Содержание
описание, устройство и принцип работы
Кислородный датчик – устройство, которое предназначено для фиксирования объема кислорода, оставшегося в отработавших газах двигателя транспортного средства. Он находится в системе выпуска неподалеку от катализатора. На основе сведений, поступающих от этого датчика, электронный блок управления двигателем проводит коррекцию расчета оптимальной пропорции топливовоздушной смеси. Греческая буква лямбда используется для обозначения коэффициента избытка воздуха в ее составе, поэтому датчик называют лямбда-зондом.
Оглавление
Принцип работы
Что такое лямбда-зонд
Измерение избытка воздуха в смеси
Как работает лямбда-зонд
Драгметаллы, содержащиеся в зонде
Ассортимент кислородных датчиков
Признаки неисправности лямбда-зонда
Принцип работы
Работа двигателя сопровождается тем, что концентрация кислорода в рамках выпускной системы и снаружи различается. Эта разница приводит к тому, что ионы кислорода движутся в твердом электролите, поэтому на электродах измерителя возникает разность потенциалов – формируется сигнал датчика кислорода.
Реакции на обедненные и обогащенные смеси различается, но при падении температуры ниже 300 градусов разница снижается, так как зона перестает быть рабочей. Чтобы прогрев датчика после пуска двигателя ускорился, его размещают максимально близко к мотору, но с ограничением по наибольшей температуре.
Что такое лямбда-зонд
Датчик получил свое название от обозначения коэффициента избытка воздуха, обозначаемого греческой литерой лямбда. Лямбда-зонд используется в выхлопной системе автомобиля для изменения состава отработавших газов, а в дальнейшем содействует тому, чтобы поддерживать состав топливной смеси с воздухом в определенной пропорции. Оптимальное соотношение топливно-воздушной смеси гарантирует качественное сгорание, поэтому в атмосферу будет поступать меньше вредных веществ.
Для топливно-воздушной смеси есть оптимальный состав: на 1 часть топлива приходится 14,7 частей воздуха, при этом Лямбда будет равна 1. На советских двигателях сложно было добиться такой концентрации.
В современные автомобили основаны на использовании систем питания с электронным топливным впрыском, и все это работает во взаимодействии с датчиком лямбда-зонда.
Измерение избытка воздуха в смеси
Для измерения избытка воздуха определяется содержание остаточного кислорода в отработанных газах. Поэтому датчик и размещается непосредственно перед катализатором. Чтобы считать сигнал от датчика, необходим электронный блок управления системы топливного впрыска, отвечающий за оптимизацию состава смеси. Он уменьшает или увеличивает подачу топлива в цилиндры.
В некоторых автомобилях используется по два лямбда-зонда в выхлопные системы: перед катализатором и после него. Пара датчиков нужна для того, чтобы повысить точность подготовки смеси топлива, улучшить работу катализатора.
Как работает лямбда-зонд
Полноценное измерение состава выхлопных газов при помощи лямбда-зонда обеспечивается при температуре 300-400 градусов. Циркониевый электролит в этом случае становится более проводимым, поэтому возникает выходное напряжение на электродах датчика.
При запуске и прогреве мотора он не используется. За контроль качества смеси топлива на этом этапе отвечает датчик положения дроссельной заслонки, датчик температуры жидкости системы охлаждения, датчик числа оборотов коленвала.
Чтобы обеспечить работу датчика при низких температурах, используется принудительный нагрев компонента.
Если датчик лямбда-зонд не работает, то ЭБУ выбирает усредненные параметры работы, для которых берет данные из памяти. Параметры топливно-воздушной смеси не будут соответствовать идеальным.
Поломка датчика вызывает увеличенный расход топлива, неравномерную работу на холостом ходу, повышение уровня СО в выхлопе, потерю мощности мотора.
Срок службы лямбда-зонда зависит от того, насколько качественное топливо заливается в бак. Бывает так, что после нескольких заправок бензином плохого качества и датчик становится негодным. В среднем его срок службы равен 40-80 тыс. км пробега.
В оптимальном составе смеси содержится 1 часть топлива на 14,7 частей воздуха.
Отклонение в одну из сторон говорит об обогащенном или обедненном составе смеси. Для эффективной работы катализатора допускается отклонение до 1%.
Драгметаллы, содержащиеся в зонде
Для получения твердого керамического электролита гальванического элемента используется диоксид циркония, который легирован оксидом иттрия. На электродах есть платиновое напыление. Объем драгметаллов ничтожно мал, поэтому бессмысленно пытаться извлечь их в домашних условиях. Отслуживший датчик можно сдать на переработку вместе с катализатором.
Ассортимент кислородных датчиков
Циркониевый датчик размещается впереди катализатора, сам генерирует напряжение, или отрицательное, или положительное. Значение опорного напряжения для него равно 0,45В и может отклоняться до 0,9В или до 0,1В. От титанового датчика отличается тем, что циркониевый генерирует напряжение самостоятельно. При ремонте требуется понимать, что припаивать какие-то провода к нему нельзя, так как в изоляции проложены каналы, необходимые для прохождения эталонного воздуха.
При отсутствии такового датчик прекратит работу.
Широкополосный датчик – это новейшая конструкция зонда. Он способен не просто определить обогащенную или обедненную смесь на входе в цилиндры, но и определить степень отклонения. Такие параметры делают его более точным, при этом он реагирует на изменения состава выхлопа. Всем известно, что кислородный датчик вступает в работу только при нагреве до 350 градусов. В этом случае достижение более высокой температуры обеспечивается присутствием дополнительного нагревательного элемента.
В зависимости от конструкции принято различать лямбда-зонды двух типов: двухточечные и широкополосные.
Двухточечный датчик монтируется перед нейтрализатором и после него. Он отвечает за отслеживание коэффициента избытка воздуха в топливно-воздушной смеси по концентрации кислорода в отработанных газах. Датчик имеет вид керамического элемента, который имеет покрытие из диоксида циркония с двух сторон. Для измерений используется электромеханический способ.
Одна сторона электрода контактирует с выхлопными газами, а вторая – с атмосферными.
Действие двухточечного датчика базируется на измерении содержания кислорода в атмосфере и отработанных газах. Разная концентрация кислорода вызывает формирование напряжения на концах электрода. Чем больше кислорода, тем ниже напряжение, и наоборот. Электрический сигнал транслируется в ЭБУ, который передает определенные команды на органы подконтрольных систем авто.
Широкополосный датчик – это современная конструкция лямбда-зонда. Он используется в качестве входного датчика катализатора. Для определения значения лямбда в нем используется сила тока закачивания. Он состоит из пары компонентов – двухточечного и закачивающего. Закачивание – это физический процесс, при котором кислород из газов проходит сквозь закачивающий элемент под воздействием заданной силы тока. Широкополосный датчик работает за счет поддержания постоянного значения напряжения между электродами
При снижении концентрации кислорода в выхлопе напряжение между электродами растет.
Сигнал транслируется в ЭБУ, после чего формируется ток определенной силы. Ток обеспечивает закачку в измерительный зазор, а напряжение достигает норматива. Величина силы тока используется в качестве меры концентрации кислорода в отработавших газах. Ее анализирует ЭБУ и преобразует в управляющее воздействие на исполнительные компоненты системы впрыска.
Признаки неисправности лямбда-зонда
Есть основной признак, по которому можно судить о вероятной неисправности зонда – повышение топливного расхода в привычном режиме езды. Существуют и иные причины, но при отказе лямбда-зонда автомобиль становится намного прожорливее. При неисправном кислородном датчике увеличивается количества топлива в смеси. Помимо этого отмечается:
- Заливание свечей;
- Плохой запуск мотора;
- Троение мотора на холостом ходу;
- Обороты нестабильные.
Если решено провести проверку работоспособности компонента, то требуется начинать ее с отслеживания исправности нагревательного элемента.
Обычно он имеет сопротивление 10 Ом. Измерения проводятся мультиметром, который подключается к выводу нагревательного элемента. Если нагреватель неисправен, то датчик будет полноценно работать только при длительной езде.
Рабочий элемент проверяется мультиметром в режиме измерения постоянных напряжений. Для этого вольтметр можно подключить к выходу лямбда-зонда. Существуют специальные диагностические сканеры, которые помогают отследить состояние датчиков в режиме реального времени.
Перед тем, как принять решение о покупке нового датчика, требуется оценить вид рабочей поверхности датчика. Могут быть такие варианты:
- Сажа, свидетельствующая о том, что смесь обогащена;
- Серый или белый налет, который свидетельствует о присутствии в масле или топливе присадок;
- Блестящий налет указывает на присутствие в топливе излишка свинца.
Налет можно очистить, но это не гарантирует, что датчик будет работать исправно, так как в нем уже мог выгореть рабочий слой из оксида циркония и платины.
Лямбда-зонд (датчик кислорода). Устройство лямбда-зонда
Главная / Лямбда-зонд
- Замена лямбда-зонда
- Установка лямбда зонда
Строгие экологические нормы (которые, к тому же, постоянно ужесточаются) требуют постоянного контроля токсичности выхлопа автомобиля. За параметрами следит блок управления двигателем, регулируя степень обогащения топливной смеси. Для правильной работы этого компьютера требуются специальные датчики.
Система, в которой установлены кислородные датчики, функционирует следующим образом:
- В начале выхлопной трубы находится катализатор, снижающий токсичность отработанных газов.
- Перед катализатором размещен датчик кислорода (лямбда зонд), который анализирует неочищенный состав выхлопа. Этот элемент помогает формировать правильную смесь. Если для поддержания требуемой мощности двигателя расход топлива слишком большой, компьютер дает команду на снижение количества бензина.
- После каталитического нейтрализатора находится второй датчик О2. Он отвечает в основном за оценку токсичности выхлопа. Его показания также меняют настройки обогащения топливной смеси.
Становится понятно, что датчик лямбда зонда влияет не только на экологию, а также на мощность автомобиля и расход топлива.
Важно! Речь идет о системе с двумя лямбдами. Автомобили, в которых установлен один кислородный датчик, встречаются сейчас относительно редко. Следует знать, что пара лямбд (до и после катализатора) устанавливается на выходе из каждого выпускного коллектора. Если у вас двигатель V6, V8 или V10, с двумя коллекторами – количество датчиков удваивается.
Ресурс лямбды составляет 50-100 тысяч километров, в зависимости от условий эксплуатации, особенности самого датчика и ряда других факторов. Это достаточно дорогой расходник, его замена ощутима для кошелька.
Принцип действия рассматриваемого элемента основан на изменении электрического потенциала между электродами, при различном содержании кислорода в анализируемом воздухе.
Один электрод – внешний, выполнен с применением платины (это оправдывает высокую стоимость). Второй – внутренний, из циркония. Эти металлы при прохождении атомов кислорода, формируют некоторый потенциал, увеличивающийся при повышении концентрации О2.
Для нормальной работы датчика требуется температура от 300 до 1000 °C. Пока двигатель не прогрелся, система не функционирует должным образом. Мощность силовой установки избыточна, токсичность выхлопа – высокая. Для моментальной готовности лямбды, внутренний электрод нагревается. К нагревателю подводятся дополнительные провода питания.
Универсальный кислородный датчик может иметь различную конструкцию – широкополосный, двухточечный, коаксиальный. Принцип анализа концентрации О2 один и тот же.
Неисправность лямбда зонда приводит к серьезным проблемам в работе двигателя. Поэтому не стоит игнорировать поломку. И тем более, нельзя самостоятельно пытаться отремонтировать датчики. Даже если Вы знаете, где находится лямбда зонд, его легко повредить при демонтаже.
В условиях высоких температур резьба намертво прикипает. А использовать стандартный накидной ключ невозможно, по причине длинных проводов, выходящих из датчика.
Обратившись в сервис «Ваш глушитель», Вы получите грамотную диагностику и профессиональный ремонт без повреждения хрупких лямбда зондов. Наши мастера знают все неисправности датчика кислорода, и смогут устранить поломку с минимальными финансовыми затратами. Не обязательно сразу менять деталь, некоторые дефекты подлежат ремонту. Специалисты нашего сервиса по ремонту выхлопных систем помогут Вам сэкономить на ремонте.
Понимание того, как работает датчик катализатора
от GDS Team | 1 апреля 2016 г. | Каталитические и инфракрасные датчики
Доступен широкий ассортимент датчиков газа; Какой тип вы используете, зависит от рабочей среды и того, какие типы газа могут присутствовать, например, природный газ, окись углерода или органические соединения в воздухе.
Каталитические датчики часто используются для обнаружения углеводородов, но их работа зависит от присутствия кислорода.
Как работают датчики катализатора
Каталитические датчики состоят из двух основных элементов: детектора, содержащего каталитический материал, чувствительный к горючим газам, и компенсационного элемента, который является инертным. Горючие газы будут гореть в присутствии кислорода только на детекторе, вызывая повышение температуры и соответствующее повышение электрического сопротивления. Температура и сопротивление инертного компенсатора остаются прежними.
Формируется цепь, включающая оба элемента, и настраивается переменный резистор для поддержания баланса в чистом воздухе. Когда горючие газы повышают температуру детектора и повышают его сопротивление, это вызывает дисбаланс в цепи и выдает сигнал выходного напряжения. Относительная сила этого сигнала может определить концентрацию горючих газов.
Преимущества каталитических датчиков
* Простота установки, использования и калибровки
* Экономичность, долгий срок службы и низкая стоимость замены.
* Очень надежен
* Может быть откалиброван для таких газов, как водород, который не может быть обнаружен инфракрасными сканерами
* Нечувствителен к оптике и более надежен в пыльной среде
* Более надежен при высокой температуре
* Менее чувствителен к влажности и изменения в воздухе
* Обнаруживает большинство углеводородных газов
Недостатки
* Датчики катализатора могут стать неактивными из-за загрязнения химическими веществами, содержащими соединения хлора и силикона, а также сернистыми и другими коррозионно-активными химическими веществами.
* Единственным способом проверки датчиков является воздействие на них известного количества газа и повторная калибровка по мере необходимости.
* Для работы им требуется кислород
* Длительное воздействие концентрированных углеводородов может ухудшить рабочие характеристики.
* При экстремальной концентрации газа датчик может быть поврежден и показывать низкий уровень сигнала или его отсутствие
Успешное использование
* Избегайте использования силиконовых спреев или материалов вблизи датчика катализатора, так как частицы кремния могут покрыть детектор и помешать его правильной работе.
Не упаковывайте и не храните датчик вместе с силикагелем.
* Рабочие характеристики датчика могут ухудшиться из-за воздействия щелочей, таких как соли и соленая вода.
* Органические пары, такие как спирт, могут проникнуть внутрь детектора и повредить его.
* Вода на датчике каталитического нейтрализатора может ухудшить его работу, а образование льда на датчике в холодных условиях может привести к его повреждению.
* Датчик катализатора следует располагать так, чтобы он не подвергался ударам и вибрациям, которые могут его повредить. Вибрация также может вызвать ложные показания.
* Датчики, хранившиеся в течение длительного времени, при повторном подключении должны быть откалиброваны.
* Если необходимо отремонтировать датчик катализатора, припаяйте его вручную без смолы, так как высокие температуры или пары смолы могут повлиять на работу датчика.
В конце концов, каталитический датчик — это испытанная и проверенная технология, которая надежно работает в течение длительного периода времени.
Если он правильно установлен и обслуживается, он может спасти жизнь.
Кислородный датчик: Эффективность катализатора
Монитор эффективности катализатора проверяет, работает ли каталитический нейтрализатор с достаточно высокой эффективностью, чтобы поддерживать выбросы выхлопных газов в пределах заданных значений. PCM сравнивает сигналы от верхнего и нижнего кислородных датчиков, чтобы определить состояние нейтрализатора. Эти «тесты» называются мониторами готовности.
Непрерывные и непостоянные тесты готовности
Монитор — это часть или сегмент операции, которую обычно выполняет транспортное средство, или операции, которую необходимо выполнить для проверки определенного аспекта или состояния транспортного средства. Существует два основных типа мониторов готовности: непрерывные и непостоянные. Непрерывные мониторы постоянно проверяются и оцениваются во время работы двигателя. Непрерывные мониторы должны соответствовать определенным условиям, прежде чем тест может быть завершен.
Некоторые операции, такие как пропуски зажигания или проблемы с топливной системой, могут быть постоянными, непостоянными или и теми, и другими, и могут быть проверены во время обоих типов мониторов. Непрерывные мониторы также будут различаться для бензиновых и дизельных двигателей.
Новый автомобиль может сообщать о состоянии монитора выбросов во время текущего ездового цикла. Эти мониторы начинаются с самого начала всякий раз, когда цикл мониторинга соответствует критериям для выполнения теста готовности. Старые автомобили могут не поддерживать эту функцию. Поскольку мониторы представляют собой процедуру самопроверки, которую водитель не должен инициировать, лучший способ подготовить их к проведению самопроверки — это вождение автомобиля. Однако вождение в одиночку не будет соответствовать всем необходимым условиям. Есть несколько конкретных требований, которые варьируются от производителя к производителю.
Убедитесь, что MIL (световой индикатор неисправности) не включен.
Если есть какие-либо сохраненные коды эффективности или связанные с ними коды или даже ожидающий диагностический код неисправности, они могут помешать запуску или завершению работы монитора.
Наконец, вы должны завершить «ездовой цикл». Ездовой цикл позволяет автомобилю запустить бортовую диагностику. Это позволяет мониторам готовности пройти предустановленную процедуру диагностики.
Что такое эффективность?
Преобразователь имеет рейтинг эффективности, рассчитанный производителем автомобиля. Эффективность преобразователя связана с топливной коррекцией двигателя. Коррекция подачи топлива контролируется кислородными датчиками и постоянно регулируется PCM. Это помогает поддерживать правильную температуру преобразователя для наиболее эффективной работы. Одной из функций конвертера является сохранение в нем определенного количества кислорода. Если двигатель работает на слишком богатой смеси, он не может хранить кислород. Если он работает на слишком обедненной смеси, уровень кислорода может помешать конвертеру достичь оптимального диапазона нагрева.
Богатое состояние означает меньше кислорода; бедное состояние означает избыток кислорода. Богатое состояние будет означать, что PCM хочет обеднить топливную смесь. Между тем, обедненное состояние будет означать, что PCM хочет попытаться увеличить топливную смесь.
Стехиометрическое соотношение топливовоздушной смеси 14,7:1 (по массе). Для правильной работы преобразователя необходимо достичь стехиометрического значения, чтобы катализатор мог реагировать с кислородом и достигать надлежащей рабочей температуры. Каталитический нейтрализатор начинает функционировать при температуре от 400 до 600 градусов по Фаренгейту. Нормальная рабочая температура может варьироваться от 1200 до 1600 градусов.
Эффективность нейтрализатора можно проверить с помощью диагностического прибора, а также по наблюдению за переключением датчиков O2 между богатым и бедным. Лабораторные осциллографы также можно использовать для наблюдения за переключением. Как только эффективность упадет ниже определенного уровня и будут выполнены другие критерии, будет установлен код эффективности.
Эффективность большинства преобразователей в новом состоянии составляет около 99 процентов, а затем быстро снижается до 95 процентов. Пока эффективность не упадет более чем на несколько процентных пунктов, преобразователь отлично справится с очисткой выхлопных газов. Но если КПД падает ниже 92 процента, обычно включается лампа MIL.
Новые автомобили должны соответствовать еще более строгим требованиям к автомобилям с низким уровнем выбросов (LEV). Теперь еще меньше места для маневра. Падение эффективности преобразователя всего на 3 процента может привести к тому, что выбросы превысят федеральные ограничения. Стандарт LEV допускает только 0,225 грамма углеводородов на милю.
Некоторые OEM-производители обновили калибровки датчиков катализатора. Новая калибровка может быть повторно прошита в PCM. Но, если на автомобиле уже есть поврежденный преобразователь, то перепрошивка ему вообще ничего не даст. Но, если преобразователь близок к пороговому пределу, повторная вспышка может продлить срок службы преобразователя и предотвратить загорание индикатора еще на 10 000 или даже до 80 000 миль.
Причины снижения эффективности преобразователя
Неисправные датчики O2 также могут привести к снижению эффективности преобразователя. Одна из вещей, которую многие технические специалисты не проверяют, вероятно, проще всего — соединения датчика O2. Разъем является не только источником питания и заземления, но и источником необходимого подвода воздуха к циркониевому датчику. Если разъем заполнен маслом или мусором, воздух не может проходить по проводам к датчику внутри. Старые однопроводные датчики O2 имели перфорированную область снаружи и не использовали провода для подачи кислорода.
Много лет назад у меня была машина с силиконовым герметиком, полностью закрывающим разъемы. Код присутствовал, но ущерб уже был нанесен. Все четыре датчика O2 должны были быть заменены. Эффективность преобразователя была под вопросом, но после нескольких запусков мониторов код так и не вернулся.
Очевидно, что вопросы, связанные с настройкой, должны учитываться для повышения эффективности преобразователя.
Все, что угодно, от состояния клапана PCV, сломанных подвесок выхлопных газов, которые повреждают внутреннюю структуру нейтрализатора, до клапана EGR и связанных с ним проблем с EGR, может повлиять на эффективность. Утечки выхлопных газов перед датчиками O2 также могут сильно повлиять на эффективность. Установка неправильных датчиков O2 в неправильном положении также может быть проблемой. Для справки: датчики B1 находятся на стороне цилиндра № 1 двигателя, а датчики B2 — на противоположной стороне. Я не в первый раз вижу задний датчик O2 спереди или автомобиль с кодом датчика B1, а кто-то меняет датчик B2. Имейте в виду, что многие автомобили теперь имеют несколько каталитических нейтрализаторов, и необходимо проявлять больше осторожности, чтобы убедиться, что вы меняете правильный.
Как видите, эффективность современных автомобилей зависит не от одной детали, а от общего состояния всех задействованных компонентов. Профилактическое обслуживание может помочь продлить срок службы каталитического нейтрализатора, а также обратить внимание на индикатор обслуживания, когда появляется код эффективности нейтрализатора.