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

Содержание

Лямбда зонд — признаки неисправности и способы проверки

Инжекторная система питания автомобиля является более экономичной и эффективной, чем карбюраторная. Достигается это за счет полного контроля за подачей топлива и воздуха, которое осуществляется рядом датчиков. Они выполняют проверку рабочих параметров, передают их на электронный блок, который анализирует и на их основе корректирует работу всей системы.

Причем датчики для обеспечения полной информации о работе системы устанавливаются не только на впуске (количества топлива, воздуха), но и в выпускной системе. В ней используется всего один датчик, но от его работы зависит, какое количество воздуха будет подаваться в цилиндры. Он так и называется – датчик кислорода, другое название — лямбда-зонд.

Зачем нужен лямбда зонд в машине?

1) металлический корпус с резьбой и шестигранником “под ключ”;
2) уплотнительное кольцо;
3) токосъемник электрического сигнала;
4) керамический изолятор;
5) провода;
6) манжета проводов уплотнительная;
7) токоподводящий контакт провода питания нагревателя;
8) наружный защитный экран с отверстием для атмосферного воздуха;
9) чувствительный элемент;
10) керамический наконечник;
11) защитный экран с отверстием для отработавших газов.

Основная задача этого датчика кислорода – оценка количества несгоревшего кислорода в отработанных газах. Дело в том, что самое эффективное сгорание топливовоздушной смеси достигается при определенном соотношении топлива и воздуха — одна часть бензина должно смешиваться с 14,7 частями воздуха.

Если топливовоздушная смесь будет обедненной, то содержание воздуха будет увеличенным, и наоборот – обогащенная смесь обеспечит меньшее процентное содержание кислорода в выхлопных газах. А это уже сказывается на мощности, расходе, приемистости.

А поскольку двигатель работает на разных режимах, поэтому такое соотношение далеко не всегда соблюдается. Чтобы была возможность контролировать количество подаваемого воздуха, в систему питания и включен лямбда-зонд.

На основе показаний этого датчика электронный блок оценивает качество топливовоздушной смеси и при обнаружении несоответствия нормам – корректирует работу системы, обеспечивая подачу оптимальной смеси путем подачи сигнала на форсунки, которые увеличивают или уменьшают количество впрыскиваемого топлива.

Устройство и принцип работы лямбда зонда

Принцип работы лямбда зонда

Принцип вроде и прост, но реализация его — не такая уж и легкая. Этот датчик должен с чем-то сравнивать полученные результаты, чтобы «понять», что произошло изменение процента кислорода. Поэтому он делает замеры в двух местах – атмосферный воздух и тот, что остался после сгорания смеси. Это позволяет ему «почувствовать» разницу при изменении соотношения топливовоздушной смеси.

1 – твердый электролит ZrO2; 2, 3 – наружный и внутренний электроды; 4 – контакт заземления; 5 – «сигнальный контакт»; 6 – выхлопная труба

При этом на электронный блок должен подаваться электрический сигнал. Для этого лямбда-зонду необходимо преобразовать результаты замеров в импульс, который будет подаваться на ЭБУ. Для проведения замеров концентрации кислорода в атмосфере и в выхлопных газах, используется два электрода, вступающих в реакцию с ним. То есть, в работе этого датчика задействован принцип гальванического элемента, при котором смена параметров химической реакции влечет за собой изменение напряжения между электродами датчика. Так, при обогащенной смеси, когда процент кислорода – меньше, напряжение возрастает, а при обеднении – снижается.

Полученный в результате химической реакции электрический импульс подается на ЭБУ, параметры которого он сравнивает с прописанными в своей памяти и в результате этого производит корректировку работы системы питания.

Используя для работы химические реакции, лямбда-зонд не является сложным по конструкции. Основным его элементом выступает керамический наконечник, изготовленный из диоксида циркония (реже – диоксида титана) с платиновым покрытием, которое и выступает в роли электродов, вступающих в реакцию. Одной своей стороной наконечник контактирует с атмосферой, а другой – с выхлопными газами.

Лямбда зонд с подогревом

Особенность работы такого керамического наконечника заключается в том, что произведение эффективных замеров остаточного процента кислорода выполняется только при определенном температурном режиме. Чтобы наконечник обрел необходимую проводимость, необходима температура в 300-400 град. С.

Чтобы обеспечить необходимый температурный режим изначально этот датчик устанавливали ближе к выпускному коллектору, что обеспечивало достижение необходимой температуры по мере прогрева силовой установки. То есть, в работу он вступал не сразу. До того, как лямбда-зонд начнет передавать импульсы, электронный блок основывался на показания других датчиков, включенных в систему питания, но при этом оптимальное смесеобразование не соблюдалось.

Видео: Как подключить лямбда зонд с подогревом

Ещё кое-что полезное для Вас:

Ошибка P0172 — причины появления и способы устранения
Ошибка P0171 — как выявить и устранить
Чип-тюнинг двигателя — достоинства и недостатки

Некоторые модели лямбда-зондов в своей конструкции имеют специальные электрические подогреватели, что обеспечивает более быстрый выход на необходимый температурный режим. Запитка подогревателя осуществляется от бортовой сети авто.

Датчик, выполняющий свою работу за счет химической реакции, получил название двухточечного, за счет того, что замеры производятся в двух местах. Но выпускаются еще и другой тип лямбда-зонда – широкополосный, который является более современной версией датчика. В его конструкции тоже используется двухточечный элемент, а также еще один керамический элемент – закачивающий. При этом суть сводится все к той же подаче электрического сигнала на ЭБУ.

Использование двух и более датчиков

Сейчас многие автомобили, чтобы повысить их экологичность, используют каталитические нейтрализаторы, что позволяет снизить вредные выбросы в атмосферу. При этом выхлопная система оснащается не одним, а двумя и более кислородными датчиками.

В такой выхлопной системе эти датчики производят не только замер остаточного кислорода, но еще и оценивают эффективность работы нейтрализатора. Один из датчиков устанавливается перед катализатором, а второй – за ним. Это позволяет на основании сравнения показаний двух лямбда-зондов понять, выполняется ли нейтрализация вредных веществ.

С одной стороны, такая система позволяет меньше загрязнять окружающую среду, но с другой – она очень «капризна». Одна-две заправки некачественным бензином запросто может испортить нейтрализатор. А это уже скажется на показаниях кислородных датчиков, и как следствие – на работе всей системы питания.

К тому же даже при соблюдении всех условий эксплуатации авто, нейтрализатор выйдет из строя, поскольку у него имеется свой ресурс, после которого он подлежит замене, чтобы восстановить нормальную работоспособность системы питания. А поскольку замена – «удовольствие» дорогостоящее, то на выручку приходят разные хитрости.

Многие просто вырезают нейтрализатор, а на его место устанавливают пламегаситель – обычный отрезок трубы необходимого диаметра. А чтобы получить разницу в показаниях двух датчиков, используют так называемую обманку на лямбда зонд – специальную проставку, устанавливаемую на второй лямбда-зонд.

Эта обманка просто удаляет наконечник от потока выхлопных газов, что влияет на его показания. За счет этого и достигается разница, которую ЭБУ воспринимает как работу катализатора.

Видео: Лямбда зонд (датчик кислорода). Как обмануть второй лямбда зонд

Признаки неисправности датчика кислорода

Лямбда-зонд – достаточно важный элемент в системе питания авто и его поломка может значительно сказаться на работе силовой установки. Признаки неисправности его таковы:

увеличение расхода бензина;
«плавающие» обороты на холостом ходу;
понижение динамики разгона;
щелчки и треск из-под авто после остановки мотора;

Одна из особенностей лямбда-зонда кроется в том, что его неисправность далеко не всегда распознается системой самодиагностики авто. К тому же невозможно его проверить при помощи обычных измерительных приборов в гаражных условиях. Его работоспособность проверяется только осциллографом.

Также он не ремонтопригоден. Единственное, что можно устранить, так это – обрыв проводки, ведущей к датчику. Но с ним бывают также и такие неисправности как повреждение подогревающего элемента и потеря чувствительности самого датчика.

Видео: Как проверить лямбда зонд

Замена

Поэтому многие автолюбители не пытаются проводить диагностику работоспособности лямбда-зондов, а просто периодически производят его замену на новый. Чтобы поддерживать работоспособность системы питания в рабочем состоянии следует производить замену раз в 2-3 года.

Данная операция не является сложной и выполняется она на смотровой яме. Предварительно следует приобрести необходимую модель датчика. Перед демонтажем отключается колодка проводов от зонда, а затем он выкручивается со своего посадочного места рожковым ключом соответствующего размера. Для облегчения откручивания допускается обработка специальными средствами (WD-40 или др.). На место выкрученного элемента вкручивается новый и к нему подключается проводка.

Что такое лямбда зонд. Принцип работы, функции и причины неисправностей

Сегодня мы узнаем, что называется автомобильным лямбда зондом, для чего он нужен, какие функции и задачи выполняет, а также как узнать, что данный элемент топливной системы транспортного средства вышел из строя

ЧТО ТАКОЕ ЛЯМБДА ЗОНД. ПРИНЦИП РАБОТЫ, ФУНКЦИИ И ПРИЧИНЫ НЕИСПРАВНОСТЕЙ

Добрый день, сегодня мы узнаем, что называется автомобильным лямбда зондом, для чего он нужен, какие функции и задачи выполняет, а также как узнать, что данный элемент топливной системы транспортного средства вышел из строя. Кроме того, расскажем про принцип функционирования и для чего была изобретена эта деталь автопроизводителями. В заключении мы наглядно увидим принципиальную схему работы лямбда зонда, а также, что в первую очередь влияет на стабильность и долговечность его работы.

Многие автолюбители довольно часто в своем обиходе употребляют такие автомобильные термины, как АБС и ЕСП, однако понятия инжектор, лямбда зонд многим уже позабылись. Для того, чтобы понимать какие задачи выполняет лямбда зонд, для чего он нужен, а также как проверить его на исправность, необходимо понимать, как он функционирует. Данные вопросы мы и разберем в нашем рассказе, чтобы у нас осталось детальное представление об этой ключевой детали топливной системы автомобиля.

Благодаря тому, что последние 20 лет применяются жесткие меры относительно экологических норм, они поспособствовали использованию на транспортных средствах специальных каталитических нейтрализаторов — устройств, которые снижают содержание вредных компонентов в отработанных газах. Катализатор — это довольно хороший элемент топливной системы, но эффективно функционировать он способен только в определенных условиях. Однако без систематического контроля состава топливно-воздушной смеси невозможно обеспечить долгий срок службы данного устройства, поэтому ему на помощь приходит специальный датчик кислорода, который и называется лямбда зондом.

1. Понятие, функции и задачи автомобильного лямбда зонда

Само название датчика кислорода лямбда исходит от древнегреческой литеры «лямбда«, которая издревле в автомобилестроении означала специальный коэффициент избытка воздуха в воздушно-топливной системе. Говоря простыми словами датчик кислорода или лямбда зонд измеряет состав отработанных газов автомобиля для поддержания оптимальной концентрации топлива и воздуха в топливо-воздушной смеси.

В том случае, когда состав топливо-воздушной смеси находится в оптимальном состоянии и на 14,7 части воздуха приходится 1 часть топлива, то коэффициент лямбда в этом случае равен единице. Для того, чтобы обеспечить такую высочайшую точность, применяются высокоточные системы питания с электронным впрыском топлива, а также применяется устройство обратной связи под названием лямбда зонд. Поэтому считается, что в топливной системе, датчик лямбда зонд играет одну из ключевых ролей.

Процесс измерения избытка воздуха в топливной смеси происходит весьма неординарным способом, путем определения в отработанных газахсодержания кислорода остаточного уровня. Вот и ответ на вопрос: «почему устанавливают датчик лямбда зонд на выпускном коллекторе перед катализатором?«. Благодаря работе электронного блока управления системы топлива, который считывает электрический сигнал датчика, происходит оптимизация состава топливной смеси при помощи изменения количества направляемого в рабочую область цилиндров топлива.

На современных моделях автомобилей устанавливают несколько датчиков кислорода (лямбда зондов), которые располагаются один стандартно, на выпускном коллекторе, а второй на выходе катализатора. Благодаря сочетанию двух датчиков достигается высокая точность приготовления топливо-воздушной смеси, а также происходит детальный контроль эффективности функционирования самого катализатора.

2. Принцип работы лямбда зонда

Точное и эффективное измерение кислорода остаточного уровня выхлопных газов лямбда зондом обеспечивается после разогрева системы до рабочей температуры от 250 до 450 градусов по Цельсию. Только такой температурный режим обеспечивает условия для того, чтобы циркониевый электролит приобретал высокую проводимость. Кроме того, разница в количестве кислорода с атмосферы и кислорода в трубе выхлопных газов ведет к появлению на электродах датчика лямбда зонда нужного выходного напряжения.

Принципиальная схема любого датчика кислорода или лямбда зонда на основе диоксида циркония, который расположен в выхлопной трубе включает в свой состав следующие элементы: 1. электролит твердого типа с маркировкой ZrO2; 2. наружный электрод; 3. внутренний электрод; 4. контакт заземления; 5. контакт сигнального типа; 6. отверстие для крепления к выхлопной трубе. Ниже на изображение можем наглядно видеть схему лямбда зонда и его основные компоненты.

Когда происходит запуск и прогрев мотора, управление впрыском топлива происходит без воздействия датчика кислорода, а корректировка топливо-воздушной смеси осуществляется по сигналам прочих устройств, например: положения заслонки дроссельного типа, рабочей температуры охлаждающей жидкости или числа оборотов коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания.

Главной отличительной чертой циркониевого лямбда зонда является тот момент, что при незначительных отклонениях состава и концентрации топливо-воздушной смеси от эталонного значения напряжения, на выходе датчика оно изменяется ростом, а иногда скачком, в диапазоне от 0,1 до 0,8 Вольт. Ниже на изображении можем наглядно видеть зависимость напряжения датчика кислорода от коэффициента избытка воздуха при температуре лямбда зонда в диапазоне от 500 до 800 градусов по Цельсию.

Отметим, что для повышения чувствительности датчиков кислорода на пониженных рабочих температурах и после запуска не прогретого двигателя применяют специальный принудительный подогрев лямбда зонда. Как правило, нагревательное устройство располагается внутри корпуса зонда и подключается к электрической цепи транспортного средства. Для подключения к электрической цепи применяется специальная проводка, которая обеспечивает высокую и быструю передачу электрической энергии к источнику потребления тока.

3. Как установить, что лямбда зонд перестал работать

Первым и основным признаком того, что лямбда зонд перестал стабильно функционировать или вышел из строя является тот момент, когда электронный блок управления начинает работать по усредненным показателям, которые записываются в его памяти. Кроме того, состав топливо-воздушной смеси, которая образуется в системе будет значительно отличаться от эталонного значения. В результате чего появляется повышенный расход топлива, нестабильная работа мотора на холостых оборотах, повышение содержания углекислого газа, общее снижение мощности двигателя, однако при этом транспортное средство находится в движении.

Весь список возможных неисправностей датчика кислорода довольно широкий и некоторые поломки очень тяжело обнаружить самостоятельно, как правило, они не фиксируются. Поэтому для того, чтобы принять окончательное решение о неисправности лямбда зонда нужно детально его проверить. Такую проверку лучше всего осуществлять на специальном оборудовании станций технического обслуживания транспортных средств. Кроме того, заметим, что попытки заменить неисправный датчик кислорода эмуляторами (заглушками) ни к чему хорошему не приведет, так как электронный блок управления топливной системы автомобиля не сможет распознавать посторонние сигналы и не будет их использовать для корректировки состава приготавливаемой топливо-воздушной смеси, то есть произойдет обычное игнорирование инородного устройства.

Видео: «Автомобильный лямбда зонд (датчик кислорода): функции и неисправности»

В заключении отметим, что датчик кислорода или лямбда зонд является одним из самых уязвимых устройств в современном транспортном средстве. Ресурс лямбда зонда составляет в среднем от 50 до 85 тысяч километров пробега, в зависимости от условий эксплуатации, а также исправности мотора и его узлов. Крайне чувствителен датчик кислорода к качеству заправляемого топлива. Заметим, что после нескольких заправок не качественным топливом датчик перестает работать в штатном режиме и может просто выйти из строя. Для того, чтобы наверняка убедиться в неисправности лямбда зонда, необходимо производить диагностику этого устройства только на специализированных станциях технического осмотра транспортных средств.

БОЛЬШОЕ СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ. ОСТАВЛЯЙТЕ СВОИ КОММЕНТАРИИ, ДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ.
ЖДЕМ ВАШИХ ОТЗЫВОВ И ПРЕДЛОЖЕНИЙ.

Лямбда-зонд: понятие, состав, принцип работы в автомобиле

Сегодня все больше внимания уделяется вопросам экологии, поэтому неудивительно, что современные автомобили оснащены каталитическими нейтрализаторами. Этот элемент выхлопной системы отвечает за очистку выхлопных газов, снижение их вредности. По мере износа каталитического нейтрализатора его необходимо заменить. Стоит попробовать продать старую деталь с помощью электронной площадки https://autocatalystmarket.com/ru , где вы сможете выбрать лучшее ценовое предложение от проверенных покупателей в нужном регионе.

Чтобы выхлопная система автомобиля работала исправно, необходимо постоянно контролировать состав вредных выхлопов. С этой функцией успешно справляется лямбда-зонд или датчик кислорода.

Что такое лямбда-зонд?

Датчик, определяющий количество кислорода в выхлопных газах.

Если раньше стандартом в автомобилях считался один лямбда-зонд, то сегодня все чаще встречаются модели с двумя лямбда-зондами. Это усовершенствование позволяет добиться следующих эффектов:

улучшить контроль над составом выхлопа;
получить максимально эффективную топливно-воздушную смесь;
обеспечивают оптимальную работу каталитического нейтрализатора.

— Реклама —

ЭБУ получает данные от датчика и на их основе регулирует объем топлива, чтобы топливно-воздушная смесь выходила максимально продуктивной.

Состав и принцип работы датчика кислорода

Лямбда-зонд состоит из 2-х типов электродов:

внешний;
внутренний.

Внешний электрод металлический, на острие нанесен слой платинового напыления. Он оснащен керамическими изоляторами. Этот электрод подсчитывает, сколько кислорода содержится в выхлопных газах.

Материал внутреннего электрода — цирконий. Рабочая температура 1000 градусов. Поэтому лямбда-зонды оснащены нагревателями, которые позволяют датчикам продолжать работу даже при холодном двигателе.

Лямбда-зонд бывает 2-х типов:

Двухточечный. Он основан на 2 электродах. Основной задачей является расчет избытка кислорода в топливной смеси. В оптимальных условиях и при качественном топливе этот коэффициент равен 1. В реальности он намного выше.
Широкополосный. Это улучшенная версия. Содержит 2 керамических элемента (двухточечный, насосный). Действие первого понятно. Второй использует ток для откачки кислорода из выхлопных газов автомобиля.

Работа лямбда-зонда напрямую связана с электронным блоком управления. ЭБУ получает данные об объеме воздуха, который находится во впускном коллекторе. На основании этого принимается решение о количестве топлива, которое необходимо впрыснуть в цилиндр через форсунки. Кислородный датчик помогает корректировать количество бензина, которое следует заливать для нормального функционирования автомобиля.

КИСЛОРОДНЫЕ ДАТЧИКИ /ЛЯМБДА-ДАТЧИК/: ЧАСТИ, ТИПЫ, РАБОТА

ЧТО ТАКОЕ КИСЛОРОДНЫЙ ДАТЧИК?

Кислородный датчик (обычно называемый «датчик O2», так как O2 — это химическая формула кислорода) устанавливается в выхлопном коллекторе автомобиля для контроля количества несгоревшего кислорода в выхлопных газах, когда выхлопные газы выходят из выхлопной трубы. двигатель.

ЧТО ДЕЛАЕТ КИСЛОРОДНЫЙ ДАТЧИК?

Кислородные датчики работают, вырабатывая собственное напряжение, когда они нагреваются (примерно 600°F). На наконечнике кислородного датчика, который подключается к выпускному коллектору, находится керамическая колба из циркония. Внутри и снаружи колба покрыта пористым слоем платины, которые служат электродами. Внутренняя часть колбы вентилируется внутри через корпус датчика во внешнюю атмосферу. Когда внешняя часть колбы подвергается воздействию горячих газов выхлопных газов, разница в уровнях кислорода между колбой и внешней атмосферой внутри датчика вызывает протекание напряжения через колбу. Если соотношение топлива обеднено (недостаточно топлива в смеси), напряжение относительно низкое — примерно 0,1 вольта. Если соотношение топлива богатое (слишком много топлива в смеси), напряжение относительно высокое — примерно 0,9вольт. Когда воздушно-топливная смесь находится в стехиометрическом соотношении (14,7 частей воздуха на 1 часть топлива), кислородный датчик выдает 0,45 вольта.

ГДЕ РАСПОЛОЖЕНЫ КИСЛОРОДНЫЕ ДАТЧИКИ?

Количество кислородных датчиков в автомобиле изменилось. Каждый автомобиль, выпущенный после 1996 года, должен иметь кислородный датчик перед и после каждого каталитического нейтрализатора. Таким образом, в то время как большинство автомобилей имеют два лямбда-зонда, двигатели V6 и V8, оснащенные двойным выхлопом, имеют четыре лямбда-зонда — по одному перед и после каталитического нейтрализатора на каждом ряду двигателя.

1. Верхний кислородный датчик (кислородный датчик 1)

Кислородный датчик 1 — это верхний кислородный датчик по отношению к каталитическому нейтрализатору. Он измеряет соотношение воздух-топливо в выхлопных газах, выходящих из выпускного коллектора, и отправляет сигналы высокого и низкого напряжения в модуль управления трансмиссией для регулирования воздушно-топливной смеси. Когда модуль управления силовым агрегатом получает сигнал низкого напряжения (обеднение), он компенсирует это за счет увеличения количества топлива в смеси. Когда модуль управления силовым агрегатом получает сигнал высокого напряжения (обогащение), он обедняет смесь, уменьшая количество добавляемого в смесь топлива. Использование модулем управления силовым агрегатом входного сигнала датчика кислорода для регулирования состава топливной смеси известно как замкнутый контур управления с обратной связью. Эта работа с обратной связью приводит к постоянному переключению между обогащением и обеднением, что позволяет каталитическому нейтрализатору минимизировать выбросы за счет поддержания общего среднего соотношения топливной смеси в надлежащем балансе. Однако при запуске холодного двигателя или выходе из строя лямбда-зонда модуль управления силовым агрегатом переходит в режим разомкнутого контура. В режиме разомкнутого контура модуль управления силовым агрегатом не получает сигнал от лямбда-зонда и выдает фиксированную богатую топливную смесь. Работа без обратной связи приводит к повышенному расходу топлива и выбросам. Многие новые кислородные датчики содержат нагревательные элементы, помогающие им быстро достичь рабочей температуры, чтобы свести к минимуму время, затрачиваемое на работу в разомкнутом контуре.

2. Нижний кислородный датчик (кислородный датчик 2)

Кислородный датчик 2 — это нижний кислородный датчик по отношению к каталитическому нейтрализатору. Он измеряет соотношение воздух-топливо, выходящее из каталитического нейтрализатора, чтобы убедиться, что каталитический нейтрализатор работает правильно. Каталитический нейтрализатор поддерживает стехиометрическое соотношение воздух-топливо 14,7:1, в то время как модуль управления трансмиссией постоянно переключается между обогащенной и обедненной воздушно-топливной смесью из-за входного сигнала от верхнего кислородного датчика (датчик 1). Следовательно, нижний кислородный датчик (датчик 2) должен выдавать постоянное напряжение примерно 0,45 В.

ПРИНЦИП РАБОТЫ КИСЛОРОДНЫХ ДАТЧИКОВ

Пошаговое руководство по работе автомобильных кислородных датчиков. Эта статья относится к большинству автомобилей.

Шаг 1. Кислородный датчик представляет собой электронный компонент, разработанный
для измерения уровня кислорода в выхлопной системе автомобильного двигателя.

Этап 2. Как правило, кислородный датчик крепится к трубе выхлопной системы или сбоку от каталитического нейтрализатора, при этом часть датчика находится внутри трубы. Это измеряет кислородную смесь, генерируя небольшое количество электричества из-за разницы в атмосфере, кислороде и углекислом газе. Компьютер PCM отслеживает это напряжение и соответствующим образом регулирует подачу топлива. Кислородные датчики обычно можно найти в выхлопной трубе рядом с двигателем (первичный датчик), хотя иногда они устанавливаются в самом выпускном коллекторе, где соединяется выхлопная труба. Датчики, расположенные после или на каталитическом нейтрализаторе, являются вторичным блоком.

Шаг 3. Работа датчика заключается в измерении количества кислорода, необходимого для сжигания любого топлива, оставшегося в потоке выхлопных газов, и передаче этой информации обратно в компьютер PCM (модуль управления силовым агрегатом), где она сравнивается с другой оперативной информацией, чтобы корректировки можно добиться максимальной топливной экономичности и мощности за счет правильной топливовоздушной смеси и угла опережения зажигания в двигателе. Датчики кислорода делают это за счет химической реакции внутри самого датчика; в этой статье мы объясним эволюцию и применение этой очень важной части головоломки впрыска топлива. Датчики кислорода работают через химическую реакцию. Сердечник или элемент датчика представляет собой циркониевую керамику с тонким слоем платины. Поскольку эти материалы являются реакционноспособными и наносятся в виде слоев, они со временем изнашиваются, что снижает их эффективность.

Шаг 4. Напряжение, создаваемое датчиком, затем передается на компьютер, где он сравнивает его с другой оперативной информацией, чтобы внести необходимые корректировки смеси и времени. Кислородный датчик находится в постоянной связи с блоком управления двигателем, передавая ему информацию, необходимую для регулировки подачи топлива для оптимального сгорания.

Этап 5. Когда двигатель холодный, кислородный датчик считывает показания медленно, для устранения этой проблемы был установлен нагревательный элемент, который помогает датчику работать правильно, пока двигатель не достигнет рабочей температуры. Когда эти нагреватели выходят из строя, загорается контрольная лампа двигателя. Количество вторичных датчиков будет зависеть от количества каталитических нейтрализаторов в автомобиле. Кислородные датчики используют чередование богатых и обедненных смесей для достижения баланса, близкого к стехиометрической смеси (идеально подходит для внутреннего сгорания).

ЗОНД

Чувствительный элемент представляет собой керамический цилиндр, покрытый изнутри и снаружи пористыми платиновыми электродами; вся сборка защищена металлической сеткой. Он работает путем измерения разницы содержания кислорода между выхлопными газами и наружным воздухом и генерирует напряжение или изменяет свое сопротивление в зависимости от разницы между ними.

Датчики работают эффективно только при нагреве примерно до 316 °C (600 °F), поэтому большинство новых лямбда-зондов имеют нагревательные элементы, заключенные в керамику, которые быстро нагревают керамический наконечник до температуры. Старые датчики без нагревательных элементов в конечном итоге будут нагреваться выхлопными газами, но существует временная задержка между запуском двигателя и моментом, когда компоненты выхлопной системы приходят в тепловое равновесие. Время, необходимое для того, чтобы выхлопные газы довели датчик до температуры, зависит от температуры окружающего воздуха и геометрии выхлопной системы. Без нагревателя процесс может занять несколько минут. Существуют проблемы с загрязнением, связанные с этим медленным процессом запуска, в том числе аналогичная проблема с рабочей температурой каталитического нейтрализатора.

Обычно к зонду подсоединены четыре провода:
1. два для лямбда-выхода и
2. два для питания нагревателя,

, хотя некоторые автопроизводители используют металл в качестве заземления для сигнала сенсорного элемента, что приводит к три провода. Раньше датчики без электрического обогрева имели один или два провода.

ТИПЫ КИСЛОРОДНЫХ ДАТЧИКОВ

1. Циркониевый датчик

Датчик лямбда из диоксида циркония или циркония основан на твердотельном электрохимическом топливном элементе, называемом ячейкой Нернста. Два его электрода обеспечивают выходное напряжение, соответствующее количеству кислорода в выхлопных газах по отношению к количеству кислорода в атмосфере.

Выходное напряжение 0,2 В (200 мВ) постоянного тока представляет собой «обедненную смесь» топлива и кислорода, где количество кислорода, поступающего в цилиндр, достаточно для полного окисления монооксида углерода (СО), образующегося при сжигании воздуха и топлива, в углекислый газ (CO2). Выходное напряжение 0,8 В (800 мВ) постоянного тока представляет собой «богатую смесь» с высоким содержанием несгоревшего топлива и низким содержанием остаточного кислорода. Идеальная уставка составляет примерно 0,45 В (450 мВ) постоянного тока. Именно здесь количества воздуха и топлива находятся в оптимальном соотношении, которое составляет ~ 0,5% обедненной смеси от стехиометрической точки, так что выхлопные газы содержат минимальное количество угарного газа.

Напряжение, создаваемое датчиком, нелинейно по отношению к концентрации кислорода. Датчик наиболее чувствителен вблизи стехиометрической точки (где λ = 1) и менее чувствителен, когда он либо очень бедный, либо очень богатый.
ЭБУ представляет собой систему управления, которая использует обратную связь от датчика для регулировки топливно-воздушной смеси. Как и во всех системах управления, важна постоянная времени датчика; способность ECU контролировать соотношение топлива и воздуха зависит от времени отклика датчика. Стареющий или загрязненный датчик обычно имеет более медленное время отклика, что может снизить производительность системы. Чем короче период времени, тем выше так называемый «перекрестный счет» и тем более отзывчива система.

Датчик имеет прочную конструкцию из нержавеющей стали внутри и снаружи. Благодаря этому датчик обладает высокой коррозионной стойкостью, что позволяет эффективно использовать его в агрессивных средах с высокой температурой/давлением.
Циркониевый датчик относится к «узкополосному» типу, относящемуся к узкому диапазону соотношений топливо/воздух, на который он реагирует.

2. Широкополосный циркониевый датчик

Вариант циркониевого датчика, называемый «широкополосным», был представлен компанией NTK в 1992 и широко используется в системах управления двигателем автомобилей, чтобы удовлетворить постоянно растущие требования к экономии топлива, снижению выбросов и одновременному повышению производительности двигателя. Он основан на плоском элементе из диоксида циркония, но также включает в себя электрохимический газовый насос. Электронная схема, содержащая контур обратной связи, регулирует ток газового насоса, чтобы поддерживать постоянный выходной сигнал гальванического элемента, так что ток насоса напрямую указывает на содержание кислорода в выхлопных газах. Этот датчик устраняет цикличность обеднения и обогащения, присущую узкополосным датчикам, позволяя блоку управления гораздо быстрее регулировать подачу топлива и угол опережения зажигания двигателя. В автомобильной промышленности этот датчик также называют датчиком UEGO (универсальный датчик кислорода в отработавших газах). Датчики UEGO также широко используются для вторичной настройки динамометрического стенда и высокопроизводительного оборудования для индикации состояния воздуха и топлива для водителя. Широкополосный циркониевый датчик используется в системах послойного впрыска топлива, а теперь его можно использовать и в дизельных двигателях, чтобы соответствовать будущим ограничениям выбросов EURO и ULEV.

Широкополосные датчики состоят из трех элементов:
1. ионно-кислородный насос,
2. узкополосный циркониевый датчик,
3. нагревательный элемент.

Схема подключения широкополосного датчика обычно имеет шесть проводов:
1. резистивный нагревательный элемент,
2. резистивный нагревательный элемент,
3. датчик,
4. насос,
5. калибровочный резистор,
6. общий.

3. Датчик Titania

Менее распространенный тип узкополосного лямбда-зонда имеет керамический элемент, изготовленный из Titania (диоксида титана). Этот тип не генерирует собственное напряжение, но изменяет свое электрическое сопротивление в зависимости от концентрации кислорода. Сопротивление Titania зависит от парциального давления кислорода и температуры. Поэтому некоторые датчики используются с датчиком температуры газа, чтобы компенсировать изменение сопротивления из-за температуры. Значение сопротивления при любой температуре составляет около 1/1000 изменения концентрации кислорода. К счастью, при λ = 1 происходит большое изменение кислорода, поэтому изменение сопротивления обычно составляет 1000 раз между богатым и обедненным, в зависимости от температуры.

Поскольку титан является полупроводником N-типа со структурой TiO2-x, x-дефекты в кристаллической решетке проводят заряд. Таким образом, для богатого топливом выхлопа (более низкая концентрация кислорода) сопротивление низкое, а для обедненного топливом выхлопа (более высокая концентрация кислорода) сопротивление высокое. Блок управления питает датчик небольшим электрическим током и измеряет результирующее падение напряжения на датчике, которое варьируется от почти 0 вольт до примерно 5 вольт. Как и циркониевый датчик, этот тип является нелинейным, поэтому его иногда упрощенно описывают как бинарный индикатор, показывающий либо «обогащенный», либо «скудный». Датчики из титана дороже, чем датчики из циркония, но они также быстрее реагируют.

В автомобилестроении сенсору из титана, в отличие от сенсора из диоксида циркония, для правильной работы не требуется эталонный образец атмосферного воздуха.