Лямбда-зонд ( Датчиков кислорода )

[Айболит]

Диагностика по сигналу, ЛЯМБДА–ЗОНД

Лямбда-зонд на основе оксида титана
Напряжение выходного сигнала лямбда-зонда на основе оксида титана колеблется в диапазоне от 10–100 mV до 4–5 V.
На изменение состава выхлопных газов такой зонд реагирует изменением своего электрического сопротивления. Сопротивление датчика высокое при низком содержании кислорода в отработавших газах (богатая
смесь) и резко снижается при обеднении топливовоздушной смеси. За счёт этого датчик шунтирует упающее от блока управления двигателем через резистор с оянным электрическим сопротивлением опорное напряжение 5 V. Выходной сигнал лямбда-зонда на основе оксида титана значительно быстрее реагирует на изменения уровня содержания кислорода в отработавших газах по сравнению со скоростью реакции датчика на основе оксида циркония.

Широкополосный лямбда-зонд
Выходной сигнал широкополосного лямбда-зонда в отличие от двухуровневых зондов несёт сведения не только о направлении отклонения состава рабочей смеси от стехиометрического, но и о его численном значении.
Анализируя уровень выходного сигнала широкополосного лямбда-зонда, блок управления двигателем рассчитывает численное значение коэффициента отклонения состава рабочей смеси от стехиометрического состава, что,
по сути, является коэффициентом ? (лямбда).
Выходное напряжение чувствительного элемента зонда изменяется в зависимости от уровня содержания кислорода в отработавших газах и от величины и полярности электрического тока, протекающего по кислородному насосу зонда. Блок управления двигателем генерирует и подаёт на кислородный насос зонда электрический ток, величина и полярность которого
обеспечивает поддержание выходного напряжения чувствительного элемента зонда на заданном уровне. В электрическую цепь кислородного насоса включен измерительный резистор, падение напряжения на котором и является мерой уровня содержания кислорода в отработавших газах.
Осциллограмма выходного напряжения лямбда-зонда SIEMENS (на основе оксида титана).
A – значение напряжения в момент времени указанный маркером.
В данном случае соответствует максимальному напряжению выходного сигнала лямбда-зонда и равно 4,5 V;
A-B – значение разности напряжений между двумя указанными маркерами моментами времени. В данном случае соответствует размаху выходного напряжения сигнала зонда и равно 4,4 V.

Тут подробно с фотографиями

[Айболит]

НТКашная лямбда

[Айболит]

Диагностика при помощи, датчика разрежения
В современных условиях ремонт автомобильного двигателя без грамотной диагностики невозможен. Диагностика тоже бывает разной.
Например, состояние механики двигателя можно диагностировать "на слух", "на запах", "на глаз" - самые примитивные методы, но при определенном опыте можно с некоторой вероятностью определить причину неисправности. Можно применить различные инструменты (компрессометр, вакуумметр и т.д.) - метод более точный, но требующий больших затрат времени. А можно объединить все известные методы диагностики с компьютерными технологиями. В результате получим современные методы диагностики, требующие минимальных затрат времени и усилий, но дающие несравненно более точные результаты. Кроме этого, появится возможность увидеть то, что раньше проконтролировать было невозможно.

Рассмотрим методы компьютерной диагностики состояния механики двигателя. Суть методов основана на том, что с помощью специальных датчиков при использовании многоканального цифрового осциллографа на базе ПК мы имеем возможность анализировать разные величины: разрежение во впускном коллекторе, давление в цилиндрах, пульсации давления отработавших газов в выхлопной трубе, пульсации давления картерных газов, пульсации давления масла в масляной магистрали, пульсации тока стартера. При этом мы можем засинхронизировать сигнал от индуктивного датчика, установленного на высоковольтный провод свечи первого цилиндра бензинового двигателя или от пьезодатчика, установленного на топливопроводе форсунки первого цилиндра дизельного двигателя. Таким образом, можно сделать вывод о принадлежности определенной аномалии конкретному цилиндру.

Проверка пульсацийразрежения во впускном коллекторе.

Подробно с фотографиями все здесь


Диагностика форсунок, инжекторные двигатели
В настоящее время в процессе диагностики системы управления двигателем в США широкое применение нашёл датчик FirstLook. В Интернете при желании вы отыщете много информации и отзывов об этом датчике. В данной статье я предлагаю рассмотреть возможность использования такого датчика при диагностике степени загрязнения форсунок, а также способы его самостоятельного изготовления.
Ни для кого не секрет, что качество отечественного бензина оставляет желать лучшего. Практика показала, что после 60 000
км пробега форсункибензинового инжекторного двигателя сильно загрязняются.
Но та же практика неумолимо свидетельствует и о том, что это может произойти значительно раньше.
В настоящее время в процессе диагностики системы управления двигателем в США широкое применение нашёл датчик FirstLook. В Интернете при желании вы отыщете много информации и отзывов об этом датчике. В данной статье я предлагаю рассмотреть возможность использования такого датчика при диагностике степени загрязнения форсунок, а также способы его самостоятельного изготовления.
Ни для кого не секрет, что качество отечественного бензина оставляет желать лучшего. Практика показала, что после 60 000 км пробега форсунки бензинового инжекторного двигателя сильно загрязняются. Но та же практика неумолимо свидетельствует и о том, что это может произойти значительно раньше.

Как проверить состояние форсунок на текущий момент по месту установки, без демонтажа?
Достоверно степень засорения можно выяснить только после их снятия с двигателя и проверки на специальном стенде. Но, если подсоединить датчик пульсаций FirstLook (или его аналог) к вакуумному штуцеру регулятора давления топлива в системе, и подключить его к осциллографу, то на мониторе можно будет видеть график перемещений мембраны регулятора давления топлива. По полученному графику и можно оценить состояние форсунок без их снятия с двигателя.
Подсоединение датчика пульсаций к регулятору давления топлива.
Датчик представляет собой пьезокерамическую мембрану, помещённую в корпус так, что она разделяет внутренний объём корпуса на две половины. Одна половина корпуса имеет открытое отверстие для обеспечения Андрей Бежанов системы безопасности
Диагностика форсунок инжек торных двигателей
По соединение датчика пульсаций к регулятору давленя топлива

Подробно с фотками здесь

[Айболит]

Датчиков кислорода (Лямбда-зонд)
Как известно, для правильной работы бензинового двигателя требуется определенное соотношение между объемами упающего топлива и воздуха. Соотношение (14,7:1) теоретически является наиболее оптимальным по критерию полного сгорания и называется коэффициентом избытка воздуха λ = 1 (рис.1). Назначением электронной системы управления подачей топлива является поддержание этого соотношения в пропорции, наиболее соответствующей температурным условиям, нагрузке на двигатель, достаточной динамике разгона, требованиям экономичности и защиты окружающей среды.
Коэффициент избытка воздуха λ, измеряется Лямбда-зондом (Oxygen Sensors, Lambda, ЛЗ), который расположен в выпускном коллекторе. При λ=1 смесь является оптимальной (рис.2). На некоторых типах автомобилей после катализатора установлен дополнительный датчик для учета "старения" основного и анализа состояния катализатора. В зависимости от выходного напряжения (Output Voltage) Oxygen Sensors, ECM (Electronic Control Module) корректирует параметры топливно-воздушной смеси.
При прогретом двигателе и исправной системе инжекторной системе, ECM и Oxygen Sensors находятся в замкнутой системе

С подробным описанием и фотографиями можно ознакомится здесь



Лямбда-зонд

Какие функции имеет лямбда-зонд?
Для улучшения параметров выхлопных газов разработаны трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы выхлопных газов с регулировкой состава горючей смеси в зависимости от содержания кислорода в выхлопных газах (лямбда-регулировкой).

Как функционирует эта технология?
Принцип мы все знаем: в двигателях сгорает органическое топливо, то есть бензин, и образующиеся при этом вредные газы выходят в окружающую среду. Чтобы смягчить этот неблагоприятный эффект, устанавливается каталитический нейтрализатор выхлопных газов, который преобразует выбросы в газы, не наносящие вреда окружающей среде.

Чтобы это гарантировать, между двигателем и каталитическим нейтрализатором выхлопных газов устанавливается так называемый лямбда-зонд, который измеряет с помощью электродов содержание остаточного кислорода в выхлопных газах и передает полученное таким образом значение в устройство управления работой двигателя. Здесь сигнал обрабатывается, и через карбюратор устанавливается оптимальная топливная смесь.

[Айболит]

Лямбда-зонд
При этом речь идет о кислородном датчике из двуокиси циркония (ZrO2), который функционирует по принципу В. Нернста (немецкий физхимик, 1864-1941). Он обнаружил, что нормальный потенциал электрода можно описать в зависимости от воздействующей концентрации кислорода.

Если этот принцип перенести на лямбда-зонд, это означает, что с помощью электродов, находящихся в лямбда-зонде, можно измерять содержание остаточного кислорода в выхлопных газах.

Зонд располагается в потоке выхлопных газов таким образом, что внешний электрод (внешний платиновый слой) омывается выхлопными газами, в то время как внутренний электрод располагается в окружающем воздухе.

Так как диоксид-циркониевая керамика примерно с температуры 300°С становится проводящей для ионов кислорода, при различном содержании кислорода между внешним и внутренним электродами образуется электрическое напряжение величиной максимум 1 Вольт. которое подается на кабельное подключение

Возникающая на внешнем электроде концентрация кислорода в большой мере зависит от отношения количества топлива к количеству воздуха в топливной смеси и химической реакции на поверхности электрода, и вследствие этого в зоне лямбда (l) имеет место скачкообразное изменение напряжения зонда.


Универсальные лямбда-зонды

Что такое универсальный датчик?
Первые кислородные датчики были разработаныв начале 80 годов, и NTK относиться к пионерам. Практически все производители автомобилей доверяют в первой комплектации качеству NTK, мировому лидеру в производстве кислородных датчиков. Для того, чтобы соответствовать требованиям рынка, NTK представило теперь 5 универсальных кислородных датчиков, которые полностью соответствуют высочайшим стандартам качества.
Это стало возможным также благодаря тому, что штекер уже установленного в автомобиль датчика применяется вновь. Специально разработанный способ соеднения обеспечивает долговременное, надежное и влагостойкое функционирование универсального лямбда-зонда.

Выигрывайте от преимуществ универсальных кислородных датчиков NTK:
Применяемость практически во всех автомобилях только 5 позициями
Низкие расходы по складированию, логистике + минимальное замораживание оборотных средств
Бесперебойные и быстрые авки
Простота в применении, монтаже
Высочайшее качество
Подробная инструкция по установке
Наглядное определение проводки по отношению коригинальным датчикaм

Датчики без принудительного подогрева
1 провод
Черный провод передает сигнал на устройство управления двигателем. Масса упает через резьбу датчика и через выпускной коллектор.

2 провода
Масса подается через серый провод на датчик


Лямбда-зонды с принудительным подогревом
3 провода
Черный провод передает сигнал на устройство управления двигателем. За счет напряжения, подаваемого через белые провода, датчик отапливается. Масса упает через резьбу датчика и через выпускной коллектор.

4 провода
Контакт с массой обеспечивается за счет серого провода.

[Айболит]

Лямбда-зонды – проверка работоспособности

С началом использования каталитических нейтрализаторов выхлопных газов лямбда-зонды заняли важное место в умах водителей, ответственно относящихся к охране окружающей среды. От работоспособности лямбда-зондов зависит, однако, не только эффективность каталитических нейтрализаторов выхлопных газов. Отказавшие или неисправные лямбда-зонды становятся причиной целого ряда проблем, как, например, повышенный расход топлива, отказ и повреждение каталитических нейтрализаторов выхлопных газов, плохие ходовые качества и - хотя последнее, но не менее важное - также невозможность пройти проверку на токсичность выхлопных газов (ТО).
По этим серьезным причинам функционирование лямбда-зондов следует регулярно проверять при каждой проверке и перед передачей автомобиля для контроля на токсичность выхлопных газов. При этом имеются различные, дополняющие друг друга методы:

Функциональные испытания с помощью осциллографа

Все тут https://www.remrai.ru/elektro/lyamba...kisloroda.html

[Айболит]

Зачем нужен "этот" лямбда-зонд
Автолюбитель пошел нынче грамотный - даже владельцев стареньких "Жигулей" не удивишь заморскими словечками ABS, ESP, Jetronic, катализатор, инжектор, лямбда-зонд... Последний термин, правда, больше волнует владельцев иномарок. Случается, в автомобиле вдруг "тяга" упала, он стал есть бензин: как не в себя, опять оштрафовали за СО, а причина всего этого неизвестна. На СТО мастера скажут: "Лямбда сдохла", предложат ее заменить, но цены! А не поможет, тогда что? Среди знакомых никто толком не знает, как к "лямбде" подступиться: "вещь в себе"... Действительно, лямбда-зонд - штука загадочная, но все же давайте попробуем в этой загадке разобраться.

Лямбда-датчик зондирует выхлоп
Зачем нужен лямбда-зонд
Жесткие экологические нормы давно узаконили применение на автомобилях каталитических нейтрализаторов (в обиходе - катализаторы) - устройств, способствующих снижению содержания вредных веществ в выхлопных газах. Катализатор вещь хорошая, но эффективно работает лишь при определенных условиях. Без оянного контроля состава топливно-воздушной смеси обеспечить катализаторам "долголетие" невозможно - вот тут и приходит на помощь датчик кислорода, он же О2-датчик, он же лямбда-зонд (ЛЗ).

Название датчика происходит от греческой буквы l (лямбда), которая в автомобилестроении обозначает коэффициент избытка воздуха в топливно-воздушной смеси. При оптимальном составе этой смеси, когда на 14,7 части воздуха приходится 1 часть топлива, l равна 1 (график 1). "Окно" эффективной работы катализатора очень узкое: l=1±0,01. Обеспечить такую точность возможно только с помощью систем питания с электронным (дискретным) впрыском топлива и при использовании в цепи обратной связи лямбда-зонда.

Избыток воздуха в смеси измеряется весьма оригинальным способом - путем определения в выхлопных газах содержания остаточного кислорода (О2). Поэтому лямбда-зонд и стоит в выпускном коллекторе перед катализатором. Электрический сигнал датчика считывается электронным блоком управления системы впрыска топлива (ЭБУ), а тот в свою очередь оптимизирует состав смеси путем изменения количества подаваемого в цилиндры топлива. На некоторых современных моделях автомобилей имеется еще один лямбда-зонд. Расположен он на выходе катализатора. Этим достигается большая точность приготовления смеси и контролируется эффективность работы катализатора (рис. 1).

График 1. Зависимость мощности двигателя (P) и расхода топлива (Q) от коэффициента избытка воздуха (l)
Полное сгорание и максимальная мощность достигается при l=1.

Рис. 1. Схема l-коррекции с одним и двумя датчиками кислорода двигателя
1 - впускной коллектор; 2 - двигатель; 3 - блок управления двигателем; 4 - топливная форсунка; 5 - основной лямбда-зонд; 6 - дополнительный лямбда-зонд; 7 - каталитический нейтрализатор.

[Айболит]

Принцип работы
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 (рис.2). 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.

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 (график 2).

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.

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 (рис. 3).

График 2. Зависимость напряжений лямбда-зонда от коэффициента избытка воздуха (l) при температуре датчика 500-800оС
А - условная точка средних показаний (Uвых " 0,5 В, при l=1,0). (Обогащение смеси (уменьшение О2 в выхлопе). Обеднение смеси (увеличение О2 в выхлопе).

Рис. 3. Конструкция датчика кислорода с подогревателем
1 - керамическое основание; 2, 8 - контакты НЭ; 3 - нагревательный элемент (НЭ); 4 - твердый электролит ZrO2 с напыленными платиновыми электродами; 5 - защитный кожух с прорезями; 6 - металлический корпус с резьбой крепления; 7 - уплотнительное кольцо; 9 - выводы датчика.

[Айболит]

Если ЛЗ "врет"
В этом случае ЭБУ начинает работать по усредненным параметрам, записанным в его памяти: при этом состав образующейся топливно-воздушной смеси будет отличаться от идеального. В результате появится повышенный расход топлива, неустойчивая работа двигателя на холостом ходу, увеличение содержания СО в отработавших газах, снижение динамических характеристик, но машина при этом остается на ходу. В некоторых моделях автомобилей ЭБУ реагирует на отказ лямбда-зонда очень серьезно и начинает так рьяно увеличивать количество подаваемого в цилиндры топлива, что запас горючего в баке "тает" на глазах, из трубы валит черный дым, СО "зашкаливает", а двигатель "тупеет" и на ближайшую СТО вам, скорее всего, придется добираться на буксире.

Перечень возможных неисправностей лямбда-зонда достаточно большой и некоторые из них (потеря чувствительности, уменьшение быстродействия) самодиагностикой автомобиля не фиксируются. Поэтому окончательное решение о замене датчика можно принять только после его тщательной проверки, которую лучше всего поручить специалистам. 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".

При сгоревшем или отключенном лямбда-зонде содержание СО в выхлопе возрастает на порядок: от 0,1 - 0,3% до 3 - 7% и уменьшить его значение не всегда удается, т. к. запаса хода винта качества смеси может не хватить. 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 практически невозможно.

Вообще лямбда-зонд - наиболее уязвимый датчик автомобиля с системой впрыска. Его ресурс составляет 40 - 80 тыс. км в зависимости от условий эксплуатации и исправности двигателя. Плохое состояние маслосъемных колец, попадание антифриза в цилиндры и выпускные трубопроводы, обогащенная топливно-воздушная смесь, сбои в системе зажигания сильно сокращают срок его службы. Применение этилированного бензина категорически недопустимо - свинец "отравляет" платиновые электроды лямбда-зонда за несколько бесконтрольных заправок.

Рис. 2. Схема датчика кислорода на основе диоксида циркония, расположенного в выхлопной трубе
1 - твердый электролит ZrO2; 2, 3 - наружный и внутренний электроды; 4 - контакт заземления; 5 - "сигнальный контакт"; 6 - выхлопная труба.

Рис. 4. Контактные выводы наиболее распространенных циркониевых лямбда-зондов
а - без подогревателя; б, с - с подогревателем.
* цвет вывода может отличаться от указанного.

[Айболит]

Махнем не глядя!
Рекомендованный заводом-изготовителем лямбда-зонд и сходные по конструкции циркониевые датчики взаимозаменяемы. Возможна замена неподогреваемых датчиков на подогреваемые (но не наоборот!). Однако при этом может возникнуть проблема несовместимости разъемов и отсутствия в машине цепи питания для нагревателя лямбда-зонда. Недостающие провода можно проложить самостоятельно, а вместо разъема использовать стандартные автомобильные контакты.

Цветовая маркировка выводов лямбда-зондов может различаться, но сигнальный провод всегда будет иметь темный цвет (обычно - черный). "Массовый" провод может быть белым, серым или желтым (рис. 4). Титановые лямбда-зонды от циркониевых легко отличить по цвету "накального" вывода подогревателя - он всегда красный. При замене 3-контактного лямбда-зонда на 4-контактный необходимо надежно соединить с "массой" автомобиля провод заземления подогревателя и сигнальный "минус", а накальный провод подогревателя через реле и предохранитель подключить к "плюсу" аккумулятора.

Подключение напрямую к катушке зажигания нежелательно, т. к. в цепи ее питания может стоять понижающее сопротивление. Подключиться к контактам топливного насоса достаточно сложно. Лучше всего подключить реле подогревателя лямбда-зонда к замку зажигания.
Редакция благодарит специалистов фирмы "ЭСО-Автотехникс" и центра "Инжектор-сервис" за помощь в подготовке статьи.

Владимир Корницкий. Фото автора.