Mio-tech-service.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое лямбо зонд двигатель

Что такое лямбда зонд

Введение жёстких экологических норм подтолкнуло автопроизводителей использовать на автомобилях катализаторы. Это устройства, которые помогают снизить содержание токсичных веществ в выхлопных газах. Каталитический нейтрализатор – вещь полезная, но эффективно работает только при определённых условиях. Если не контролировать постоянно состав топливно-воздушной смеси, то катализаторы долго не прослужат.

И здесь приходит на помощь лямбда зонд или так называемый датчик кислорода (в английской литературе его называют Lambda probe или Oxygen sensor). Ниже рассмотрим подробнее, что такое лямбда зонд, как он работает и для чего используется.

В основу работы лямбда-зонда заложен потенциал Нернста, который возникает на контактах датчика, выполненных в виде пористых платиновых толстоплёночных электродов, покрытых слоем керамической шпинели [1] .

Лямбда-зонд порогового типа действует по принципу гальванического элемента/твердооксидного топливного элемента с твёрдым 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 немного кислорода попадало 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 Широкополосный лямбда-зонд [ править | править код ]

Разновидность кислородного датчика.

Основная разница зонда с широким диапазоном измерения по отношению к обычным узкополосным λ-зондам — это комбинация сенсорных ячеек и так называемых накачивающих ячеек. Состав его газового содержимого постоянно соответствует λ=1, что для сенсорной ячейки значит напряжение в 450 милливольт. Содержание газа в зазоре и вместе с ним напряжение сенсора поддерживаются посредством различных напряжений, прикладываемых к накачивающей ячейке. При бедной смеси и напряжении сенсора ниже 450 милливольт ячейка выкачивает кислород из диффузионной полости. Если смесь богатая и напряжение выше 450 милливольт, ток меняет своё направление, и накачивающие ячейки транспортируют кислород в диффузионные расщелины. При этом интегрированный нагревающий элемент устанавливает температуру области от 700 до 800 градусов. Датчик типа LSU при погружении в несгоревшую смесь, содержащую одновременно и топливо и кислород, будет указывать на «избыток воздуха», в отличие от порогового, сигнал которого надо интерпретировать как «избыток топлива».

Выходной сигнал широкодиапазонного датчика зависит от его контроллера управления, может быть токовым или потенциальным. Например, выходной ток контроллера широкополосного датчика Ipn и соответствующие значения λ [2] :

Ipn, мА−5.000−4.000−3.000−2.000−1.000−0.5000.0000.5001.0001.5002.0002.5003.0004.000
λ0.6730.7040.7530.8180.9000.9481.0001.1181.2661.4561.7092.0632.5925.211

Основным преимуществом широкополосного зонда по отношению к узкополосному является устранение циклического перехода дискретных показаний «бедная смесь — богатая смесь». Блок управления получает информацию о степени несоответствия смеси оптимальному значению, и это позволяет ему точнее и быстрее корректировать смесь для достижения её полного сгорания без свободного кислорода.

Устройство и принцип работы лямбда зонда

Лямбда зонд представляет собой обычный электрический элемент, через который проходят выхлопные газы. Устройство датчика кислорода предполагает наличие внутри корпуса токопроводящего элемента, электродов, сигнального контакта и заземления. Выходной электрический сигнал формируется при изменении напряжения в зависимости от состава выхлопного потока.

Работа датчика основана на принципе сравнения уровня кислорода в отработавших газах и атмосферном воздухе. Установка внутри трубы до и после каталитического нейтрализатора полностью исключает попадание вредных веществ за пределы системы. Электрическая схема в устройстве такого датчика кислорода задействуется только после разогрева до температуры 300 – 400 ºC, что необходимо для появления электропроводимости твердого электролита.

Принцип работы лямбда зонда позволяет выявить даже малейшее превышение норм по опасным веществам. Но даже при заправке горючего высокого качества с минимальным содержанием примесей через 100 – 150 тыс. км пробега датчики кислорода, а часто и катализаторы (нейтрализаторы), приходится менять.

Регулировка соотношения топливовоздушной смеси

Передний датчик O2 отвечает за поддержание оптимального соотношения смеси воздух / топливо, поступающей в двигатель, которая составляет приблизительно 14,7:1 или 14,7 частей воздуха на 1 часть топлива.

Блок управления регулирует топливовоздушную смесь на основе обратной связи от переднего датчика кислорода. Когда передний лямбда-зонд обнаруживает высокий уровень кислорода, ЭБУ предполагает, что двигатель работает на бедной смеси (недостаточно топлива) и поэтому добавляет топлива.

Когда уровень кислорода в выхлопе становится низким, ЭБУ предполагает, что двигатель работает на богатой смеси (слишком много топлива) и уменьшает подачу топлива.

Этот процесс непрерывен. Компьютер двигателя постоянно переключается между обедненным и обогащенным состоянием, чтобы поддерживать оптимальное соотношение воздух / топливо. Этот процесс называется операцией замкнутого цикла.

Если вы посмотрите на сигнал напряжения переднего датчика кислорода, он будет циклически колебаться где-то между 0,2 вольт (бедная) и 0,9 вольт (богатая).

Когда автомобиль заводится холодным, передний кислородный датчик не прогрет полностью, и ЭБУ не использует сигнал ДК1 для регулировки топлива. Этот режим называется разомкнутым контуром. Только когда датчик полностью прогрелся, система впрыска топлива переходит в режим замкнутого контура.

В современных автомобилях вместо обычного датчика кислорода установлен широкополосный датчик топливовоздушного соотношения. Датчик соотношения воздух / топливо работает по-другому, но служит той же цели — для определения, является ли топливовоздушная смесь, поступающая в двигатель, обогащённой или обеднённой.

Датчик топливовоздушного соотношения является более точным и может измерять более широкий диапазон.

Характеристика лямбда-зонда

Что такое датчик кислорода или лямбда-зонд, где находится устройство, в чем заключается его принцип работы, какие функции выполняет этот регулятор? Для начала разберем основные характеристики — назначение, а также где может располагаться девайс.

Назначение и функции

Кислородный датчик представляет собой устройство сопротивления, этот девайс расположен перед катализатором, на впускном коллекторе. Данные, которые передает кислородный датчик, обрабатываются управляющим блоком и используются для поддержания необходимого состава топливовоздушной смеси. Лямбда-зонд передает сигнал на ЭБУ, если в камеры сгорания подается очень богатая или бедная горючая смеси. В соответствии с полученными данными, которые передает кислородный датчик, блок управления регулирует подачу воздуха и топлива для образования смеси.

Устройство и принцип работы

В чем заключается принцип работы кислородного датчика?

Любой универсальный лямбда-зонд включает в свою конструкцию такие составляющие:

  1. Корпус универсального регулятора, который обычно выполнен из металла. На корпусе переднего верхнего или нижнего регулятора также имеется резьба, с помощью которой лямбда-зонд устанавливается в посадочное место. В корпусе также будет отверстие, позволяющее обеспечить вентиляция регулятора.
  2. Уплотнительная резина, позволяющая обеспечить герметичность.
  3. Керамический изолятор.
  4. Наконечник, выполненный из керамики.
  5. Контакты для подключения к бортовой сети.
  6. Защитный щиток, на котором имеется отверстие для выпуска отработанных газов.
  7. Нагревательный компонент устройства.
  8. Спираль, которая монтируется в отдельном резервуаре.

Будь то первый или второй кислородный датчик, устройство изготавливается из термостойкого материала. Это важно, поскольку регулятор функционирует под нагревом, при повышенных температурах. Устройство может относится к одному из нескольких видов, которые отличаются между собой по количеству контактов — одно-, двух-, трех- и четырехпроводные.

Диагностический датчик концентрации кислорода используется для обеспечения правильного расчета нужного объема горючего для определенного объема воздушного потока, подающегося в цилиндры. Устройство выполняет расчет этих значений в соответствии с экологической, а также экономической точки зрения. Это также важно, поскольку в настоящее время к транспортным средствам предъявляются жесткие требования в плане экологической безопасности. Диагностический датчик концентрации кислорода позволяет снизить вред для окружающей среды, основываясь на количестве содержащихся вредоносных для экологии веществ в выхлопных газах.

Причины и симптомы неисправностей

Если в работе регулятора есть неисправности, это может привести к более нестабильной работе двигателя.

По каким причинам кислородный датчик может выйти из строя:

  1. В электроцепи произошел обрыв, в частности, в месте подключения устройства к сети. Также причина может заключаться в плохом контакте контроллера или их окислении.
  2. Замыкание в работе девайса.
  3. Загрязнение — одна из самых часто встречаемых проблем. Такая неисправность, как правило, обусловлена регулярной заправкой транспортного средства низкокачественным горючим.
  4. Термические перегрузки регулятора. Такие проблемы, как правило, обусловлены неполадками в работе системы зажигания.
  5. Постоянное использование автомобиля по бездорожью может привести к серьезным вибрациям и, как следствие, повреждению регулятора.
  6. Лямбда-зонд может перестать функционировать в результате попадания в цилиндры двигателя, а также во впускные магистрали антифриза.
  7. Выход из строя нагревателя датчика кислорода. Обычно эта проблема обусловлена износом устройства.
  8. Еще одной причиной, по которой устройство может отказаться работать, является работа двигателя на обогащенной топливовоздушной смеси.

В том случае, если объем монооксида углерода увеличится до 3% и выше вместо нормативных 0.1-0.3%, это говорит о поломке контроллера. При такой проблеме регулятор демонтируется с помощью съемника и меняется (съемник можно приобрести в любом автомагазине). Съемник представляет собой ключ, позволяющий значительно проще демонтировать устройство. Но если съемника нет, можно обойтись и без него.

Предлагаем более подробно ознакомиться с причинами, которые позволят выявить неисправность девайса:

  • повысился расход горючего;
  • плавающие обороты при работе двигателя, в частности, на холостом ходу;
  • при наборе скорости ощущаются рывки;
  • появились сбои в работе катализатора;
  • возросла концентрация вредных веществ и токсинов в отработанных газах.

Фотогалерея «Схемы лямбда-зонда»

Как проверить лямбда-зонд

Датчик стоит проверить, если появился один из следующих симптомов:

  • появление на холостом ходу так называемых плавающих оборотов;
  • спад мощности мотора;
  • замедленная реакция на нажатие акселератора;
  • увеличение расхода горючего;
  • частый перегрев мотора;
  • хлопки при работе двигателя;
  • дерганье во время езды.

Для начала проводят визуальный осмотр. Для этого зонд извлекают из посадочного места, а затем изучают на предмет наличия повреждений. На приборе не должно быть оплавлений и сколов, контакты тоже должны быть целыми.

Если внешний осмотр ничего не дал, стоит провести диагностику напряжения, которое поступает на прибор. Для этого нужно:

  • включить зажигание, не производя пуск двигателя;
  • отсоединить контакты датчика;
  • вольтметром замерить напряжение на контактах подогрева и массы.

Напряжение не должно отличаться от бортового.

Контакт массы – верхний справа, подогрева – верхний слева (если держать разъем защелкой кверху). Следует помнить, что на некоторых моделях авто может быть использована друга распиновка, но на большинстве применяют именно такую.

Также можно замерить сопротивление контактов нагревательного элемента датчика. Оно должно быть равно от 3 до 11 Ом.

Другой способ проверки – замер напряжения на разогретом датчике. Это потребует выполнить следующие действия:

  • подключить параллельно выходным контактам лямбда зонда мультиметр в режиме измерения напряжения;
  • завести авто и дать двигателю поработать несколько минут.

При нормальном функционировании прибора мультиметр должен показывать от 0,2 до 1 В и обновляться не чаще, чем 1 раз в 10 секунд.

Чтобы понять, правильно работает устройство или нет, лучше совместить все приведенные способы проверки.

Коэффициент избытка воздуха λ

При анализе работе двигателя часто применяется термин «стехиометрическое соотношение». Под ним подразумевается оптимальное соотношение кислорода и горючего, при котором подготовленная смесь полностью сгорает. На базе этого показателя рассчитываются режимы ДВС и особенности подачи горючего.

Идеальным считается отношение 14,7 к 1. Понятно, что 14,4 кг воздуха попадают в цилиндр не сразу, а в определенный временной промежуток.

Коэффициент λ показывает отношение реального объема кислорода, поступающего в цилиндр, к идеальному параметру (указан выше). Простыми словами, он показывает отклонение текущего количества воздуха от оптимального параметра.

С учетом полученного λ выделяется три варианта:

  • 1 — идеальное соотношение;
  • меньше 1 — дефицит кислорода и переизбыток бензина;
  • больше 1 — нехватка бензина и чрезмерное количество воздуха.

Современные ДВС способны работать во всех случаях, но отклонение от нормы сказывается на многих параметрах: ускорение, экономичность, уменьшение концентрации вредных компонентов и т. д. Оптимально, чтобы коэффициент λ был около 0,9-1.

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.

Лямбда-зонд является очень важным элементом системы управления двигателем, а его неисправность 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.

голоса
Рейтинг статьи
Читать еще:  Что такое коэффициент самозапуска двигателей
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector