снова меняет направление, заставляя топливную смесь обогащаться. Это постоянное колебание топливной смеси вперед и назад происходит с разными скоростями в зависимости от топливной системы.Скорость перехода самая низкая на двигателях с карбюраторами с обратной связью, обычно один раз в секунду при 2500 об / мин. Двигатели с впрыском в корпус дроссельной заслонки несколько быстрее (2–3 раза в секунду при 2500 об / мин), а двигатели с многоточечным впрыском являются самыми быстрыми (5–7 раз в секунду при 2500 об / мин).
Датчик кислорода должен быть горячим (около 600 градусов или выше), прежде чем он начнет генерировать сигнал напряжения, поэтому многие датчики кислорода имеют внутри небольшой нагревательный элемент, чтобы помочь им быстрее достичь рабочей температуры.Нагревательный элемент также может предотвратить слишком сильное охлаждение датчика во время длительного холостого хода, что может привести к возврату системы к разомкнутому контуру.
Датчики O2 с подогревом используются в основном в новых автомобилях и обычно имеют 3 или 4 провода. Старые однопроводные датчики O2 не имеют нагревателей. При замене датчика O2 убедитесь, что он того же типа, что и оригинальный (с подогревом или без него).
Начиная с нескольких автомобилей в 1994 и 1995 годах и всех автомобилей 1996 года и новее, количество кислородных датчиков на каждый двигатель увеличилось вдвое.Второй кислородный датчик теперь используется после каталитического нейтрализатора для контроля его эффективности. На двигателях V6 или V8 с двойным выхлопом это означает, что можно использовать до четырех датчиков O2 (по одному для каждого ряда цилиндров и по одному после каждого преобразователя).
Система OBDII предназначена для контроля выбросов двигателя. Это включает в себя наблюдение за всем, что может вызвать увеличение выбросов. Система OBDII сравнивает показания уровня кислорода датчиков O2 до и после преобразователя, чтобы увидеть, снижает ли преобразователь загрязняющие вещества в выхлопных газах.Если он видит незначительные изменения в показаниях уровня кислорода или совсем не видит их, это означает, что преобразователь не работает должным образом. Это приведет к включению контрольной лампы неисправности (MIL).
O2 невероятно надежны, учитывая условия эксплуатации, в которых они живут. Но датчики O2 изнашиваются и в конечном итоге должны быть заменены. Характеристики датчика O2 имеют тенденцию к снижению с возрастом, поскольку загрязняющие вещества накапливаются на наконечнике датчика и постепенно снижают его способность производить напряжение.Такое ухудшение может быть вызвано различными веществами, попадающими в выхлопные газы, такими как свинец, силикон, сера, масляная зола и даже некоторые присадки к топливу. Датчик также может быть поврежден факторами окружающей среды, такими как вода, брызги дорожной соли, масло и грязь.
По мере того, как датчик стареет и становится вялым, время, необходимое для реакции на изменения в топливно-воздушной смеси, замедляется, что приводит к увеличению выбросов. Это происходит потому, что колебания топливной смеси замедляются, что снижает эффективность преобразователя.Эффект более заметен на двигателях с многоточечным впрыском топлива (MFI), чем с электронной карбюрацией или впрыском через корпус дроссельной заслонки, потому что соотношение топлива изменяется намного быстрее в приложениях MFI. Если датчик полностью умирает, результатом может быть фиксированная богатая топливная смесь. По умолчанию для большинства применений с впрыском топлива средний диапазон составляет три минуты. Это вызывает большой скачок расхода топлива, а также выбросов. А если преобразователь перегреется из-за богатой смеси, он может выйти из строя.Одно исследование EPA показало, что 70% автомобилей, не прошедших испытание на выбросы I / M 240, нуждались в новом датчике O2.
Единственный способ узнать, выполняет ли датчик O2 свою работу, — это регулярно его проверять. Вот почему на некоторых автомобилях (в основном импортных) есть сигнальная лампа с напоминанием о техническом обслуживании датчика. Хорошее время для проверки датчика — это замена свечей зажигания.
Вы можете прочитать выходные данные датчика O2 с помощью сканирующего прибора или цифрового вольтметра, но переходы трудно увидеть, потому что числа сильно меняются.Вот где действительно сияет инструмент сканирования на базе ПК, такой как AutoTap. Вы можете использовать функции построения графиков, чтобы наблюдать за изменениями напряжения датчиков O2. Программное обеспечение отобразит выходное напряжение датчика в виде волнистой линии, которая показывает как его амплитуду (минимальное и максимальное напряжение), так и его частоту (скорость перехода от богатого к обедненному).
Хороший датчик O2 должен выдавать колеблющуюся форму волны на холостом ходу, при которой напряжение изменяется от почти минимального (0,1 В) до почти максимального (0.9v). Искусственное обогащение топливной смеси путем подачи пропана во впускной коллектор должно привести к тому, что датчик среагирует почти немедленно (в течение 100 миллисекунд) и перейдет на максимальный (0,9 В) выходной сигнал. Создание обедненной смеси путем открытия вакуумной линии должно привести к падению выходного сигнала датчика до минимального (0,1 В) значения. Если датчик не переключается вперед и назад достаточно быстро, это может указывать на необходимость замены.
Если цепь датчика O2 разомкнута, закорочена или выходит за пределы допустимого диапазона, она может установить код неисправности и загореться контрольной лампой проверки двигателя или неисправности.Если дополнительная диагностика обнаруживает неисправность датчика, требуется его замена. Но многие датчики O2, которые сильно испорчены, продолжают работать достаточно хорошо, чтобы не устанавливать код неисправности, но недостаточно хорошо, чтобы предотвратить увеличение выбросов и расхода топлива. Таким образом, отсутствие кода неисправности или контрольной лампы не означает, что датчик O2 работает правильно.
Очевидно, что неисправный датчик O2 требует замены. Но также может быть полезно периодически заменять датчик O2 для профилактического обслуживания.Замена стареющего датчика O2, который стал медленно работать, может восстановить максимальную топливную эффективность, минимизировать выбросы выхлопных газов и продлить срок службы преобразователя.
Необогреваемые одно- или двухпроводные датчики O2 на автомобилях с 1976 по начало 1990-х годов можно заменять каждые 30 000–50 000 миль. Подогреваемые 3- и 4-проводные датчики O2 в приложениях с середины 1980-х до середины 1990-х годов можно менять каждые 60 000 миль. На автомобилях, оборудованных OBDII (1996 г. и новее), рекомендуется интервал замены 100 000 миль.
Датчик кислорода, также известный как датчик O2, выполняет то, что предполагает его название — он измеряет количество кислорода в выхлопных газах. Хотя это может показаться довольно скромной задачей, датчик O2 на самом деле является одним из самых важных датчиков на любом транспортном средстве, отвечающим за поддержание правильного баланса между воздухом и топливом для оптимальных выбросов. Из-за этого вы захотите знать, что он делает, почему выходит из строя, и, что важно, как его заменить, когда это произойдет.
Большинство автомобилей имеют по крайней мере два кислородных датчика, расположенных по всей выхлопной системе; по крайней мере, один перед каталитическим нейтрализатором и один или несколько после каталитического нейтрализатора. Датчик предварительной очистки регулирует подачу топлива, а датчик ниже по потоку измеряет эффективность каталитического нейтрализатора.
ДатчикиO2 обычно можно разделить на узкополосные или широкополосные. Чувствительный элемент находится внутри датчика в стальном корпусе.Молекулы кислорода из выхлопных газов проходят через крошечные щели или отверстия в стальной оболочке датчика, чтобы достичь чувствительного элемента или нервной ячейки. На другой стороне нервной ячейки кислород из воздуха за пределами выхлопной трубы проходит вниз по датчику O2 и вступает в контакт. Разница в количестве кислорода между кислородом в наружном воздухе и в выхлопных газах способствует потоку ионов кислорода и создает напряжение.
Если смесь выхлопных газов слишком богата и в выхлопе слишком мало кислорода, в электронный блок управления двигателя (ЭБУ) отправляется сигнал для уменьшения количества топлива, добавляемого в цилиндр.Если смесь выхлопных газов слишком бедная, то отправляется сигнал об увеличении количества топлива, используемого в двигателе. Слишком много топлива производит углеводороды и окись углерода. Слишком мало топлива производит загрязняющие вещества в виде оксидов азота. Сигнал датчика помогает поддерживать правильную смесь. Датчики O2 с широким диапазоном имеют дополнительную ячейку для откачки O2 для регулирования количества кислорода, присутствующего в чувствительном элементе. Это позволяет измерять гораздо более широкое соотношение воздух / топливо.
Поскольку датчик кислорода находится в потоке выхлопных газов, он может быть загрязнен.Общие источники загрязнения включают чрезмерно богатую топливную смесь или прорыв масла в старом двигателе и охлаждающую жидкость двигателя, сгорающую в камере сгорания в результате утечки через прокладку двигателя. Он также подвергается воздействию чрезвычайно высоких температур и, как и любой другой компонент, со временем изнашивается. Все это может повлиять на характеристики отклика датчика кислорода, что приведет к увеличению времени отклика или сдвигу кривой напряжения датчика и, в конечном итоге, к снижению характеристик датчика.
На что обращать внимание при отказе датчика O2
Когда датчик кислорода выходит из строя, компьютер больше не может определять соотношение воздух / топливо, поэтому в конечном итоге он делает предположения.По этой причине есть несколько контрольных признаков, на которые следует обратить внимание:
Чтобы определить источник неисправности датчика O2, выполните следующие действия:
Общие коды неисправностей и причины включают:
Перед заменой датчика необходимо диагностировать проблему.Подключите диагностический прибор, такой как Delphi DS, выберите правильный автомобиль и прочтите код (ы) неисправности. Подтвердите код неисправности, выбрав данные в реальном времени и сравнив значение подозрительного неисправного датчика со значением известного исправного датчика. При необходимости обратитесь к данным производителя транспортного средства, чтобы найти правильное значение для сравнения. Другие инструменты или оборудование могут потребоваться, чтобы определить, является ли именно датчик, а не проводка, которая является причиной проблемы.