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

Датчик кислорода для автомобиля (что это такое)

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.

Для чего нужен

В отработавших газах бензинового двигателя можно найти немало разнообразных токсичных компонентов, но верховодит традиционная триада:

• СО – окись углерода, угарный газ;
• СН – несгоревшие углеводороды;
• NOх – окислы азота.

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.

Чтобы нейтрализатор мог эффективно «облагораживать» поступающие в него газы, содержание каждого компонента в них должно укладываться в довольно узкие рамки, соответствующие сгоранию в цилиндрах стехиометрической рабочей смеси топлива и воздуха. Напомним, что ее состав характеризуется так называемым коэффициентом избытка воздуха a.

Если a больше 1,0 – смесь обедненная, бедная и т.д. И наоборот – смесь с a меньше 1,0 – обогащенная, богатая и т.д. Если воздуха ровно столько, сколько требуется для полного сгорания топлива, смесь называют стехиометрической – это область значений a вблизи 1,0.

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.

Принцип работы

При работе двигателя концентрация кислорода внутри выпускной системы и снаружи ее, в окружающем воздухе, совершенно разная. Вот эта разница и заставляет ионы кислорода двигаться в твердом электролите, в результате чего на электродах измерительного элемента появляется разность потенциалов – сигнал датчика кислорода.

Зависимость выходного сигнала зонда от температуры. Зона ниже 300°С – нерабочая: 1 – реакция на богатые смеси; 2 – реакция на бедные смеси.

Как видите, реакции на богатые и бедные смеси различаются очень сильно, но при падении температуры ниже 300°С разница постепенно уменьшается – эта зона уже нерабочая. Чтобы датчик после пуска двигателя быстрей прогревался, его размещают возможно ближе к мотору, но все же с учетом ограничений по максимальной температуре. Особенно «критична» длительная езда с полной мощностью двигателя.

Современные датчики кислорода – с электроподогревом, которым управляет электронный блок управления двигателем, меняя ток нагревателя. Соответственно, он контролирует и исправность цепи нагревателя, что очень важно.

Кислородные датчики: подробное руководство — Denso

Вы наверняка знаете, что в вашем автомобиле установлен кислородный датчик (или даже два!)… Но зачем он нужен и как он работает? На часто задаваемые вопросы отвечает Стефан Верхоеф (Stefan Verhoef), менеджер DENSO по продукту (кислородные датчики).

B: Какую работу выполняет датчик кислорода в автомобиле?
O: Датчики кислорода (также называемые лямбда-зондами) помогают контролировать расход топлива вашего автомобиля, что способствует снижению объема вредных выбросов. Датчик непрерывно измеряет объем несгоревшего кислорода в выхлопных газах и передает эти данные в электронный блок управления (ЭБУ). На основании этих данных ЭБУ регулирует соотношение топлива и воздуха в топливовоздушной смеси, поступающей в двигатель, что помогает каталитическому нейтрализатору (катализатору) работать более эффективно и уменьшать количество вредных частиц в выхлопных газах.

B: Где находится датчик кислорода?

O: Каждый новый автомобиль и большинство автомобилей, выпущенных после 1980 г., оснащены датчиком кислорода. Обычно датчик установлен в выхлопной трубе перед каталитическим нейтрализатором. Точное местоположение датчика кислорода зависит от типа двигателя (V-образное или рядное расположение цилиндров), а также от марки и модели автомобиля. Для того чтобы определить, где расположен датчик кислорода в вашем автомобиле, обратитесь к руководству по эксплуатации.

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.

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: Какие бывают датчики?
О: Существует три основных типа лямбда-сенсоров: циркониевые датчики, датчики соотношения «воздух — топливо» и титановые датчики. Все они выполняют одни и те же функции, но используют при этом различные способы определения соотношения «воздух — топливо» и разные исходящие сигналы для передачи результатов измерений.

Наибольшее распространение получила технология на основе использования циркониево-оксидных датчиков (как цилиндрического, так и плоского типов). Эти датчики могут определять только относительное значение коэффициента: выше или ниже соотношение «топливо — воздух» коэффициента лямбда 1.00 (идеальное стехиометрическое соотношение). В ответ ЭБУ двигателя постепенно изменяет количество впрыскиваемого топлива до тех пор, пока датчик не начнет показывать, что соотношение изменилось на противоположное. С этого момента ЭБУ опять начинает корректировать подачу топлива в другом направлении. Этот способ обеспечивает медленное и непрекращающееся «плавание» вокруг коэффициента лямбда 1.00, не позволяя при этом поддерживать точный коэффициент 1.00. В итоге в изменяющихся условиях, таких как резкое ускорение или торможение, в системах с циркониево-оксидным датчиком подается недостаточное или избыточное количество топлива, что приводит к снижению эффективности каталитического нейтрализатора.

Датчик соотношения «воздух — топливо» показывает точное соотношение топлива и воздуха в смеси. Это означает, что ЭБУ двигателя точно знает, насколько это соотношение отличается от коэффициента лямбда 1.00 и, соответственно, насколько требуется корректировать подачу топлива, что позволяет ЭБУ изменять количество впрыскиваемого топлива и получать коэффициент лямбда 1.00 практически мгновенно.

Датчики соотношения «воздух — топливо» (цилиндрические и плоские) впервые были разработаны DENSO для того, чтобы обеспечить соответствие автомобилей строгим стандартам токсичности выбросов. Эти датчики более чувствительны и эффективны по сравнению с циркониево-оксидными датчиками. Датчики соотношения «воздух — топливо» передают линейный электронный сигнал о точном соотношении воздуха и топлива в смеси. На основании значения полученного сигнала ЭБУ анализирует отклонение соотношения «воздух — топливо» от стехиометрического (то есть Лямбда 1) и корректирует впрыск топлива. Это позволяет ЭБУ предельно точно корректировать количество впрыскиваемого топлива, моментально достигая стехиометрического соотношения воздуха и топлива в смеси и поддерживая его. Системы, использующие датчики соотношения «воздух — топливо», минимизируют возможность подачи недостаточного или избыточного количества топлива, что ведет к уменьшению количества вредных выбросов в атмосферу, снижению расхода топлива, лучшей управляемости автомобиля.

Титановые датчики во многом похожи на циркониево-оксидные датчики, но титановым датчикам для работы не требуется атмосферный воздух. Таким образом, титановые датчики являются оптимальным решением для автомобилей, которым необходимо пересекать глубокий брод, например полноприводных внедорожников, так как титановые датчики способны работать при погружении в воду. Еще одним отличием титановых датчиков от других является передаваемый ими сигнал, который зависит от электрического сопротивления титанового элемента, а не от напряжения или силы тока. С учетом данных особенностей титановые датчики могут быть заменены только аналогичными и другие типы лямбда-зондов не могут быть использованы.

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.

Дополнительная информация

Более подробную информацию об ассортименте кислородных датчиков DENSO можно найти в разделе Кислородные датчики, в системе TecDoc или у представителя DENSO.

Датчик кислорода — волшебство?

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.

Что такое лямда-зонд

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.

Типы датчиков кислорода

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.

Как устроен датчик кислорода

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.

Диагностируем датчик кислорода

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:

Датчик кислорода DENSO(лямбда-зонд) — принцип работы,устройство,виды

Конструкция современных автомобилей предусматривает строгий контроль количества сжигаемого топлива. Это необходимо как с точки зрения повышения экономичности двигателей, так и в целях снижения выбросов вредных веществ в атмосферу. Элементом, играющим основную роль в регуляции топливо-воздушной смеси, является датчик кислорода (лямбда-зонд).

Датчик кислорода работает в связке с системой впрыска, каталитическим нейтрализатором и электронным блоком управления (ЭБУ). Измеряя процент несгоревшего кислорода в выхлопных газах автомобиля, датчик передает эти данные в ЭБУ, который регулирует состав топливовоздушной смеси. Правильная топливовоздушная смесь обеспечивает эффективную работу каталитического нейтрализатора.

Принцип работы
Датчики кислорода состоят из внешнего и внутреннего электрода. Внешний электрод имеет платиновое напыление, а внутренний изготовлен из циркониевого сплава. При прохождении кислорода изменяется потенциал между выводами электродов. Принцип работы датчика основан на поддержании постоянного напряжения (450 мВ) между электродами за счет изменения силы тока. Снижение концентрации кислорода в отработавших газах (обогащенная топливно-воздушная смесь) сопровождается ростом напряжения между электродами двухточечного керамического элемента. Сигнал от элемента подается в электронный блок управления, на основании которого создается ток определенной силы, благодаря которой напряжение достигает нормативного значения. Величина силы тока при этом и является мерой концентрации кислорода в отработавших газах.

Датчик кислорода контролирует процентное содержание несгоревшего кислорода в выхлопных газах автомобиля. Во время движения автомобиля состав топливной смеси отклоняется от идеального значения, поэтому его необходимо контролировать и регулировать. В зависимости от содержания кислорода — слишком высокое (обедненная смесь) или слишком низкое (переобогащенная смесь) — датчик передает быстроизменяющийся сигнал в ЭБУ, который реагирует на сигнал изменением качества топливовоздушной смеси, поступающей в двигатель.

ЭБУ получает от датчика сигнал и принимает решение о правильности соотношения топлива и воздуха в смеси. Количество впрыскиваемого топлива регулируется с помощью коррекции времени впрыска по сигналам обратной связи. Если смесь оказывается слишком богатой, количество впрыскиваемого топлива уменьшается, если слишком бедной — количество впрыскиваемого топлива увеличивается.

Задача состоит в том, чтобы поддерживать соотношение топлива и воздуха в смеси близко к стехиометрической точке, которая представляет собой рассчитанное идеальное соотношение топлива и воздуха в смеси. Для бензина стехиометрическое соотношение, т.е. соотношение чистого сгорания, составляет около 14,7 к 1 (равно коэффициенту лямбда 1.00). Это означает, что на каждый килограмм топлива сжигается 14,7 килограмма воздуха. Если отношение воздуха к топливу выше 14,7 — смесь обедненная, а если ниже — переобогащенная.

В теории при идеальном составе смеси все топливо сгорает полностью, используя при этом почти все количество кислорода в воздухе. Остаточный кислород должен присутствовать в количестве, как раз необходимом для эффективной работы каталитического нейтрализатора. После этого нейтрализатор производит обработку выхлопных газов до того, как они покинут автомобиль.

Большинство современных автомобилей оснащены трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором. Трехкомпонентный подразумевает три вида контролируемых (вредных) выбросов, уровень которых снижается с помощью нейтрализатора — монооксид углерода (CO), несгоревшие углеводороды (CH) и оксид азота (NOx). Точное количество кислорода в выхлопных газах важно для нейтрализатора, поскольку от этого зависит, насколько эффективно он сможет удалить эти вредные выбросы из выхлопных газов.

При правильном количестве кислорода между кислородом и токсичными газами возникает химическая реакция, в результате которой из нейтрализатора выходят безвредные газы. Если нейтрализатор работает исправно, то этой химической реакцией поглощается весь кислород, содержащийся в выхлопных газах.

Рис. 1. Выходной сигнал датчика кислорода указывает на соотношение топлива и воздуха в смеси, сообщая ЭБУ, в какую сторону регулировать подачу топлива.	Рис. 2. Степень очистки каталитического нейтрализатора.

Устройство
Все новые автомобили и большинство автомобилей, выпущенных после 1980 г., оснащены датчиком кислорода. Он установлен в выхлопной трубе перед каталитическим нейтрализатором. Точное местонахождение датчика кислорода варьируется в зависимости от типа двигателя — с V-образным или рядным расположением цилиндров, а также в зависимости от марки и модели.

Подробно рассматривать устройство современного датчика кислорода имеет смысл на примерах продукции компании DENSO, поскольку этот японский производитель является безусловным технологическим лидером в данной области. С таким утверждением явно согласны ведущие мировые автопроизводители — датчики кислорода DENSO устанавливаются в качестве оригинального оборудования на автомобилях таких производителей как Toyota, Mitsubishi, Honda, Jaguar, Volvo, Mazda, Suzuki, Subaru, Isuzu, Daihatsu, Yamaha, Land Rover, Daimler Chrysler, General Motors, Opel/Vauxhall и многих других. Начиная с 1977 года, когда были выпущены первые датчики кислорода, уже несколько сотен миллионов датчиков DENSO выполняют свою работу, измеряя содержание кислорода в выбросах двигателей автомобилей, что делает DENSO одним из ведущих производителей датчиков кислорода в мире.

Несколько датчиков кислорода
Многие из недавно выпущенных автомобилей, кроме датчика кислорода, перед каталитическим нейтрализатором имеют второй датчик, установленный после него. Первый датчик, перед нейтрализатором, является основным и помогает блоку ЭБУ регулировать топливовоздушную смесь. Второй датчик, установленный после нейтрализатора, является контрольным. Он контролирует функционирование каталитического нейтрализатора.

Датчик кислорода, установленный после каталитического нейтрализатора, контролирует его функционирование путем измерения уровня кислорода в выхлопных газах, выходящих из нейтрализатора. Если датчик выдает сигнал высокого напряжения, нейтрализатор работает нормально. Это происходит потому, что, если нейтрализатор работает правильно, весь кислород в выхлопных газах поглощается химической реакцией, происходящей внутри между кислородом и вредными веществами.

Рис. 3. Двигатель с каталитическим нейтрализатором и датчиками:
1. Инжектор. 2. Датчик кислорода перед катализатором. 3. Каталитический нейтрализатор. 4. Датчик кислорода после катализатора

Двойной защитный слой алюминия и двойная защитная крышка — уникальные разработки DENSO!

Два типа датчиков кислорода
Компания DENSO первой в мире разработала технологию датчиков соотношения воздух/топливо, предложив датчик с линейным сигналом, который помогает автомобилям соответствовать строгим стандартам уровня токсичности выбросов, начиная с EURO 3. Однако в новой системе вместо обычного датчика кислорода используется уже датчик контроля соотношения топлива и воздуха в смеси. В целом датчики воздух/топливо обладают большей чувствительностью и эффективностью, чем обычные циркониево-оксидные датчики кислорода. Это достигается благодаря способу измерения соотношения топлива и кислорода в смеси и различиям в выходных сигналах, сообщающих о результате измерений.

Циркониево-оксидный датчик показывает, выше или ниже соотношение топлива и воздуха коэффициента лямбдa 1.00. ЭБУ двигателя постепенно изменяет количество подачи топлива до тех пор, пока датчик не начнет показывать, что соотношение опять неправильное. С этого момента ЭБУ опять начинает корректировать подачу топлива в другом направлении. Этот способ обеспечивает медленное и непрекращающееся плавание вокруг коэффициента лямбдa 1.00, не позволяя при этом поддерживать точный коэффициент 1.00.

Датчик соотношения воздух/топливо показывает точное соотношение топлива и воздуха в смеси. Это означает, что ЭБУ двигателя точно знает, насколько это соотношение отличается от коэффициента лямбдa 1.00 и, соответственно, насколько требуется корректировать подачу топлива, что позволяет ЭБУ изменять количество впрыскиваемого топлива и получать коэффициент лямбдa 1.00 практически сразу.

В итоге, особенно в изменяющихся условиях (резкие ускорения или замедления), в системах с циркониево-оксидным датчиком будет наблюдаться подача недостаточного или избыточного количества топлива, что приводит к снижению эффективности каталитического нейтрализатора. При использовании датчика соотношения воздух/топливо ЭБУ двигателя будет замечать малейшие изменения в соотношении топлива и воздуха даже в изменяющихся условиях. Таким образом, ЭБУ сможет выполнять точную корректировку подачи топлива, что приведет к оптимальной обработке выхлопных газов каталитическим нейтрализатором и, как следствие, к более чистому воздуху, меньшему расходу топлива и улучшению общих характеристик управляемости автомобиля.

Передовые разработки, стандарт оригинального качества и превосходные эксплуатационные характеристики теперь доступны клиентам вторичного рынка в рамках программы DENSO. Ноу-хау компании не имеет себе равных и применяется при производстве всех без исключения датчиков кислорода. Кроме того, каждый датчик кислорода DENSO подвергается проверкам на 100%-ное соответствие качеству, включая проверки выходного сигнала, воздухонепроницаемости, целостности цепей и сопротивления подогревателя. Поэтому, в случае необходимости замены датчика кислорода, выбор очевиден. Что касается технологии обслуживания и нюансов замены кислородных датчиков – этому будет посвящена следующая статья.

Решение проблемы качества топлива
Некачественное или грязное топливо может оказать неблагоприятное воздействие на срок службы и эксплуатационные показатели датчика кислорода, однако DENSO предлагает решение для этой проблемы.

В чем заключается причина проблемы? Топливо может быть загрязнено присадками для моторных масел, присадками для бензина, герметиком на деталях двигателя и нефтяными отложениями после десульфуризации. При нагреве свыше 700°С загрязненное топливо выделяет вредные для датчика пары, которые влияют на его работу, засоряя или разрушая электроды. Это распространенный случай выхода из строя датчика кислорода.

Новая конструкция датчиков DENSO не подвержена этой опасности. Уникальный защитный слой оксида алюминия на керамическом элементе датчика защищает его от некачественного топлива, продлевая срок службы и сохраняя эксплуатационные показатели датчика на необходимом уровне.

Денис Петров

www.denso.ua

Источник: журнал autoExpert №1`2015. При перепечатке ссылка на источник обязательна.

Широкополосный датчик кислорода принцип работы

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

Характеристика

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

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

Где находится?

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

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

Устройство

Конструкция данного механизма предполагает наличие следующих элементов:

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

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

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

Как это работает?

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

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

Важная особенность

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

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

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

Значение лямбды и связь с ДВС

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

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

Ресурс

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

Признаки

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

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

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

Причины неисправности

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

• При обрыве проводов, что идут на датчик. В таком случае сигнал попросту не поступит на ЭБУ.
• При механическом повреждении. Многие датчики устанавливаются в районе днища. Если автомобиль проехал через глубокое препятствие, возможно повреждение измерительного элемента. При малейшей деформации разрушается гальванический элемент широкополосного датчика кислорода.
• При перегреве датчика. Это может произойти из-за неполадок в топливной системе автомобиля. Обычно это некорректный угол зажигания либо неправильный тюнинг двигателя (например, не та прошивка ЭБУ при чип-тюнинге).
• При загрязнении чувствительного элемента. Если закоксовывается верхний слой с платиновым покрытием, ионы не будут улавливаться широкополосным датчиком. Что это может быть? Обычно загрязнения происходят из-за попадания масла в камеру сгорания. данная копоть затем обволакивает стенки выпускного коллектора, а также наконечника датчика. Еще загрязнения могут происходить из-за использования некачественного бензина, который содержит много свинца.

• При разгерметизации корпуса. Такое бывает редко, но данную неисправность не следует исключать.
• При попадании антифриза в цилиндры двигателя. это происходит из-за пробоя прокладки головки блока. В результате газы приобретают характерный белый цвет. Помимо этого, меняется и концентрация кислорода в выхлопе. Простыми словами, датчик начинает «сходить с ума». ЭБУ готовит неправильную смесь.

Разбираем контакты

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

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

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

Подводим итоги

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

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

Лямбда-зонд (λ-зонд) — датчик остаточного кислорода (например, в выпускном коллекторе двигателя или дымоходе отопительного котла). Позволяет оценивать количество оставшегося не сгоревшего топлива либо кислорода в выхлопных газах. Данные показания позволяют приготовлять оптимальную воздушно-топливную смесь, а также снижать количество вредных для человека побочных продуктов процесса сгорания.

Содержание

Узкополосный лямбда-зонд [ править | править код ]

Лямбда-зонд порогового типа действует по принципу гальванического элемента/твердооксидного топливного элемента с твердым электролитом в виде керамики из диоксида циркония (ZrO₂). Керамика легирована оксидом иттрия, а поверх неё напылены токопроводящие пористые электроды из платины, одновременно являющейся катализатором окислительно-восстановительных реакций. Один из электродов омывается горячими выхлопными газами (внешняя сторона датчика), а второй — воздухом из атмосферы (внутренняя сторона датчика). Эффективное измерение состава отработавших газов лямбда-зонд обеспечивает после разогрева до определенной температуры выше 300°C. Только в таких условиях циркониевый электролит приобретает проводимость, а гальваническая ячейка начинает работать. Для работы датчика атмосферный кислород нужен в очень небольшом количестве, поэтому, в целом герметичный для воды, датчик делается таким образом, чтобы кислород немного попадал внутрь со стороны проводки.

Если при работе двигателя и датчика ионы свободного кислорода присутствуют лишь с внутренней стороны элемента, то есть имеется лишь атмосферный кислород, то разогретая ячейка самостоятельно начинает генерировать ЭДС, а значит, на блок управления с датчика начинает поступать электрический ток с определённым напряжением. Это означает для ЭБУ автомобиля, что смесь была «богатой». На практике этому соответствует примерно 0,8-0,9 вольт. Если свободный кислород появляется в составе выхлопа с внешней стороны датчика, то выработка ЭДС снижается, а если кислорода достаточно много, то полностью прекращается, то есть кислород из выхлопа блокирует работу ячейки. Это означает для ЭБУ, что смесь была «бедной». На практике этому соответствует примерно 0,1-0,2 вольт. Если ЭДС стремится к нулю, то это означает что смесь абсолютно бедная, например в двигатель не поступает топливо. Напряжение с датчика 0,45 вольт считается оптимальным, и свидетельствует, что сжигаемая смесь обладает стехиометрическим соотношением топлива и воздуха.

Конструктивно, датчики делятся по числу проводов и наличию подогревательного элемента. Датчики без нагревательного элемента используют 1 или 2 провода, с нагревательным элементом — 3 или 4 провода. Первое поколение датчиков разогревалось лишь от выхлопных газов, поэтому начинало давать сигнал сравнительно поздно после старта двигателя. Появившиеся позже датчики с нагревательным элементом стали выводить датчик в рабочее состояние очень быстро, что отвечало возросшим требованиям экологии, а также позволяло использовать датчик, когда температуры выхлопных газов оказывалось недостаточно.

В начале работы, после запуска мотора, лямбда-зонд не выдаёт показаний, и ЭБУ вынужден использовать только карты впрыска, прописанные в нём. Это режим работы без обратной связи, и коррекции топливной смеси по лямбда-зонду в этом режиме нет. Когда с датчика появляется сигнал, то ЭБУ автомобиля переходит в режим работы с обратной связью, при котором исходные топливные карты корректируются с учётом показаний с лямбда-зонда в режиме реального времени.

Сигнал используется системой управления для поддержания оптимального (стехиометрического, около 14,7:1) соотношения воздушно-топливной смеси.

• λ=1 — стехиометрическая (теоретически идеальная) смесь;
• λ>1 — бедная смесь;
• λ [неизвестный термин] в катализаторе, для более точного регулирования может использоваться и второй лямбда-зонд, расположенный за катализатором или внутри него.

Однажды умер у меня датчик кислорода (лямбда-зонд). Решил я поставить новый, оригинальный, но к нему ещё и добавить широкополосный лямбда-зонд с индикатором качества сгорания топлива на приборной панели. Сразу предупреждаю, текст не для профи и будет многа букав.

Широкополосный лямбда-зонд (ШДК) лично я бы назвал самым полезным дополнительным прибором в машине, который показывает качество приготовления топливно-воздушной смеси и качество её правильного сгорания. Соответственно, это влияет на расход, ускорение и другие моменты в вождении, которые водитель ощущает пятой точкой. А на приборе он это ещё и увидит воочию. Особенно ШДК пригодится тем, кто ездит на газу (пропан-бутане), т.к. при переключении с бензина на газ можно легко проконтролировать качество настройки газовых мозгов, которые воруют информацию с бензинового мозга и управляют газовыми форсунками.

Сначала немного ликбеза. Чтобы двигатель работал идеально, он должен получать в свои цилиндры топливно-воздушную смесь (ТВС), которая должна состоять из 1 части топлива и 14,7 частей воздуха. Это соотношение называется стехиометрия или AFR. Правильно создать эту стехиометрию и есть главная задача любого инжектора или карбюратора. В данном случае я рассматриваю инжектор. Вкратце это происходит так: электронный блок управления двигателем (ЭБУ) с помощью датчиков на впускном тракте «видит» сколько воздуха поступает во впускной тракт и даёт команду форсункам впрыснуть ровно столько топлива, чтобы в итоге было соотношение 14.7:1 и тогда смесь сгорает без остатка и в выхлопном коллекторе будет совершенно отсутствовать кислород. Если ЭБУ посчитает нужным добавить мощность двигателю, то он начнёт обогащать и смешивать ТВС в пропорции 12.6:1. Если захочет сделать двигатель более экономичным, то он обеднит ТВС до пропорции 15.4:1. Кстати, при прогреве двигателя пропорция ТВС может быть гораздо ниже 12:1, я видел 10:0. Собственно мы это можем увидеть сами на любом сканере, который мы подключим к мозгам своей машины и посмотрим параметр «Target Air/Fuel Ratio»:

Написанное выше делает _любой_ ЭБУ на _любой_ машине (если в этот ЭБУ не лазили со своими кривыми ручонками всяческие чип-тюнеры) согласно вот этого графика:

Чтобы ЭБУ понял, что он правильно смешал смесь, в выпускной тракт ставится узкополосный датчик кислорода, который проверяет качество сгорания топливо-воздушной смеси и обычно сигнализирует ЭБУ напряжением от 0 до 1 вольта, бедная ли была в цилиндрах смесь или богатая. По-идее, если всё нормально, то ЭБУ во время работы двигателя на «спокойных» режимах должен видеть от лямбда-зонда напряжение равное 0,45 вольта (опорное напряжение), которое соответствует соотношению 14,7:1. Но на практике такой ровной работы никогда не бывает и ЭБУ получает от лямбда-зонда или сигнал о обеднённой смеси в виде напряжения от 0 до 0,45 вольта или же сигнал о обогащённой смеси в виде напряжения от 0,45 до 1 вольта. Видя это, ЭБУ немножечко уменьшает или немножечко увеличивает впрыск топлива форсунками до тех пор, пока лямбда-зонд не поменяет своё состояние на противоположное. В итоге мы имеем график работы лямбда-зонда в виде большой синусоиды, если с ним всё нормально:

Узкополосный датчик кислорода положено менять раз в 100 тыс.км., т.к. он «устаёт» от времени. Однако он может сдохнуть ещё быстрее от отравления тетраэтилсвинцом, который может присутствовать в некачественном бензине, но может сдохнуть и просто так, к примеру если провода при его замене паяли свинцово-оловянным припоем, поэтому лямбда-зонд паять нельзя, провода соединять надо только через винтовые зажимы. В любом случае, от времени или от свинца лямбда-зонд перестаёт выдавать свою обычную синусоиду и сигнал начинает еле-еле колебаться где-то около нуля вольт. Синусоида становится маленькой и не пересекает границу 0,45 вольта. ЭБУ, видя такое дело, зажигает чек и переходит на аварийный режим работы, сильно обогащая смесь. Но если полудохлый датчик хоть изредка пересекает границу 0,45 вольта, то чек не загорается, просто появляется нереальный расход топлива, ведь датчик всё время показывает ЭБУ бедную смесь. И это самая печальная ситуация.

Итак, ликбез окончен. Начнём практическое применение знаний 🙂

Перед покупкой нового датчика я захотел, чтобы я мог постоянно видеть его работу в виде конкретных цифр стехиометрии. Тогда я мучился с выбором хороших свечей для газа и хотел легко визуально диагностировать пропуски зажигания или пропуски воспламенения в цилиндрах. Для этого я купил широкополосный лямбда-зонд UEGO фирмы АЕМ, в комплект которого входит собственно сам датчик и «мозги», которые на своём выносном индикаторе показывают стехиометрию в цифровой и визуальной форме (в виде шкалы из светодиодов). Светодиоды я потом немного поменял местами и теперь мне они показывают диапазон богатой смеси жёлтым цветом, оптимальный диапазон — зелёным, а бедную смесь — красным (т.к. это наиболее опасный режим работы, можно спалить клапана).

Индикатор я разместил прямо на приборной панели, чтобы он всегда был в поле периферического зрения.

Чтобы было легче понять, как он работает я снял несколько видео:

1. Двигатель работает на холостом ходу, впрыск на форсунках 2.2 миллисекунды, стехиометрия колеблется около 14,7, как и положено. Я выключаю одну форсунку и можно увидеть как меняются показания ШДК. Он видит в выхлопе много несгоревшего кислорода (один цилиндр гонит воздух) и сразу показывает «бедную» смесь. При этом ЭБУ добавляет впрыск на оставшиеся форсунки до 2,6 миллисекунд, чтобы компенсировать работу неработающего цилиндра.

2. Движение по трассе на круизе. ЭБУ задаёт при равномерном движении стехиометрию 14,7:1, что и показывает мой ШДК колеблясь от 14 до 15. Второй прибор показывает расход в литрах в час (7,5 л/ч), чтобы оценить количество мгновенно сгораемого топлива (не путайте этот параметр с литрами на 100 км.) С 20-й секунды начинается плавное ускорение, ЭБУ меняет стехиометрию на 12,6:1, а диодный индикатор уходит в жёлтую зону. Постепенно литры в час вырастают до 20 л/ч на скорости 120 км/ч. Потом я отпускаю педаль газа, форсунки выключаются, в выхлоп из цилиндров идёт чистый воздух и ШДК начинает показывать бедную смесь вне диапазона измерения.

Кислородный датчик или лямбда зонд

Автор admin На чтение 5 мин. Просмотров 165

Одна из острейших проблем, с которой сталкиваются современные автопроизводители, – экологическая безопасность. Массовое использование автомобилей в повседневной жизни грозит ростом загазованности современных городов. Для уменьшения количества токсичных веществ, содержащихся в составе выхлопных газов, используются специальные системы их очистки, так называемые каталитические нейтрализаторы, для обеспечения последним необходимых условий работы применяется кислородный датчик.

На что влияет кислородный датчик?

Работа ДВС сопровождается выделением выхлопных газов (ВГ), содержащих вредные для человека вещества. Их значительная концентрация влияет на самочувствие и здоровье окружающих. Среди этих токсичных веществ необходимо особо отметить угарный газ, не полностью сгоревшие углеводороды и окислы азота. Чтобы уменьшить их содержание в составе ВГ, как уже отмечалось, на современных автомобилях используется каталитический нейтрализатор.

Однако у него есть особенность – он успешно работает в достаточно ограниченном диапазоне соотношения кислорода и бензина, и если смесь обогащенная, или наоборот, слишком бедная, то содержание в составе ВГ токсичных веществ остается высоким. Вот кислородный датчик и участвует в обеспечении необходимого соотношения кислорода и бензина.

Содержание токсичных веществ зависит от степени сгорания топливовоздушной смеси (ТВС) и ее состава. Если в ней мало бензина, она называется обедненной, если много – обогащенной. Однако понятие «много или мало» достаточно неопределенное и не может использоваться для управления составом ТВС. Вот для устранения этой неопределенности и нужен кислородный датчик, у него есть ещё одно название – лямбда зонд.

С его помощью контроллер управления двигателем отслеживает процесс сгорания ТВС, для чего измеряется в ВГ содержание кислорода. При необходимости изменяется состав ТВС таким образом, чтобы обеспечить полное сгорание топлива и уменьшить выделяемое количество токсичных веществ.

Как работает кислородный датчик?

На сегодняшний день существует лямбда зонд трех разновидностей:

• циркониевый;
• титановый;
• широкополосный.

Наиболее распространенными из них являются первые два типа. Свое название они получили от используемого материала, и соответственно, принцип работы кислородного датчика из-за этого у них разный.

Циркониевый датчик кислорода

Как устроен подобный лямбда зонд, изображено на рисунке.

Конструктивно он может быть выполнен по-разному, либо цилиндрический (пальчиковый), либо пластина (планарный датчик). По сути дела, это слоистая структура, внутренняя и наружная поверхности которой выполнены из платины и разделены слоем специальной керамики. Она защищена снаружи корпусом с отверстиями для поступления ВГ к платиновой поверхности кислородного датчика и имеет связь с наружным воздухом.

При своей работе лямбда зонд контролирует содержание кислорода в составе ВГ, для чего его надо располагать в потоке этих газов. Принцип, по которому он работает, чем-то напоминает аккумулятор, только твердотельный. При достаточно высоких температурах (не ниже трехсот градусов) через керамику, разделяющую слои платины, начинают проходить ионы кислорода. Их содержание в окружающем воздухе и в составе ВГ разное, вследствие чего между слоями датчика появляется разность потенциалов.

Именно она и есть тот сигнал, что лямбда зонд выдает контроллеру управления двигателем. На его величину влияет содержание кислорода в ВГ. Получив эти данные, контролер отвечает тем, что изменяет ТВС, уменьшая или увеличивая количество впрыскиваемого бензина. Вот для чего нужен лямбда зонд, с его помощью контроллер определяет, насколько полностью сгорает ТВС, и подбирает ее оптимальный состав, обеспечивая при этом эффективность работы ДВС и его топливную экономичность.

Описанный принцип работы, основанный на движении ионов кислорода, реализуется при температурах от трехсот до девятисот градусов, поэтому и помещают лямбда зонд в выхлопную систему автомобиля.

Титановый датчик кислорода

Принцип работы, который использует такой датчик, совсем другой. В этом случае применяется зависимость проводимости диоксида титана от парциального давления кислорода в смеси газов. Чем больше содержание кислорода в составе ВГ, тем хуже лямбда зонд проводит электрический ток. Его выходное напряжение пропорционально количеству кислорода и изменяется скачкообразно.

Кислородный датчик подобного типа работает при температуре от семисот градусов, и для него не требуется эталонный воздух.

Широкополосный датчик

Он в обычных машинах используется довольно редко, его отличает совершенно другой принцип работы. У него имеются две специальные камеры – измерительная и камера накачки. Если предыдущие типы датчиков генерировали высокое либо низкое напряжение на выходе в зависимости от содержания кислорода в составе ВГ, то широкополосный датчик выдает напряжение, пропорциональное его значению.

Про эксплуатацию датчика

Лямбда зонд – неразборная конструкция и рассчитана на пробег до восьмидесяти тысяч километров. Правда, этот показатель может значительно уменьшиться при нарушении правил эксплуатации.
Среди них стоит отметить:

• использование этилированного бензина или других видов топлива, не предусмотренных изготовителем;
• перегрев датчика;
• многократные неудачные запуски двигателя;
• попадание на корпус датчика эксплуатационных автомобильных жидкостей или моющих средств;
• замыкание на «массу», а также плохой контакт выходной цепи.

Могут быть и другие причины, вызывающие отказ датчика, но и уже приведенных достаточно для понимания, что это хрупкое изделие и требует в процессе работы бережного отношения. Полностью проверить датчик с необходимой степенью достоверности можно, воспользовавшись осциллографом.
Однако результаты работы датчика видны невооруженным взглядом по ряду признаков:

1. увеличение расхода топлива;
2. увеличение содержания окиси углерода в составе ВГ;
3. ухудшение динамики машины;
4. неустойчивая работа мотора.

Причин отказов датчика может быть несколько, но независимо от них ремонт для него не предусмотрен, только замена.

Лямбда зонд в современных автомобилях контролирует количество кислорода в составе ВГ. Он также осуществляет выдачу данных в контроллер управления двигателем с целью изменения состава ТВС для полного сгорания смеси и обеспечения необходимых условий работы нейтрализатора.

Мне нравится1Не нравится

Что еще стоит почитать

признаки неисправности лямбда-зонт, принцип работы, расположение, ошибки

30.05.2013

Датчик кислорода

Датчик кислорода (ДК) устанавливается на инжекторные ВАЗы (кроме первых моделей с контролером Bosch 1.5.4).

Это неотъемлемая часть системы питания двигателя. Данный датчик предназначен для оценки состояния выхлопа (наличие кислорода в выхлопе). Иными словами, он, ориентируясь по количеству кислорода в выхлопе, регулирует рабочую смесь.

ДК также имеет второе, но не менее популярное название «лямбда-зонд». То есть это одно и то же.

Принцип работы ДК (лямбда-зонда)

Рабочая поверхность датчика представляет собой керамический материал, покрытый платиной.

Рабочая температура поверхности составляет 350 градусов по Цельсию и выше. Поэтому до нагрева лямбда-зонда первые 5 минут после запуска двигателя рабочая смесь регулируется по показаниям других датчиков системы питания двигателя. Чтобы ускорить прогрев детали до рабочей температуры, в него монтируют электронагреватель.

Принцип работы заключается в следующем: выхлопные газы покрывают рабочую поверхность лямбд-зонда, который в свою очередь реагирует на разность уровня кислорода в выхлопных газах и окружающей среде. Затем он посылает сигнал ЭБУ, который регулирует рабочую смесь.

Где находится датчик кислорода (лямбда-зонд)?

Для двигателя 1,5 л

Лямбда зонд (под номером 11) устанавливается в выхлопной системе на приемной трубе. Вкручивается сверху, перед резонатором или проставкой (если резонатора нет). Иными словами: ставьте автомобиль на яму и ищите по всей системе выхлопа датчик, торчащий вверх. ДК — единственный датчик, который устанавливается в систему выхлопа, поэтому не промахнетесь.

Выхлопная система для двигателя 1,5л

Для двигателя 1,6 л

Система выхлопа данного двигателя немного отличается от 1,5 л. Обратите внимание на рисунок: В данной системе выхлопа запланированы 2 ДК (по номером 2) — оба находятся на катоколлекторе. На данные двигатели устанавливается как 1, так и 2 датчика концентрации кислорода: Норма токсичности Евро-2 — 1 ДК, Евро-3 — 2 ДК.

Выхлопная система для двигателя 1,6л

Как часто менять датчик кислорода?

Ресурс ВАЗовского лямбд-зонда составляет 80-160 тыс. км, в зависимости от качества бензина и других немаловажных моментов. Сервисная замена ДК на ВАЗах по мануалу должна проходить на отметке 60-70 тыс. км.

Как правило, в повседневной эксплуатации автомобиля хозяева отключают ДК, прошивая мозги (Чип-тюннинг).

Можно ли просто отключить датчик?

Многие спрашивают: а можно ли отключить датчик, отсоединив разъем? И к чему это приведет?

Ответ: После отсоединения разъема датчика ЭБУ переходит на примерные параметры, поэтому смесь будет то богатая, то бедная, расход возрастет, пропадет динамика. Если делать по уму, то можно отключить его, перепрошив мозги с помощью чип-тюннинга, или просто заменить датчик на новый.

Признаки неисправности ДК

1. Большой расход бензина (от 12 л и более). Но такая проблема может быть и по другим причинам (Причины большого расхода топлива)
2. Нестабильный холостой ход. Также причинами данной неисправности могут быть: мертвый РХХ, ДМРВ, ДПДЗ и т. д.
3. Провалы при ускорении, падение динамики и мощности двигателя. Также причинами низкой динамики могут служить неисправности в следующих элементах: ДД, ДС, ДФ, низкая компрессия и т. д.

Полезные статьи:

Ошибки ДК

Зафиксировать наличие данных ошибок вы можете по загоревшейся жёлтой лампе на панели «чек эндж» (а может и не загореться). Прочитать эти ошибки вы сможете либо с помощью бортового компьютера, либо при компьютерной диагностике.

Ошибка Р0130	Неверный сигнал ДК 1
Ошибка Р0131	Низкий уровень сигнала ДК 1
Ошибка Р0132	Высокий уровень сигнала датчика коленвала 1
Ошибка Р0133	Медленный отклик ДК 1
Ошибка Р0134	Отсутствие сигнала ДК 1
Ошибка Р0135	Неисправность нагревателя ДК 1
Ошибка Р0136	Замыкание на землю ДК 2
Ошибка Р0137	Низкий уровень сигнала ДК 2
Ошибка Р0138	Высокий уровень сигнала ДК 2
Ошибка Р0140	Обрыв ДК 2
Ошибка Р0141	Неисправность нагревателя ДК 2
Ошибка Р1102		Низкое сопротивление нагревателя ДК 2
Ошибка Р1115		Неисправная цепь нагрева ДК 2

Чаще всего ошибки, связанные с ДК, появляются в связи с неисправностью цепи подогрева, вследствие чего датчик даёт неверные параметры.

В данном случае нужно искать обрыв провода или же заменить датчик.

Почему умирает лямбда-зонд?

Выше мы уже уточнили, что ресурс кислородного датчика составляет 80-160 тыс. км. Наверное, у вас возник вопрос: почему же такой разброс в ресурсе, целых 80 тыс. км? На самом деле, это зависит от условий, в которых эксплуатировался автомобиль:

1. Плохой бензин, в выхлопе которого содержится много свинца и железа, забивает электроды датчика за несколько заправок.
2. Плохое состояние маслосъемных колец, колпачков. Из-за них масло может попадать в смесь, а вместе с ним и в выхлопную систему.
3. Из-за зажатых клапанов, в систему выхлопа вырываются хлопки, которые разрушают рабочую поверхность датчика.
4. Из-за неправильной смеси, угла опережения зажигания, вследствие чего датчик перегревается, треск от высокой температуры нейтрализатора или катализатора.

Сколько стоит ДК?

Стоимость лямбда-зонда варьируется от региона и модели от 1000 до 2000 р.

Датчики кислорода

: подробное руководство о том, как работают датчики кислорода и что они делают

Время чтения: 5 минут

[vc_row] [vc_column] [vc_column_text]

Что такое датчик кислорода?

Датчик 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 выхлопные газы 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 и после каждого каталитического нейтрализатора. 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.

Для чего нужен 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 при нагревании (примерно 600 ° F). На наконечнике датчика кислорода, который подключается к выпускному коллектору, находится циркониевая керамическая колба. 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 (датчик кислорода 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 кислородного датчика 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 O2

При выходе из строя датчика 02 могут появиться различные диагностические коды неисправностей (DTC).В большинстве случаев неисправный датчик O2 приводит к включению контрольной лампы 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:

• На обедненной или богатой смеси
• Плохое ускорение
• Колебания двигателя
• Черный дым из выхлопной трубы (богатое рабочее состояние) Черный дым — избыток топлива, выходящий из выхлопной трубы
• Неровный холостой ход
• Торможение автомобиля
• Пониженная топливная экономичность

Чтобы определить, неисправен ли у вас кислородный датчик vs.в обедненных или богатых условиях работы первым делом необходимо проверить работу датчика O2 с помощью диагностического прибора.

Как проверить датчики кислорода

Поскольку 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 проверке датчика O2

Если 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 приложением FIXD Sensor & App

С 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 батареи 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!

[/ vc_column_text] [/ vc_column] [/ vc_row]

Жена, мама, контент-менеджер и старший копирайтер в FIXD. От гаража до спортзала, я люблю помогать людям учиться и расти. Автомобиль мечты: ‘69 Acapulco Blue Mustang.

ДАТЧИКИ КИСЛОРОДА / ДАТЧИК ЛЯМБДА /: ДЕТАЛИ, ВИДЫ, РАБОЧИЕ

ЧТО ТАКОЕ КИСЛОРОДНЫЙ ДАТЧИК?

Датчик кислорода (обычно называемый «датчиком O2», поскольку O2 — это химическая формула кислорода) установлен в выпускном коллекторе транспортного средства 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 наконечнике датчика кислорода, который подключается к выпускному коллектору, находится циркониевая керамическая колба. 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 датчик кислорода (датчик кислорода 2)

Датчик кислорода 2 является нижним датчиком кислорода 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 содержит пошаговое руководство по работе автомобильного кислородного датчика. Эта статья 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 соответствующим образом 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 — Работа датчика заключается в измерении количества кислорода, необходимого для сжигания любого топлива, остающегося в потоке выхлопных газов, и передачи 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 окиси 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 обновлений

Как работает кислородный датчик?

Датчики кислорода

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 они, как правило, стоят дороже.

Какие бывают типы кислородных датчиков?

1. Датчик кислорода электрохимический
2. Циркониевый датчик кислорода
3. Оптический датчик кислорода
4. Датчик кислорода Clark
5. Инфракрасный датчик кислорода
6. Электрогальванический датчик
7. Ультразвуковой датчик кислорода
8. Лазерный датчик кислорода
9. Парамагнитный датчик кислорода

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.

1. Электрохимический датчик кислорода

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 посторонних 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.

Еще одна проблема для 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 датчика он требует частой повторной калибровки и становится менее точным, чем другие датчики.

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.

2. Циркониевый кислородный датчик

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 датчика находится 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 топлива и воздуха 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.

3. Оптический датчик кислорода

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.

4. Датчик кислорода с электродом Кларка

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, которым 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.

5. Инфракрасный датчик кислорода

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.

6. Электрогальванический датчик

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 электрогальванические датчики являются относительно дешевыми и надежными устройствами, которые могут измерять уровень кислорода от 0 до 100%, они используются в качестве медицинских кислородных датчиков во многих больничных вентиляторах, 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.

7. Ультразвуковой датчик кислорода

Ультразвуковые датчики кислорода используют скорость звука для измерения количества кислорода в пробе газа или жидкости. 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.

8. Лазерный датчик кислорода

Датчики 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.

9. Парамагнитный датчик кислорода

Парамагнитные датчики кислорода основаны на том факте, что молекулы кислорода притягиваются к сильным магнитным полям. 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

Что необходимо знать домашнему механику о датчиках O2

Скачать PDF

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. Следующие за ним автомобили в Калифорнии получили в 1980 году, когда правила Калифорнии по выбросам 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 здесь 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.

Петли

Компьютер использует вход кислородного датчика для регулирования топливной смеси, что называется топливным «контуром управления с обратной связью». 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 топливной смеси. Результатом является постоянное переключение от богатой к обедненной смеси, что позволяет каталитическому нейтрализатору работать с максимальной эффективностью, сохраняя при этом среднюю общую топливную смесь в надлежащем балансе 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.

Как это работает

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 к 1, датчик будет показывать около 0,45 В.

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 переключение 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).

Новая роль датчиков O2 с OBDII

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 не видит изменений в показаниях уровня кислорода, это означает, что преобразователь не работает должным образом. Это приведет к включению контрольной лампы неисправности (MIL).

Диагностика датчика

Датчики

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 топливные присадки. 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 световой индикатор 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 графические функции, 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.

Замена датчика

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.

Как работает кислородный датчик в автомобиле?

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 обедненной смесью . Бедная смесь имеет тенденцию производить больше загрязняющих веществ оксидами азота, и в некоторых случаях это может вызвать снижение производительности и даже повреждение двигателя.

Датчик кислорода расположен в выхлопной трубе и может обнаруживать богатые и бедные смеси. Механизм большинства 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.

Лаборатория автомобильной электроники Clemson: датчики кислорода

Датчики кислорода Базовое описание Датчик кислорода — электронное устройство, используемое для измерения содержания кислорода. в выхлопных газах.В автомобильной промышленности он также известен как лямбда-зонд, и используется для регулирования топливовоздушной смеси и выбросов выхлопных газов в двигатель внутреннего сгорания. Лямбда-зонд используется, чтобы указать, топливная смесь богатая или бедная. В уровень кислорода определяется путем воздействия на один электрод наружного воздуха и другой к выхлопным газам. Разница в содержании кислорода вызывает поток электронов через керамический элемент, который создает потенциал напряжения между два пограничных слоя.Создаваемое напряжение напрямую зависит от уровня содержание кислорода в выхлопных газах. Лямбда-зонд очень чувствителен к температура. Температура керамического элемента будет определять его способность проводить ионы кислорода и существенно влиять на время отклика датчик. Большинство датчиков производятся со встроенным электрическим нагревательный элемент для поддержания минимального времени отклика температуры выхлопных газов. Эта функция гарантирует, что выбросы автомобиля контролируются в более широком диапазоне рабочих температур двигателя, особенно при холодном пуске. Есть два разных типа кислородных датчиков, которые различаются выходным сигналом. Узкополосный датчик работает в узком диапазоне топливовоздушного отношения (AFR) и производит значительный «скачок» напряжения сигнала, когда AFR становится выше, чем лямбда, в то время как широкополосный датчик обеспечивает сигнал в более широком диапазоне для лямбда. Узкополосный датчик (также известный как датчик изменения шага) Узкополосные датчики часто называют просто датчиками кислорода , потому что в течение многих лет это был единственный доступный тип датчика кислорода.Он называется узкополосным датчиком, потому что он может обнаруживать только очень узкий диапазон AFR. Функция этого датчика основана на электрохимической ячейке, называемой ячейкой Нернста (рис. 1). Он состоит из диоксида циркония, оксида циркония, и важным свойством диоксида циркония является то, что он может проводить ионы кислорода при температуре выше примерно 350 ° C. Когда датчик установлен, внешняя часть элемента из диоксида циркония подвергается воздействию выхлопных газов, а внутренняя часть контактирует с эталонным воздухом. Обе стороны элемента покрыты тонкими слоями платины, которые действуют как электроды и переносят напряжение датчика от элемента из диоксида циркония к выводным проводам.При рабочей температуре ионы кислорода могут проходить через элемент и накапливать заряд на платиновых электродах, создавая таким образом напряжение. Узкополосный датчик — это, по сути, переключатель включения / выключения, поскольку он может определять, бедная смесь или богатая, но не сообщает ЭБУ, насколько бедной или богатой является смесь. Он связывается с ЭБУ через создаваемое напряжение. Если AFR богат, на электродах генерируется ВЫСОКОЕ напряжение сигнала из-за разницы в концентрации кислорода, присутствующей на двух сторонах элемента.И наоборот, если AFR обеднен, на электродах генерируется НИЗКОЕ напряжение из-за небольшой разницы в содержании кислорода между выхлопными газами и эталонным воздухом внутри датчика. Широкополосный датчик Широкополосные датчики, также известные как датчики широкого диапазона, представляют собой новую технологию. Широкополосный датчик не только сообщает блоку управления двигателем, является ли смесь богатой или бедной, но и насколько она богатая или бедная. Таким образом, блоку управления двигателем легче настроить микширование без большого количества перерегулирований и догадок.По этой причине широкополосный датчик является превосходной технологией, и вполне вероятно, что широкополосные датчики в конечном итоге заменят узкополосные датчики во всех легковых и грузовых автомобилях. Широкополосные датчики имеют дополнительную керамическую ячейку (рис. 2). Выхлопной газ частично диффундирует через диффузионный барьер. AFR выхлопных газов в камере измеряется ячейкой Нернста. В зависимости от того, является ли AFR в камере богатым или бедным, схема управления подает напряжение на электроды насосной ячейки.Ионы кислорода переносятся от внутреннего электрода к внешнему, так что AFR в камере становится лямбда = 1. Генерируемый электрический ток, Ip, является сигналом. Существует определенный диапазон тока, соответствующий лямбде, от 0,7 до бесконечности. Сигнал равен нулю, когда AFR выхлопного газа составляет лямбда = 1. Выходная кривая обеспечивает устойчивое управление с заранее определенным номинальным значением лямбда. Свойства современных кислородных датчиков Нагревательные элементы кислородных датчиков обычно управляются в разомкнутом контуре с помощью широтно-импульсного модулированного напряжения, хотя современные датчики часто имеют нагревательные элементы, которые управляются в замкнутом контуре.Измеренное сопротивление керамики указывает температуру, поэтому можно легко рассчитать энергию, необходимую для поддержания постоянной температуры. Управление с обратной связью обеспечивает более надежный сигнал в различных условиях окружающей среды. Кроме того, многим современным датчикам кислорода не нужен внешний воздух в качестве эталона. Напротив, на ячейку Нернста подается эталонный ток накачки, который имитирует влияние воздуха. В этих датчиках зазор в элементе для эталонного воздуха не требуется.Следовательно, чувствительный элемент требует меньшего объема, а его нагрев требует меньше времени и энергии. Кроме того, работа без эталонного воздуха снижает чувствительность датчика к загрязнению. Производителей ACDelco, Beru, Bosch, Delphi, Denso, McLaren Electronics, Motorcraft, NGK, Standard Для получения дополнительной информации [1] Как работает датчик кислорода в автомобиле ?, HowStuffWorks.com, 1 апреля 2000 г. [2] Датчик кислорода, Википедия. [3] Датчики кислорода — важный ключ к снижению выбросов, веб-сайт Autohaus. [4] Все о лямбда-датчиках, веб-сайт Pico Technology. [5] O2 Sensor Basics, YouTube, 24 июля 2009 г. [6] Как работает лямбда-зонд, веб-сайт NGK, обновлено 14 января 2013 г. [7] Демонстрация кислородного датчика, YouTube, 20 апреля 2015 г.

Принцип работы кислородного датчика

Датчик кислорода Aanderaa был первым и единственным, кто измерял растворенный кислород в течение многих лет без дрейфа — теперь он один из самых быстрых! Ниже вы можете подробнее ознакомиться с принципом работы кислородного датчика

.

Поскольку кислород участвует в большинстве биологических и химических процессов в водной среде, это важный параметр для измерения.Кислород также можно использовать в качестве индикатора в океанографических исследованиях. Компания Aanderaa произвела революцию в океанографическом мониторинге / исследованиях кислорода, представив в 2002 году датчик кислорода. Применения варьируются от мелких ручьев до самых глубоких траншей, от тропических до измерений во льду / в отложениях. К настоящему времени с использованием этих оптодов опубликовано более 150 научных работ, в том числе публикации о принципе работы кислородного датчика. Датчик кислорода предназначен для измерения абсолютной концентрации кислорода и% насыщения.Датчик может использоваться от ручьев до морских глубин, от рыбных ферм до сточных вод и от полярных льдов до гидротермальных источников.

Эти датчики основаны на способности выбранных веществ действовать как динамические гасители флуоресценции. Флуоресцентный индикатор представляет собой специальный комплекс платинампорфирина, заключенный в газопроницаемую фольгу, которая подвергается воздействию окружающей воды. Эта чувствительная фольга прикреплена к стеклянному окну, обеспечивая оптический доступ к измерительной системе изнутри водонепроницаемого корпуса.Чувствительная фольга возбуждается модулированным синим светом; датчик измеряет фазу возвращенного красного света. Для повышения стабильности датчик также выполняет считывание эталонной фазы с помощью красного светодиода, который не вызывает флуоресценции в фольге.