Из статьи вы узнаете о том, что такое кислородный датчик. Признаки неисправности этого устройства заставят вас задуматься о замене его. Потому что первый признак – это значительное увеличение расхода бензина. О причинах такого поведения будет рассказано несколько ниже. А сначала стоит поговорить немного о истории создания этого устройства, а также о его принципах функционирования.

Необходимость в датчике кислорода

А теперь о том, для чего нужен в автомобиле кислородный датчик. Признаки неисправности его будут рассмотрены позже. При сгорании любого топлива необходим доступ кислорода. Без этого газа не может проходить процесс горения. Следовательно, в камеры сгорания обязательно должен попадать кислород. Как вы знаете, топливная смесь – это соединение бензина и воздуха. Если заливать чистый бензин в камеры сгорания, то двигатель попросту не будет работать. По тому, сколько кислорода остается в выхлопной системе, можно говорить, насколько качественно сгорает топливовоздушная смесь в цилиндрах мотора. Именно для измерения количества кислорода необходим лямбда-зонд.

Немного истории

Под конец 60-х впервые автоконструкторы начали пробовать устанавливать эти датчики на машины. Самые первые кислородные датчики были установлены на автомобилях Volvo. Датчик кислорода называется также лямбда-зондом. Дело в том, что есть в греческом алфавите буква «лямбда». А если обратиться к справочной литературе по двигателям внутреннего сгорания, то можно увидеть, что именно этой буквой обозначается коэффициент избытка воздуха в топливной смеси. И этот параметр позволяет измерить кислородный датчик (лямбда-зонд).

Принцип работы

Устанавливается кислородный датчик исключительно на инжекторные автомобили, в которых используются электронные блоки управления двигателем. Сигнал, вырабатываемый им, подается на блок управления. Этот сигнал используется микроконтроллером для того, чтобы произвести правильную регулировку смесеобразования. Он производит регулировку подачи воздуха в камеры сгорания. Конечно, на качество смеси влияет не только сигнал, поступающий от датчика кислорода, но также и от большинства других устройств, которые позволяют измерить нагрузку на двигатель, его обороты, а также скорость автомобиля, и прочее. Зачастую в автомобилях устанавливается два лямбда-зонда. Один – рабочий, а второй – для корректировки. Они устанавливаются до катколлектора и после. Обратите внимание на то, что тот лямбда-зонд, который монтируется после катколлектора, имеет дополнительный принудительный нагрев. Перед тем как очистить кислородный датчик, обязательно прочитайте требования, которые предъявляются его производителем.

Условия работы лямбда-зонда

Также стоит учесть, что наиболее эффективное функционирование этого датчика происходит при температурах от 300 градусов и выше. Именно для этой цели необходим электрический подогреватель. Он позволяет в режиме непрогретого двигателя поддерживать нормальное функционирование датчика кислорода. Чувствительный элемент датчика необходимо располагать непосредственно в потоке выхлопного газа. Таким образом, чтобы его электрод, находящийся с внешней стороны, обязательно омывался потоком. Внутренний же электрод необходимо располагать непосредственно в атмосферном воздухе. Само собой, содержание кислорода различное. И между этими двумя электродами начинает образовываться некоторая разность потенциалов. На выходе может появиться напряжение максимум 1 Вольт. Именно это напряжение подается на электронный блок управления. Тот, свою очередь, анализирует его сигнал, затем, согласно топливной карте, заложенной в нём, увеличивает или уменьшает время открытия форсунок, изменяет подачу воздуха в рампу.

Широкополосные

Имеется такое устройство, как широкополосный кислородный датчик. Признаки неисправности (УАЗ "Патриот" имеет такие же, как и любой другой автомобиль) датчика заключаются в том, что изменяется режим работы двигателя. Разница между обычным и таким устройством довольно большая. Дело в том, что у них совсем различные принципы функционирования и чувствительные части. А широкополосные лямбда-зонды более информативны, а это актуально для случаев, если двигатель работает в нестандартных режимах. Следовательно, чем богаче информация, тем более точные настройки будет производить электронный блок управления.

Как определить поломку

Стоит отметить, что датчики кислорода влияют на функционирование мотора очень сильно. Если вдруг лямбда-зонд приказывает долго жить, то двигатель, скорее всего, работать не будет. Когда происходит поломка лямбда зонда, на выходе не вырабатывается сигнал, либо же он изменяется непредсказуемым образом. Конечно, такое поведение сильно осложнит вашу повседневную жизнь. Выйти из строя датчик может буквально в любую минуту. По этой причине на автомобилях предусмотрены определенные функции, которые позволяют завести двигатель, а также добраться до станции техобслуживания, даже если датчик содержания кислорода неисправен.

Читайте также:  215 65 R16 расшифровка

Аварийная прошивка

Дело в том, что когда электронный блок управления видит поломку лямбда-зонда, он начинает работать не по той прошивке, которая заложена в нём по умолчанию, а по аварийной. В этом случае смесеобразование происходит по данным, полученным с других датчиков. Не участвует в этом процессе только кислородный датчик. Признаки неисправности этого устройства водитель заметит сразу же. К сожалению, смесь чересчур бедная, так как процентное содержание бензина больше, чем необходимо. Это позволяет добиться того, чтобы двигатель не остановился. Но если увеличить подачу воздуха, то велика вероятность того, что двигатель заглохнет. Однако в качестве предупреждения на большинстве автомобилей загорается в приборной панели лампа Check Engine, которая сигнализирует о неисправностях двигателя. Дословный перевод этой надписи – «Проверьте двигатель». Но и без нее можно определить поломку лямбда зонда. Дело в том, что расход топлива сильно растет по сравнению с нормальным режимом.

Заключение

Теперь вы знаете, что такое кислородный датчик (лямбда-зонд), какие у него свойства и особенности. В завершении хотелось бы упомянуть о том, что этот элемент очень требователен к тому, как его устанавливают. Обращайте внимание на то, чтобы между корпусом датчика и катколлектором не было щелей, иначе это приведет к преждевременному выходу из строя устройства. Кроме того, при эксплуатации датчик будет посылать неверные сведения на блок управления.

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.

Читайте также:  Как снимаются дворники на солярисе

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.

Кислородный датчик — устройство, предназначенное для фиксирования количества оставшегося кислорода в отработавших газах двигателя автомобиля. Он расположен в выпускной системе вблизи катализатора. На основе данных, полученных кислородником, электронный блок управления двигателем (ЭБУ) корректирует расчет оптимальной пропорции топливовоздушной смеси. Коэффициент избытка воздуха в ее составе обозначается в автомобилестроении греческой буквой лямбда (λ), благодаря чему датчик получил второе название — лямбда-зонд.

Коэффициент избытка воздуха λ

Прежде чем разбирать конструкцию датчика кислорода и принцип его работы, необходимо определиться с таким важным параметром, как коэффициент избытка воздуха топливовоздушной смеси: что это такое, на что влияет и зачем его измеряет датчик.

В теории работы ДВС существует такое понятие как стехиометрическое отношение – это идеальная пропорция воздуха и топлива, при которой происходит полное сгорание топлива в камере сгорания цилиндра двигателя. Это очень важный параметр, на основании которого рассчитывается топливоподача и режимы работы двигателя. Оно равняется 14,7 кг воздуха к 1 кг топлива (14,7:1). Естественно, такое количество топливовоздушной смеси не поступает в цилиндр в один момент времени, это всего лишь пропорция, которая пересчитывается под реальные условия.

Зависимость мощности (P) и расхода топлива (Q) от коэффициента избытка воздуха

Коэффициент избытка воздуха (λ) – это отношение действительного количества воздуха, поступившего в двигатель, к теоретически необходимому (стехиометрическому) для полного сгорания топлива. Говоря простым языком, это «на сколько больше (меньше) воздуха поступило в цилиндр, чем должно было бы».

В зависимости от значения λ различают три вида топливовоздушной смеси:

  • λ = 1 — стехиометрическая смесь;
  • λ 1 — «бедная» смесь (избыток — воздух; недостаток — топливо).

Современные двигатели могут работать на всех трех типах смеси, в зависимости от текущих задач (экономия топлива, интенсивное ускорение, снижение концентрации вредных веществ в отработавших газах). С точки зрения оптимальных значений мощности двигателя, коэффициент лямбда должен иметь значение около 0,9 («богатая» смесь), минимальный расход топлива будет соответствовать стехиометрической смеси (λ = 1). Наилучшие результаты по очистке отработавших газов будут также наблюдаться при λ = 1, поскольку эффективная работа каталитического нейтрализатора происходит при стехиометрическом составе топливовоздушной смеси.

Назначение датчиков кислорода

Стандартно в современных автомобилях используется два датчика кислорода (для рядного двигателя). Один перед катализатором (верхний лямбда-зонд), а второй после него (нижний лямбда-зонд). Различий в конструкции верхнего и нижнего датчиков нет, они могут быть одинаковыми, но выполняют разные функции.

Верхний или передний кислородный датчик определяет содержание оставшегося кислорода в отработавших газах. По сигналу с данного датчика блок управления двигателем «понимает», на каком типе топливовоздушной смеси работает двигатель (стехиометрической, богатой или бедной). В зависимости от показаний кислородника и требуемого режима работы, ЭБУ корректирует количество топлива, подаваемого в цилиндры. Как правило, топливоподача корректируется в сторону стехиометрической смеси. Следует отметить, что при прогреве двигателя сигналы с датчика игнорируются ЭБУ двигателя до достижения им рабочей температуры. Нижний или задний лямбда-зонд используется для дополнительной корректировки состава смеси и контроля исправности работы каталитического нейтрализатора.

Читайте также:  Как открыть лючок бензобака шкода рапид

Конструкция и принцип работы кислородного датчика

Существует несколько видов лямбда-зондов, применяемых на современных автомобилях. Рассмотрим конструкцию и принцип работы наиболее популярного из них — датчика кислорода на основе диоксида циркония (ZrO2). Датчик состоит из следующих основных элементов:

  • Наружный электрод — осуществляет контакт с выхлопными газами.
  • Внутренний электрод — контактирует с атмосферой.
  • Нагревательный элемент — используется для подогрева кислородного датчика и более быстрого вывода его на рабочую температуру (около 300 °C).
  • Твердый электролит — расположен между двумя электродами (диоксид циркония).
  • Корпус.
  • Защитный кожух наконечника — имеет специальные отверстия (перфорацию) для проникновения отработавших газов.

Устройство наконечника лямбда-зонда

Внешний и внутренний электроды покрыты платиновым напылением. Принцип работы такого лямбда зонда основан на возникновении разности потенциалов между слоями платины (электроды), которые чувствительны к кислороду. Она возникает при нагревании электролита, когда через него происходит движение ионов кислорода от атмосферного воздуха и выхлопных газов. Напряжение, возникающее на электродах датчика, зависит от концентрации кислорода в отработавших газах. Чем она выше, тем ниже напряжение. Диапазон напряжений сигнала кислородного датчика находится в пределах от 100 до 900 мВ. Сигнал имеет синусоидальную форму, у которой выделяются три области: от 100 до 450 мВ — бедная смесь, от 450 до 900 мВ — богатая смесь, значение 450 мВ соответствует стехиометрическому составу топливовоздушной смеси.

Виды лямбда-зондов

Помимо циркониевых используются также титановые и широкополосные датчики кислорода.

  • Титановые. Этот вид кислородников имеет чувствительный элемент из диоксида титана. Рабочая температура такого датчика начинается от 700 °C. Титановые лямбда-зонды не требуют наличия атмосферного воздуха, поскольку принцип их работы основан на изменении выходного напряжения, в зависимости от концентрации кислорода в выхлопе.
  • Широкополосный лямбда-зонд представляет собой усовершенствованную модель. Он состоит из цикрониевого датчика и закачивающего элемента. Первый измеряет концентрацию кислорода в отработавших газах, фиксируя напряжение, вызванное разницей потенциалов. Далее происходит сравнение показания с эталонной величиной (450 мВ), и, в случае отклонения, подается ток, провоцирующий закачивание ионов кислорода из выхлопа. Это происходит до тех пор, пока напряжение не станет равным заданному.

Ресурс кислородника и его неисправности

Лямбда-зонд — один из наиболее быстро изнашиваемых датчиков. Это связано с тем, что он постоянно контактирует с отработавшими газами и его ресурс напрямую зависит от качества топлива и исправности двигателя. Например, циркониевый кислородник имеет ресурс порядка 70-130 тысяч километров пробега.

Поскольку работа обоих кислородных датчиков (верхнего и нижнего) контролируется системой бортовой диагностики OBD-II, при выходе из строя любого из них будет зафиксирована соответствующая ошибка, а на панели приборов загорится контрольная лампа неисправности «Check Engine». Диагностировать неисправность в данном случае можно с помощью специального диагностического сканера.

Сигнал исправного кислородного датчика

При исправной работе кислородного датчика характеристика сигнала представляет собой правильную синусоиду, демонстрирующую частоту переключений не менее 8 раз в течение 10 секунд. Если датчик вышел из строя, то форма сигнала будет отличаться от эталонной, либо его отклик на изменение состава смеси существенно замедлится.

Основные неисправности кислородного датчика:

  • износ в процессе эксплуатации («старение» датчика);
  • обрыв электрической цепи нагревательного элемента;
  • загрязнение.

Все эти виды проблем могут быть спровоцированы использованием некачественного топлива, перегревом, добавлением различных присадок, попаданием в зону работы датчика масел и чистящих средств.

Признаки неисправности кислородника:

  • Индикация сигнальной лампы неисправности на приборной панели.
  • Потеря мощности.
  • Слабый отклик на педаль газа.
  • Неровная работа двигателя на холостых оборотах.

Неисправность датчика может привести к сложностям в управлении автомобилем и стать причиной повышенного износа остальных деталей двигателя. А поскольку он не подлежит ремонту, его необходимо сразу заменить на новый.

Прошу поделиться этой записью с друзьями:

Добавить комментарий

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Adblock detector