Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Содержание

Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Сомнительная заправка, плохой бензин, «чек» на панели — стандартный и быстрый путь к замене кислородного датчика. Про лямбда-зонд слышали многие автомобилисты, но мало кто разбирался, за что именно он отвечает и почему так легко выходит из строя. Рассказываем про датчик кислорода — «обоняние» двигателя.

Лямбда и стехиометрия двигателя

Название датчика происходит от греческой буквы λ (лямбда), которая обозначает коэффициент избытка воздуха в топливно-воздушной смеси. Для полного сгорания смеси соотношение воздуха с топливом должно быть 14,7:1 (λ=1). Такой состав топливно-воздушной смеси называют стехиометрическим — идеальным с точки зрения химической реакции: топливо и кислород в воздухе будут полностью израсходованы в процессе горения. При этом двигатель произведёт минимум токсичных выбросов, а соотношение мощности и расхода топлива будет оптимальным.

Если лямбда будет <1 (недостаток воздуха), смесь станет обогащённой; при лямбде >1 (избыток воздуха) смесь называют обеднённой.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Чересчур богатая смесь — это повышенный расход топлива и более токсичный выхлоп, а слишком бедная смесь грозит потерей мощности и нестабильной работой двигателя.

Зависимость мощности и расхода топлива от состава смеси

Из графика видно, что при λ=1 мощность двигателя не пиковая, а расход топлива не минимален — это лишь оптимальный баланс между ними. Наибольшую мощность мотор развивает на слегка обогащённой смеси, но расход топлива при этом возрастает. А максимальная топливная эффективность достигается на слегка обеднённой смеси, но ценой падения мощности. Поэтому задача ЭБУ (электронного блока управления) двигателя — корректировать топливно-воздушную смесь исходя из ситуации: обогащать её при холодном пуске или резком ускорении, и обеднять при равномерном движении, добиваясь оптимальной работы мотора во всех режимах. Для этого блок управления ориентируется на показания датчика кислорода.

Зачем нужен кислородный датчик

Датчиков в современном двигателе великое множество.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика С помощью различных сенсоров ЭБУ замеряет температуру забортного воздуха и его поток, «видит» положение дроссельной заслонки, отслеживает детонацию и положение коленвала — словом, внимательно следит за воздухом «на входе» и показателями работы мотора, регулируя подачу топлива для создания оптимальной смеси в цилиндрах.

Схема лямбда-коррекции двигателя

Лямбда-зонд показывает, что же получилось «на выходе», замеряя количество кислорода в выхлопных газах. Другими словами, кислородный датчик определяет, оптимально ли работает мотор, соответствуют ли расчёты ЭБУ реальной картине и нужно ли вносить в них поправки. Основываясь на данных с лямбда-зонда, ЭБУ вносит соответствующие коррекции в работу двигателя и подготовку топливно-воздушной смеси.

Где находится кислородный датчик

Датчик кислорода установлен в выпускном коллекторе или приёмной трубе глушителя двигателя, замеряя, сколько несгоревшего кислорода находится в выхлопных газах.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика На многих автомобилях есть ещё один лямбда-зонд, расположенный после каталитического нейтрализатора выхлопа — для контроля его работы.

Если у двигателя две головки блока (V-образники, «оппозитники»), то удваивается количество выпускных коллекторов и катализаторов, а значит и лямбда-зондов — у современной машины может быть и 4 кислородных датчика.

Устройство кислородного датчика

Классический лямбда-зонд порогового типа — узкополосный — работает по принципу гальванического элемента. Внутри него находится твёрдый электролит — керамика из диоксида циркония, поэтому такие датчики часто называют циркониевыми. Поверх керамики напылены токопроводящие пористые электроды из платины. Будучи погружённым в выхлопные газы, датчик реагирует на разницу между уровнем кислорода в них и в атмосферном воздухе, вырабатывая на выходе напряжение, которое считывает ЭБУ.

Циркониевый элемент лямбда-зонда приобретает проводимость и начинает работать только после прогрева до температуры 300 °C.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика До этого ЭБУ двигателя действует «вслепую» согласно топливной карте, без обратной связи от кислородного датчика, что повышает расход топлива при прогреве двигателя и количество вредных выбросов. Чтобы быстрее задействовать лямбда-зонд, ему добавляют принудительный электрический подогрев. Кислородные датчики с подогревом внешне отличаются увеличенным количеством проводов: у них 3–4 жилы против 1–2 у обычных датчиков.

В названии узкополосного датчика кроется его недостаток — он способен замерять количество кислорода в выхлопе в достаточно узком диапазоне. ЭБУ может корректировать смесь по его показаниям только в некоторых режимах работы мотора (холостой ход, движение с постоянной скоростью), что не отвечает современным требованиям по экономичности и экологичности двигателей. Для более точных замеров в широком диапазоне используют широкополосный лямбда-зонд (A/F-сенсор), который также называют датчиком соотношения «воздух-топливо» (Air/Fuel Sensor). Обычно к нему подходят 5–6 проводов, хотя бывают и исключения.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Внешне «широкополосник» похож на обычный датчик кислорода, но внутри есть отличия. Благодаря специальным накачивающим ячейкам эталонный лямбда-коэффициент газового содержимого датчика всегда равен 1, и генерируемое им напряжение постоянно. А вот ток меняется в зависимости от количества кислорода в выхлопных газах, и ЭБУ двигателя считывает его в реальном времени. Это позволяет электронике быстрее и точнее корректировать смесь, добиваясь её полного сгорания в цилиндрах.

Почему до сих пор производят узкополосные датчики? Во-первых, для старых автомобилей, где A/F-сенсоры не применялись. Во-вторых, из-за особенностей «широкополосника» его нельзя устанавливать после катализатора, где он быстро выходит из строя. А контролировать работу катализатора как-то надо. Поэтому в современных двигателях ставят два лямбда-зонда разного типа: широкополосный (управляющий) — в районе выпускного коллектора, а узкополосный (диагностический) — после катализатора.

Причины и признаки неисправности лямбда-зонда

Основная причина поломок кислородных датчиков — некачественный бензин: свинец и ферроценовые присадки оседают на чувствительном элементе датчика, выводя его из строя.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика На состояние лямбда-зонда влияет и нестабильная работа двигателя: при пропусках зажигания от старых свечей или пробитых катушек несгоревшая смесь попадает в выхлопную систему, где догорает, выжигая и катализатор, и датчики кислорода. Приговорить датчик также может попадание в цилиндры антифриза или масла.

Самый очевидный признак неисправности лямбда-зонда — индикатор Check Engine на приборной панели. Считав код ошибки с помощью сканера или самодиагностики, можно проверить, какой именно датчик вышел из строя, если их несколько. Иногда всё дело в повреждённой проводке датчика — с проверки цепи и стоит начать поиск поломки.

Но далеко не всегда проблемный лямбда-зонд зажигает «Чек»: иногда он не ломается полностью, а медленно умирает, давая при этом ложные показания, из-за чего ЭБУ двигателя неверно корректирует состав смеси. В этом случае нужно ориентироваться на косвенные признаки — ухудшение работы двигателя.

Проблемы с датчиком кислорода нарушают всю систему обратной связи и лямбда-коррекции, вызывая целый букет неисправностей.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Прежде всего, это увеличение расхода топлива и токсичности выхлопа, снижение мощности и нестабильный холостой ход. Если вовремя не заменить лямбда-зонд, следом выйдет из строя каталитический нейтрализатор, осыпавшись из-за перегрева от обогащённой смеси.

Универсальные кислородные датчики

Цена на оригинальные датчики кислорода вряд ли обрадует автомобилистов, но все лямбда-зонды работают по единому принципу, что позволяет без труда подобрать замену. Главное, чтобы соответствовал типа датчика (широкополосный/узкополосный), количество проводов и резьбовая часть. В продаже есть универсальные кислородные датчики без разъёма, которые можно использовать на десятках моделей автомобилей — подобрать и купить лямбда-зонд не составляет проблемы.

Чтобы избежать проблем с кислородными датчиками, следите за состоянием двигателя, заправляйтесь качественным топливом и регулярно выполняйте компьютерную диагностику, которая позволит выявить неисправности на ранней стадии.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Лямбда-зонд, кислородный датчик: устройство и принцип работы

Датчик кислорода: устройство, используемое для регистрации количества кислорода, остающегося в выхлопе двигателя автомобиля. Он расположен в выхлопной системе рядом с каталитическим нейтрализатором. На основе данных, полученных от кислородного датчика, электронный блок управления двигателем (ЭБУ) корректирует расчет оптимальной пропорции топливовоздушной смеси.Коэффициент избыточного воздуха в ее составе обозначается в автомобилестроении греческой буквой лямбда (λ), благодаря чему датчик получил второе название — лямбда-зонд.

Что такое лямбда-зонд (кислородный датчик), назначение

Кислородный датчик (λ-зонд) — устройство, предназначенное для определения количества 02 в выхлопных газах. Обеспечивает эффективную работу ДВС, благодаря передаче сведений о содержании кислорода в блок управления. Последний, в свою очередь, корректирует состав топливовоздушной смеси.

Важно

При дефиците воздуха в топливе окисление угарного газа / углеводородов происходит не полностью, а при избытке оксиды азота не делятся на азот и кислород.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Интересно, что до прогрева двигателя до рабочей температуры сигналы с лямбда-датчика не принимаются ЭБУ из-за высокой погрешности. При этом в конструкции машины предусмотрено два таких элемента— передний и задний.

Первый установлен до катализатора и контролирует содержание О2в выхлопе, а второй — за ним. Лямбда зонд после катализатора применяется для корректировки состава и проверки работоспособности каталитического нейтрализатора. При этом основные функции берет на себя передний кислородный датчик.

Принцип действия

В кислороде присутствуют отрицательно заряженные ионы. Они собираются на электродах из платины и при достижении нужной температуры датчика (где-то 400 градусов Цельсия) создается разность потенциалов (напряжение).

Если смесь слишком обеднена, то объем кислорода в газах будет высоким, и наоборот, если смесь обогащена, то кислорода будет мало.

В первом случае напряжение равно 0,2-0,3 Вольта, а во втором — 0,7-0,9 Вольта.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Система управления мотора поддерживает уровень напряжения около 0,4-0,6 Вольт, то есть уровень лямбда равен 1.0.

В процессе движения происходит изменение режимов работы мотора, что способствует корректировке параметра напряжения в обе стороны. При этом узкополосный датчик может улавливать лишь те параметры, которые выше нуля.

Лямбда-зонд, который установлен после катализатора, имеет такой же принцип действия.

После обработки газов катализатором, уровень кислорода остается неизменным. Это, в свою очередь, позволяет поддерживать оптимальную разницу потенциалов в пределах 0.4-0.6 Вольта.

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.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика 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.

Нюансы подключения

При поломке устройства, можно установить датчик, который рекомендует завод-изготовитель или похожий циркониевый зонд. Вот основные правила:

  • Цвета проводов датчика различаются, но цвет подающего сигнал на электронную схему, всегда темный.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика
  • «Земля» бывает желтого, белого, серого оттенков.
  • Для подключения 4-проводного зонда на место 3-проводного – соединяются с «землей» автомобиля провода заземления нагревателя и минусовой сигнальной системы. Провод нагревателя через релейную схему подсоединяется к плюсовому полюсу аккумулятора.

Подключение нового зонда лучше сделает специалист из автосервиса.

Конструкция и принцип работы кислородного датчика

Лямбда датчик— сравнительно простой узел, состоящий из нескольких элементов, обеспечивающих измерение нужного параметра и его передачу в ЭБУ. Для примера рассмотрим λ-зонд на базе диоксида циркония. Он состоит из следующих компонентов:

  • два электрода с платиновым напылением: внешний и внутренний, контактирующие с отработавшими газами (ОГ) и окружающим воздухом соответственно;
  • нагреватель — подогревает устройство и быстрей доводит его 300-градусной рабочей температуры;
  • электролит — находится между электродами;
  • кожух — имеет перфорированную структуру для попадания ОГ;
  • проводка для передачи данных в ЭБУ.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Принцип работы датчика (лямбда зонда) построен на появлении разности потенциалов между электродами с платиновым напылением, отличающимися высокой чувствительностью к О2.

Напряжение появляется при нагреве электролитической жидкости, когда через нее идут кислородные ионы от ОГ и окружающего воздуха. Параметр разности потенциалов меняется с учетом объема О2в измеряемом материале.

При измерении возможны следующие варианты:

  • 0,1-0,45 В — обедненная смесь;
  • 0,45-0,9 В — обогащенный состав.

Оптимальным значением, соответствующим стехиометрическому параметру, является 0,45 В. Полученные данные направляются в ЭБУ, который анализирует поступившие сведения, а после дает команду системе впрыска на регулирование состава.

Диагностика

Проверку лямбда-зонда осуществляют, не снимая его с автомобиля. Для этого берется специальное приспособление и присоединяется к эклектической системе, после заводится двигатель.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Чтобы датчик начал работать, его нужно разогреть до 300 градусов, а титановый зонд – до 700.

Значения напряжения на устройстве должны меняться в диапазоне от 0,1 до 0,9 В примерно 8 раз в 10 секунд. Это означает, что датчик работает правильно и никаких проблем с ним не возникает. Если частота смены показателей уменьшается, зонд не работает нормально и скоро выйдет из строя. При полном выходе из строя на экране диагностического аппарата высвечивается одно значение.

Ресурс лямбда-зонда и его неисправности

В процессе эксплуатации автомобиля λ-зонд находится под постоянно нагрузкой и подвержен износу. Из-за измерения качества ОГ его срок службы зависит от качества заливаемого горючего и исправности ДВС. В среднем кислородный датчик служит от 70 до 120 тысяч километров с возможной погрешностью в большую или меньшую сторону.

При поломке любого из λ-зондов ЭБУ фиксирует проблему и выдает ошибку с последующим зажиганием «CheckEngine» на приборной панели.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Для выявления неисправности лямбда-зонда нужен сканер для диагностики, к примеру, Scan Tool Pro BlackE dition. В его функции входит проверка разного оборудования, а не только ДВС. Главное, что он контролирует показания датчиков в онлайн-режиме.

Если λ-зонд исправен, кривая имеет вид синусоиды, меняющей полярность где-то раз в одну секунду. В случае поломки форма сигнала меняется, или скорость отклика становится много меньше. К основным поломкам датчика стоит отнести:

  • естественный износ;
  • попадание внутрь грязи;
  • повреждение цепей питания нагревателя.

Причиной рассмотренных проблем может быть низкое качество бензина, перегрев, добавление неправильных присадок, замасливание детали и т. д. Распознать неисправность можно по появлению ошибки на приборной панели, снижении мощности, медленной реакции на акселератор и колебаниях оборотов при работе на холостых.

Особенность устройства в том, что оно редко подлежит ремонту, а лучший выход —замена лямбда зонда.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика При выборе устройства необходимо смотреть на рекомендации производителя и выбирать только совместимое оборудование.

Взаимозаменяемость

Как будет называться необходимое устройство вы выясните в паспорте транспортного средства. Кислородные вариации заменяемые. Монтируют циркониевые, которые имеют сходные конструкции. Всегда заменяются варианты с подогревом на без подогрева или наоборот. Резьба совпадающая. В противном случае монтировать оборудование не удаться. А вот хотите установить однопроводной механизм вместо двух, трех или проводных, то не стоит рассчитывать на удачу. Конструктивные действие не совпадает, узел заработает, но быстро придет в непригодность.

Популярные неисправности — уменьшения быстродействия и снижение чувствительности. Это приводит к увеличенному расходу топлива. Выявить самостоятельно, на ранних этапах поломки не представляется возможным. Регулярно следует проводит компьютерную диагностику и обращать внимание на фиксируемые показатели бортовой системы.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Виды кислородных датчиков

  1. При выборе λ-зонда необходимо знать, что они бывают нескольких видов, отличающихся по конструктивным особенностям и эффективности работы. К основным типам стоит отнести:
  2. Устройства без нагревателя. Бывают 1- и 2-проводными. Встречались в старых моделях автомобилей. В 1-проводной конструкции применяется только один провод для подачи сигнала, а в 2-проводном — общий («земля») и основной. Такие устройства монтируются непосредственно возле выхода из ДВС. Недостаток — неудобное расположение и долгий набор рабочей температуры.
  3. Λ-зонд с нагревателем — 3-х или 4-проводный датчик с устройством, обеспечивающим быстрое достижение нужной температуры. Нагреватель представлен в виде сопротивления, которое греется при прохождении тока. Сами датчики стоят на выходе системы выхлопа и работают в оптимальном режиме. Во всех современных лямбда-устройствах предусмотрены нагревательные элементы.
  4. Плоскостные. В качестве активных компонентов применяется глинозем и цирконий.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Такая конструкция способствует быстрому нагреву, снижении массы и точным данным. Среднее время нагрева — 5-13 секунд.
  5. FLO и UFLO—датчик с ускоренным разогревом со специальным нагревателем, обеспечивающим более быстрый набор нужной температуры. Для ее достижения нужно не больше 20 с, что позволяет уменьшить загрязнение от выхлопа.
  6. На базе диоксида титана. Такие λ-зонды, как правило, применялись на машинах Ниссан в 80-90-х годах и ряде других машин из Европы. Сегодня они не устанавливаются.
  7. Широкополосные — 5-проводные датчики с новой технологией контроля. Отличаются более высокой точностью, высокой скоростью регулировки и быстрым управлением зажиганием.
  8. Оригинальные —устанавливаются конкретными производителями и имеют индивидуальный каталожный номер. При их покупке нужно быть внимательным, чтобы избежать ошибки.
  9. Универсальные — подходят для всех авто, если учесть тип ДВС и модель λ-зонда. Иногда требуется внесение правок в проводку и разъем для подключения мотора.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика При наличии сомнений в выборе лучше купить лямбда зонд, который рекомендуется заводом-изготовителем (оригинальный вариант),

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.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Итог

Важность кислородного датчика в автомобиле трудно переоценить, ведь от его работы зависит правильность подготовки рабочей смеси и главные параметры авто: экономичность, динамика, приемистость и другие.

Кроме того, неисправность этого узла может привести к выходу из строя других важных элементов двигателя и необходимости дорогостоящего ремонта. Вот почему при первых признаках неисправности λ-зонда нужно провести его диагностику, а при выявлении поломки сделать замену.

Как выявить поломку?

Распознать неисправность лямбда зонда можно по следующим признакам:

  • повышению общей токсичности паров выхлопа. Конечно, определить данный показатель на «глазок» не получится. Здесь может помочь только специальный прибор. Если уровень СО сильно возрос, то можно с уверенностью говорить о выходе из строя датчика кислорода;
  • увеличение «прожорливости» автомобиля — проблема, которую можно увидеть почти сразу. Единственное, что повышение расхода не обязательно сигнализирует о неисправности датчика;
  • загорание лампочки Check Engine — еще один сигнал, что в системе что-то не так.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Как показывает практика, загорание данной лампочки связано с поломкой лямбда зонда. Чтобы более точно определить ошибку и выявить дефект, необходимо отправиться на сервис.

Также важно знать как проверить лямбда зонд на исправность.

Читайте также: Зачем прошивать принтер

Немного истории

Этот элемент можно считать самым популярным среди всех прочих датчиков и сенсоров в автомобиле. Специалисты по автомобильной диагностике часто имеют с ним дело. Датчики кислорода были и раньше, это не новинка. Первый лямбда-зонд представлял собой некий чувствительный элемент без подогревателей. Элемент нагревался от температуры выхлопных газов. Для процесса нагрева нужно было некоторое время.

Шли годы, экологическая ситуация во всем мире постоянно ухудшалась. Поэтому необходимо было принимать меры по ужесточению вредности и токсичности. Требования для автомобилей стали жестче. В этот момент сенсор начал развиваться и эволюционировать. Его оснастили специальным подогревателем.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

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.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

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.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

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.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика 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.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

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.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

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.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика 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.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика 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.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика 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.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика 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.

Широкополосный датчик кислорода INNOVATE LC-2. Обзор. Подключение. Калибровка

  • Принцип действия
  • Проверка датчика кислорода ВАЗ 2114
  • Подключение датчика кислорода на ВАЗ 2114 в случае, если он вышел из строя
  • Как проверить лямбда зонд на ВАЗ 2114 как можно быстрее
  • Напряжение на датчике кислорода ВАЗ 2114, а также другие технические показатели
  • Полезное видео

Некоторые автолюбители, которые задаются вопросом о том, как проверить датчик кислорода ВАЗ 2114, думают, что сделать это самостоятельно крайне сложно, однако это не так.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Достаточно действовать по инструкции (которую можно найти ниже по тексту). Этого будет вполне достаточно для того, чтобы решить проблему.

ВАЗ 2114 имеет массу сложных электротехнических устройств, каждое из которых нуждается в уходе или периодической профилактике. Электронный блок управления ВАЗа позволяет получить данные о текущем состоянии каких бы то ни было систем автомобиля.

Датчик кислорода (также называемый «лямбда зонд») — один из ключевых элементов авто. Если он выйдет из строя, то работоспособность машины будет нарушена. Для того, чтобы недопустить этого, следует изучить принцип работы устройства, а также технологию проверки датчика кислорода, который вышел из строя.

Датчик кислорода ваз 2114

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.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика 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.

Сообщений 6

1 Тема от serega 32 2014-11-30 00:15:08

  • serega 32
  • Новый участник
  • Неактивен
  • Регистрация: 2014-11-29
  • Сообщений: 5Спасибо: 0
  • Авто: ваз 2109i
Тема: оборвался разъем датчика кислорода, как подключить по цветам? ваз 2109

Оторвался разъем.Как теперь соединить провода без этого разъема? Какой провод к какому? они там не по цветам. подскажите кто сталкивался!?

Добавлено: 2014-11-30 01:15:08

забыл сказать, машина ваз 2109i

2 Ответ от Serg 2014-11-30 08:52:53 (2014-11-30 08:59:27 отредактировано Serg)

  • Serg
  • Фанат лада2111.рф
  • Неактивен
  • Регистрация: 2013-07-29
  • Сообщений: 830Спасибо: 363
  • Авто: 2111 двг2114 год2008
Re: оборвался разъем датчика кислорода, как подключить по цветам? ваз 2109

С какой стороны оторвался датчика или жгута ? На разьеме есть буквы A B C D

датчик A – C выхода датчика (серый и черный) B – D подогреватель датчика (обычно белые провода)

жгут A – розовый к эбу 28 нога B – розовчерн +12в питание нагревателя C – краснбел к эбу 10 нога D – белчерн к эбу

3 Ответ от serega 32 2014-11-30 11:41:24

  • serega 32
  • Новый участник
  • Неактивен
  • Регистрация: 2014-11-29
  • Сообщений: 5Спасибо: 0
  • Авто: ваз 2109i
Re: оборвался разъем датчика кислорода, как подключить по цветам? ваз 2109

СПАСИБо.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика только самого разъема нет просто провода висят. 4 от датчика и 4 из жгута.

Дата публикации: 16 января 2020 . Категория: Автотехника.

Лямбда зонд (также называется кислородным контроллером, датчиком O2, ДК) является неотъемлемой частью выхлопной системы автотранспортных средств, отвечающих экологическим стандартам EURO-4 и выше. Это миниатюрное устройство (обычно устанавливается 2 лямбда зонда и более) контролирует содержание O2 в выхлопных смесях автотранспортного средства, благодаря чему значительно снижается выброс ядовитых отходов в атмосферу.

В случае некорректной работы ДК или если произошло отключение лямбда зонда, функционирование силового агрегата может быть нарушено, из-за чего мотор перейдет в аварийный режим (на панели загорится Check Engine). Чтобы такого не случилось, систему автомобиля можно перехитрить, установив обманку.

Где находится?

Устанавливается широкополосный лямбда-зонд в выхлопной системе. В зависимости от типа автомобиля, в конструкции может использоваться один или несколько таких датчиков.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика 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.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика На заводе такой элемент не устанавливается.

Как почистить лямбда зонд?

Для снятия нагара с кислородного датчика можно использовать ортофосфорную кислоту комнатной температуры. Замачивание зонда в данном веществе на протяжении 10 минут способствует удалению посторонних отложений, а также осевшего свинца со стержня устройства. Но нельзя держать зонд в кислоте слишком долго, так как это приведет к повреждению платиновых электродов.

Для большого количества автолюбителей замена лямбда зонда – это лучшее решение проблемы его неисправностей, так как в этом случае отпадает необходимость траты времени на чистку лямбда зонда и проведение сопутствующих операций. Поэтому для поддержания оптимальной работы катализатора рекомендуется менять кислородный датчик каждые 2-3 года (сохраняя чек для возможной замены по гарантии). Но, так как он может сломаться раньше указанного срока, то для предотвращения этого рекомендуется регулярная проверка лямбда зонда.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Устройство

Конструкция данного механизма предполагает наличие следующих элементов:

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.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика 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.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

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.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

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.

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:

Если появился хотя бы один из вышеперечисленных симптомов, это повод произвести детальную проверку широкополосного датчика кислорода.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Ремонт лямбда зонда

Перед тем, как произвести необходимые ремонтные работы, необходимо выкрутить кислородный датчик. Для этого в большинстве случаев необходимо наличие одного инструмента – разводного ключа. С его помощью можно легко откручивать зонд. Но перед тем, как открутить это устройство, тщательно осмотрите его корпус на наличие ржавчины. Отложения чаще всего находятся в месте прикрепления датчика к посадочному месту. Поэтому снятие лямбда зонда, корпус которого частично покрыт ржавчиной, лучше доверить опытным мастерам в автосервисе.

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).Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика При замене могут возникнуть трудности. Резьба часто прикипает, а открутить датчик можно только с использованием универсальных смазок типа ВД-40.

Широкополосный датчик кислорода: устройство, принцип работы, неисправности. Широкополосный лямбда-зонд на News4Auto.ru.

Наша жизнь состоит из будничных мелочей, которые так или иначе влияют на наше самочувствие, настроение и продуктивность. Не выспался — болит голова; выпил кофе, чтобы поправить ситуацию и взбодриться — стал раздражительным. Предусмотреть всё очень хочется, но никак не получается. Да ещё и вокруг все, как заведённые, дают советы: глютен в хлебе — не подходи, убьёт; шоколадка в кармане — прямой путь к выпадению зубов. Мы собираем самые популярные вопросов о здоровье, питании, заболеваниях и даем на них ответы, которые позволят чуть лучше понимать, что полезно для здоровья.

Подключение датчика кислорода на ВАЗ 2114 в случае, если он вышел из строя

Для того, чтобы заменить сломанный датчик, следует сделать следующее:

  • отправиться в автомобильный магазин со сломанным прибором.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Это нужно для того, чтобы вы могли сверить маркировки на устройствах. В противном случае автолюбитель может приобрести не тот прибор, который ему нужен. Для того, чтобы этого не произошло, следует внимательно сверить маркировку, которая располагается на корпусе устройства;
  • необходимо выключить двигатель и дать ему остыть. Если этого не сделать, то заменить датчик не получится;
  • после этого нужно отсоединить от датчика все провода;
  • теперь необходимо открутить датчик кислорода обычным гаечным ключом;
  • когда эта задача будет выполнена, автомобилисту остаётся поставить новый датчик. Сделать это предельно просто, однако необходимо проявлять осторожность, иначе можно запросто сорвать резьбу. Для того, чтобы недопустить столь неприятной поломки, необходимо вкрутить датчик как можно более медленно;
  • после этого следует заняться соединением контактов датчика по схеме распиновки.


Установленный датчик кислорода

На все операции по установке нового датчика может потребоваться примерно 60-90 минут.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Этого будет вполне достаточно для того, чтобы сделать всё максимально осторожно и аккуратно.

Для того, чтобы лучше понимать особенности этого устройства, необходимо изучить конструкцию лямбда зонда.

Как выбрать лямбда-зонд | Новости автомира

О том, что такое кислородный датчик или лямбда-зонд водитель неожиданно для себя узнает тогда, когда его машина вдруг перестает хорошо разгоняться, тяга мотора падает, а аппетит ДВС заметно возрастает. В то же время показания газоанализатора фиксируют повышенное значение угарного газа (СО) в отработанных газах. Справедливости ради нужно отметить, что подобная ситуация возникает при пробеге автомобиля, составляющем более 100 000 км. Это значит, что, скорее всего, неисправен лямбда-зонд, и нужно поспешить в автосервис.

Всякая сложная система, каковой и является автомобиль, требует точности и бесперебойной работы, что осуществляется за счет датчиков и точек контроля. Когда отказывает один из узлов, другие тоже начинают давать сбой, чтобы неисправность была сразу обнаружена, и можно было ее устранить.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Одной из таких контрольных точек можно считать датчик кислорода, он же лямбда-зонд, который предназначен для контроля работы двигателя. Чтобы понять, чем так важна данная деталь, и какие функции выполняет, попробуем разобраться, как она устроена.

Для чего устанавливается лямбда-зонд

Функцией автомобильного лямбда-зонда является определения и регулировка количества остаточного или не участвовавшего в процессе горения кислорода в общем составе автомобильного выхлопа. Если кислорода недостаточно, то топливо полностью сгорать никогда не будет. Как результат, кроме углекислого газа (он же СО2) в составе выхлопе присутствует ядовитый газ СО, называемый иначе угарным. При худшем сгорании топлива уменьшается мощность двигателя, и он быстрее изнашивается. При избытке объема кислорода несгоревший бензин попадает в выхлопную часть.

Избыток воздуха ведет к сгоранию топлива при повышенной температуре, что приводит к быстрому износу поршней, свечей, равно как и клапанов.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Величина мощности ДВС при этом идет на убыль. Избыток кислорода ведет к тому, что ядовитый оксид азота (NOх) не распадается на абсолютно безвредный азот (N), а также кислородные соединения (Ох).

В каких случаях необходимо менять лямбда-зонд

Датчик кислорода, как правило, не меняют до тех пор, пока он более или менее исправен, так как деталь недешевая. Обнаружить проблему лямбда-зонда можно с помощью диагностики. Если рассматривать ресурсы существующих сегодня кислородных датчиков, то они приблизительно такие:

  • Циркониевые датчики, не оснащенные подогревом – от 50 до 80 тыс. км;
  • Циркониевые датчики, имеющие подогрев – до 100 тыс. км;
  • Датчики циркониевые широкополосные – до 160 тыс. км.

Необходимость замены могут определить на СТО во время проверки, когда специалист обнаруживает, что лямбда-зонд еще работает, но уже на «последнем издыхании».Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Это означает, что деталь следует менять незамедлительно.

 

Основные причины поломки кислородного датчика

Кроме того случая, когда происходит естественная поломка в силу длительной эксплуатации, кислородный датчик может выходить из строя потому, что:

  • Во внутреннюю часть корпуса попадает тосол или жидкость из тормозной системы;
  • Чистка корпуса осуществлялась с использованием не подходящих для этого средств;
  • В топливе содержится большое количество свинца;
  • Произошел перегрев корпуса по причине заправки топливом низкого качества. Перегрев случается в тех случаях, когда вышел из строя прибор охлаждающей жидкости То же случается при поломке регулятора давления, износу топливного фильтра. Загрязненный бензин при этом проникает в камеру сгорания.

Неисправный датчик кислорода не подлежит ремонту, его можно только заменить на новый.

Система, обеспечивающая обратную связь

Так как условия, в которых эксплуатируется автомобиль, не являются идеальными, то для контроля функции двигателя существует электроника, корректирующая его работу.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Лямбда зонд осуществляет такую работу вместе с ЭБУ, что позволяет снимать показания содержащихся газов из выхлопной трубы и корректировать подачу топлива к мотору. Обратная связь предусмотрена как для бензиновых инжекторных, так и для дизельных моторов. Без нормально функционирующего лямбда-зонда система не может обеспечить точный расчет расхода топлива.

Конструкция и принцип работы лямбды

Лямбда-зонд представляет собой батарейку, внутри которой находится керамический электролит, в состав которого входит диоксид циркония. Электроды батареи выполнены из платины. Электролит включается в работу при температуре не ниже 300-350 C, потому лямбда-зонду нужен разогрев. Когда платиновые электроды соприкасаются с воздухом, имеющим определенное содержание кислорода, между электродами возникает разность потенциалов. Элемент устроен таким образом, что снижение объема кислорода в пространстве одного из электродов более допустимого уровня, ведет к значительному росту ЭДС батареи от 0 до , и наоборот.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Основным конструктивным элементом кислородного датчика является пустотелый керамический наконечник, выполненный из оксида циркония. На его внутреннюю и внешнюю поверхность наносится пористое покрытие из платины, которое выполняет функции внутреннего и внешнего электродов. При нагревании до температуры 300-350C материал превращается в диэлектрик, который проводит сигнал от наружного электрода к внутреннему, что возникает от разности соотношения кислорода между выхлопными газами внутри / снаружи автомобильной системы выхлопа. Ионы кислорода начинают двигаться в направлении от одного из электродов к близлежащему, от области с большой концентрацией кислорода или атмосферы в ту область, где концентрация наименьшая – к выхлопу. При этом возникает электрический ток, причем его сила зависит от степени плотности кислорода с обеих сторон. Данный показатель фиксируется и поступает на ЭБУ, задачей которого является регулировать продолжительность работы инжекторов. Для надежности работы датчика имеющиеся в нем внутренние и внешние электроды надежно заизолированы.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика В свою очередь, погруженная часть, находящаяся в выпускной системе, изолируется от наружного воздуха.

Где устанавливают лямбда-зонд?

В автомобилях может быть установлен один или два кислородных датчика. Когда конструкция предполагает один элемент, то его устанавливают рядом с двигателем. Если требуется подогрев то ближе к двигателю, если нет, то дальше.

Два лямбда-зонда используют в автомобилях, имеющих нейтрализатор, и располагают по обеим сторонам от него. Подобные датчики предназначаются для контролирования работы двигателя, а также для оценки эффективности функций катализатора. Когда устанавливаются два датчика, то первым (входным) в катализатор должен быть широкополосный элемент, а уже на выходе из катализатора – двухточечный. Впрочем, оба могут быть двухточечными.

Конструктивные особенности, типы кислородных датчиков

Принцип работы любого лямбда-зонда остается неизменным, независимо от его конструкции и вносимых изменений и дополнений, которые часто используются производителями.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Их вносят по необходимости, из-за недостатков и конструктивно слабых мест датчиков.

Подогрев датчиков. Одним из важных видов усовершенствования является искусственный контролируемый подогрев керамического наконечника с целью ускорить достижение им рабочей температуры. Первые кислородные датчики нагревались от раскаленных выхлопов и устанавливались поближе к двигателю, где температура будет наивысшая. И, тем не менее с учетом того, что датчик должен нагреваться до температуры 350-400C, требовалось некоторое время, в течение которого он не работал. В настоящее время большинство лямбда-зондов оснащены электрическими нагревателями, с которыми датчики быстро выходят на рабочий режим. Такая функция не только помогает оптимизировать расход топлива, но и продлевает жизнь катализатора.

О чем нужно знать:

  • Наиболее распространенный двухточечный датчик имеет самую простую схему работы. Он фиксирует факт различия в концентрации кислорода между атмосферой и автомобильном выхлопе;
  • Широкополосный датчик можно считать продуктом эволюции данного устройства.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Его функция заключается в накачке кислорода, который всегда имеется в выпускной системе, в отдельную камеру. Работа осуществляется при подаче тока к устройству. Чем меньше объем кислорода, тем более высокая сила тока потребуется для закачки. Изменение силы тока и будет фиксироваться датчиком;
  • Количество необходимых проводов. При этом различные конструкторские решения в лямбда-зондах могут требовать 1-5 проводов;
  • Цветовая маркировка проводов лямбда-зондов разнится от производителя к производителю. На деле провода темного (т.е. черного) цвета идут на сигнал, а «массовый» провод бывает как белого, так и серого или желтого цвета. «Накальный» провод вывода подогрева всегда бывает красным.

Как проверить исправность лямбда-зонда самостоятельно?

Для проверки можно использовать вольтметр или мультиметр, которые будут фиксировать изменение напряжения на датчике в момент работы двигателя. Проверку осуществляем в следующей последовательности:

  1. Сначала находим датчик, аккуратно вытираем его ветошью и осматриваем наружную часть.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Если датчик потемнел и имеет отложения сажи на поверхности, это говорит о том, что он сгорел, то есть вышел из строя;
  2. Затем нужно отключить разъем датчика от электрической системы автомобиля и завести двигатель;
  3. Для того чтобы прогреть датчик повышаем обороты двигателя до 2-3 тыс.об/мин;
  4. Далее, щупы вольтметра подключаются к черному и серому проводу. Плюс подключают на сигнал, минус – на массу. Нормально работающий датчик покажет от 0,2 до 0,8 В, плохо работающий от 0,3 до 0,7 В. Неизменный показатель прибора говорит о том, что датчик нерабочий.

Если лямбда-зонд оказался неисправным, то придется его заменить на новый.

Корректный подбор кислородного датчика

Если кислородный датчик неисправен, то не стоит спешить купить новый в ближайшем магазине, так как, скорее всего, вам предложат то, что есть в наличии.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Большинство производителей этой детали в своих каталогах утверждают, что их датчики совмещаются с большинством транспортных средств. При замене на новый элемент в таком случае неисправность сразу не будет заметна, но со временем датчик откажется правильно работать. В конце концов, это скажется на автомобиле. Суть дела в том, что лямбда-зонды разных авто отличны друг от друга конструктивно. Они различаются резьбовой частью, равно как и наличием предварительно подогрева, предусмотренным количеством проводов, разъемами для соединения. В то же время принцип работы и основной элемент датчиков от модели к модели не разнится.

Исходя из этого, лучше всего приобрести оригинал и обращать внимание на маркировку детали, которая должна быть такой же, как и на старом датчике. Если есть желание экономить, то можно приобрести универсальный датчик, специально разработанный для определенной марки автомобиля. Универсальность датчика состоит в том, что он имеет клеммы, подходящие сразу для нескольких автомобилей.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Сколько стоит лямбда-зонд?

Перед покупкой лямбда-зонда рекомендуется заглянуть в соответствующий раздел по ремонту вашего авто и уточнить, во что именно вкручивается датчик. Это может быть просто коллектор или специальная приставка – футорка, которую тоже придется приобрести. Ее цена, в принципе, небольшая. Для автомобилей европейских марок лямбда-зонд может обойтись в разные суммы. Одними из самых качественных на сегодняшний день считаются датчики японских брендов – NKG и Denso, а также немецкого бренда Bosch, хотя они обойдутся совсем недешево. Если хочется сэкономить, то можно приобрети датчик бюджетного класса, к примеру, производства Чехии. К примеру, продукция Profit уже довольно долго поставляется на рынок Украины.

Что касается б/у датчиков, то от них точно можно отказаться, если не хочется выбрасывать деньги «на ветер».

Замена лямбда-зонда

Замена осуществляется обязательно на непрогретом двигателе.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Перед заменой нужно отключить зажигание. Приобретая новый датчик, нужно обратить внимание на маркировку. Она должна быть идентичной той, что уже была нанесена производителем на старую деталь. Замена осуществляется в три этапа:

  1. Сначала отключаются провода от датчика;
  2. При помощи гаечного ключа снимается старый лямбда-зонд;
  3. На освободившееся посадочное место устанавливается новый датчик. Помните: работать нужно аккуратно, дабы не повредить резьбу.

По окончании замены подключается проводка и проверяется работоспособность детали.

Вывод

Лямбда-зонд устанавливается во многие современные автомобили неспроста. Это достаточно сложное устройство, которое дает электронике информацию о работе выхлопной системы. Если на автомобиле стоит катализатор, ценность датчика еще больше возрастает. Если требуется замена лямбда-зонда, вы с легкостью сможете выбрать аналог или оригинал и даже поставить новую запчасть самостоятельно.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика


Как работает широкополосный датчик кислорода

(ССЫЛКА ОТ: http://www.megamanual.com/PWC/LSU4.htm)

Прежде чем понять аппаратную схему PWC и программное обеспечение управления, необходимо понять, как работает широкополосный датчик кислорода [WBO2] (эти датчики также известны как универсальные датчики кислорода в выхлопных газах [UEGO]).

Прецизионный широкополосный контроллер предназначен для использования новейших «широкополосных» кислородных датчиков. Эти датчики, управляемые электроникой прецизионного широкополосного контроллера, могут напрямую измерять соотношение воздух/топливо.Вместо того, чтобы переключаться с богатого на обедненное, как в обычных «узкополосных» датчиках кислорода в отработавших газах, широкополосный датчик выдает сигнал, который прямо пропорционален соотношению воздух/топливо, создаваемому контроллером впрыска топлива. Широкополосный лямбда-зонд реагирует на изменения состава топливно-воздушной смеси менее чем за 100 миллисекунд.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Схема прецизионного широкополосного контроллера предназначена для непосредственного управления топливной смесью, поэтому она должна быть точной и воспроизводимой.При настройке двигателя в дороге или на динамометре желательно иметь средства контроля воздушно-топливного отношения двигателя (AFR), которое также может быть выражено через лямбда (λ). Во время этих сеансов настройки параметры двигателя/автомобиля/окружающей среды остаются постоянными, за исключением настраиваемой переменной. Широкополосные измерители используют пользовательский интерфейс для получения текущего значения AFR/лямбда, чтобы тюнер двигателя мог регулировать и оптимизировать подачу топлива.

Прецизионный широкополосный контроллер представляет собой устройство смешанной обратной связи.Устройство обратной связи по смеси используется для определения мгновенной смеси работающего двигателя, где эти параметры вводятся обратно в уравнение подачи топлива в ЭБУ для коррекции ширины импульса форсунки в реальном времени.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Основное требование к устройству обратной связи по смеси заключается в том, что оно должно обеспечивать воспроизводимость абсолютно всех условий окружающей среды, одни и те же показания для экстремально жарких или экстремально холодных условий. Этот ответ вводится обратно в уравнение подачи топлива в ЭБУ для в реальном времени коррекции ширины импульса форсунки.Основное требование к устройству обратной связи по смеси заключается в том, что оно должно быть воспроизводимым абсолютно во всех условиях окружающей среды — одинаковые показания для экстремально жарких или экстремально холодных условий.

Кроме того, функция отклика широкополосных датчиков UEGO зависит от таких параметров, как тип углеводорода, рабочая температура, температура выхлопных газов, противодавление выхлопных газов и т. д. Если какой-либо из этих параметров изменяется, то контроллер должен знать об этом и иметь возможность исправлять/компенсировать.

Брюс и Эл приобрели расходомер Horiba на 5 газов непосредственно у Horiba, так что это, наряду с использованием первичных стандартов газа для тестовых газов, позволяет им точно знать, что видит датчик.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Между широкодиапазонным ЭГО-метром и широкополосным прибором, непосредственно контролирующим состав топливной смеси, действительно существует разница: прибор для измерения состава смеси должен быть точным в любое время или, по крайней мере, быть в состоянии уведомить регулятор состава смеси о том, что сигнал ВБ не в пределах допуска. Управление нагревателем очень важно. Работу в установившемся режиме легко контролировать.

Проблемы возникают из-за таких событий, как восстановление после ускорения, когда температура датчика будет меняться из-за изменений потока выхлопных газов.Если температура сенсора изменяется, то ток накачки, необходимый для поддержания равновесия, также изменяется (все остальное остается прежним) — вы должны либо поддерживать температуру сенсора регулируемой , либо иметь поправочные коэффициенты — или и то, и другое (см. раздел 5.1 данных LSU). лист для температурного графика при различных условиях работы двигателя и влиянии на температуру выхлопных газов).Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Добавьте переходную характеристику контура насоса, точность самой схемы измерения насоса и т. д.и что-то может пойти не так – и в неподходящее время. Получение контроля над всеми этими эффектами (и их величиной) важно для всего, что поддерживает смесь AFR. И единственный способ разобраться — это сравнить с известной откалиброванной системой и провести множество тестов.

Широкополосный датчик соотношения воздух/топливо сочетает в себе чувствительный к кислороду элемент «Нернста» из узкополосного датчика с «кислородным насосом» для создания устройства, которое дает широкий диапазон отклика на различные соотношения воздух/топливо. Ячейка Нернста определяет содержание кислорода в выхлопных газах так же, как и обычный узкополосный датчик O 2  .Если существует разница в уровнях кислорода в сенсорном элементе ZrO 2  , ток течет с одной стороны на другую и создает напряжение.

Широкополосный датчик кислорода в отработавших газах выпускается во многих конструктивных формах, но в основном они схожи по своей природе.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Они состоят из двух частей: эталонной ячейки Нернста и ячейки кислородного насоса, сосуществующих в корпусе, который содержит эталонную камеру и нагревательный элемент (используемый для регулирования температуры Нернста/насоса).

Широкополосный датчик работает только в сочетании со специализированными широкополосными схемами управления, которые регулируют как ток накачивающей ячейки, так и нагреватель.В прецизионный широкополосный контроллер встроен необходимый блок управления для широкополосного датчика кислорода.

Прежде чем углубляться в работу ячеек Нернста и насосов, важно понять, что на самом деле пытается измерить датчик. Для начала давайте разберемся в химических реакциях, происходящих при горении.

Во-первых, поймите, что для возгорания необходимо топливо  (например, углеводород) и источник оксигенатов (т.е. кислород и/или молекулы или частичные молекулы, которые содержат кислород). Кроме того, существуют разбавителей , которые присутствуют в смеси, но не способствуют фактическому сгоранию (например, азот [N 2 ]).Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Это верно для любого события сгорания, будь то внутри двигателя внутреннего сгорания или небольшого костра.

Во-вторых, каждый атом сохраняется в процессе сгорания, поэтому можно использовать компоненты выхлопных газов для восстановления количества топлива и оксигенатов перед сгоранием.Если бы это было не так, то широкополосные кислородные датчики не могли бы определять соотношение воздух/топливо перед сгоранием.

Можно выразить событие горения как баланс вводимых реагентов: топлива, оксигенатов и разбавителей (например, бензина, смешанного с воздухом) и образующихся продуктов сгорания (т.е. состава выхлопных газов). Обратите внимание, что это химический баланс , что означает, что каждый элемент необходимо учитывать в его молекулярном балансе до и после события возгорания.Другими словами, зная пропорции топлива, оксигенатов и разбавителей, поступающих в двигатель, можно определить видовой состав выхлопных газов. И мы можем работать в обратном направлении. Если мы знаем вещества в выхлопе, мы можем определить соотношение воздуха и топлива (как по молярному количеству, так и по молекулярной массе).Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Представим химический состав всасываемого топлива в виде углерода, водорода, кислорода и азота в пропорции:

C α H β O γ N δ, где α, β, γ и δ представляют количество каждого из присутствующих элементов (т.е. молей каждого элемента). Например, молекулярный состав октана C 8  H 18 , поэтому имеется 8 атомов углерода и 18 атомов водорода, поэтому мы имеем α = 8, β = 18, γ = 0 и δ = 0. . Другие молекулы топлива, очевидно, имеют другой состав.

Обычно химики работают с величиной, называемой «моль» , которая представляет собой определенное очень большое количество атомов или молекул любого данного вида [типа]. Соединение одного моля атома А с двумя молями атома В равносильно соединению одного атома А с двумя атомами В, много-много раз.

Мы можем объединить топливо с воздухом и записать простое уравнение баланса  для сгорания и баланс молярных количеств до и после сгорания:

Элементы с левой стороны стрелки представляют топливо/оксигенаты/разбавители, поступающие в двигатель, а элементы с правой стороны представляют собой молярные количества после события сгорания.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Мы хотим найти неизвестное ε, которое представляет собой молярное соотношение топлива и воздуха (коэффициент эквивалентности), и коэффициенты ν 1 , ν 2 и ν 3  , которые описывают состав продукта.Переменная x o  представляет молярную долю кислорода во всасываемом воздухе в процентах (0,21 – обычно используемое значение), а  x n  представляет молярную долю9 азота (0,7 часто используется) (0,7). ).

Обратите внимание, что у нас больше неизвестных, чем уравнений, поэтому нам придется использовать некоторые известные ограничения, чтобы помочь нам найти неизвестные. Во-первых, атомы сохраняются (т. е. то, что входит, должно выйти), поэтому мы можем сразу же написать следующие соотношения (известные как уравнения баланса элементов):

Решение уравнений баланса (перечисленных выше) следующее: Отсюда можно записать стехиометрическое отношение массы топлива к воздуху как: Обратите внимание, что стехиометрическое массовое соотношение воздух-топливо является просто обратной величиной приведенного выше уравнения.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Кроме того, соотношение эквивалентности топливо-воздух определяется как фактическое соотношение топливо-воздух, деленное на стехиометрическое соотношение топливо-воздух (обратите внимание, что обратное значение определяется как лямбда): Теперь, поскольку мы имеем дело с выхлопными газами (т. е. с низкой температурой по сравнению с фактическим событием сгорания) и отношением углерода к кислороду меньше единицы, можно ввести в баланс CO и h3: Это несколько сложно решить, но мы знаем, что несколько вещей могут облегчить нашу жизнь. Во-первых, если смесь бедная (т.е. φ 5 и ν 6 равны нулю. Для богатых смесей ν 4  = 0. А для богатого случая можно ввести константу равновесия водяного газа для реакции: что дает константу K p : где t  – температура в градусах Кельвина.

При этом ν 5  может быть вычислено как решение квадратного уравнения:

куда: Используя этот результат, диаграмму, описывающую решение для каждого вида газа, можно свести в таблицу как для бедных, так и для богатых ситуаций: Во всем этом есть несколько вещей, на которые стоит обратить внимание.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Во-первых, углеводород/топливо указывается как: C α H β O γ N δ может быть комбинацией двух или более углеводородов. Например, когда топливо смешивается со спиртом, полученная смесь может быть выражена как один углеводород со сбалансированными нижними индексами. То же самое верно для впрыска воды или закиси азота. Это очень важное преимущество при использовании математического подхода к определению лямбды – при изменении компонента топлива можно соответствующим образом адаптировать широкополосный отклик без какой-либо повторной калибровки.Это не относится к системам, которые полагаются на фиксированную «кривую» отклика широкополосного датчика. А, если широкополосный контроллер подключен к ЭБУ (через шину CAN) и ЭБУ управляет подачей воды или азота, то можно мгновенно настроить кривую лямбда-отклика для любых логометрических сочетаний углеводородов. Это важное требование к регулятору смеси.

Затем можно разделить выражение углеводород/топливо на константу, что сделает нижний индекс углерода равным единице.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Это создает отношение H/C, отношение O/C и отношение N/C – они часто встречаются в литературе. Например, топливо C 8 H 18 (октановое число) можно нормализовать, чтобы получить C 1 H 2,25  = CH 2,25 , где отношение H/C равно 2,25, отношение O/C равно 0 (поскольку нет компонента кислорода) и N/C, равного 0 (нет компонента), и, конечно же, нижний индекс C равен 1. Другим примером является топливо CH 3 NO 2 , которое уже имеет C нижний индекс 1, поэтому отношение H/C равно 3, отношение N/C равно 1, а отношение O/C равно 2.Просто обратите внимание, что любая форма выражения топлива идентична.

Примечание:  Для тех, кто хочет поэкспериментировать с приведенными выше уравнениями, мы разработали программу COMBAL, приложение для ПК, работающее под Windows. В основном вводятся соотношения H/C и O/C, равновесие отработавших газов и целевое лямбда, и он генерирует молярные проценты каждого из видов газа.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Также выполняется сравнительная проверка с использованием уравнения Бретшнайдера. Приложение можно скачать с:

www.bgsoflex.com/pwb/combal.zipНаконец, есть два других компонента газа, CO и H 2 , которые также присутствуют в выхлопных газах. Они получены из баланса, известного как равновесие вода-газ — подробнее об этом далее в этом документе, но достаточно сказать, что он действительно важен для работы широкополосного датчика.

Вы еще не запутались? Если вы, не беспокойтесь. Все, что мы здесь подчеркиваем, это то, что с известным входным топливом, разбавителями и оксигенатами можно предсказать концентрацию газов в выхлопных газах.И мы можем пойти в обратном направлении – с измеренными составляющими газа можно определить входную смесь либо с точки зрения лямбда, либо с точки зрения соотношения воздух/топливо. Вернитесь и перечитайте раздел несколько раз, важно понимать этот аспект.

Анализ, который здесь не показан, намного шире — см. документ Bowling & Grippo, посвященный полному аналитическому методу для прецизионного широкополосного контроллера, для получения дополнительной информации.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Ячейка Нернста и ячейка кислородного насоса соединены вместе таким образом, что для поддержания сбалансированного уровня кислорода в диффузионном зазоре требуется определенный ток.Измерение этого потока позволяет прецизионному широкополосному контроллеру определить точное соотношение воздух/топливо, при котором работает двигатель.

Насосная ячейка может либо потреблять кислород, либо потреблять углеводородное топливо в полости насосной ячейки, в зависимости от направления тока насосной ячейки ( I насос ).

При нормальной работе датчика выхлопной газ проходит через диффузионный зазор в ячейку насоса. Этот выхлопной газ часто либо богат, либо обеднен стехиометрическим составом.Любое условие определяется эталонной ячейкой, которая выдает напряжение (Vs) выше или ниже сигнала Vref, точно так же, как узкополосный датчик).

Однако сгорание редко бывает идеальным. Даже при правильном соотношении воздух/топливо (AFR) сгорание может быть неполным, и могут образовываться CO, H 2 , NO x и углеводороды (HC).Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Это может быть вызвано гашением (фронт пламени на «холодных» поверхностях камеры сгорания), щелевыми объемами (над кольцами между поршнем и цилиндром) и многими другими факторами.

Однако относительное количество этих «побочных продуктов» меняется в зависимости от соотношения воздух/топливо. Когда воздушно-топливная смесь богата, эталонный элемент выдает высокое напряжение (выше 0,450 В). Прецизионный широкополосный контроллер генерирует ток насоса ( I насос ) в одном направлении для потребления бесплатного топлива. Насосная ячейка требует «отрицательного» тока, который изменяется от нуля до примерно 2,0 миллиампер, когда соотношение воздух/топливо близко к 11:1.

Когда воздушно-топливная смесь обеднена, эталонная ячейка выдает низкое значение В с (ниже 0.450 вольт). Прецизионный широкополосный контроллер направляет ток насоса в противоположном направлении для потребления свободного кислорода. Насосная ячейка требует «положительного» тока, который изменяется от нуля до 1,5 миллиампер, когда смесь становится «свободным воздухом».Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Когда воздушно-топливная смесь составляет 14,7:1 (стехиометрическое соотношение для бензина), ячейка насоса не требует выходного тока. Поскольку свободный кислород или свободное топливо были нейтрализованы током насоса, сигнал обратной связи становится равным примерно 0.450 вольт (такое же, как значение Vref).

Для измерения широкого диапазона соотношений воздух/топливо в кислородном насосе используются нагретые катод и анод, которые втягивают некоторое количество кислорода из выхлопных газов в «диффузионный» зазор между двумя компонентами. Насос управляется двумя портами ШИМ или процессора с противоположной полярностью (используя настройку H-моста или прямой привод порта процессора), а прецизионный широкополосный контроллер измеряет время, когда эталонная ячейка проходит через 0,45 вольт. Затем он может отрегулировать синхронизацию ШИМ, чтобы заключить этот 0.Стехиометрическая точка переключения 45 вольт.

Как и обычный узкополосный датчик, схема прецизионного широкополосного контроллера выдает низковольтный сигнал, когда соотношение воздух/топливо становится обедненным, и высоковольтный сигнал, когда смесь обогащается.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Но вместо резкого переключения при стехиометрическом уровне он производит пропорциональное изменение напряжения. Он увеличивается или уменьшается пропорционально относительному обогащению или обеднению смеси воздух/топливо. При стехиометрическом соотношении воздух/топливо 14,7:1 широкополосный датчик O2 будет показывать устойчивый 0.450 вольт. Если смесь станет немного богаче или немного беднее, выходное напряжение датчика изменится лишь на небольшую величину, а не резко возрастет или упадет.

Результатом стал чувствительный элемент, который может точно измерять соотношение воздух/топливо (AFR) от очень богатого (10:1) до очень обедненного (свободный воздух). Это позволяет прецизионному широкополосному контроллеру напрямую управлять соотношением воздух/топливо. Вместо того, чтобы переключать соотношение воздух/топливо с богатого на обедненное для создания средней сбалансированной смеси, PWC может просто добавлять или убирать топливо по мере необходимости, чтобы поддерживать стехиометрическое соотношение 14.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика 7:1 или любое другое соотношение.

Другое различие между узкополосным датчиком, установленным в большинстве автомобилей, и широкополосным кислородным датчиком заключается в цепи нагревателя. Мощность нагревателя контролируется по замкнутому контуру во время измерения, так что достигается номинальное внутреннее сопротивление датчика R i = 80 Ом (измерено в диапазоне от 1 до 4 кГц), что соответствует температуре керамики датчика прибл. 750°C, если датчик новый. Цепь нагревателя Precision Wideband Controller (PWC) модулируется для поддержания постоянной рабочей температуры от 1300°F до 1500°F (от 700°C до 800°C).Датчику требуется около 20 секунд, чтобы достичь рабочей температуры после холодного запуска.

В датчик встроен нагреватель мощностью 10 Вт (3,2 Ом при 20°C, 2,1 Ом при -40°C), который обеспечивает поддержание номинальной рабочей температуры датчиков в 750°C (~1400°F). Ток нагревателя ограничивается схемой прецизионного широкополосного контроллера, чтобы предотвратить чрезмерный нагрев во время прогрева.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Нагреватель датчика никогда не должен подключаться напрямую к напряжению батареи, он всегда должен управляться прецизионным широкополосным контроллером.Запускать подогрев датчика перед запуском двигателя не желательно, это навредит датчику.

Максимальная рабочая температура выхлопных газов для датчика составляет до 850°C (1560°F). При превышении максимальной температуры отработавших газов питание отопителя должно быть отключено, а точность сигнала датчика снижается. Горячий выхлопной газ с температурой выше рабочей температуры керамики дает также отклонение температуры керамики и выходного сигнала датчика. Холодный выхлопной газ, в дополнение к высокой скорости газа, может привести к снижению температуры керамики датчика, если система управления нагревателем не может поддерживать постоянную температуру керамики.Это приводит к отклонению выходного сигнала датчика. Как правило, изменение температуры керамического датчика приводит к отклонению выходного сигнала датчика на:

(ΔI , насос )/I , насос , прибл.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика 6%..7% / 100K.Давайте двигаться дальше. Теперь давайте попробуем понять работу секции ячейки Нернста UEGO. Ячейка Нернста представляет собой электрохимическую ячейку, состоящую из твердого электролита, проводящего только ионы кислорода. К этому электролиту присоединены два платиновых электрода.Один электрод подвергается воздействию атмосферы, а другой — эталонной камере (подробнее об этом позже).

На электродах происходят следующие реакции:

При протекании этой реакции может генерироваться ток. Используя уравнение Нернста, можно рассчитать ЭДС, возникающую при отсутствии нагрузки: Где E Nerstian EMF EMF ,
, R R — универсальный газовый постоянный = 8.31 J * K -1 * MOL -1 ,
T температура ячейки в Кельвинах,
F  – постоянная Фарадея = 96 500 Смоль -1  ,
Z = 4,8 9090 электронов O, транспортируемых на один O

Поскольку имеется нагреватель, поддерживающий ячейку Нернста при повышенной температуре, существует температурный градиент, который создает напряжение смещения.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Мы можем добавить этот член к вышеупомянутому члену, и в процессе мы также можем упростить вычисление путем преобразования логарифмов по основанию e в 10:

Теперь, когда мы знаем, как работает ячейка Нернста, нужно немного рассказать о физической конструкции. Датчик UEGO имеет «плоскую структуру» — это означает, что он имеет прямоугольную форму, а не наперсток или другую симметричную форму — представьте себе плоский сэндвич из компонентов.В сэндвиче есть электролит Nernst, который обычно состоит из стабилизированного иттрием циркония (YSZ), хотя существуют и другие формы. Что такое оксид циркония, стабилизированный иттрием? Это цирконий (ZrO 2 ), примерно три процента молей которого замещены иттрием (Y 2 O 3 ). Поскольку каждые два иона циркония заменены иттрием, существует кислородная вакансия — это позволяет соседним ионам кислорода «перескакивать» на эти места, и при повышенных температурах эта активность является основой для производства ЭМП.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Продолжая обсуждение планарной конструкции, существует внутренняя «диффузионная полость» – это полость, где «запирается» проба выхлопного газа, а также там, где обращены нернстовская и насосная секции. Как туда попадает газ? В результате процесса диффузии отработавший газ, подлежащий отбору, поступает в полость. Чтобы не слишком увлекаться процессом диффузии, достаточно сказать, что существует два механизма диффузии:

  • один известен как молекулярная диффузия, а
  • вторая известна как диффузия Кнудсена или «мелкопористая» диффузия.

Очень важно отметить: диффузия Кнудсена зависит от температуры – это означает, что пористость испытательной камеры (т.е. сколько газа может войти/выйти) зависит от температуры головки сенсора – вот почему ток накачки (описан ниже) различна для разных температур, как и зависимость противодавления выхлопных газов.

Вышеупомянутый кислородный насос — это то, что делает заурядный кислородный датчик действительно широкополосным устройством — на самом деле просто еще одна ячейка типа Нернста с подачей на нее внешнего тока.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Мы говорили о «полости» наверху, где находится проба выхлопного газа, а с одной стороны находится измерительная ячейка Нернста. С другой стороны находится насосная ячейка — эта ячейка используется для транспортировки кислорода в измерительную полость и из нее. Проще говоря, если выхлопные газы в измерительной ячейке бедные, то имеется избыток кислорода (бедные смеси означают избыток кислорода). Мы можем «включить насос», чтобы удалить кислород из эталонной полости, и при надлежащем контроле обратной связи измерительной ячейки Нернста мы можем откачать ровно столько кислорода, чтобы достичь стехиометрического баланса (примерно, когда измерительная ячейка Нернста показывает 0.45 вольт или около того).

Лучшее из всего: если мы отслеживаем ток помпы, мы можем использовать это для определения лямбда (λ) и AFR. Ток помпы связан с количеством откачиваемого кислорода как функция времени:

где n  являются молями O 2 перекачиваемого газа, t  для времени и тока i .Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Чтобы сделать это уравнение полезным, его следует преобразовать в изменение парциального давления в эталонной полости.Также обратите внимание, что диффузия (объясненная выше) со временем приведет к увеличению количества отработавших газов, поэтому то, что мы делаем, — это уравновешивание с обратной связью от измерительной ячейки Нернста, определяющей, сколько кислорода откачивать, в то время как все больше отработавших газов диффундирует. дюйм. Обратите внимание, что давление измеряемого выхлопного газа также влияет на степень диффузии в измерительную полость и из нее — это знаменитый эффект противодавления.

Мы объяснили случай избытка кислорода, когда топливно-воздушная смесь обеднена.Как он работает на стороне с обедненным кислородом или на стороне с богатым соотношением воздух/топливо? В этом случае кислород «закачивается» в измерительную полость просто за счет обратной подачи тока на насосный элемент. Обратная связь с измерительной ячейкой Нернста показывает, когда достигнуто стехиометрическое равновесие.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Сейчас что-то должно беспокоить тебя прямо сейчас…

Насосная ячейка работает на транспорте ионов кислорода, но мы находимся в ситуации, когда в топливно-воздушной смеси нет кислорода (т.е. мы богаты). Если мы станем намного богаче, у нас все равно не будет кислорода. Очень богатый, и все еще нет кислорода. Как в этом случае может быть обратная связь?

Оказывается, в полости измерения диффузии протекают следующие химические реакции:

Таким образом, кислородная перекачивающая часть вводит кислород в диффузионную камеру путем электролизного разложения двуокиси углерода (CO 2 ) и воды (H 2 O) в измеряемом газе.Подумайте об этом так: у нас есть выхлопной газ, запертый в диффузионной полости, который содержит H 2  и CO, а кислородный насос генерирует O 2  – они объединяются для производства CO 2  и воды. Если у нас больше H 2  и CO в выхлопных газах, то больше O2 из насоса преобразуется – и, чтобы увеличить производство O 2  , мы увеличиваем ток насоса.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

И оказывается, что H 2  и CO присутствуют в значительных количествах для богатого AFR и могут быть связаны с лямбда уравнением элементного баланса для топлива/оксигенатов/разбавителей, которое мы получили выше.

Это не совсем так, поскольку мы имеем дело с газовым балансом, а насос на самом деле представляет собой электрохимическую ячейку (нажмите на ссылки, чтобы получить справочную информацию о принципе Ле Шателье для правил равновесного баланса, а также о законе идеального газа), поэтому нам нужен кислород в H 2 O и CO 2  в качестве доноров для реакции — здесь насос получает кислород. Это баланс, и, изменяя количество тока, подаваемого в насос, мы можем изменить баланс.Баланс также определяется реакцией водяного газа, обсуждаемой позже.

Наконец, лямбда (λ), которую мы все хотим знать, связана со всеми компонентами выхлопных газов в упрощенном соотношении, известном как уравнение Бретшнайдера :

. Все это говорит о том, что существуют известные комбинации количества выхлопных газов (либо в молях, либо в парциальном давлении), которые напрямую связаны с лямбдой.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика К ним относятся H 2  и CO.

Итак, вооружившись всеми этими знаниями, мы можем написать уравнение, связывающее ток насоса с компонентом выхлопных газов, а затем вставить его в уравнение Бреттшнайдера (или более сложную форму — см. статью Bowling & Grippo).Для обедненной смеси, где имеется избыток кислорода, уравнение тока насоса будет следующим:

Таким образом, требуемый ток накачки I p  – это просто парциальное давление O  в диффузионной камере, умноженное на калибровочный коэффициент K o2 . Помните, что это парциальное давление кислорода, а не молярное количество, поэтому необходимо учитывать массу элемента.

Для богатой смеси, где нет кислорода, датчик измеряет количество CO и H 2  в отработавших газах (парциальное давление):

Обратите внимание на знаки минус.Приложенный ток насоса имеет обратную полярность, чтобы сделать кислородный насос генератором кислорода, а не кислородным «присосом».

Также обратите внимание, что на богатой стороне датчик UEGO также реагирует на несгоревшие углеводороды.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Однако при нормальном сгорании количество несгоревших углеводородов находится в районе частей на миллион, тогда как количество молей CO и H 2 значительно выше (например, в диапазоне 10–20%).

Измерение сопротивления клеток Нернста

Точное регулирование температуры широкополосного датчика UEGO является абсолютным требованием во время работы.Изменения температуры зонда UEGO приведут к изменению требуемого тока накачки (из-за разницы в диффузии в и из измерительной полости), поэтому мониторинг температуры позволяет вносить поправки в измерения. Широкополосный датчик не имеет формы прямого измерения температуры (например, термистора, термопары и т. д.).

Однако мониторинг сопротивления эталонной ячейки дает точное представление о температуре зонда – сопротивление эталонной ячейки зависит от температуры.Эталонная ячейка Nernst имеет высокое сопротивление при низких температурах (т.е. температуры окружающей среды) и сопротивление примерно 80-100 Ом при нормальной рабочей температуре.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Таким образом, контролируя внутреннее сопротивление эталонной ячейки, можно определить точную температуру зонда UEGO без необходимости использования внешнего датчика температуры.

Существует несколько методов измерения сопротивления эталонной ячейки, в том числе отключение схемы накачки и подача известного постоянного тока на эталонную ячейку, измерение результирующего напряжения и, наконец, повторное включение схемы накачки.Этот метод требует наличия нескольких аналоговых переключателей для подачи тока и восстановления цепи сервопривода насоса после завершения. Кроме того, если к ячейке Нернста приложено смещение, то необходимо применить ток противоположной полярности той же продолжительности, чтобы «сбросить» поляризацию ячейки. Единственная проблема с этим методом заключается в том, что он «вмешивается» в контур обратной связи Нернста/насоса.

Другой метод заключается в применении высокочастотного сигнала к цепи накачки и измерении результирующего отклонения ЭДС.Сопротивление эталонной ячейки определяется путем связывания по переменному току прямоугольной волны известной амплитуды и частоты через последовательное сопротивление и измерения амплитуды результирующей формы волны переменного тока.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Этот сигнал присутствует всегда, и, поскольку он находится на высокой частоте по отношению к отклику контура обратной связи Нернста/насоса, он по существу усредняется. Именно этот метод используется в PWB.

Работа схемы очень проста. Известный источник прямоугольных импульсов с размахом 5 вольт и частотой от 1 до 3 кГц (генерируемый DSP) емкостно связан с положительным выводом эталонной ячейки.Общий ток ограничен последовательным сопротивлением (плюс внутреннее сопротивление R и ) до 500 микроампер от пика до пика или ±250 микроампер вокруг точки смещения V (напряжение смещения V установлено на 2,5 вольта, чтобы учесть биполярность). полярная работа насоса) – это значение соответствует спецификации, указанной в техническом паспорте Bosch LSU 4.2. Сигнал переменного тока генерирует соответствующее переменное напряжение со значением, основанным на внутреннем сопротивлении R i . Например, если R i  = 100 Ом, то 500 микроампер (п-п), умноженные на 100 Ом, дают 50 милливольт от пика до пика, или ± 25 мВ вокруг точки смещения V .Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика На самом деле последовательное сопротивление ограничения тока и R i образуют цепь резисторного делителя, управляемую потенциалом напряжения.

Для измерения напряжения используется конденсатор, блокирующий смещение постоянного тока (т. е. напряжение эталонной ячейки) и пропускающий переменный сигнал. Вводится каскад усиления, и напряжение подается на аналого-цифровой порт процессора. Обратите внимание, что этот сигнал является сигналом переменного тока, поэтому выборка АЦП должна коррелировать с полярностью приложенного прямоугольного сигнала — это называется синхронным выпрямлением.Альтернативным методом может быть использование схемы мостового выпрямителя для восстановления положительных/отрицательных колебаний, а затем фильтрация перед подачей на канал АЦП.

Этилированное топливо

Широкополосные кислородные датчики

рассчитаны на срок службы 100 000 миль (160 000 км) при нормальных условиях эксплуатации. Замена требуется только в том случае, если датчик вышел из строя из-за необычных условий эксплуатации, физического повреждения или загрязнения.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Например, пробитая прокладка головки блока цилиндров может позволить кремнию попасть в выхлоп и загрязнить датчик.Масло, сгоревшее в камере сгорания из-за негерметичных направляющих клапанов или колец, может позволить фосфору попасть в выхлоп и загрязнить датчик.

В зависимости от содержания свинца в используемом топливе ожидаемый срок службы составляет:

  • для 0,6 г Pb/л: 20 000 км (12 000 миль)
  • для 0,4 г Pb/л: 30 000 км (18 000 миль)
  • для 0,15 г Pb/л: 60 000 км (36 000 миль)

Как правило, при использовании этилированного топлива датчик необходимо заменить при возникновении функциональных проблем, например.грамм. нестабильные обороты холостого хода, проблемы с управляемостью. Для грубой проверки работы датчика можно выполнить следующие тесты:

  • Проверка разумности сигнала в богатом выхлопном газе: сигнал датчика должен указывать на богатый
  • Проверка разумности сигнала на «свободном воздухе»: сигнал датчика должен указывать на очень обедненный воздух
  • Холодостойкость нагревателя при комнатной температуре с мультиметром между серым и белым кабелем (H+, H-) и датчиком, не подключенным к прецизионному широкополосному контроллеру, должна быть равна 2.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика от 5 до менее 10 Ом

* Мы посвящаем прецизионный широкополосный контроллер памяти Гарфилда Уиллиса . Гарфилд сыграл важную роль в ранних исследованиях и разработке широкополосного контроллера EGOR.

 


Последнее обновление: 04.05.2020 09:45:16


Контроллеры MegaSquirt ®  и MicroSquirt ®  являются экспериментальными устройствами, предназначенными для образовательных целей.
Контроллеры MegaSquirt ®  и MicroSquirt ®  не продаются и не используются на транспортных средствах с контролируемым уровнем загрязнения. Ознакомьтесь с законами, действующими в вашем регионе, чтобы определить, разрешено ли использование контроллера MegaSquirt ®  или MicroSquirt ® для вашего приложения.


© 2004, 2007 Брюс Боулинг и Эл Гриппо и Лэнс Гардинер.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Все права защищены. MegaSquirt ®  и MicroSquirt ®  являются зарегистрированными товарными знаками.Этот документ предназначен исключительно для поддержки плат MegaSquirt ® от Bowling и Grippo.

Лаборатория автомобильной электроники Клемсона: датчики кислорода

Датчики кислорода

Основное описание

Кислородный датчик представляет собой 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 отработавших газов в двигатель внутреннего сгорания.Лямбда-зонд используется для индикации того, топливная смесь богатая или обедненная. То уровни кислорода определяются путем воздействия на один электрод наружного воздуха и другой к выхлопному газу. Разница в содержании кислорода вызывает поток электронов через керамический элемент, который генерирует потенциал напряжения между два пограничных слоя.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Создаваемое напряжение напрямую связано с уровнем содержание кислорода в выхлопных газах.

Лямбда-зонд очень чувствителен к температура.Температура керамического элемента определяет его способность проводить ионы кислорода и существенно влиять на время отклика датчик. Большинство датчиков изготавливаются со встроенным электрическим нагревательный элемент для поддержания времени отклика при низком уровне температуры выхлопа. Эта функция гарантирует, что выбросы автомобиля контролируются в более широком диапазоне рабочих температур двигателя, особенно во время холодных пусков.

Существует два разных типа кислородных датчиков, отличающихся выходным сигналом.Узкополосный датчик работает в узком диапазоне воздушно-топливного отношения (AFR) и создает значительный «скачок» напряжения сигнала, когда AFR становится выше лямбда, в то время как широкополосный датчик обеспечивает сигнал в более широком диапазоне для лямбда.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Узкополосный датчик (также известный как датчик ступенчатого изменения)

Узкополосные датчики

часто называют датчиками кислорода просто , потому что в течение многих лет это был единственный доступный тип датчика кислорода.Его называют 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 циркония, оксида циркония, и важным свойством 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 находится в контакте с эталонным воздухом. Обе стороны элемента покрыты тонкими слоями платины, которые действуют как электроды и передают напряжение датчика от элемента из диоксида циркония к выводным проводам.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика При рабочей температуре ионы кислорода могут проходить через элемент и осаждать заряд на платиновых электродах, создавая напряжение.

Узкополосный датчик, по сути, представляет собой переключатель включения/выключения, поскольку он может определять, является ли смесь бедной или богатой, но он не сообщает ЭБУ, насколько бедной или богатой является смесь. Он связывается с ECU через напряжение, которое он производит. Если AFR богат, на электродах генерируется ВЫСОКОЕ сигнальное напряжение 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 широкодиапазонные датчики, представляют собой новую технологию.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Широкополосный датчик не только сообщает ECU, является ли смесь богатой или бедной, но и насколько она богата или бедна. Таким образом, ЭБУ легче регулировать смесь без большого перерегулирования 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 с помощью ячейки Нернста. В зависимости от того, является ли AFR в камере богатым или обедненным, схема управления подает напряжение на электроды ячейки насоса.Ионы кислорода переносятся от внутреннего к внешнему электроду, так что AFR в камере становится равным лямбда = 1. Генерируемый электрический ток Ip является сигналом. Существует определенный диапазон тока, соответствующий лямбде от 0,7 до бесконечности.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Сигнал равен нулю, когда AFR отработавших газов равен лямбда = 1. Выходная характеристика обеспечивает устойчивое регулирование с заданным номинальным значением лямбда.

Свойства современных датчиков кислорода

Нагревательные элементы кислородных датчиков обычно управляются в разомкнутом контуре с помощью напряжения с широтно-импульсной модуляцией, хотя современные датчики часто имеют нагревательные элементы, которые управляются в замкнутом контуре.Измеренное сопротивление керамики показывает температуру, поэтому можно легко рассчитать энергию, необходимую для поддержания постоянной температуры. Замкнутый контур управления обеспечивает более надежный сигнал в различных условиях окружающей среды.

Кроме того, многим современным кислородным датчикам не требуется внешний воздух в качестве эталона. Вместо этого к ячейке Нернста прикладывается эталонный ток накачки, который имитирует влияние воздуха.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика 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 делает датчик менее чувствительным к загрязнению.

Производители
ACDelco, Beru, Bosch, Delphi, Denso, McLaren Electronics, Motorcraft, NGK, стандартный
Для получения дополнительной информации
[1] Как работает кислородный датчик в автомобиле?, HowStuffWorks.com, 1 апреля 2000 г.
[2] Кислородный датчик, Википедия.
[3] Кислородные датчики являются критическим ключом к прохождению выбросов, веб-сайт Autohaus.
[4] Все о лямбда-зондах, веб-сайт Pico Technology.
[5] Основы датчика O2, YouTube, 24 июля 2009 г.
[6] Как работает лямбда-зонд, веб-сайт NGK, обновлено 14 января 2013 г.
[7] Демонстрация датчика кислорода, YouTube, 20 апреля 2015 г.

Правда об ограничениях датчиков кислорода

Это не история о поломке датчиков кислорода (O 2 ), хотя заголовок может подразумевать это.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Вместо этого мы решили поделиться некоторыми сведениями о том, как работают датчики O 2  и как они могут непреднамеренно сговориться, чтобы обмануть вас. Чтобы не быть обманутым, необходимо узнать, как работают датчики O 2  .

Наиболее важным моментом является то, что датчики O 2  не измеряют соотношение воздух-топливо. Как следует из их названия, кислородные датчики измеряют наличие кислорода в выхлопных газах. После измерения ЭБУ системы и программное обеспечение вычисляют отношение кислорода к топливу на основе заданного стехиометрического соотношения топлива.Как только это соотношение рассчитано, счетчик отображает эту информацию как соотношение воздух-топливо (AFR).

Поскольку датчики O 2  используют свободный кислород в качестве единственного измерения для расчета AFR, они могут подвергаться значительной ошибке при работе на холостом ходу на двигателях, оснащенных распредвалами с увеличенным сроком службы и/или кулачками с чрезмерным перекрытием.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Добавление лямбда-зонда к выхлопу — отличный помощник в настройке, если он используется правильно. Тем не менее, это не волшебное панацея, и вам нужно понять, как работает датчик, чтобы действительно извлечь из него максимальную пользу.

Бездельники делают дьявольскую работу

Перекрытие определяется как время (в градусах коленчатого вала), в течение которого впускной и выпускной клапаны открыты одновременно. Перекрытие — это то, что создает желаемый неровный холостой ход для уличных двигателей. Проблема возникает, когда чрезмерное количество кислорода попадает из впускного отверстия прямо в выхлоп на холостом ходу и на низких оборотах двигателя из-за перекрытия. Этот свободный кислород улавливается датчиком O 2 и определяется как показатель обедненной смеси AFR, когда в действительности двигатель потенциально может работать на слегка богатой смеси.

Например, у нас есть некоторый опыт эксплуатации карбюраторного двигателя LS объемом 4,8 л на уличном Chevelle.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Несмотря на то, что двигатель оснащен консервативной продолжительностью 219 градусов при 0,050 в его гидравлическом роликовом кулачке, плотный преобразователь создал достаточную нагрузку, чтобы снизить скорость холостого хода на передаче примерно до 750 об / мин. Несмотря на небольшое перекрытие кулачка, встроенный широкополосный датчик давал показания AFR от 16: 1 до 17: 1 на нашем широкополосном датчике O 2  .

Это снайперская установка на крупногабаритном автомобиле Chevrolet.Чтобы предотвратить «обучение», которое может привести к тому, что таблицы дифферента станут чрезмерно богатыми, мы запустили двигатель на несколько часов, чтобы установить достойную настройку, которая работала хорошо. Затем мы отключили функцию обучения Sniper, чтобы предотвратить чрезмерную компенсацию системой свободного кислорода в выхлопе из-за перекрытия распределительных валов.

По опыту мы знали, что этот двигатель не будет работать на холостом ходу при истинном соотношении 16:1, так что это явно ошибка, вызванная перекрытием распределительного вала.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Это происходило только на холостом ходу. Как только обороты увеличились до более чем 1000, показания AFR стали более богатыми и точными.Это делает использование датчика O 2 проблематичным для двигателей с большой продолжительностью работы и большим перекрытием распределительных валов на холостом ходу. По этой же причине «самообучающиеся» системы EFI корпуса дроссельной заслонки, как правило, испытывают трудности при использовании на двигателях с вакуумом во впускном коллекторе менее 10 дюймов. Избыток кислорода «обманывает» самообучающуюся систему, заставляя ее настроиться на богатую AFR. Давайте посмотрим, почему это происходит.

Предположим, у нас есть двигатель, оснащенный самообучающейся дроссельной заслонкой EFI, но также оснащенный распредвалом с длительным сроком службы, который работает на холостом ходу при 9 дюймах вакуума во впускном коллекторе.Владелец задает целевое значение AFR на холостом ходу 13,5:1. Это одна из точек, которую система EFI будет использовать для расчета количества топлива, подаваемого в двигатель.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Рабочий объем двигателя, частота вращения холостого хода и вакуум в коллекторе также учитываются в уравнении, используемом для расчета количества топлива на холостом ходу.

При избытке свободного кислорода в выхлопе датчик O 2 считывает это как слишком бедную смесь, поэтому ЭБУ добавляет топливо. Затем, когда двигатель выключается, большинство самообучающихся систем добавляют это топливо к долгосрочному числу корректировки подачи топлива, обогащая общее количество топлива, подаваемого на холостом ходу.При повторном запуске двигателя весь процесс повторяется. Примерно после 15-30 перезапусков двигатель теперь работает на чрезмерно богатой смеси, но датчик O 2 по-прежнему обнаруживает наличие свободного кислорода в выхлопных газах. Владелец расстроен, потому что двигатель работает слишком богато, загрязняет свечи и вообще плохо работает.

На этом чертеже Comp Cams показано соотношение закрытия выпускного отверстия и отверстия впуска для перекрытия.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика По мере увеличения перекрытия этот маленький треугольник становится больше, что позволит большему количеству свободного кислорода попасть в выхлоп и обмануть датчик O2 на холостом ходу.

Как рассчитать перекрытие

Это позволит сравнить перекрытие двух распределительных валов. Большинство видео-карт предоставят вам всю необходимую информацию. В этом примере мы рассмотрим перекрытие двух малоблочных гидравлических роликовых кулачков Chevy Comp. Самый точный способ — использовать заявленные значения длительности, которые для этих кулачков составляют 0,006 дюйма подъема толкателя. Формула очень проста. Просто добавьте закрытие выпускного отверстия к числу впускного отверстия, чтобы определить перекрытие.

Кулачок А
268XFI

268/276 градусов объявленной продолжительности (при 0.006-дюймовый подъем толкателя)
218 / 224 при 0,050 с LSA 113 градусов и осевой линией впуска 109 градусов
Внутр. Открыть 25 BTDC Exh.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Закрытие 21 ATDC = 46 градусов перекрытия

Маленький блок Chevy 350 куб. См с этим кулачком на холостом ходу при вакууме в коллекторе 14 дюймов ртутного столба при 850 об / мин.

Кулачок B
XR294HR

294/300 Заявленная продолжительность
242/248 при 0,050 с LSA 110 градусов и осевой линией впуска 110 градусов
Int. Открытие 41 до БМТ Exh. Закройте 36 ATDC = 77 градусов перекрытия
(77 – 46 = 31 градус разницы в перекрытии между кулачком A и кулачком B)

Маленький блок Chevy 383ci с этим кулачком на холостом ходу на 9.5 дюймов ртутного столба вакуума в коллекторе при 950 об/мин.

Сравнение вакуума на холостом ходу между этими двигателями является прямым отражением влияния перекрытия на качество холостого хода. По этой же причине стандартные распределительные валы GM LS используют LSA от 116 до 122 градусов — чтобы сгладить холостой ход и помочь датчику O2.
Ради интереса мы рассчитали число перекрытий для самого большого кулачка Comp Mutha Thumpr, которое составило 88 градусов! По сравнению с кулачком А это увеличение перекрытия на 42 градуса!

Чтобы рассчитать перекрытие на вашем распределительном валу, найдите точки открытия выпускного отверстия и закрытия впускного отверстия — предпочтительно по рекламируемым номерам.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Мы используем карту Comp Cams, в которой точки открытия и закрытия указаны на расстоянии 0,006 дюйма. Найдите синхронизацию клапана на 0,006, а затем найдите числа открытия впуска (25 ВМТ) и закрытия выпуска (21 ВМТ). Сложите эти два числа вместе (46 градусов), и вы получите перекрытие клапанов при подъеме толкателя на 0,006 дюйма.

Обманывать мозг

Одно из решений этой проблемы — убедиться, что в системе нет утечек, которые могут способствовать этой проблеме. Даже небольшая утечка выхлопных газов приведет к попаданию свежего воздуха снаружи и значительно усугубит эту проблему со свободным кислородом.Следующий шаг — начать заново, перезагрузив систему, установить приличную работу AFR, при которой двигатель работает чисто на холостом ходу (независимо от того, что считывает датчик O 2  ), а затем отключить функцию обучения на холостом ходу, чтобы дальнейшие исправления не влияли. не добавляйте топливо в систему постоянно. Это не так драматично, как кажется, поскольку большая часть обучения с этими системами выполняется в течение первого часа работы двигателя в различных ситуациях.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Эта проблема с распредвалами с большим перекрытием и датчиками O 2  не ограничивается только двигателями EFI.Карбюраторные двигатели также могут страдать от проблем. Все производители двигателей и тюнеры согласны с тем, что при оценке процедуры настройки всегда рекомендуется регулировать соотношение воздух-топливо и синхронизацию в соответствии с потребностями двигателя, а не обязательно в сторону определенного числа. Это означает, что если вы меняете топливо на холостом ходу или угол опережения зажигания – слушайте двигатель.

Если звучит лучше, показания вакуумметра выше и стабильнее, а обороты холостого хода увеличиваются, все это свидетельствует о том, что двигателю понравились изменения.Когда это происходит, движок говорит вам, что это был хороший шаг — независимо от числа, отображаемого на устройстве AFR. Другой способ выразить это — не гнаться за волшебным числом AFR, которое, по вашему мнению, должен достичь двигатель. Двигатель скажет вам, что он предпочитает, если вы обратите внимание.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Олдскульный способ настройки карбюраторов с помощью тахометра и вакуумметра может показаться грубым, но он также поможет вам приблизиться, особенно к двигателям с большими распредвалами. Как вы можете видеть, этот двигатель работает на холостом ходу при вакууме в коллекторе всего 9 дюймов (внутренняя шкала), поэтому, если бы у нас были показания датчика O 2 , это, вероятно, указывало бы на гораздо более бедную смесь, чем фактическое AFR двигателя.

Компьютер не заменит ваш мозг

Это не означает, что мы не можем использовать высокотехнологичные устройства для помощи в настройке. Недавно мы установили систему Holley Sniper на крупногабаритный Chevrolet. При прогретом двигателе и работе на холостом ходу AFR на холостом ходу по умолчанию составлял 13,8: 1. Двигатель работал на холостом ходу прилично и звучал хорошо. Затем мы установили анализатор выхлопных газов EMS с пятью газами, чтобы оценить качество холостого хода. Машина показала очень высокий уровень HC (несгоревшие углеводороды – сырое топливо).Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Высокое число HC может означать, что AFR чрезмерно обогащен. Но это также может указывать на пропуски зажигания, потому что двигатель работает на обедненной смеси. Двигатель был оснащен относительно мягким распределительным валом с гидравлическим роликом, который имел некоторое перекрытие. Мы задали AFR 13,2: 1, и количество HC упало, показывая, что двигателю требовалось дополнительное топливо для более эффективной работы на холостом ходу.

Здесь предвзятое мнение о том, что двигатель должен работать с соотношением 13,8:1, не обязательно будет оптимальным для двигателя.По общему признанию, разница в HC была незначительной, но дело в том, что когда мы обогатили AFR на холостом ходу, вакуум на холостом ходу также увеличился примерно на 0,5 дюйма рт. Суть в том, что двигателю требовалось больше топлива на холостом ходу.

Если вы не уверены, что ваш датчик O 2 точен с двигателем с большим распредвалом, вы всегда можете вытащить свечу зажигания и посмотреть на нее.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Если это выглядит так, двигатель определенно слишком богат. В этом случае большой кулачок в двигателе обманывал датчик O 2 , и тюнер подумал, что двигатель слишком обеднен!

Пожалуйста, не интерпретируйте это так, что вам не следует использовать датчик O 2  для помощи в настройке.Наоборот, это вопрос понимания того, что на самом деле происходит внутри двигателя. Как только двигатель достигает определенной скорости вращения двигателя, например, 2500 об/мин, проблема перекрытия не так критична, потому что для этого требуется меньше времени. Это сделает показания датчика O 2  более точными.

Точность против точности — вечная борьба

«Точность» — понятие относительное даже здесь из-за конструкции датчиков O 2  .Как мы упоминали ранее, датчики O 2 используют свободный кислород в качестве основы для расчета AFR. Мы не будем вдаваться во все подробности того, как происходит этот расчет, но каждый производитель использует свой процесс сглаживания для записи этих данных и определения AFR.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Это одна из причин, по которой сравнение нескольких датчиков O 2  от разных компаний в одной и той же выхлопной системе будет давать разные результаты. Если в качестве компаратора на данном двигателе используется датчик О , то его точность не так критична.

В качестве примера предположим, что у нас есть большой блок Chevy на динамометрическом стенде, и датчик O 2 сообщает нам, что AFR составляет 12,8: 1. Это может быть или не быть идеальным соотношением для этого двигателя, и это число может быть или не быть точным на 100 процентов. Важно то, что мы используем его как точку отсчета, с которой мы можем оценить изменение. Предполагая, что мы добавили 2 размера жиклера, AFR изменился на 12,4: 1, а мощность упала на 6 л.с., мы знаем, что увеличили расход топлива, и двигатель отреагировал потерей мощности.Указанный номер AFR является ориентиром.

Мы знаем, что указанное соотношение 12,4:1 слишком богато. Поэтому мы изменили струйную установку на два размера струи меньше, чем первоначальная.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Этот тест показал, что АЧХ увеличился до 13,2:1, а мощность снизилась по сравнению с базовым уровнем, но лишь незначительно. Некоторые тюнеры могут сказать, что этому двигателю нужна AFR 12,9:1. Наша версия заключается в том, что с этим конкретным датчиком O 2  это может быть правильным утверждением. Но мы бы предположили, что двигатель теперь очень близок к оптимальной пиковой мощности в текущих атмосферных условиях.Затем тюнер может использовать 13,0:1 в качестве точки отсчета.

Это дисплей анализатора 5 газов EMS на этом большом блоке El Camino. Это фотография экрана, когда автомобиль мчался по шоссе со скоростью 65 миль в час в ускоренном режиме. CO 2 составляет 12,4 процента, CO составляет 3,42 процента, HC составляет 481 часть на миллион, O 2 составляет 0,3 процента, NO 2 (NOx) составляет 105 частей на миллион, а AFR составляет 13,14: 1. При 2000 об/мин свободного кислорода очень мало, и расчетное значение AFR показывает, что он может работать на обогащенной смеси.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Следующим шагом будет попытка немного наклонить AFR, чтобы улучшить расход топлива, пока CO 2 не упадет.

Все широкополосные датчики O 2  рассчитывают AFR на основе известного стандарта, который называется стехиометрическим соотношением воздух-топливо в топливе. Для чистого бензина это 14,7:1. Но сразу важно отметить, что почти весь продаваемый в этой стране бензин для помп с примесью 10-процентного этанола. Это может показаться не таким уж большим делом, но это меняет стехиометрическое число топлива с 14.от 7:1 до 14,1:1.

Вот почему это важно. Поскольку почти все широкополосные датчики кислорода используют 14,7: 1 в качестве базовой линии для расчета фактического соотношения воздух-топливо, с самого начала показания датчика O 2  отклоняются примерно на половину отношения. Давайте еще больше запутаем эту ситуацию, добавив, что любой насыщенный кислородом гоночный бензин, скорее всего, будет иметь другое стехиометрическое значение AFR.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Чтобы подчеркнуть это, VP Racing Fuels Q16 имеет стехиометрическое соотношение 13.3:1. Это 1,4:1 или 10-процентный сдвиг по сравнению с 14,7:1. Если вы думаете, что это создаст значительную «ошибку» AFR на широкополосном датчике O 2  , вы будете правы. Гонщики скажут вам: «Да, Q16 всегда выглядит богато». Теперь вы знаете, почему.

Мы коснулись нескольких аспектов того, как отслеживать не только то, что говорит вам датчик O 2  , но и как интерпретировать эти цифры, чтобы не потеряться и не запутаться. Просто не забудьте использовать этот широкополосный датчик в качестве компаратора. Быть проницательным настройщиком означает понимать, как работают все системы, а затем использовать эту информацию для принятия разумных решений.Ваш двигатель скажет вам спасибо.

Гоночный бензин

VP Q16 является примером топлива с высоким содержанием кислорода, которому далеко до стехиометрического значения AFR 14,7. VP оценивает это топливо со стехиометрическим соотношением 13,3:1 и предлагает увеличить форсунку карбюратора на 4-6 процентов, чтобы компенсировать добавление ароматических соединений.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Дело в том, что не весь «бензин» имеет стоих 14,7:1.

Как работает кислородный датчик в автомобиле?

Каждый новый автомобиль и большинство автомобилей, выпущенных после 1980 года, имеют датчик кислорода .Датчик является частью системы контроля выбросов и передает данные на компьютер управления двигателем. Цель датчика — помочь двигателю работать максимально эффективно, а также производить как можно меньше выбросов.

Бензиновый двигатель сжигает бензин в присутствии кислорода (полную информацию см. в разделе «Как работают автомобильные двигатели»). Оказывается, существует определенное соотношение воздуха и бензина, которое является «идеальным», и это соотношение составляет 14,7:1 (разные виды топлива имеют разные идеальные соотношения — соотношение зависит от количества водорода и углерода, содержащихся в данном количестве). топлива).Если воздуха меньше, чем это идеальное соотношение, то после сгорания останется топливо. Это называется богатой смесью .Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Богатые смеси плохи, потому что несгоревшее топливо создает загрязнение. Если воздуха больше, чем это идеальное соотношение, то есть избыток кислорода. Это называется бедной смесью . Бедная смесь имеет тенденцию производить больше загрязняющих веществ оксидов азота, а в некоторых случаях это может привести к снижению производительности и даже к повреждению двигателя.

Лямбда-зонд расположен в выхлопной трубе и может определять богатую и обедненную смеси.Механизм в большинстве датчиков включает химическую реакцию, которая генерирует напряжение (подробности см. в патентах ниже). Компьютер двигателя смотрит на напряжение, чтобы определить, богатая или бедная смесь, и соответствующим образом 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 множества факторов, таких как высота над уровнем моря, температура воздуха, температура двигателя, атмосферное давление.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика , нагрузка на двигатель и т.д.

Когда датчик кислорода выходит из строя, компьютер больше не может определять соотношение воздух/топливо, поэтому он в конечном итоге угадывает. Ваш автомобиль работает плохо и потребляет больше топлива, чем необходимо.

Кислородный датчик – обзор

III.B.1.b Датчики газа и паров

Датчики кислорода волоконно-оптические химические датчики основаны главным образом на гашении флуоресценции и кислотно-щелочной химии. Оптические датчики кислорода в основном разработаны на основе тушения люминесцентного красителя. Волоконно-оптические химические датчики кислорода создаются путем иммобилизации чувствительных к кислороду флуорофоров с использованием захвата или адсорбции на поверхности волокна, поскольку большинство этих красителей не имеют подходящей функциональной группы, подходящей для ковалентной иммобилизации.

Процесс динамической тушения полностью обратим, т. е. краситель не расходуется на реакцию с кислородом. Динамическое тушение флуорофора отвечает за снижение флуоресценции, и модель тушения Штерна-Фольмера можно использовать для выражения степени тушения кислородом:

(12)I0/I=1+KSV[O2],

, где I — интенсивность флуоресценции при определенной концентрации кислорода, I 0 — значение в отсутствие кислорода, K SV — константа тушения Штерна–Фольмера, [O 2 8 ] — концентрация кислорода.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Таким образом, линейная калибровка получается путем построения отношения интенсивностей как функции концентрации кислорода. При более высоких концентрациях кислорода этот график отклоняется от линейности.

Любой краситель, интенсивность флуоресценции которого гасится кислородом, может быть использован для создания волоконно-оптического датчика кислорода. Обычно используемые красители включают полиароматические углеводороды (ПАУ), такие как пирен, флуорантен или бензоперилен, и металлоорганические комплексы рутения, осмия, палладия и платины. Типичными полимерными носителями, используемыми для иммобилизации этих индикаторов, являются силиконовый каучук, пластифицированный ПВХ, полистирол, поли(гидроксиэтилметакрилат) (pHEMA) или пористое стекло.Чувствительность сенсора зависит от взаимодействия красителя с кислородом и газопроницаемости полимерной пленки. Селективность сенсора обеспечивается как молекулярной специфичностью явления тушения, так и молекулярными ограничениями, обусловленными избирательной проницаемостью полимерной мембраны.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Кислород влияет не только на интенсивность флуоресценции индикатора, но и на время ее затухания. Металлоорганические красители имеют более длительное время затухания флуоресценции и могут использоваться для изготовления датчиков кислорода на основе измерения этого времени затухания.По сравнению с датчиками, основанными на интенсивности флуоресценции, датчики на основе времени затухания имеют меньший дрейф сигнала из-за выщелачивания или обесцвечивания, поскольку время затухания не зависит от концентрации флуорофора.

Волоконно-оптические химические датчики для кислых или щелочных газов, таких как аммиак, двуокись углерода, цианистый водород и оксид азота, могут быть созданы путем сочетания простой кислотно-щелочной химии с датчиками pH. Сначала рН-чувствительные красители или индикаторы иммобилизуют с помощью полимеров или золь-гелевых стекол, а затем покрывают газопроницаемой мембраной на дистальном конце волокна.Газопроницаемая мембрана отделяет раствор пробы от иммобилизованного красителя.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Кислые или основные газы пересекают мембрану, входят в индикаторный слой и подвергаются переносу протона с красителем. Степень этой реакции контролируется спектроскопически через волокно.

Например, оптоволоконный датчик аммиака изготовлен на основе

(13)Dy-H+Nh4→Dy-+Nh5+.

Обычно непротонированную форму индикаторного красителя обнаруживают либо путем измерения поглощения, либо измерения флуоресценции.По мере увеличения концентрации аммиака в образце увеличивается концентрация непротонированного красителя, что вызывает увеличение измеренной флуоресценции или поглощения. Измеренное поглощение A связано с концентрацией аммиака в растворе образца следующим выражением:

(14)A=εbKeqCDy[Nh4]sCNh4+Keq[Nh4]s,

хромофор, b – эффективная длина пути на конце сенсора, K eq – константа равновесия вышеуказанной реакции, C Dy и C NH 3 соответствуют суммарному красителю и общая концентрация аммиака ([NH 4 + ] + [NH 3 ]) в растворе красителя соответственно, а [NH 3 ] s — концентрация аммиака в растворе образца.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Для изготовления оптоволоконного датчика углекислого газа можно использовать два различных метода. В первом методе датчики получают путем включения бикарбонатного буфера вместе с индикатором поглощения или флуоресценции в матрицу из полимерного геля и последующего покрытия матрицы проницаемой для CO 2 мембраной на кончике волокна. Схематическое расположение таких датчиков СО 2 показано на рис. 12. Датчик измеряет рН бикарбонатного буферного раствора, находящегося в равновесии с СО 2 вне мембраны, т.е.e.,

РИСУНОК 12. Волоконно-оптический датчик углекислого газа с буферным раствором, заключенным в полимерный гель на конце волокна и покрытым CO 2 -проницаемой мембраной.

(15)CO2↔мембранаCO2+h3O,CO2+h3O⇔h3CO3,h3CO3⇔H++HCO3-,HCO3-⇔H++CO32-.

Эти реакции подчиняются следующим константам равновесия: .

Принимая во внимание два вышеупомянутых равновесия, уравнение, используемое для связи внешнего [CO 2 ] с внутренним [H + ], имеет вид

(18)[H+]3+N[H+]2−(K1 [CO2]+KW)[H+]−2K1K2[CO2]=0,

, где N – концентрация бикарбонат-ионов во внутреннем растворе, [CO 2 ] – общая аналитическая концентрация диоксида углерода, т.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика е.например, [CO 2 ] = [CO 2 ] (водн.) + [H 2 CO 3 ] и K W 90 5 0 9 0 2 8 = 4 − ]. Когда диоксид углерода пересекает мембрану, pH захваченного буфера в микросреде изменяется, изменяя абсорбцию или интенсивность флуоресценции иммобилизованного красителя. Концентрацию CO 2 определяют путем измерения pH буферного раствора.

Волоконно-оптический химический датчик CO 2 второго типа сконструирован с использованием ионных пар, состоящих из аниона-индикатора pH и четвертичного органического катиона.Во-первых, краситель-индикатор pH (DH) и гидроксид четвертичного аммония (Q + OH ) захватываются непроницаемой для протонов, но проницаемой для CO 2 полимерной мембраной, которая затем иммобилизуется на поверхности волокна. Механизм этого датчика CO 2 основан на взаимодействии между молекулами красителя (DH) и четвертичными катионами (Q + OH ) с образованием пар гидратированных ионов (Q + D · x В 2 О).Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Пара гидратированных ионов растворяется в полимере, где взаимодействует с CO 2 по следующей реакции:

(19){Q+D-⋅xh3O}+CO2⇔{Q+HCO3-⋅(x-1 )h3O}+DH.

Краситель-индикатор протонируется и изменяет свой максимум поглощения (или испускания). Такие датчики можно использовать для определения СО 2 в сухих газах, а также в водных растворах.

Волоконно-оптические химические датчики для обнаружения органических паров (таких как метанол, хлороформ, бензол, толуол и нитроароматические соединения) изготавливаются путем иммобилизации сольватохромного флуоресцентного красителя в различные полимеры на кончике волокна.Сольватохромные индикаторы изменяют свои флуоресцентные свойства (такие как интенсивность, максимум длины волны излучения) при изменении полярности среды. Например, сольватохромный индикатор Нильский красный демонстрирует большой сдвиг максимума длины волны излучения при изменении локальной полярности. Как правило, его спектры поглощения и/или излучения смещаются в сторону более высоких длин волн при воздействии растворителей с возрастающей полярностью.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Один сольватохромный краситель может быть иммобилизован в полимерной матрице, имея собственную базовую полярность.Сорбция паров органических соединений в полимер изменяет микроокружающую полярность красителя, что меняет его максимум испускания/поглощения. Различные органические пары изменяют полярность, гидрофобность и склонность полимера к набуханию, вызывая различные реакции флуоресценции иммобилизованного красителя.

Бинарный лямбда-зонд | Mein Autolexikon

Лямбда-зонд — это датчик концентрации кислорода, который измеряет разницу в содержании кислорода между выхлопными газами и окружающим воздухом для обеспечения оптимального состава смеси.Одним из типов лямбда-зондов является бинарный лямбда-зонд.

Назначение

Лямбда-зонд измеряет остаточное содержание кислорода в выхлопных газах. Он выдает сигнал напряжения на основе остаточного кислорода, содержащегося в отработавших газах. Блок управления двигателем использует этот сигнал напряжения для определения текущего состава смеси.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика В бинарных лямбда-зондах сигнал датчика переключается между двумя значениями. В зависимости от состава количество впрыскиваемого топлива уменьшается (богатая смесь) или увеличивается (бедная смесь).

Типы бинарных лямбда-зондов

Различают два типа бинарных лямбда-зондов: диоксид циркония и диоксид титана. Лямбда-зонд из диоксида циркония является наиболее широко используемым типом.

Принцип работы бинарного датчика из диоксида циркония

Чувствительный элемент из диоксида циркония имеет форму пальца и полый. Внутренняя сторона находится в контакте с окружающим воздухом, внешняя сторона находится в потоке выхлопных газов. Обе стороны покрыты тонким пористым слоем платины, который действует как электрод.Когда бинарный датчик из диоксида циркония достигает своей рабочей температуры, ионы кислорода начинают течь из-за разницы в концентрации кислорода. Ионы кислорода движутся от эталонной стороны в направлении выхлопных газов, чтобы уравновесить это.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Из-за результирующей разности потенциалов (напряжения между двумя электрически заряженными телами) к платиновым электродам прикладывается напряжение. Сигнал датчика составляет примерно 0,1 В для бедной смеси и 0,9 В для богатой смеси.

Принцип работы бинарного датчика из диоксида титана

В отличие от бинарных датчиков из диоксида циркония, бинарные датчики из диоксида титана фактически не создают никакого напряжения.Вместо этого их сопротивление изменяется в зависимости от концентрации остаточного кислорода в отработавших газах. Бинарные датчики на основе диоксида титана не нуждаются в эталонном воздухе. Диоксид титана менее электропроводен при высоком содержании кислорода (лямбда больше 1) и более электропроводен при низком содержании кислорода (лямбда меньше 1). Если на элемент подается напряжение, выходное напряжение изменяется в соответствии с концентрацией кислорода в отработавших газах. Рабочая температура этих лямбда-зондов составляет 700°C.Бинарный датчик на основе диоксида титана обычно более компактен, чем версия на основе диоксида циркония, так как он не требует окружающего воздуха в качестве эталона.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Защита окружающей среды

Лямбда-зонды необходимы для эффективного преобразования выхлопных газов. В более современных автомобилях часто используются два лямбда-зонда.

Лямбда-зонды подвергаются экстремальным нагрузкам. Исправный лямбда-зонд является необходимым условием надежной работы двигателя и, следовательно, следующих трех факторов:

  • Низкий расход топлива
  • Низкий уровень выбросов загрязняющих веществ
  • Правильные значения выбросов

Своевременная замена лямбда-зонда может не только предотвратить дорогостоящие каталитического нейтрализатора, это также обеспечивает лучшую производительность автомобиля.

Датчик кислорода в почве | Эдафик Сайентифик

Датчик кислорода в почве MIJ-03 предназначен для долгосрочного мониторинга концентрации кислорода в почве или отложениях на месте.

Каждый датчик калибруется индивидуально для максимальной точности. Калибровка чрезвычайно проста и может быть выполнена в условиях окружающего воздуха.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Техническое обслуживание датчика кислорода в почве MIJ-03 минимально. После установки датчика в почву дальнейшее обслуживание не требуется. Срок службы датчика составляет примерно 10 лет, когда срок службы электрохимического элемента датчика истекает.

Датчик кислорода в почве MIJ-03 имеет выходное напряжение, которое может поддерживаться любой совместимой системой регистрации данных. Линейка систем регистрации данных ES-SYS от Edaphic Scientific с доступом в Интернет может поддерживать датчик кислорода в почве MIJ-03. Или наши ученые и инженеры могут помочь вам подключить датчик к существующей системе.

MIJ-03 изготовлен из полиоксиметилена (ПОМ), жесткого термопластика, который обеспечивает долговременную стабильность в суровых условиях окружающей среды.Чувствительный аппарат находится за гидрофобной тефлоновой газопористой мембраной, что означает, что MIJ-03 может проводить измерения в насыщенных, затопленных и анаэробных условиях. Осадки и орошение не являются проблемой для датчика кислорода в почве MIJ-03.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

 

принцип измерения

Датчик кислорода в почве MIJ-03 представляет собой датчик электрохимического или гальванического типа. Подобно работе батареи, создается электрохимическая разность, пропорциональная концентрации кислорода.Молекулы кислорода диффундируют через тефлоновую мембрану по градиенту диффузии и взаимодействуют с электролитом в ячейке датчика. Электрический заряд создается между анодом и катодом ячейки. Чем больше концентрация кислорода, тем больше электрический заряд. Зависимость между концентрацией кислорода и электрическим зарядом линейна. Двухточечная калибровочная кривая: окружающий воздух (20,9 %) и 0 % кислорода. К счастью, датчик кислорода в почве MIJ-03 очень легко калибровать: можно легко измерить окружающий воздух; а значение 0% — это просто 0 мВ в датчике.Поэтому датчик MIJ-03 можно калибровать в окружающем воздухе.

 

решения для мониторинга всей системы

Edaphic Scientific — это универсальное решение для мониторинга всей системы.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика Мы предоставляем системы мониторинга растений и почвы для исследователей и производителей, включая беспроводные сети, LoRa WAN и модемы.

Наши системы поддерживают не только дендрометры, но и соответствующие датчики, такие как сокодвижение, влажность почвы, погодные параметры и многое другое.

В Edaphic Scientific мы хотим работать с вами с самого начала вашего проекта до его завершения.Можем предоставить:

  • Помощь в проектировании и экспериментальном проектировании
  • Закупка всего оборудования для мониторинга, включая датчики, регистраторы данных и программное обеспечение для управления данными. Edaphic Scientific — это универсальный магазин, в котором мы можем приобрести и найти любое необходимое оборудование для вашего проекта у наших предпочтительных поставщиков или у сторонних поставщиков
  • .
  • Установка и обучение
  • Постоянная помощь в интерпретации данных и обслуживании оборудования
  • Коррекция и анализ данных, включая статистический анализ с помощью R-пакета
  • Подготовка отчета и публикации, включая таблицы, рисунки, графики и написание рукописи

 

передовые решения для сбора данных и управления ими

Edaphic Scientific осознает потребность в гибких и адаптируемых датчиках и решениях для регистрации данных для экспериментальных проектов или проектов по мониторингу окружающей среды.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Данные могут быть загружены непосредственно в полевых условиях из регистраторов данных. Прямое соединение между регистраторами данных и вашим компьютером через USB-кабель может использоваться для ручной загрузки данных.

Кроме того, данные можно загрузить через Интернет на ваш iPhone, iPad или настольный компьютер с помощью облачных программных решений для управления данными Eagle.io. Благодаря этим возможностям удаленной загрузки вы можете загружать, просматривать и управлять своими данными и системой в любой точке мира и в любое время.

.Широкополосный датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Ответить

Ваш адрес email не будет опубликован.