Температура датчика кислорода

Технические статьи, ремонт автомобилей

Датчик кислорода (Oxigen Sensor)

Датчик кислорода предназначен для определения концентрации кислорода в отработавших газах. Его количество зависит от соотношения топлива и воздуха в смеси, подаваемой в цилиндры двигателя. Датчик выдаёт информацию на блок EFI в виде напряжения или изменения сопротивления. По этим данным блок EFI регулирует количество впрыскиваемого бензина в цилиндры.

Существует такой параметр топливо-воздушной смеси, как l (лямбда) - коэффициент избытка воздуха. Он показывает во сколько раз количество воздуха в смеси превышает стехиометрическое значение (14,7 кг воздуха на 1 кг топлива).

Двигатель может работать при значениях l = 0,85-1,3. Значения меньше 1 соответствуют богатой смеси, больше 1 - бедной.

Принцип действия

Существуют два типа датчиков определения концентрации кислорода в выхлопных газах, это датчики на основе двуокиси циркония или циркониевые и на основе двуокиси титана. Первые работают по принципу выработки напряжения, вторые - изменения сопротивления.

Датчики на основе двуокиси титана широкого распространения не получили, поэтому их рассматривать не будем, а рассмотрим циркониевые.

Датчик концентрации кислорода в выхлопных газах расположен на выпускном коллекторе. По сути своей датчик является гальванической батареей, содержащей цилиндрический электрод из двуокиси циркония, который изнутри и снаружи покрыт платиной. Наружная сторона электрода находится в атмосфере, а внутренняя - в выхлопных газах. Пористое керамическое покрытие предохраняет электрод от разрушения выхлопными газами.

Воздух из атмосферы действует как один полюс батареи, а выхлопные газы, как другой, а двуокись циркония - как электролит. Чем выше содержание кислорода, тем ниже разность потенциалов, тем ниже напряжение на выводах датчика (0,45 Вольт или меньше). При низком содержании кислорода (богатая смесь), разность потенциалов высока и выходное напряжение выше (от 0,45 до 1 Вольта).

Особенность циркониевых датчиков в том, что они имеют "релейную" характеристику, т.е. скачкообразное изменение напряжения при малых изменениях l. Так при l = 1,02 напряжение около нескольких милливольт, а при = 0,98 - около вольта (см. график на рис.1).

Принцип работы следующий: на установившемся режиме сигнал с датчика кислорода имеет вид - рис.2. Это происходит, потому что во время работы постоянно меняется состав топливо-воздушной смеси в пределах l от 0,97 (0,98) до 1,02 (1,03). При значении l = 0,97 с датчика поступает сигнал большого напряжения, "говорящий" блоку EFI, что смесь богатая. Блок EFI корректирует подачу топлива в сторону уменьшения и содержание кислорода в выхлопных газах возрастает, что и фиксирует датчик кислорода резким уменьшением напряжения. В свою очередь блок EFI увеличивает подачу топлива. Таким образом получается замкнутый цикл, см. рис.3.

Следует отметить, что циркониевый датчик начинает работать после прогрева до температуры 300 - 400 0 С. До прогрева датчика компьютер осуществляет работу двигателя без учёта сигнала этого датчика. После прогрева датчика компьютер осуществляет регулировку работы двигателя с учётом сигнала с данного датчика и обеспечивает стехиометрическое соотношение топлива и воздуха в смеси во всём диапазоне частот вращения и нагрузок. Исключение - режим максимальной мощности (богатая смесь l = 0,86 -0,88), режим ускорения (обогащённая смесь) и торможения двигателем (сильно бедная смесь).

Важным параметром для датчика кислорода является время срабатывания - это время, за которое напряжение на выходе с датчика изменяется от одного значения до другого. Как правило неисправность датчиков заключается именно в большом времени срабатывания, а так как при этом выдаваемое напряжение лежит в рабочем диапазоне, то блок EFI эту неисправность сам определить не может.

Ресурс и периодичность контроля работоспособности

Датчики кислорода имеют неразборную конструкцию и не требуют обслуживания. Ресурс циркониевых датчиков кислорода составляет от 60 до 80 тыс. км пробега автомобиля при соблюдении условий эксплуатации, нарушение которых резко сокращает срок службы. Рекомендуется проверять датчики кислорода при каждом техническом обслуживании автомобиля.

Причины преждевременного выхода из строя датчика кислорода

1. Применение этилированного бензина или несоответствующей марки топлива.

2. Использование при установке датчика герметиков, вулканизирующихся при комнатной температуре или содержащих в своем составе силикон.

3. Перегрев датчика из-за неправильно установленного угла опережения зажигания, переобогащения топливо-воздушной смеси, перебоев в зажигании и т. д.

4. Многократные (неудачные) попытки запуска двигателя через небольшие промежутки времени, что приводит к накапливанию несгоревшего топлива в выпускном трубопроводе, которое может воспламениться с образованием ударной волны.

5. Проверка работы цилиндров двигателя с отключением свечей зажигания.

6. Попадание на керамический наконечник датчика любых эксплуатационных жидкостей, растворителей и моющих средств.

7. Обрыв, плохой контакт или замыкание на "массу" выходной цепи датчика.

8. Негерметичность в выпускной системе.

Возможные признаки неисправности датчика кислорода

1. Неустойчивая работа двигателя на малых оборотах.

2. Повышенный расход топлива.

3. Ухудшение динамических характеристик автомобиля.

4. Характерное потрескивание в районе расположения каталитического нейтрализатора после остановки двигателя.

5. Повышение температуры в районе каталитического нейтрализатора или его нагрев до раскаленного состояния.

6. На некоторых автомобилях загорание лампы "СНЕСК ЕNGINЕ" при установившемся режиме движения.

Контролируемые параметры при проверке датчика кислорода

1. при значении l = 0,9 (обогащенная горючая смесь) напряжение на выходе с датчика должно быть не менее 0,65 В;

2. при значении l = 1,1 (обедненная горючая смесь) напряжение на выходе с датчика должно быть не более 0,25 В;

3. время срабатывания при обедненной горючей смеси - не более 250 мс;

4. время срабатывания при обогащенной горючей смеси - не более 450 мс;

5. сопротивление при температуре 350 ± 50 0 С не более 10 кОм.

Ремонт датчика кислорода

Лямбда-зонд, он же датчик кислорода, позволяет оценивать количество оставшегося свободного кислорода в выхлопных газах. Его показания позволяют ЭБУ корректировать состав смеси. Неисправности датчика кислорода могут вызвать неправильную работу двигателя. Перед тем, как его заменить попробуйте восстановить датчик кислорода своими руками .

Для начала разберемся, где находится и для чего нужен лямбда-зонд :

Работа датчика кислорода

После запуска двигателя, находясь в выпускном коллекторе датчик кислорода начинает работать не сразу. Выхлопные газы обтекают рабочую поверхность датчика и он нагревается. Вступает в работу лишь тогда, когда температура становиться более 360 °C. Для ускорения прогрева в него монтируют электронагреватель, потому обычно датчик имеет пару сигнальных проводов и пару от подогревателя.

Датчик реагирует на разницу между уровнем кислорода в выхлопных газах и в атмосфере, вырабатывая на выходе соответствующую разность потенциалов. Поскольку некоторое количество кислорода должно присутствовать в выхлопе для нормального дожигания СО и СН на катализаторе, для более точного регулирования используют второй датчик кислорода. который располагают за катализатором.

Первые 5-7 минут после запуска двигателя ЭБУ корректирует состав смеси на основании показаний других датчиков и по усредненным параметрам. После этого времени, когда датчик кислорода нагрелся до рабочей температуры, тогда ЭБУ подключает его параметры в общую формулу расчета.

Ошибка датчика кислорода может быть вызвана неисправностью цепи подогрева. В следствии чего, датчик будет не успевать прогреваться за отведенное ему время, а это значит появятся неверные сигналы датчика кислорода. Топливная смесь будет не подходящей, что негативно сказывается на работе двигателя (большой расход топлива. плавают обороты на холостых, машина не едет). Как только датчик кислорода прогреется до рабочей температуры, то все симптомы пропадают.

Ресурс датчика кислорода ВАЗ может достигать 100-150тыс.км. но сервисная замена датчика кислорода на десятке должна проходить в промежутке 60-80тыс.км.

Как проверить датчик кислорода ?

Чтобы сделать точное заключение о работоспособности датчика, нужно воспользоваться осциллографом. В остальных случаях определить состояние лямда-зонда можно только косвенно.

Восстановление лямбда-зонда

Частая причина неисправностей вызвана нагаром, который препятствует улавливанию кислорода и, соответственно, искажает выходной сигнал.

Очищать нагар механическими средствами нельзя, поскольку такой метод повредит напыление металла. Остается лишь прибегнуть к помощи химии.

Вскрываем датчик, для этого отпиливаем сначала первый, а затем и второй защитные колпачки. Цель: добраться до белого керамического стержня с нагаром такого же цвета.

Чтобы очистить стержень датчика от нагара потребуется ортофосфорная кислота, которая может входить в состав преобразователя ржавчины. Перед использование средств очистки убедитесь, что они не оставляют после себя защитный слой.

Погружаем в средство для очистки наш датчик на 20 минут. В течении этого времени жидкость начнет мутнеть, а нагар сходить (допускается использование мягкой кисточки).

Также избавиться от нагара позволяет нагревание, особенно, если после нагрева резко охладить стержень. Перепад температур вынуждает нагар трескаться и отваливаться, как скорлупу.

После очистки прихватываем колпачки на несколько точек полуавтоматической кемпи-сварки.

Датчик кислорода ВАЗ 2110. как датчики иномарок имеют аналогичное строение, поэтому такая чистка лямбда-зонда подойдет каждому автолюбителю.

Источник фото:

Что нужно знать о лямбде (датчик кислорода)

Устройство:

1- металлический корпус с резьбой.

2 - уплотнительное кольцо.c 3 - токосъемник электрического сигнала.

4 - керамический изолятор.

5 - проводка.

6 - манжета проводов уплотнительная.

7 - токопроводящий контакт цепи подогрева.

8 - наружный защитный экран с отверстием для атмосферного воздуха.

9 - подогрев.

10 - наконечник из керамики.

11 - защитный экран с отверстием для отработавших газов

Место установки датчика кислорода.

В связи с тем, что датчик кислорода может вырабатывать электрический сигнал только при температуре 300-350°С и выше, датчики без нагревателя устанавливаются в выпускном трубопроводе ближе к двигателю, а с нагревательными элементами - перед нейтрализатором.

В некоторых автомобилях в каталитическом нейтрализаторе установлен датчик температуры, который не следует путать с кислородным. Иногда (ФМ-3)устанавливается два кислородных датчика - до нейтрализатора и после него (ST220 - два ката и 4 лямбды).

1. назначение, применение.

Для корректировки оптимальной смеси горючего с воздухом

применение приводит к повышению экономичности автомобиля, влияет на мощность двигателя, динамику, а также на экологические показатели.

Бензиновому двигателю для работы требуется смесь с определенным соотношением воздух-топливо. Соотношение, при котором топливо максимально полно и эффективно сгорает, называется стехиометрическим и составляет оно 14,7:1. Это означает, что на одну часть топлива следует взять 14,7 частей воздуха. На практике же соотношение воздух-топливо меняется в зависимости от режимов работы двигателя и смесеобразования. Двигатель становится неэкономичным. Это и понятно!

Таким образом датчик кислорода - это своеобразный переключатель (триггер), сообщающий контроллеру впрыска о качественной концентрации кислорода в отработавших газах. Фронт сигнала между положениями "Больше" и "меньше" очень мал. Настолько мал, что его можно не рассматривать всерьез. Контроллер принимает сигнал с ЛЗ, сравнивает его с значением, прошитым в его памяти и, если сигнал отличается от оптимального для текущего режима, корректирует длительность впрыска топлива в ту или иную сторону. Таким образом осуществляется обратная связь с контроллером впрыска и точная подстройка режимов работы двигателя под текущую ситуацию с достижением максимальной экономии топлива и минимизацией вредных выбросов.

Функционально лямбда-зонд работает, как переключатель и выдает опорное напряжение (0.45V) при низком содержании кислорода в выхлопных газах. При высоком уровне кислорода датчик О2 снижает снижает свое напряжение до

0.1-0.2В. При этом, важным параметром является скорость переключения датчика. В большинстве систем впрыска топлива О2-датчик имеет выходное напряжение от от 0.04..0.1 до 0.7. 1.0В. Длительность фронта должна быть не более 120мСек. Следует отметить, что многие неисправности лямбда-зонда контроллерами не фиксируются и судить о его исправной работе можно только после соответствующей проверки.

Лямбда-зонд действует по принципу гальванического элемента с твердым электролитом в виде керамики из диоксида циркония (ZrO2). Керамика легирована оксидом иттрия, а поверх нее напылены токопроводящие пористые электроды из платины. Один из электродов «дышит» выхлопными газами, а второй – воздухом из атмосферы. Эффективное измерение остаточного кислорода в отработавших газах лямбда-зонд обеспечивает после разогрева до температуры 300 – 400оС. Только в таких условиях циркониевый электролит приобретает проводимость, а разница в количестве атмосферного кислорода и кислорода в выхлопной трубе ведет к появлению на электродах лямбда-зонда выходного напряжения.

Для повышения чувствительности лямбда-зондов при пониженных температурах и после запуска холодного двигателя используют принудительный подогрев. Нагревательный элемент (НЭ) расположен внутри керамического тела датчика и подключается к электросети автомобиля

Элемент зонда, сделанный на основе диоксида титана не производят напряжение а меняет свое сопротивление (нас этот тип не касается).

При пуске и прогреве холодного двигателя управление впрыском топлива осуществляется без участия этого датчика, а коррекция состава топливо-воздушной смеси осуществляется по сигналам других датчиков (положения дроссельной заслонки, температуры охлаждающей жидкости, числа оборотов коленвала и др.). Особенностью циркониевого лямбда-зонда является то, что при малых отклонениях состава смеси от идеального (0,97 Ј l Ј 1,03) напряжение на его выходе изменяется скачком в интервале 0,1 - 0,9 В

Кроме циркониевых, существуют кислородные датчики на основе двуокиси титана (TiO2). При изменении содержания кислорода (О2) в отработавших газах они изменяют свое объемное сопротивление. Генерировать ЭДС титановые датчики не могут; они конструктивно сложны и дороже циркониевых, поэтому, несмотря на применение в некоторых автомобилях (Nissan, BMW, Jaguar), широкого распространения не получили.

2. Совместимость, взаимозаменяемость.

-принцип работы лямбда-зонда у всех производителей в общем одинаков. Совместимость чаще всего обусловлена на уровне посадочных размеров.

-различаются монтажными размерами и разъемом

-Можно купить оригинальный датчик б/у, что чревато пустыми тратами: на нем не написано, в каком он состоянии, а проверить вы его сумеете только на автомобиле

а) с подогревом и без подогрева

б) кол-вом проводов: 1-2-3-4 т.е. соответственно и комбинацией с/без подогрева.

в) из разных материалов: циркониево-платиновые и подороже на основе двуокиси титана (TiO2)

Титановые лямбда-зонды от циркониевых легко отличить по цвету «накального» вывода подогревателя – он всегда красный.

г) широкополосная для дизелей и двигателей работающих на обедненной смеси.

4. Как и почему умирает.

- плохой бензин, свинец, железо забивают платиновые электроды за несколько "удачных" заправок.

- масло в выхлопной трубе - Плохое состояние маслосъемных колец

-попадание на нее моющих жидкостей и растворителей

-"хлопки" в выпуске разрушающие хрупкую керамику

- перегрев его корпуса из-за неправильно установленного угла опережения зажигания, сильно переобогащенной топливной смеси.

- Попадание на керамический наконечник датчика любых эксплуатационных жидкостей, растворителей, моющих средств, антифриза

- обогащенная топливно-воздушная смесь,

- сбои в системе зажигания, хлопки в глушителе

- Использование при установке датчика герметиков, вулканизирующихся при комнатной температуре или содержащих в своем составе силикон

- Многократные (неудачные) попытки запуска двигателя через небольшие промежутки времени, что приводит к накапливанию несгоревшего топлива в выпускном трубопроводе, которое может воспламениться с образованием ударной волны.

- Обрыв, плохой контакт или замыкание на "массу" выходной цепи датчика.

Ресурс датчика содержания кислорода в выхлопных газах обычно составляет от 30 до 70 тыс.км. и в значительной степени зависит от условий эксплуатации. Дольше служат, как правило, датчики с подогревом. Рабочая температура для них обычно 315-320°C.

Перечень возможных неисправностей лямбда-зонда:

-неработающий подогрев

-потеря чувствительности - уменьшение быстродействия

Причем это как правило самодиагностикой автомобиля не фиксируются.

Решение о замене датчика можно принять после его проверки на осцилографе.

Следует особо отметить, что попытки замены неисправного лямбда-зонда имитатором ни к чему не приведут - ЭБУ не распознает "чужие" сигналы, и не использует их для коррекции состава приготавливаемой горючей смеси, т.е. попросту "игнорирует".

Можно использовать и такой способ:

Если лямбда работала на нашем бензине более 2-3-х лет то можно не тратиться на ее проверку.

Ее стоит менять уже хотя бы по возрасту. Быстродействие все равно уже далеко от оптимального.

В автомобилях, система l-коррекции которых имеет два кислородных датчика, дело обстоит еще сложнее. В случае отказа второго лямбда-зонда (или "пробивки" секции катализатора) добиться нормальной работы двигателя сложно.

Как понять насколько работоспособен датчик?

Для этого потребуется осциллограф. Ну или специальный мотор-тестер, на дисплее которого можно наблюдать осциллограмму изменения сигнала на выходе ЛЗ. Наиболее интересными являются пороговые уровни сигналов высокого и низкого напряжения (со временем, при выходе датчика из строя, сигнал низкого уровня повышается (более 0,2В - криминал), а сигнал высокого уровня - снижается (менее 0,8В - криминал)), а также скорость изменения фронта переключения датчика из низкого в высокий уровень. Есть повод задуматься о предстоящей замене датчика, если длительность этого фронта превышает 300 мсек.

Это усредненные данные.

Возможные признаки неисправности датчика кислорода:

- Неустойчивая работа двигателя на малых оборотах.

- Повышенный расход топлива.

- Ухудшение динамических характеристик автомобиля.

- Характерное потрескивание в районе расположения каталитического нейтрализатора после остановки двигателя.

- Повышение температуры в районе каталитического нейтрализатора или его нагрев до раскаленного состояния.

- На некоторых автомобилях загорание лампы "СНЕСК ЕNGINЕ" при установившемся режиме движения

5. Как снять - установить.

Нужен подходящий ключ.

Для установки оптимально спец. высокая головка с прорезью для проводов и гранями снаружи.

Откручивать лучше на горячую, меньше риск сорвать прикипевшую резьбу.

Резьбовая часть как правило уже имеет спец смазку (высокотемпературную, токопроводящую). можно добавить и графитки.

Разъем надо поднять повыше оберегая от воды и грязи. Контакты смазать.

Если провода скручивались их тоже надо покрыть графиткой - окисляться не будут.

Насчет пайки надо хорошо подумать.

Дело в том что лямбда получает кислород по эл. проводам. Обратите внимание все разъемы лямбд непаянные а обжимные.

Полагаю лучше так и делать, обжимать-скручивать.

Снимать датчик стоит при работающем двигателе особого смысла нет. Он не так уж быстро остывает. А шанс получить пару ожогов есть реальный.

Просто пока трубопровод и датчик горячий.

После замены неплохо бы обнулить память путем снимания на 5-10 минут (-)клеммы с аккумулятора.

6. Для маргиналов. "Оживление" лямбды.

Во Владивостоке технология "оживления" лямбда-зонда уже отработана. Оказывается, достаточно продержать датчик десять минут в ортофосфорной кислоте при комнатной температуре, затем промыть водой - и он снова в строю. Правда, сигнал восстанавливается не сразу, а через час-полтора работы двигателя.

Для промывки датчик лучше вскрыть. На токарном стаже тонким резцом срезают у самого основания колпачок с отверстиями. Датчик (он представляет собой керамический стержень с напыленными платиновыми полосками) окунают в кислоту. Кислота разрушает нагар и свинцовую пленку на поверхности стержня. Важно не передержать датчик - могут разрушиться токопроводящие платиновые электроды. Зачищать его шкуркой или другим абразивом нельзя по той же причине. Очистив стержень от токопроводящей пленки, его промывают в воде и крепят колпачок каплей нержавеющей проволоки аргоновой сваркой.

Ученые из дальневосточного отделения РАН предлагают другой путь восстановления - более сложный и весьма надежный. Как известно из физики, плотность тока в газах определяется концентрацией ионов, их подвижностью и величиной заряда. В выхлопных газах ионы образуются от нагрева. Поскольку температура (стало быть, подвижность ионов) и напряженность поля (на электроды подается напряжение 1 В) известны, выходные его характеристики зависят лишь от концентрации ионов. Их замеряют осциллографом и частотомером (около 2 МГц). Далее на ультразвуковом диспергаторе в эмульсионном растворе проводится "мягкая зачистка" напыленных электродов. Возможен электролиз вязких металлов, осевших на их поверхности. При этом учитываются конструктивные особенности зонда и материал (металлокерамика или фарфор) с напылением малоинерционных металлов (платина, барий, цирконий и пр.). Восстановленный датчик испытывают приборами и устанавливают на автомобиль. Операцию можно проводить многократно.

Так российские инженеры и ученые доказали справедливость пословицы: "Голь на выдумки хитра", сумев разработать простую и остроумную технологию.

Информацию собрал и отредактировал MAIKLE.

Рекомендуем также прочитать
Для чего применяются различные схемы подключения датчиков температуры сопротивления?
Сравнение различных видов датчиков температуры
Коды ошибок с расшифровкой додж караван крайслер вояджер
Духовые шкафы Одним нажатием кнопки
Компьютерный термометр с датчиками DS18S20/B20.