Датчик концентрації кисню

Датчик кисню призначений для визначення концентрації кисню у відпрацьованих газах, склад яких залежить від співвідношення палива і повітря в суміші, яка подається в циліндри двигуна. Інформація, яку видає датчик у вигляді напруги (або зміни опору), використовується електронним блоком управління уприскуванням (або карбюратором) для коригування кількості палива, що подається.

Для оцінки складу паливо-повітряної суміші використовують коефіцієнт надлишку повітря - відношення кількості повітря, що надійшло в циліндри, до кількості повітря, теоретично необхідного для повного згоряння палива. У світовій практиці цей коефіцієнт називають лямбда. При стехиометрической суміші лямбда = 1, якщо лямбда <1 (недостаток воздуха), смесь называют богатой, при лямбда>1 (надлишок повітря) суміш називають бідною.
Найбільша економічність при повністю відкритій дросельної заслінки бензинового двигуна досягається при лямбда = 1,1-1,3. Максимальна потужність забезпечується, коли лямбда = 0,85-0,9.

Загальні відомості

У довідковій літературі датчик може називатися по-різному: кисневий датчик, регулятор "лямбда", лямбда-зонд, датчик концентрації кисню у відпрацьованих газах. Кисневі датчики бувають двох типів: електрохімічні і резистивні. Перший тип датчиків працює за принципом елемента, який виробляє електричний струм. Другий - працює, як резистор, змінюючи свій опір від умов середовища, в якій знаходиться.

Найбільшого поширення в даний час отримали електрохімічні датчики кисню. У них використовується властивість діоксиду цирконію створювати різницю електричних потенціалів (напруга) при різній концентрації кисню (у відпрацьованих газах та навколишньому повітрі).

При нормальній роботі системи подачі палива напругу, що виробляється датчиком кисню, може змінюватися кілька разів на секунду. Це дозволяє готувати і підтримувати необхідний склад паливної суміші практично на будь-якому режимі роботи двигуна.

Пристрій датчика кисню

Пристрій датчика кисню:

1 металевий корпус з різьбленням.
2 - ущільнювальне кольцо.c 3 - струмознімач електричного сигналу.
4 - керамічний ізолятор.
5 - проводка.
6 - манжета проводів ущільнювальна.
7 - струмопровідний контакт ланцюга підігріву.
8 - зовнішній захисний екран з отвором для атмосферного повітря.
9 - підігрів.
10 - наконечник з кераміки.
11 - захисний екран з отвором для відпрацьованих газів.

Основна частина датчика - керамічний наконечник, зроблений на основі діоксиду цирконію, на внутрішню і зовнішню поверхні якого методом напилення наноситься платина. З'єднання наконечника і корпусу виконано повністю герметичним, щоб уникнути попадання відпрацьованих газів у внутрішню порожнину датчика, що сполучається з атмосферою. Керамічний наконечник знаходиться в потоці відпрацьованих газів, що надходять через отвори в захисному екрані. Ефективна робота датчика можлива при температурі не нижче 300-350'С. Тому, для швидкого прогрівання після пуску двигуна, сучасні датчики постачають електричним нагрівальним елементом, що представляє з себе керамічний стрижень зі спіраллю розжарювання всередині. Датчики кисню з різною кількістю проводів: провід сигналу, провід "маси" сигналу, провід живлення підігріву, провід "маси" підігріву. Датчики без нагрівача можуть мати один, або два сигнальних дроти, датчики з вбудованим електричним нагрівачем - три або чотири дроти. Як правило, дроти світлих кольорів відносяться до нагрівача, а темних - до сигнального проводу. Всі елементи датчика кисню виготовлені з жаростійких матеріалів, так як його робоча температура може досягати 950 ° С. Вихідні дроти мають термостойкую ізоляцію.

Місце установки датчика кисню

У зв'язку з тим, що датчик кисню може виробляти електричний сигнал тільки при температурі 300-350 ° С і вище, датчики без нагрівача встановлюються в випускному трубопроводі ближче до двигуна, а з нагрівальними елементами - перед нейтралізатором.

У деяких автомобілях в каталітичному нейтралізаторі встановлений датчик температури, який не слід плутати з кисневим. Іноді встановлюється два кисневих датчика - до нейтралізатора і після нього.

Рік випуску автомобілів

Примітка. Приєднувальні роз'єми і довжина проводів у деяких датчиків кисню можуть не збігатися.

На кожному датчику кисню, як правило, позначено: найменування країни-виробника; найменування і (або) товарний знак підприємства-виготовлювача; умовне позначення типу.

Ресурс і періодичність контролю працездатності

Датчики кисню мають нерозбірну конструкцію і не вимагають обслуговування. Ресурс електрохімічних датчиків кисню становить від 60 до 80 тис. Км пробігу автомобіля при дотриманні умов експлуатації, порушення яких різко скорочує термін служби. Рекомендується перевіряти датчики кисню при кожному технічному обслуговуванні автомобіля.

Причини передчасного виходу з ладу датчика кисню:

1. Застосування етилованого бензину або невідповідної марки палива.
2. Використання при установці датчика герметиків, вулканизирующихся при кімнатній температурі або містять в своєму складі силікон.
3. Перегрів датчика через неправильно встановлений кут випередження запалювання, перезбагачення паливо-повітряної суміші, перебоїв в запаленні і т. Д.
4. Багаторазові (невдалі) спроби запуску двигуна через невеликі проміжки часу, що призводить до нагромадження незгорілого палива в випускному трубопроводі, яке може спалахнути з утворенням ударної хвилі.
5. Перевірка роботи циліндрів двигуна з відключенням свічок запалювання.
6. Попадання на керамічний наконечник датчика будь-яких експлуатаційних рідин, розчинників і миючих засобів.
7. Обрив, поганий контакт або замикання на "масу" вихідного ланцюга датчика.
8. Негерметичність в випускний системі.

Можливі ознаки несправності датчика кисню:

1. Нестійка робота двигуна на малих обертах.
2. Підвищений витрата палива.
3. Погіршення динамічних характеристик автомобіля.
4. Характерне потріскування в районі розташування каталітичного нейтралізатора після зупинки двигуна.
5. Підвищення температури в районі каталітичного нейтралізатора або його нагрівання до розпеченого стану.
6. На деяких автомобілях загоряння лампи "СНЕСК ЕNGINЕ" при сталому режимі руху.

Правила зняття і установки датчика:

1. Демонтаж датчика, щоб уникнути пошкоджень, виробляють тільки на холодному двигуні, перед цим від'єднують дроти датчика (при вимкненому запаленні).
2. Перед заміною датчика необхідно перевірити його маркування, яка повинна відповідати зазначеній в інструкції з експлуатації автомобіля.
3. Проводять зовнішній огляд, щоб:
- переконатися у відсутності механічних ушкоджень;
- перевірити наявність ущільнювального кільця;
- перевірити наявність на різьбової частини спеціальної противопригарного мастила.
4. Загортають від руки датчик кисню до упору і затягують із зусиллям 3,5-4,5 кгм. З'єднання має бути герметичним.
5. З'єднують електричний роз'єм (роз'єми).
6. Перевіряють працездатність по контрольованих параметрах. У деяких випадках датчик кріпиться до випускного трубопроводу за допомогою спеціальної пластини.

Між пластиною і випускним трубопроводом повинна знаходитися спеціальна герметизуюча прокладка. Основні контрольовані параметри Перевірка параметрів датчика кисню здійснюється при досягненні ним робочої температури (350 + 50 ° С) з використанням газоаналізатора, осцилографа, цифрового вольтметра і омметра.

Контролюються наступні параметри:

1. при значенні Лямбда = 0,9 (збагачена горюча суміш) напруга на сигнальному проводі має бути не менше 0,65 В;
2. при значенні лямбда = 1,1 (збіднена горюча суміш) напруга на сигнальному виведення має бути не більше 0,25 В;
3. час спрацьовування при збідненого горючої суміші - не більше 250 мс;
4. час спрацьовування при збагаченій горючій суміші - не більше 450 мс;
5. опір при температурі 350 + 50 "С не більше 10кОм.

Бензиновому двигуну для роботи потрібно суміш з певним співвідношенням повітря-паливо. Співвідношення, при якому паливо максимально повно і ефективно згорає, називається стехиометрическим і становить воно 14,7: 1. Це означає, що на одну частину палива слід взяти 14,7 частин повітря. На практиці ж співвідношення повітря-паливо змінюється в залежності від режимів роботи двигуна і сумішоутворення. Двигун стає неекономічним. Це і зрозуміло!
Коефіцієнт надмірності повітря - L (лямбда) характеризує - наскільки реальна паливно-повітряна суміш далека від оптимальної (14,7: 1). Якщо склад суміші - 14,7: 1, то L = 1 і суміш оптимальна. якщо L <1, значит недостаток воздуха, смесь обогащенная. Мощность двигателя увеличивается при L=0,85 - 0,95. Если L> 1, значить в наявності надлишок повітря, суміш бідна. Потужність при L = 1,05 - 1,3 падає, але зате економічність зростає. При L> 1,3 суміш перестає запалати і починаються пропуски в запалюванні. Бензинові двигуни розвивають максимальну потужність при недоліку повітря в 5-15% (L = 0,85 - 0,95), тоді як мінімальна витрата палива досягається при надлишку повітря в 10-20 %% (L = 1,1 - 1,2 ). Таким чином співвідношення L при роботі двигуна постійно змінюється і діапазон 0,9 - 1,1 є робочим діапазоном лямбда-регулювання. У той же час, коли двигун прогрітий до робочої температури і не розвиває великої потужності (наприклад працює на ХХ), необхідно по можливості більш суворе дотримання рівності L = 1 для того, щоб трикомпонентний каталізатор зміг повністю виконати своє призначення і скоротити обсяг шкідливих викидів до мінімуму.

Датчик кисню - він же лямбда-зонд - встановлюється в вихлопному колекторі таким чином, щоб вихлопні гази обтікали робочу поверхню датчика. Матеріал його як правило цирконієвий (використовується керамічний елемент на основі двоокису цирконію, покритий платиною) - гальванічний джерело струму, який змінює напругу в залежності від температури і наявності кисню в навколишньому середовищі. Конструкція його передбачає, що одна частина з'єднується з зовнішнім повітрям, а інша - з вихлопними газами всередині труби. Залежно від концентрації кисню у вихлопних газах, на виході датчика з'являється сигнал. Рівень цього сигналу, для датчиків систем уприскування кінця 80-х - початку 90-х років, може бути низьким (0,1. 0,2 В) або високим (0,8. 0,9В). Таким чином датчик кисню - це своєрідний перемикач (тригер), повідомляє контролеру впорскування про якісну концентрації кисню у відпрацьованих газах. Фронт сигналу між положеннями "Більше" і "менше" дуже малий. Настільки малий, що його можна не розглядати всерйоз. Контролер приймає сигнал з ЛЗ, порівнює його з значенням, прошитим в його пам'яті і, якщо сигнал відрізняється від оптимального для поточного режиму, коригує тривалість впорскування палива в ту чи іншу сторону. Таким чином здійснюється зворотний зв'язок з контролером уприскування і точне підстроювання режимів роботи двигуна під поточну ситуацію з досягненням максимальної економії палива та мінімізацією шкідливих викидів.

Лямбда-зонди бувають одно-, двох-, трьох- і чотирипровідні. Однопровідні і двопровідні датчики застосовувалися в найперших системах уприскування зі зворотним зв'язком (лямбда-регулюванням). Однопровідна датчик має тільки один провід, який є сигнальним. Земля етго датчика виведена на корпус і приходить на масу двигуна через різьбове з'єднання. Двопровідний датчик відрізняється від однопровідного наявністю окремого земляного дроти сигнальної ланцюга. Недоліки таких зондів: робочий діапазон температури датчика починається від 300 градусів. До досягнення цієї температури датчик не працює і не видає сигналу. Стало бути необхідно встановлювати цей датчик якомога ближче до циліндрів двигуна, щоб він підігрівався і обтічні найбільш гарячим потоком вихлопних газів. Процес нагріву датчика затягується і це вносить затримку в момент включення зворотного зв'язку в роботу контролера. Крім того, використання самої труби в якості провідника сигналу (земля) вимагає нанесення на різьблення спеціальної струмопровідної мастила при установці датчика у вихлопній трубопровід і збільшує ймовірність збою (відсутність контакту) в колі зворотного зв'язку.

Зазначених недоліків позбавлені трьох-і чотирипровідні лямбда зонди. У трьохпровідний ЛЗ доданий спеціальний нагрівальний елемент, який включений як правило завжди при роботі двигуна і, тим самим, скорочує час виходу датчика на робочу температуру. А так само дозволяє встановлювати лямбда-зонд на видаленні від вихлопного колектора, поруч з каталізатором. Однак залишається один недолік - струмопровідний вихлопної колектор і необхідність в токопроводящей мастилі.

Цього недоліку позбавлений чотирьохпровідний лямбда-зонд - у нього всі дроти служать для своїх цілей - два на підігрів, а два - сигнальні. При цьому вкручувати його можна так як заманеться.

Кілька слів про взаємозамінність датчиків. Лямбда-зонд з підігрівом може встановлюватися замість такого ж, але без підігріву. При цьому необхідно змонтувати на автомобіль ланцюг підігріву і підключити її до ланцюга, живиться при включенні запалення. Найвигідніше - в паралель до ланцюга харчування електробензонасоса. Не допускається зворотна заміна - установка однопровідного датчика замість трьох-і більш-дротових. Працювати не буде. Ну і звичайно необхідно, щоб різьблення датчика збігалася з різьбленням, нарізаної в штуцері.

Як зрозуміти наскільки працездатний датчик? Ввобще-то для цього буде потрібно осцилограф. Ну або спеціальний мотор-тестер, на дисплеї якого можна спостерігати осцилограму зміни сигналу на виході ЛЗ. Найбільш цікавими є порогові рівні сигналів високої та низької напруги (згодом, при виході датчика з ладу, сигнал низького рівня підвищується (понад 0,2 В - кримінал), а сигнал високого рівня - знижується (менше 0,8 - кримінал)), а також швидкість зміни фронту перемикання датчика з низького в високий рівень. Є привід замислитися про майбутню заміну датчика, якщо тривалість цього фронту перевищує 300 мсек. Це усереднені дані. У реальному житті для оцінки стану лямбда-зонда необхідно провести цикл вимірювань. Не маючи під рукою мотор-тестера або осцилографа визначити несправність лямбда-зонда можна користуючись бортовий системою діагностики, яка існує в контролері системи упорскування, яка фіксує у своїй пам'яті випадки, коли сигнал з ЛЗ виходив за певні межі. Фіксація несправностей виробляється за допомогою запам'ятовування спеціальних кодів, які можуть бути лічені в тестовому режимі. Однак не завжди можна з упевненістю поставити чіткий діагноз про несправності лямбда-зонда користуючись тільки бортовий системою діагностики. Про це варто пам'ятати! Не полінуйтеся з'їздити на діагностику. Але в деяких випадках можна з великою мірою впевненості стверджувати, що лямбда-зонд вийшов з ладу і підлягає заміні.

На що міняти? Найкраще - це міняти датчик на такий, який стоїть в списку запчастин для Вашого автомобіля. У такому випадку гарантія працездатності системи після заміни буде 100%. Але не завжди з фінансових міркувань вигідно ганятися за оригінальними каталожними датчиками. Адже той же Bosch випускає лямбда-датчики і для інших моделей. І вони за принципом роботи однакові, а зовні дуже схожі. Ну і що, що каталожний номер буде стояти інший. При правильній установці і грамотному підборі можна зекономити досить кругленьку суму, купивши "жігульовській" датчик від фірми Bosch за 10-20 $ замість точно такого ж по суті, але фірмового за 100 $ і працювати він буде нітрохи не гірше. Знайти ЛЗ в магазині зараз можна все частіше і частіше, а значить вони будуть дешевшати.

Для нічого не розуміють в даному питанні можна відразу написати взаємозамінність датчиків кисню:

• Замість рідного трипровідною датчика BOSCH O 258 003 021 стояв на машині я поставив без будь-яких проблем чотирьохпровідний "жігульовській" BOSCH O 258 005 133.

Отже: Ви походили по магазинах і купили заповітний шматочок металу з проводами.

Увага: Кисневий датчик містить дуже тендітні керамічні осередки. Щоб уникнути пошкодження новий ЛЗ не слід упускати, стукати по ньому.

Порядок заміни ЛЗ такий: