Принцип работы датчика кислорода: Лямбда-зонд (датчик кислорода). Устройство лямбда-зонда

Содержание

Принципы работы датчиков в газоанализаторе

Принципы работы датчиков в газоанализаторе

19.02.2020

При выборе того или иного газоанализатора можно опираться на различные критерии, но критически важно подобрать подходящий для поставленной задачи принцип измерения, руководствуясь типом измеряемого газа, средой, в которой выполняются измерения, и целью.

На сегодняшний день самыми востребованными типами датчиков являются:

• термокаталитический
• термокондуктивный
• полупроводниковый
• электрохимический
• гальванический
• инфракрасный (оптический)
• интерферометрический
• фотоионизационный (ФИД)
• пиролитический
• фотометрический

Термокаталитический

Самый распространенный и универсальный тип датчика, принцип работы которого основан на вычислении количества тепла, выделяемого при сгорании горючего газа или паров в катализаторе.

Керамический принцип является разновидностью термокаталитического, однако в отличие от последнего использует другой тип катализатора – мелкодисперсный (керамический). Архитектурно датчик состоит из двух чувствительных элементов – рабочего и компенсирующего. Рабочий элемент представляет собой спираль из драгоценного металла (как правило, платины) и катализатора, чувствительного к горючим газам. Воздушная смесь, содержащая горючий газ, вступает в реакцию с катализатором, увеличивая температуру элемента, и, как следствие, приводит к изменению электрического сопротивления спирали в почти линейной зависимости от концентрации газа. Компенсирующий элемент состоит из платиновой спирали и стекла, которое не обладает чувствительностью к горючим газам, и предназначен для компенсации окружающих условий.

   

  
Преимущества термокаталического датчика: линейность выходной характеристики, быстрый отклик, устойчивость к изменениям в температуре и влажности окружающей среды, а также долговечность.  
Применение: измерение довзывоопасных концентраций (ДВК) горючих газов и паров в диапазоне от 0 до 100% НКПР.  
Газоанализаторы: GP-03, GX-2009, GX-3R/Pro, GX-2012, GX-8000, GD-A80, SD-1GP
Преимущества керамического датчика: линейность характеристики, более быстрый отклик, возможность измерения ПДК (в единицах млн-1), устойчивость к изменениям в окружающих условиях. 
Применение: измерение довзрывоопасных концентраций (ДВК) и предельно-допустимых концентраций (ПДК) горючих газов и паров. 
Газоанализаторы
: GX-6000, SD-1NC

Термокондуктивный
Принцип работы термокондуктивного датчика основан на измерении разницы в теплопроводности. Как в случае с термокаталитическим датчиком, сенсор состоит из рабочего и компенсирующего элемента. Контакт с газом происходит на рабочем элементе, а компенсирующий элемент изолирован. При попадании целевого газа на рабочий элемент происходит изменение в теплоотдаче, связанное с теплопроводностью и приводящее к росту температуры элемента. Это, в свою очередь, приводит к изменению сопротивления платиновой спирали. 


Полупроводниковый
В данном типе датчиков используется полупроводник с металлоксидным напылением, сопротивление которого меняется при контакте с газом. Датчик состоит из нагревательной спирали и проводника, нанесенного на трубку из глинозёма, а по краям трубки находятся контакты из драгоценного металла, предназначенные для измерения сопротивления. При попадании газа на поверхность датчика он окисляется, что приводит к уменьшению электрического сопротивления, которое преобразуется в концентрацию. 


Преимущества: линейная характеристика, стабильность показаний, долговечность, возможность измерения негорючих газов (аргона, азота и углекислого газа), а также возможность измерений в бескислородной среде.   
Применение: измерение высоких концентраций горючих газов и паров.
Газоанализаторы: GX-2012, GX-8000
Преимущества: чувствительность к сверхнизким концентрациям, которые сложно фиксировать другими типами датчиков, долговременная стабильность, устойчивость к отравлению, а также селективность.
Применение:  измерение ПДК широкого спектра токсичных и горючих газов.
Газоанализаторы: GX-2012GT, GD-A80V, SD-1GH

Электрохимический Гальванический
В основе данного принципа измерения лежит процесс электролиза. Датчик состоит из трех электродов — рабочего (газопроницаемой пленки с нанесенным катализатором из драгоценного металла), референсного и интегрирующего, — которые размещены в пластиковом корпусе с электролитом. В датчике используется потенциостатическая цепь, которая обеспечивает постоянное напряжение между рабочим и референсным электродами. Ток, возникающий в ходе химических реакций на рабочем и интегрирующем электродах, пропорционален концентрации измеряемого газа.


Принципиальная схема датчика гальванического типа повторяет простой аккумулятор: датчик состоит из катода, изготовленного из драгоценного металла, анода (проволоки), которые помещены в электролит, а также разделительной мембраны, прикрепленной к внешней стороне катода. Кислород, проходя через разделительную мембрану, на катоде восстанавливается, а на аноде — окисляется. Возникающий электрический ток конвертируется в напряжение и в таком виде подается на выход, при этом напряжение пропорционально концентрации кислорода. 


Преимущества: линейный выходной сигнал, высокая точность и хорошая воспроизводимость результатов.
Применение: измерение ПДК токсичных веществ.
Газоанализаторы: HS-03, CO-03, CX-5, GX-3R/Pro, GX-2012, GX-6000, GX-8000, RX-8500, RX-8700, SC-8000, TP-70D, SD-1EC, GD-70D
Преимущества: простота, долговечность в сравнении с электрохимическим датчиком, не требует внешнего питания, линейная выходная характеристика, быстрый отклик и отсутствие зависимости от колебаний температуры/влажности.
Газоанализаторы: OX-03, GX-2012/GT, GX-6000, GX-8000, RX-8000, RX-8500, RX-8700, SD-1OX, GD-70D

Инфракрасный (оптический)
Данный принцип измерения основан на известном факте о том, что многие газы поглощают инфракрасные лучи и каждый из этих газов имеет определенный спектр поглощения. Сенсор состоит из источника ИК-света и датчика, между которыми установлены оптический фильтр и измерительная ячейка. Поступая в измерительную ячейку, газ поглощает некоторое количество инфракрасного света, а датчик при этом фиксирует снижение интенсивности поступающего ИК-света и на базе известной зависимости (калибровочной кривой) генерирует выходной сигнал. Несмотря на то, что зависимость не линейная, она хороша известна производителям датчиков. 


Интерферометрический
Принцип интерферометрии основан на измерении коэффициента рефракции газа. Архитектурно интерферометрический сенсор состоит из источника света и оптической системы из зеркал, линз, призмы и светочувствительного датчика. Свет от источника разделяется плоскопараллельным зеркалом на два луча (А и В) и отражается призмой. Луч А движется по круговому маршруту через камеру D, наполненную измеряемым газом, а луч В – через камеру E с референсным газом. После этого лучи А и В встречаются в точке С зеркала и, проходя через систему зеркал и линз, формируют на светочувствительном датчике картину интерференции. Данная картина сдвигается в пропорции к разнице в коэффициенте рефракции между измеряемым и референсным газами. Датчик измеряет сдвиг, чтобы измерить коэффициент рефракции, и преобразует его в концентрацию газа или количество тепла. 


Преимущества: быстрый отклик, повторяемость, стабильность при изменении окружающих условий, отсутствие эффектов старения и отравления.
Применение:  измерение довзывоопасных концентраций (ДВК) горючих газов и паров в диапазоне от 0 до 100% НКПР, а также концентрации в диапазоне от 0 до 100% объема.
Газоанализаторы: GX-3R Pro, GX-6000, RX-8000, RX-8500, RX-8700, SD-1RI
Преимущества: низкая погрешность измерений, долговременная стабильность, высокая линейность и быстрый отклик, отсутствие влияния изменений в температуре и давлении (за счет механизма коррекции).   
Применение: измерение концентраций горючих газов, углекислого газа и элегаза, а также калорийности природного газа.
Газоанализаторы: FI-8000

Фотоионизационный (ФИД)
В фотоионизационных датчиках измеряемый газ ионизируется с помощью ультрафиолетового света, а это, в свою очередь, приводит к возникновению электрического тока. Когда газ попадает в ионизационную камеру, он подвергается воздействию УФ-света, под воздействием которого газ начинает терять электроны и генерировать катионы (положительные ионы). Электроны и катионы, в свою очередь, притягиваются катодом и анодом, возбуждая электрический ток, который пропорционален значению концентрации. Для ионизации требуются фотоны с энергией выше энергии данного конкретного газа, поэтому в ФИД, как правило, используют УФ-лампы с энергией 10,6 эВ (изготовлены из фторида магния и наполнены криптоном) или 11,7 эВ (изготовлены из фторида лития и наполнены аргоном). 


Пиролитический
В основе этого принципа лежит процесс пиролиза измеряемого газа с образованием оксида, частицы которого измеряются датчиком. Пиролитический сенсор состоит из нагревателя, в центре которого находится кварцевая трубка с нагревательным элементом, и датчика частиц, содержащего две камеры – рабочую и компенсационную. Измеряемый газ (например, TEOS или NF3) под воздействием температуры окисляется и попадает в рабочую камеру датчика частиц с источником α-частиц, который используется для ионизации воздуха и возбуждения электрического тока. Как только частицы газа попадают в камеру, они начинают поглощать ионы, приводя к снижению тока ионизации. Это снижение выходного сигнала пропорционально концентрации измеряемого газа. Компенсационная камера позволяет компенсировать флуктуации температуры, влажности и давления окружающей среды.


Преимущества:  чувствительность к низким концентрациям, широкий спектр измеряемых веществ.
Применение: измерение крайне малых концентраций (на уровне ppm и ppb) летучих органических соединений.
Газоанализаторы: GX-6000
Преимущества: непревзойденная стабильность показаний (благодаря использованию источника америция-241 с периодом полураспада около 400 лет), быстрый отклик, линейность выходного сигнала и устойчивость к изменениям в окружающих условиях.
Применение: измерение ПДК высокотоксичных газов.
Газоанализаторы: GD-70D

Читайте также

  • При выборе того или иного газоанализатора можно опираться на различные критерии, но критически важно подобрать подходящий для поставленной задачи принцип измерения, руководствуясь типом измеряемого газа, средой, в которой выполняются измерения, и целью.

  • В последние годы на металлургических предприятиях особое внимание уделяется вопросу безопасности. Это связано с участившимися случаями отправления угарным газом, нехватки кислорода, а также опасностью взрыва из-за утечек метана и водорода. Предлагаем вашему вниманию презентацию решений RIKEN для металлургического производства, призванных свести к минимуму риски взрыва и отравления.

  • В медицинских учреждениях широкое применение нашли технические и медицинские газы, например, жидкий азот (N2), который используется в трансплантации, криотерапии и криобиологии. Низкая температура (-196°C), при которой азот находится в жидком состоянии, обеспечивает длительное хранение донорской крови, плазмы, стволовых клеток, а также органов.

Диагностика по широкополосным лямбда-зондам

В предыдущих статьях мы рассмотрели назначение, принципы работы и способы проверки «скачковых» датчиков кислорода (лямбда-зондов). Также были рассмотрены те возможности в поиске дефектов (диагностике) топливной системы автомобиля, которые открывает правильный анализ показаний этих датчиков.

Но все мировые автопроизводители постепенно отказываются от них и переходят на так называемые «широкополосные» лямбда-зонды. Почему так происходит? И чем плохи датчики, которые верой и правдой служили на протяжении многих лет? Чтобы ответить на данный вопрос, нам необходимо вернуться в прошлое и посмотреть, как развивалась борьба за экологию.

До 60-х годов прошлого века об экологии никто не думал. Автомобилей было мало, их «вклад» в загрязнение атмосферы был незначительным. Все изменилось во время автомобильного бума начала 60-х. Первым от «чуда» современной цивилизации под названием «автомобиль» пострадал американский штат Калифорния. Не очень удачное географическое положение и крайне неблагоприятная «роза ветров» — он очень плохо продувается, и людям от выхлопных газов просто стало нечем дышать. Был принят ряд законов, обязывающих автопроизводителей повышать качество выпускаемых автомобилей по экологическим параметрам. До недавнего времени это был громадный рынок сбыта автомобилей.

На нем торговали все мировые производители. А законы рынка очень жестоки – хочешь торговать на моем рынке, выполняй поставленные условия. Таким образом, требования законодательства Калифорнии распространились на весь мир. Отдельно хочется отметить рынок Европы. Тут «роза ветров» более благоприятная, экологические требования к автомобилям более мягкие. И стандарты по экологии сразу разделились на «американские» — более жесткие и «европейские» — чуть более мягкие. На данное время автомобильные рынки Старого и Нового Света практически заполнены. По расчетам аналитиков, свободные ниши имеются пока в России и Китае. Поэтому к рынкам этих стран приковано пристальное внимание всех автопроизводителей мира. До недавнего времени экологии на этих рынках придавалось незначительное значение. Но вступление России в ВТО потребовало ужесточения экологических норм для выпускаемых в стране автомобилей. Как же выполнить все более ужесточающиеся международные экологические требования?

Вредные выбросы — это несгоревшее топливо. При полном сгорании углеводородов всего топлива образуется только СО2 (углекислый газ) и Н2О (вода). Если топливо сгорает не полностью, в выхлопе образуются продукты неполного сгорания. Пресловутые СО и СН. Ну, а если топливо полностью не сгорает, что происходит с крутящим моментом? Правильно – он падает! Что происходит с расходом топлива (если вы просто выливаете его в выхлопную трубу)? Правильно – он растет! И вот здесь полностью пересеклись интересы экологов, производителей автомобилей и специалистов автосервисов. Исправный автомобиль имеет прекрасную динамику, низкий расход топлива и еще атмосферу не загрязняет! От чего зависит крутящий момент, расход топлива и вредные выбросы? Основное требование – система управления двигателем должна поддерживать стехиометрический состав смеси. По современным стандартам отклонение не должно превышать 2%. Для контроля над этим параметром как раз и служат датчики кислорода в выхлопе.

Начало широкого применения лямбда-зондов в автомобилестроении было положено еще в конце 70-х годов прошлого столетия. Появление «скачковых» датчиков кислорода позволило на тот момент решить эту задачу. Но для выполнения норм Евро-4 и Евро-5 точность этих датчиков перестала удовлетворять производителей. Их недостатком явилось то, что состав смеси они определяют только по наличию кислорода в выхлопе. Нет кислорода – либо стехиометрия, либо богатая смесь. Есть кислород – бедная смесь. Работают по принципу «да–нет». Системе лямбда — регулирования постоянно приходится чуть добавлять и убавлять топливо, чтобы понять, находится ли система в зоне стехиометрии. Это приводит к некоторой задержке реакции системы при возникновении неизбежных отклонений и имеет определенную погрешность при измерении их величин. Для увеличения точности потребовались датчики, которые могут определить избыток или нехватку кислорода в процентах. Так появились широкополосные датчики кислорода. При возникновении малейшего отклонения от правильного состава смеси они моментально дают блоку управления двигателя указание внести поправки и указывают их величину с достаточно большой точностью. На данный момент широкополосные датчики занимают лидирующее положение в автомобилестроении.

Для рассмотрения принципов работы широкополосных датчиков кислорода обратимся к ставшему уже классическим описанию, данному фирмой Bosch в конце прошлого столетия и вошедшему практически во все учебные пособия и публикации в СМИ и в Интернете. К сожалению, данное описание не дает понимания алгоритмов их работы и (судя по вопросам на форумах) не всегда понятно специалистам автосервисов. Попробуем исправить эту ситуацию.

Условно систему лямбда — регулирования с широполосным датчиком кислорода можно разделить на 4 зоны (см. рис.1). Зона А – ионный насос, зона В – «скачковый» лямбда – зонд (элемент Нернста), зона С – разъем и проводка, зона D – блок управления двигателем (ЭБУ) 4.

               

                                                                                   Рисунок 1

Выхлопные газы 1 из выхлопной трубы 2 через канал поступают в диффузионную щель 6. Здесь они подвергаются каталитическому дожиганию (как в обычном катализаторе), и здесь же (в зависимости от первоначального состава смеси в двигателе) образуется либо избыток, либо недостаток кислорода. Поскольку толщина щели невелика – около 50 мкм, процесс происходит очень быстро. Но для протекания реакции каталитического дожигания нужна температура (в зависимости от конструкции – от 200 до 300 градусов Цельсия). Учитывая тот факт, что температура отработавших газов (ОГ) на холостом ходу может и не достигать указанных значений, необходимым элементом является нагреватель 3. Непрогретый лямбда-зонд не работоспособен.

Далее в работу вступает элемент Нернста 7 (зона В). Сравнивая состав контрольного воздуха в камере 5 с составом газов в щели 6, он дает информацию ЭБУ о наличии или отсутствии кислорода в ней. Только «да — нет». На основании этих показаний ЭБУ 4 дает команду ионному насосу 8 (зона А):

1. Откачать лишний кислород из щели в выхлопные газы, если избыточный кислород там присутствует. Бедная смесь. Ток положительный.

2. Закачать недостающий кислород в щель, если его там нехватка. Богатая смесь. Ионный насос «отнимает» кислород у продуктов выхлопа и перекачивает его в щель. Ток отрицательный.

3. Ничего не делать, если смесь стехиометрическая. Ток нулевой.

Ток ионного насоса прямо пропорционален разности концентраций кислорода на разных его сторонах. Таким образом, по полярности и величине тока этого элемента сразу же определяется состав смеси. Получив указание от ЭБУ, ионный насос пытается привести состав ОГ в щели, соответствующий стехиометрии. По его току ЭБУ понимает, куда и насколько отклонилась смесь, и сразу принимает меры по корректировке времени впрыска в ту или иную сторону. Колебания смеси ему не нужны – ЭБУ сразу видит абсолютные величины отклонений и выводит стехиометрию в идеал.

С началом применения широкополосных лямбда– зондов работа диагностов значительно облегчилась. Такой прибор, как газоанализатор, стал попросту ненужным. Если ЭБУ выводит показания в виде тока, то «нулевой» ток говорит о том, что системе лямбда-регулирования удалось вывести стехиометрию. По показанию коррекции смотрим, какой ценой и в какую сторону ему это удалось (см. рис. 2).

                       

                                                                                            Рисунок 2

Если ток не нулевой, это означает, что системе вывести стехиометрию не удалось. Причин тут две:

1. Неисправен сам лямбда-зонд. Как показывает практика, код ошибки в этом случае возникает крайне редко. Причина проста – чтобы проверить исправность датчика, ЭБУ обязан включить систему мониторинга, т.е. принудительно обогатить или обеднить смесь. А это приводит к нарушению экологии! Поэтому мониторинг зонда проводится нечасто. Например, два автомобиля Opel Vectra, оборудованные системой впрыска Bosch и принимавшие участие в съемках фильма ОРТ «Левый автосервис», обнаружили отказ этого датчика только через несколько часов после его возникновения.

2.Дефект критичен. Система корректировки по лямбда-зонду уже дошла до пределов своей регулировки, но смесь по-прежнему отклоняется от стехиометрии. В этом случае возможен код «Превышение пределов топливной коррекции».

Действия диагноста в этих случаях таковы:

1. Проверка самого лямбда-зонда.

2. Если зонд исправен, определяем состав смеси. Стандарт OBD2 гласит однозначно: положительный ток – бедная смесь. Отрицательный ток – смесь богатая. График зависимости тока от состава смеси приведен на рис.3. Ну а причины и способы устранения отклонения состава смеси достаточно подробно описаны в учебных пособиях. Не будем повторяться.

                            

                                                                                              Рисунок 3

Так выглядит идеальная картинка. Реалии куда более сложнее. Итак, давайте рассмотрим те «подводные камни», которые нас ждут при анализе показаний широкополосного лямбда-зонда.

Первый «подводный камень»: не все производители придерживаются стандарта. Очень часто ко мне приезжали автомобили, на которых стандарт был нарушен — положительный ток соответствовал богатой смеси, отрицательный – бедной. Но не стоит сразу винить производителей этих датчиков. Полярность тока зависит только от схемотехники и программного обеспечения ЭБУ.

ПРОВЕРКА: Необходимо в воздухозаборник работающего автомобиля добавить немного горючего вещества (принудительно обогатить смесь). На нашем автотехцентре мы используем обычный очиститель карбюратора. При наличии изменений показаний датчика однозначно говорим о его исправности и определяем, в какой полярности выводятся его показания на экран сканера.

Самый сложный случай, когда при этой проверке реакции широкополосного лямбда-зонда нет. Однозначного ответа – где дефект, дать невозможно. Вернемся опять к рис.1 .

Дефект возможен в зонах А и В (сам датчик), зоне С (проводка) либо в самом ЭБУ – зона D. В большинстве сервисов предлагают замену датчика, как наиболее вероятную причину. Но учитывая его стоимость, есть смысл обратиться к зоне С (проводке и разъему) для более глубокого поиска дефекта.

Pin 1. Ток ионного насоса. Проводится миллиамперметром на 10 mA и в большинстве случаев этот замер затруднителен.

Pin 2. Масса. Отклонение от «массы» двигателя не более 100 mV. Если «масса» идет с ЭБУ, возможно наличие смещения, заложенного производите- лем. Необходимо свериться с мануалами.

Pin 3. Сигнал элемента Нернста. При отключенном разъеме должен составлять 450 mV. При подключенном разъеме – напряжение должно находиться в пределах 0…1v. Но некоторые производители могут отклоняться от этого правила. Принудительное обогащение смеси позволяет определить исправность этой цепи.

Pin 4 и 5. Напряжение подогревателя. На современных автомобилях управляется с помощью Широтно-Импульсной Модуляции (ШИМ). Проверка необязательна, ибо в случае ее отказа код ошибки с Р0036 по Р0064 (Heater Control HO2S) пробивается практически моментально.

Второй «подводный камень»: ЭБУ не может «понимать» ток. Его входные цепи способны оцифровывать только напряжения. И блоки управления начинают выводить на сканер не ток, а падение напряжения на каком-то нагрузочном сопротивлении в ЭБУ. В зависимости от схемотехники блока оно в норме может иметь абсолютно разное значение. В потоке данных выводится не ток, а какое-то абстрактное напряжение. Мануалы на конкретный автомобиль его указывают.

Но способы проверки точно такие же. Принудительное обогащение смеси позволяет определить исправность датчика, а просмотр топливной коррекции позволяет понять, в каком состоянии находится система топливоподачи автомобиля.

Третий «подводный камень»: большинство широкополосных датчиков не взаимозаменяемы. Реклама настойчиво предлагает разнообразный выбор. На форумах часто звучат вопросы: «Какой датчик лучше поставить?». Как быть рядовому потребителю? Что выбрать?

Ответ дают сами производители автомобилей. Ставить нужно только те датчики, которые рекомендовал завод-изготовитель. В противном случае, производитель не в состоянии гарантировать правильную работу системы.

«Компания NGK Spark Plug Co., Ltd стала одним из пионеров в области лямбда-регулирования в начале 1980-х годов, когда на рынке был представлен регулируемый катализатор. Сегодня ассортимент продукции, выпускаемой под маркой NTK, включает цирконий-оксидные, титановые, широкополосные лямбда-зонды и покрывает порядка 7600 модификаций автомобилей. Все лямбда-зонды соответствуют спецификации оригинальной комплектации (в том числе по длине проводов, штекерам и электрическим параметрам), что гарантирует простоту установки и безупречную эксплуатацию. Каждый лямбда-зонд NTK обеспечивает оптимальные рабочие условия для функционирования катализатора, идеальное образование смеси, а также способствует сокращению выброса вредных веществ и поддержанию расхода топлива на минимальном уровне. Любой автомобиль, оснащённый регулируемым катализатором, имеет, как минимум, один кислородный датчик. Современным же автомобилям требуется не менее двух датчиков. Широкополосные датчики могут регулировать соотношение воздуха и топлива в топливно-воздушной смеси в широком диапазоне, что особенно важно для современных двигателей, работающих на обеднённых смесях, при значениях лямбда гораздо больше чем 1».

Автор: Федор Рязанов
15.05.2014 г.

Лямбда-зонд, кислородный датчик: устройство и принцип работы

Лямбда зонд— один из многочисленных датчиков автомобиля, фиксирующий объем кислорода (02), оставшегося после сжигания горючей смеси в камере сгорания. Находится в системе выпуска возле катализатора (спереди и сзади), передает данные в ЭБУ для корректировки пропорции подготовленного горючего. Ниже рассмотрим, что это за устройство, для чего оно необходимо, и как работает. Отдельно разберемся с коэффициентом лямбда (λ) и его параметром, рассмотрим основные виды и особенности узла.

Что такое лямбда-зонд (кислородный датчик), назначение

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

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

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

Коэффициент избытка воздуха λ

При анализе работе двигателя часто применяется термин «стехиометрическое соотношение». Под ним подразумевается оптимальное соотношение кислорода и горючего, при котором подготовленная смесь полностью сгорает. На базе этого показателя рассчитываются режимы ДВС и особенности подачи горючего.

Идеальным считается отношение 14,7 к 1. Понятно, что 14,4 кг воздуха попадают в цилиндр не сразу, а в определенный временной промежуток.

Коэффициент λ показывает отношение реального объема кислорода, поступающего в цилиндр, к идеальному параметру (указан выше). Простыми словами, он показывает отклонение текущего количества воздуха от оптимального параметра.

С учетом полученного λ выделяется три варианта:

  • 1 — идеальное соотношение;
  • меньше 1 — дефицит кислорода и переизбыток бензина;
  • больше 1 — нехватка бензина и чрезмерное количество воздуха.

Современные ДВС способны работать во всех случаях, но отклонение от нормы сказывается на многих параметрах: ускорение, экономичность, уменьшение концентрации вредных компонентов и т. д. Оптимально, чтобы коэффициент λ был около 0,9-1.

Конструкция и принцип работы кислородного датчика

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

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

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

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

При измерении возможны следующие варианты:

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

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

Ресурс лямбда-зонда и его неисправности

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

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

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

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

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

Особенность устройства в том, что оно редко подлежит ремонту, а лучший выход —замена лямбда зонда.При выборе устройства необходимо смотреть на рекомендации производителя и выбирать только совместимое оборудование.

Виды кислородных датчиков

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

Итог

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

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

Лямбда зонд. Зачем нужен?

Всего оценок: 4 Комментариев: 3 Просмотров: 1234

Автор статьи: Анатолий Горобцов / Дата публикации: 05-08-2021 / Обновлено: 05-08-2021

Поиск запроса «лямбда-зонд» по информационным материалам

Лямбда-зонд, кислородный датчик: устройство и принцип работы

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

Что такое лямбда-зонд (кислородный датчик), назначение

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

Важно

При дефиците воздуха в топливе окисление угарного газа / углеводородов происходит не полностью, а при избытке оксиды азота не делятся на азот и кислород.

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

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

Принцип действия

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

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

В первом случае напряжение равно 0,2-0,3 Вольта, а во втором — 0,7-0,9 Вольта.

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

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

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

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

Коэффициент избытка воздуха λ

При анализе работе двигателя часто применяется термин «стехиометрическое соотношение». Под ним подразумевается оптимальное соотношение кислорода и горючего, при котором подготовленная смесь полностью сгорает. На базе этого показателя рассчитываются режимы ДВС и особенности подачи горючего.

Идеальным считается отношение 14,7 к 1. Понятно, что 14,4 кг воздуха попадают в цилиндр не сразу, а в определенный временной промежуток.

Коэффициент λ показывает отношение реального объема кислорода, поступающего в цилиндр, к идеальному параметру (указан выше). Простыми словами, он показывает отклонение текущего количества воздуха от оптимального параметра.

С учетом полученного λ выделяется три варианта:

  • 1 — идеальное соотношение;
  • меньше 1 — дефицит кислорода и переизбыток бензина;
  • больше 1 — нехватка бензина и чрезмерное количество воздуха.

Современные ДВС способны работать во всех случаях, но отклонение от нормы сказывается на многих параметрах: ускорение, экономичность, уменьшение концентрации вредных компонентов и т. д. Оптимально, чтобы коэффициент λ был около 0,9-1.

Нюансы подключения

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

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

Подключение нового зонда лучше сделает специалист из автосервиса.

Конструкция и принцип работы кислородного датчика

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

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

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

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

При измерении возможны следующие варианты:

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

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

Диагностика

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

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

Ресурс лямбда-зонда и его неисправности

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

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

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

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

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

Особенность устройства в том, что оно редко подлежит ремонту, а лучший выход —замена лямбда зонда.При выборе устройства необходимо смотреть на рекомендации производителя и выбирать только совместимое оборудование.

Взаимозаменяемость

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

Популярные неисправности — уменьшения быстродействия и снижение чувствительности. Это приводит к увеличенному расходу топлива. Выявить самостоятельно, на ранних этапах поломки не представляется возможным. Регулярно следует проводит компьютерную диагностику и обращать внимание на фиксируемые показатели бортовой системы.

Виды кислородных датчиков

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

Устройство

Конструкция данного механизма предполагает наличие следующих элементов:

  • Металлический корпус с резьбой.
  • Электрический нагреватель.
  • Наконечник.
  • Защитный экран.
  • Токопроводящий контакт.
  • Уплотнительная манжета для провода.
  • Изолятор.

В основе механизма лежат два чувствительных электрода. Внешний имеет платиновое напыление, благодаря которому электрод сильно чувствителен к кислороду. Внутренний же изготовлен из циркония. Устанавливается датчик таким образом, чтобы сквозь него проходили отработанные газы. Внешний электрод улавливает О2, после чего измеряется потенциал между двумя наконечниками. Чем он выше, тем больше кислорода в системе.

Широкополосный датчик кислорода являет собой усовершенствованную конструкцию двухконтактного механизма. Отметим, что потенциал разницы измеряется под воздействием определенной силы тока.

Итог

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

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

Как выявить поломку?

Распознать неисправность лямбда зонда можно по следующим признакам:

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

Также важно знать как проверить лямбда зонд на исправность.

Читайте также: Зачем прошивать принтер

Немного истории

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

Шли годы, экологическая ситуация во всем мире постоянно ухудшалась. Поэтому необходимо было принимать меры по ужесточению вредности и токсичности. Требования для автомобилей стали жестче. В этот момент сенсор начал развиваться и эволюционировать. Его оснастили специальным подогревателем.

Кислородные датчики

Часто задаваемые вопросы о кислородных датчиках.

Купить кислородный датчик можно в нашем интернет-магазине

Какие функции выполняет кислородный датчик?
Датчик кислорода определяет содержание кислорода в выхлопных газах и передаёт эту информацию блоку управления двигателем (компьютеру), который, в свою очередь, регулирует состав топливо/воздушной смеси. Кислородные датчики также называют лямбда-датчиком.  Лямбдой называют отношение реального количества воздуха к необходимому количеству воздуха. Если лямбда равна единице то состав топливо/воздушной смеси оптимален и составляет 1/14,7, если лямбда больше единицы – смесь бедная (много кислорода, мало топлива), если меньше единицы – смесь богатая (мало кислорода, много топлива).  Слишком большое количество кислорода в выхлопных газах говорит о бедности смеси (малом содержании топлива), что приводит к снижению мощности двигателя и пропускам в зажигании (двигатель “троит”). Слишком малое количество кислорода, свидетельствует о переобогащенной смеси (большом количестве топлива), что приводит к повышенному расходу топлива и повышению токсичности выхлопных газов.

Почему ломается кислородный датчик?
Воздействие высокой температуры, давления, вибрации и различных химических соединений на кислородный датчик приводят к постепенному выходу его из строя. После его поломки наблюдается повышенный расход топлива, снижение мощности двигателя, повышение токсичности выхлопных газов. Именно поэтому проверка работоспособности и при необходимости замена кислородного датчика является важным элементом технического обслуживании автомобиля.

Где расположен кислородный датчик?
Кислородный датчик определяет количество кислорода в выхлопных газах и располагается в выхлопной трубе. Практически все автомобили с бензиновым двигателем, выпущенные после 1986 года имеют как минимум один кислородный датчик. Большинство современных автомобилей имеют как минимум два кислородных датчика, один из которых расположен, как правило, после катализатора. Сигнал с посткаталитического (нижнего) кислородного датчика позволяет оценивать качество работы катализатора. Точное расположение кислородного датчика на конкретном автомобиле указывается в техническом руководстве к данному автомобилю.

Почему следует заменить неисправный кислородный датчик?
Замена неисправного кислородного датчика на новый датчик позволяет экономить топливо, улучшить динамику автомобиля, уменьшить токсичность выхлопных газов, является профилактикой преждевременного выхода из строя дорогостоящего катализатора.

Когда кислородный датчик нужно заменить?
Существуют рекомендованные интервалы замены кислородных датчиков, однако межсменные интервалы являются не единственными  критериями замены датчиков кислорода. Если имеются признаки повышенного расхода топлива, ухудшение динамики или экологических характеристик работы двигателя необходимо проверит работоспособность кислородного датчика. Следует учитывать, что кислородный датчик изнашивается постепенно, зачастую незаметно для хозяина автомобиля. Кислородные датчики с одним или двумя проводами при эксплуатации автомобиля в Европе или США требуют замены при пробеге в 50000-80000 км. 3- и 4-проводные датчики требуют замены после 100000 км пробега.

Виды кислородных датчиков.
Существует несколько классификаций автомобильных кислородных датчиков:
1. По количеству проводов: 1-,2-,3-,4-,5-,6-контактные датчики.
2. По дизайну сенсорного элемента: “пальчиковые” и пластинчатые
3. По способу крепления в выхлопную трубу: резьбовые и фланцевые.
4. По ширине измерений лямбды: узкополосные (детектируют лямбду при величине >1) и широкополосные (детектируют лямбду от 0,7 до 1.6).

Принцип работы кислородного датчика.
Принцип работы кислородного датчика – электрохимический. Большинство кислородных датчиков изготавливаются на основе оксида циркония ZnO2 (окислитель) и платины (катализатор химической реакции окислении/восстановления). При работе двигателя выделяются раскалённые выхлопные газы, имеющие сложный химический состав. Основными составляющими их являются азот N2, углекислый газ CO2, кислород O2 и вода h3O. Однако в выхлопных газах содержаться и недоокисленные продукты горения топлива — CO  и CH. Именно с недоокисленными продуктами вступает в реакцию окисления/восстановления оксид циркония кислородного датчика. Непременными условиями протекания этих химических реакций является высокая температура (360 градусов Цельсия) и присутствие катализатора (платина). При восстановлении двуокиси циркония ZnO2 в окись циркония ZnO возникает электрический ток, который детектируется на контактах кислородного датчика. Так как окись циркония ZnO, является недоокисленным продуктом, она постоянно стремится окислится в двуокись циркония ZnO2, поэтому при работе двигателя на поверхности кислородного датчика происходит постоянное чередования процессов окисления и восстановления, что детектируется как волнообразное изменение напряжения на контактах кислородного датчика. Напряжение генерируемое кислородным датчиком колеблется на уровне от 100 mV (бедная смесь) до 900 mV (богатая смесь). При оптимальном соотношении топливо/воздушной смеси датчик генерирует напряжение порядка 465 mV.

Количество проводов, которые имеет кислородный датчик, может колебаться от одного до пяти и даже шести. Этот внешний признак отражает особенности внутреннего устройства кислородного датчика.
Одноконтактные датчики – имеют один сигнальный провод, по которому передаются генерируемые датчиком электрические импульсы.
Двухконтактные датчики – имеют один сигнальный провод и один провод “на массу” (дублирует заземление через корпус датчика). Заземляющий провод позволяет более точно оценивать показания сигнального провода блоком управления двигателем.
Трёхконтактные датчики – имеют один сигнальный провод, один провод “на массу” и один провод на нагревательный элемент. Эти датчики характеризуются следующими достоинствами:
1. Короткое время достижения датчиком рабочей температуры (более 350 градусов) вследствие чего снижается количество вредных выбросов при работе холодного двигателя;
2. увеличивается срок службы датчика, так как у нагреваемых датчиков изменение температуры происходит, более плавно, чем у датчиков без нагревательного элемента;
3.  датчики, снабжённые нагревательным элементом, имеют менее строгие требования к месторасположению в выхлопной системе, что упрощает их техобслуживание. 
Мощность нагревательного элемента в кислородном датчике составляет либо 12Вт, либо 18Вт. Следует учитывать, что установка датчика с неправильно подобранной мощностью нагревательного элемента может привести к перегреву датчика и быстрому выходу его из строя.
Четырёхконтактные датчики – обязательно имеют один сигнальный провод,  один питающий на нагревательный элемент и один заземляющий провод. Функция последнего провода может быть различной и зависит от особенностей устройства системы управления конкретным двигателем. Четвёртый провод может быть либо ещё одним заземляющим (в случаях, когда заземление через корпус датчика не предусмотрено), либо питающим проводом для второго нагревательного элемента. Следует учитывать, что при ошибочной установки датчика с заземлением на корпус вместо датчика без заземления на корпус или наоборот может привести к тому, что блок управления двигателем не распознает сигналы, поступающие с кислородного датчика.

Как работает оптический датчик кислорода :: Anton-Paar.com

Несколько компонентов предоставляют много информации

Оптический датчик кислорода (O2) быстро и надежно определяет количество O2 в жидких или газообразных средах.Как правило, другие газы не влияют на измерение O2. Оптический датчик O2 состоит из

  • светодиода (LED),
  • инертного носителя, удерживающего светочувствительный слой, где молекулы красителя встроены в полимерную матрицу и защищены слоем оптической изоляции,
  • и фотодиод плюс фильтр для количественного определения излучаемого света.

Что происходит в отсутствие или в присутствии кислорода?

Если в образце нет O2, краситель поглощает свет возбуждения, излучаемый светодиодом, переходит на более высокий энергетический уровень и снова излучает свет. Испускаемый свет задерживается во времени и имеет различную длину волны. Фильтр перед фотодиодом обеспечивает обнаружение только излучаемого света.

Если в образце присутствует О2, краситель поглощает возбуждающий свет, но в возбужденном состоянии энергия передается молекулам О2. У красителя осталось меньше энергии для излучения. Чем больше O2, тем меньше излучаемого света попадает на фотодиод.

Характеристики датчика говорят сами за себя:

  • Неразрушающий: кислород не потребляется во время измерения
  • Удобный для пользователя: не требуется электролит, не требуется время поляризации
  • Экологически чистый: не требуются химические вещества

Как количественно определить O2 концентрация?

Испускаемый свет задерживается по времени относительно возбуждающего света.Временной сдвиг между возбуждением и испусканием света не зависит от интенсивности. Он пропорционален парциальному давлению O2 и служит мерой концентрации O2.

Узнайте больше о наших измерителях CO₂ и кислорода

Кислородный датчик — Как это работает — Ricks Free Auto Repair Advice Ricks Free Auto Repair Advice

Как работает кислородный датчик

постоянно меняющаяся скорость автомобиля и нагрузка на двигатель.Поднимись на горку, прибавь газа. Остановись, убери ногу с газа. Другими словами, вы всегда меняете количество газа, которое вы даете двигателю.

Если бы двигатель просто работал с заданной нагрузкой и заданной скоростью, кислородный датчик не понадобился бы. Вы можете отрегулировать соотношение воздух/топливо, чтобы получить хорошее сгорание и оставаться в пределах норм выбросов. Поскольку это не относится к двигателю легкового или грузового автомобиля, вам необходимо постоянно следить за тем, насколько хорошо компьютер транспортного средства рассчитал воздушно-топливную смесь для заданных оборотов и нагрузки двигателя.Другими словами, компьютер постоянно добавляет слишком много топлива и слишком мало топлива и получает обратную связь от кислородного датчика, чтобы сузить расход топлива.

Как работает датчик кислорода

При запуске холодного двигателя компьютер рассчитывает расход воздуха/топлива на основе температуры двигателя, температуры окружающего воздуха и показаний датчика MAF/MAP. Кислородный датчик должен нагреться примерно до 600 ° F, прежде чем он сможет точно измерить содержание кислорода в выхлопных газах. Автопроизводители добавляют нагреватель к кислородному датчику, чтобы он быстрее нагревался.Как только температура охлаждающей жидкости двигателя достигает заданного значения и нагреватель кислородного датчика нагревает кислородный датчик, компьютер начинает рассчитывать расход воздуха/топлива на основе обратной связи кислородного датчика.

Лямбда-зонд отслеживает выхлоп и сообщает об этом компьютеру примерно 100 раз в секунду. Это помогает компьютеру уменьшать или увеличивать подачу топлива по мере необходимости, чтобы поддерживать скорость автомобиля и нагрузку.

Существуют узкополосные и широкополосные кислородные датчики

Узкополосные кислородные датчики

Эти датчики сделаны с наперстком из циркония, который создает напряжение, прямо пропорциональное количеству кислорода в выхлопных газах. Он сделан из керамического цилиндра с пористым электродом с платиновым покрытием внутри цилиндра и другим электродом снаружи цилиндра. Наружный воздух поступает внутрь цилиндра, а выхлоп подвергается воздействию внешнего электрода.

Когда смесь выхлопных газов слишком богата, в выхлопных газах содержится меньше ионов кислорода, а в наружном воздухе больше ионов кислорода. Ионы кислорода в выхлопных газах заряжены отрицательно, поэтому кислородный датчик будет генерировать очень низкое напряжение или вообще не будет генерировать напряжения.В условиях обедненного выхлопа, когда в камере сгорания было слишком мало топлива, выхлоп будет содержать большее количество ионов кислорода. Те пройдут через электроды и создадут до 1 вольта энергии.

Срок службы узкополосного кислородного датчика

Типичный узкополосный кислородный датчик имеет срок службы около 100 000 миль. Кислородные датчики могут быть повреждены избытком масла, охлаждающей жидкости или силикона из герметиков RTV. Вопреки распространенному мнению, кислородные датчики нельзя чистить.Вы можете применить очиститель, и они могут выглядеть чистыми. Но на самом деле, если датчик загрязняется маслом, охлаждающей жидкостью или силиконом, он необратимо повреждается и подлежит замене.

По сути, узкополосный кислородный датчик постоянно колеблется между обогащенной и обедненной смесью (0 и 1 вольт), при этом 0,45 вольта представляют собой идеальную топливно-воздушную смесь.

Широкополосные кислородные датчики

Широкополосный кислородный датчик работает иначе. Во-первых, для правильной работы широкополосные кислородные датчики должны достигать температуры от 1292°F до 1472°F.Как и узкополосные датчики, широкополосные датчики также имеют нагреватель, который помогает датчику быстрее достигать этих температур и поддерживать эту температуру.

Нагреватель широкополосного кислородного датчика потребляет около 8 ампер и, как правило, модулируется широтно-импульсной модуляцией PCM для изменения количества тепла, необходимого для поддержания рабочей температуры. Таким образом, широкополосный датчик потребляет больше энергии при холодном двигателе, чем при горячем. Если нагреватель не может поддерживать температуру датчика, PCM установит код неисправности P0125. Если вы видите этот код, сначала проверьте предохранитель нагревателя датчика.

Как работает широкополосный кислородный датчик

Вместо того, чтобы сообщать о быстрых колебаниях напряжения, он обеспечивает постепенное изменение тока, которое может быть положительным или отрицательным. Сигнал постепенно переходит к положительному значению, когда выхлоп обеднен. Когда выхлоп становится стехиометрическим (14,7:1), ток прекращается. Когда выхлоп становится богатым, ток становится отрицательным.

Блок PCM подает на широкополосный датчик эталонное напряжение (обычно 3,3 В или 2,6 В) по двум проводам.Затем датчик изменяет эталонное напряжение в зависимости от содержания кислорода в выхлопных газах и отправляет результаты по отдельной паре проводов в PCM. Если обратный сигнал меньше опорного напряжения, датчик сообщает о богатом состоянии. Если сигнал выше опорного напряжения, датчик сообщает о бедной смеси.

©, 2021 Rick Muscoplat

 

Опубликовано автором Rick Muscoplat

Тестирование лямбда-зонда и устранение неполадок

Использование нескольких лямбда-зондов

С момента введения EOBD необходимо также контролировать работу каталитического нейтрализатора.Для этого за каталитическим нейтрализатором установлен дополнительный лямбда-зонд. Это используется для определения способности каталитического нейтрализатора накапливать кислород.

 

Зонд после каталитического нейтрализатора выполняет те же функции, что и датчик перед каталитическим нейтрализатором. Амплитуды лямбда-зондов сравниваются в блоке управления. Амплитуды напряжения нижнего датчика очень малы из-за способности каталитического нейтрализатора накапливать кислород. Чем ниже накопительная емкость каталитического нейтрализатора, тем выше амплитуды напряжения выходного датчика из-за повышенного содержания кислорода.

 

Высоты амплитуд на выходном датчике зависят от фактической накопительной емкости каталитического нейтрализатора, которая варьируется в зависимости от нагрузки и скорости. Таким образом, при сравнении амплитуд зонда учитываются условия нагрузки и скорость. Если амплитуды напряжения обоих датчиков остаются примерно одинаковыми, достигнута накопительная емкость каталитического нейтрализатора, т.е. через старение.

НЕИСПРАВНОСТЬ ЛЯМБДА-ДАТЧИКА КИСЛОРОДА: СИМПТОМЫ

Неисправный лямбда-зонд может вызывать следующие симптомы:

  • Высокий расход топлива
  • Плохая работа двигателя
  • Высокий выброс выхлопных газов
  • Горит контрольная лампа двигателя
  • Код ошибки сохранен

ПОСЛЕДСТВИЯ НЕИСПРАВНОСТИ ЛЯМБДА-ДАТЧИКА КИСЛОРОДА: ПРИЧИНА НЕИСПРАВНОСТИ

Существует несколько причин, по которым может произойти сбой:

  • Внутреннее и внешнее короткое замыкание
  • Отсутствие заземления/питания
  • Перегрев
  • Отложения/загрязнение
  • Механические повреждения
  • Использование этилированного топлива/присадок
  • Существует ряд типичных неисправностей лямбда-зонда, которые возникают часто. В следующем списке показаны причины диагностируемых неисправностей:

    Зонды без подогрева

    Диагностированные неисправности Причина
    Защитная трубка или корпус зонда забиты остатками масла из-за неисправных поршневых колец или маслосъемных колпачков
    Неправильный впуск воздуха, отсутствие эталонного воздуха Неправильно установлен зонд, отверстие для эталонного воздуха заблокировано Point или Valve Play
    Плохое соединение на штекерных контактах Окисление
    прерванные кабельные соединения Плохо-маршрутные кабели, баллы истирания, укусы грызунов
    Отсутствие наземного соединения Окисление, коррозия на Система выхлопных выхлоп
    Механический урон Чрезмерный момент затяжки
    Химический старение короткие маршруты очень часто короткие маршруты очень часто
    Светодиодные депозиты Использование проведенного топлива

    ДИАГНОСТИКА НЕИСПРАВНОСТЕЙ ЛЯМБДА-ДАТЧИКА КИСЛОРОДА: ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ

    Автомобили, оборудованные системой самодиагностики, могут обнаруживать неисправности, возникающие в цепи управления, и сохранять их в памяти неисправностей. Обычно это отображается через контрольную лампу двигателя. После этого память неисправностей может быть считана диагностическим прибором для диагностики неисправностей. Однако более старые системы не могут определить, связана ли эта неисправность с неисправным компонентом или, например, с неисправностью. неисправность кабеля. В этом случае механик должен провести дополнительные испытания.

     

    В рамках EOBD контроль лямбда-зонда расширен за счет включения следующих пунктов:

    • Обрыв цепи,
    • Готовность к работе,
    • Короткое замыкание на массу блока управления,
    • Короткое замыкание на плюс
    • Обрыв кабеля и старение лямбда-зонда.
       

    Для диагностики сигналов лямбда-зонда блок управления использует форму частоты сигнала.

     

    Для этого блок управления рассчитывает следующие данные:

    • Максимальное и минимальное обнаруженное значение напряжения датчика,
    • Время между положительным и отрицательным фронтами,
    • Порог регулирования лямбда-регулирования,
    • Напряжение датчика и продолжительность периода.

    Амплитуда: максимальное и минимальное значения больше не достигаются, обнаружение обогащенного/обедненного больше невозможно.

    КАК ОПРЕДЕЛЯЮТСЯ МАКСИМАЛЬНОЕ И МИНИМАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ ДАТЧИКА?

    При запуске двигателя все старые максимальные/минимальные значения в блоке управления удаляются.Во время работы минимальные/максимальные значения отображаются в диапазоне нагрузки/скорости, указанном для диагностики.

    Время отклика: датчик слишком медленно реагирует на изменение смеси и больше не отображает состояние в нужное время.

    РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ МЕЖДУ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫМ И ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ ФЛАНКАМИ

    Если напряжение зонда превышает контрольный порог, начинается измерение времени между положительным и отрицательным фронтами.Если напряжение датчика падает ниже контрольного порога, измерение времени прекращается. Период времени между началом и окончанием измерения времени измеряется счетчиком.

    Время отклика: частота зонда слишком низкая, оптимальное управление больше невозможно.

    ОБНАРУЖЕНИЕ СТАРШЕГО ИЛИ ЗАГРЯЗНЕННОГО Лямбда-зонда

    Если датчик сильно устарел или загрязнен, например. г. из-за присадок к топливу это влияет на сигнал зонда. Сигнал зонда сравнивается с сохраненным образцом сигнала. Медленный зонд определяется как неисправность, т.е. через длительность периода сигнала.

    ПРОВЕРКА Лямбда-зонда с помощью осциллографа, мультиметра, тестера лямбда-зонда, анализатора выбросов: ПОИСК И УСТРАНЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ

    В качестве основного принципа перед каждой проверкой следует проводить визуальный осмотр, чтобы убедиться в отсутствии повреждений кабеля или разъема.Выхлопная система не должна иметь утечек.

     

    Для подключения измерительного прибора рекомендуется использовать переходной кабель. Также необходимо следить за тем, чтобы лямбда-регулирование не было активным в некоторых рабочих состояниях, напр. при холодном пуске до достижения рабочей температуры и при полной нагрузке.

    Проверка лямбда-зонда с помощью тестера ОГ

    Одним из самых быстрых и простых тестов является измерение с помощью анализатора выбросов четырех газов.

     

    Испытание проводится так же, как предписанное испытание на выбросы выхлопных газов. Когда двигатель прогрет до рабочей температуры, ложный воздух подключается как переменная возмущения путем снятия шланга. Из-за изменения состава отработавших газов также изменяется значение лямбда, которое рассчитывается и отображается прибором для проверки отработавших газов. Система смесеобразования должна определить это по определенному значению и скорректировать в течение определенного времени (60 секунд, как в тесте на выбросы выхлопных газов).Если возмущающая переменная удаляется, значение лямбда должно быть уменьшено до исходного значения.

     

    В качестве основного принципа необходимо соблюдать спецификации для подключения переменных помех и значения лямбда производителя.

     

    Однако этот тест может только определить, работает ли лямбда-регулирование. Электрический тест невозможен. При этой процедуре существует риск того, что современные системы управления двигателем регулируют смесь за счет точного определения нагрузки, так что λ = 1, несмотря на то, что лямбда-контроль не работает.

    Проверка лямбда-зонда мультиметром

    Для проверки следует использовать только высокоимпедансные мультиметры с цифровым или аналоговым дисплеем.

     

    Мультиметры с малым внутренним сопротивлением (в основном аналоговые приборы) перегружают сигнал лямбда-зонда и могут привести к его выходу из строя. Из-за быстро меняющегося напряжения сигнал лучше всего изображается аналоговым устройством.

     

    Мультиметр подключается параллельно сигнальной линии (черный кабель, см. принципиальную схему) лямбда-зонда. Диапазон измерения мультиметра устанавливается на 1 В или 2 В. После запуска двигателя значение между 0.4 – на дисплее отображается 0,6 В (опорное напряжение). При достижении рабочей температуры двигателя или лямбда-зонда фиксированное напряжение начинает чередоваться между 0,1 В и 0,9 В. 2500 об/мин. Это обеспечивает достижение рабочей температуры зонда даже в системах с необогреваемым лямбда-зондом. Если в режиме холостого хода температура отработавших газов недостаточна, существует опасность того, что необогреваемый датчик остынет и сигнал перестанет формироваться.

    Проверка лямбда-зонда осциллографом

    Схема сигнала лямбда-зонда

    Сигнал лямбда-зонда лучше всего изображается с помощью осциллографа. Что касается измерения мультиметром, то основным условием является то, что двигатель или лямбда-зонд должны быть прогреты до рабочей температуры.

     

    Осциллограф подключен к сигнальной линии. Устанавливаемый диапазон измерений зависит от используемого осциллографа. Если устройство имеет автоматическое обнаружение сигнала, его следует использовать. Для ручной настройки установите диапазон напряжения 1–5 В и время 1–2 секунды.

     

    Частота вращения двигателя снова должна быть прибл.2500 об/мин.

     

    Переменное напряжение отображается на дисплее в виде синусоидальной формы. По этому сигналу можно оценить следующие параметры:

    • Высота амплитуды (максимальное и минимальное напряжение 0,1–0,9 В),
    • Время отклика и продолжительность периода (частота примерно 0,5–4 Гц).

    Проверка лямбда-зонда с помощью тестера лямбда-зондов

    Различные производители предлагают для проверки специальные тестеры лямбда-зондов. В этом устройстве функция лямбда-зонда отображается с помощью светодиодов.

     

    Подобно мультиметру и осциллографу, он подключается к сигнальной линии пробника. Как только зонд достигает рабочей температуры и начинает работать, светодиоды начинают загораться попеременно – в зависимости от соотношения воздух-топливо и кривой напряжения (0,1–0,9 В) зонда.

     

    Здесь все спецификации по настройкам измерительного прибора для измерения напряжения относятся к датчикам из диоксида циркония (датчикам скачков напряжения).Для диоксида титана диапазон измерения напряжения меняется на 0–10 В, при этом измеряемые напряжения чередуются в пределах 0,1–5 В.

    Проверка состояния защитной трубки

    В качестве основного принципа необходимо соблюдать указания производителя. Наряду с электронной проверкой состояние защитной трубки элемента зонда может свидетельствовать о функциональных возможностях:

    ЗАЩИТНАЯ ТРУБКА СИЛЬНО ЗАПЕЧЕНА

    • Двигатель работает со слишком богатой смесью

     

    Необходимо заменить датчик и устранить причину слишком богатой смеси, чтобы предотвратить повторное засорение датчика.

    БЛЕСТЯЩИЕ ОТЛОЖЕНИЯ НА ЗАЩИТНОЙ ТРУБКЕ

     

    Провод разрушает элемент зонда.Необходимо заменить датчик и проверить каталитический нейтрализатор. Замените этилированное топливо неэтилированным топливом.

    Бледные (белые или серые) отложения на защитной трубке

    • Двигатель сжигает масло, дополнительные присадки в топливо

     

    Необходимо заменить датчик и устранить причину возгорания масла.

    НЕПРАВИЛЬНЫЙ МОНТАЖ

    Неправильный монтаж может привести к повреждению лямбда-зонда, в результате чего его надлежащее функционирование не может быть гарантировано.При монтаже необходимо использовать предписанный специальный инструмент и соблюдать момент затяжки.

    ПРОВЕРКА ПОДОГРЕВА ЛЯМБДА-ДАТЧИКА КИСЛОРОДА: ПОИСК НЕИСПРАВНОСТЕЙ

    Можно проверить внутреннее сопротивление и напряжение питания нагревательного элемента.

     

    Для этого отсоедините разъем от лямбда-зонда. Со стороны лямбда-зонда с помощью омметра измерьте сопротивление на обоих кабелях нагревательного элемента.Оно должно быть между 2 и 14 Ом. Со стороны автомобиля используйте вольтметр для измерения напряжения питания. Должно быть напряжение > 10,5 В (бортовое напряжение).

    Различные варианты подключения и цвета кабеля

    Зонды без подогрева

    5

    Зонды с подогревом

    Количество кабелей Cable Color подключение
    1
    2
    2 черный сигнал
    MONEL
    Количество кабелей Cable Color подключение
    3 черный
    2 x белый
    сигнал (земля через корпус) отопительного элемента
    4 черный
    2 белый
    серый
    Сигнал, нагревательный элемент, масса

     

    Зонды из диоксида титана

    8

    1 4

    1 Red
    белый
    черный
    желтый

    2

    1 Отопительный элемент (+)
    Отопительный элемент (-)
    сигнал (-)
    сигнал (+)

    4
    Количество кабелей Cable Color Подключение
    4 Black
    2 x белый
    серый
    2 x
    серый

    2

    Нагревательный элемент (+)
    Нагревательный элемент (-)
    сигнал (-)
    сигнал (+)

    (спецификации производителя должны соблюдать)

    ЗАМЕНА ЛЯМБДА-ДАТЧИКА КИСЛОРОДА: ВИДЕО

    Информация об автомобильном кислородном датчике — описание, работа и расположение

    Итак, вы хотите узнать немного больше о том, как работает кислородный датчик? Что ж, как вы, возможно, уже знаете, для работы современного двигателя требуется множество датчиков, но, возможно, ни один из них не так важен, как кислородный датчик. Эти датчики считывают количество несгоревшего кислорода в выхлопе. Затем компьютер использует это показание для балансировки топливной смеси. По мере увеличения содержания кислорода в выхлопных газах (известное как бедная смесь) показания датчиков напряжения уменьшаются. Это сигнализирует компьютеру о необходимости увеличить количество топлива, подаваемого форсунками. В свою очередь, содержание кислорода в выхлопных газах уменьшается (известное как богатое состояние).

    Напряжение датчика кислорода увеличивается в результате этого обогащения, и ЭБУ реагирует уменьшением расхода топлива.По мере уменьшения количества топлива мы возвращаемся к обедненной смеси, и напряжение датчика падает. Этот процесс повторяется до тех пор, пока работает двигатель. Этот непрерывный контур обратной связи является сердцем системы управления подачей топлива. Типичные показания бедного напряжения составляют от 0 до 0,3 вольта, а богатые — от 0,6 до 1 вольта. Идеальная топливная смесь (14,7:1) дает напряжение около 0,5 вольта.

    Так почему бы просто не поддерживать постоянно измеряемое количество топлива, которое зависит от положения дроссельной заслонки? Что ж, многие факторы влияют на количество топлива, необходимого для обслуживания 14.соотношение 7:1. Некоторые из этих факторов включают качество топлива, атмосферное давление, влажность и многое другое. Таким образом, потребность в датчиках O2! Частота переключения датчиков различается, но большинство современных датчиков в среднем совершают минимум полдюжины переключений в секунду. Старые датчики переключались так медленно, как один раз в секунду, так что вы можете себе представить улучшение выбросов, которое сделали новые датчики!

    Кислородные датчики старого образца, использовавшиеся до 1982 г., были 1- или 2-проводными без подогрева. Эти датчики фактически не начнут регистрировать правильные показания, пока выхлоп не нагреет датчик до рабочего диапазона.Это привело к тому, что компьютер работал в режиме «разомкнутого цикла» (с использованием заданных значений топлива, которые фактически работают на богатой смеси) в течение более длительных периодов времени. Все датчики нового типа представляют собой «датчики кислорода с подогревом» (HO2S), которые включают нагревательный элемент, используемый для более быстрого нагрева датчика до рабочей температуры, обычно менее чем за минуту, но возможно и за 10 секунд! Нагревательные элементы также предотвращают охлаждение датчиков при работе двигателя на холостом ходу. Эти датчики с подогревом обычно имеют 3-х и 4-х проводную конструкцию.

    Существует несколько датчиков различных типов, которые различаются по химическому составу и конструкции, но их назначение и функция остаются неизменными. Разработка, стоящая за этим, выходит за рамки этой страницы, но есть несколько вещей, которые следует учитывать. Кислородные датчики сравнивают содержание кислорода в наружном воздухе с содержанием кислорода в выхлопных газах. Наружный воздух подается в датчик либо через вентиляционное отверстие в корпусе датчика, либо через сам разъем проводки. Некоторые типы датчиков генерируют напряжение при изменении содержания кислорода в выхлопных газах, а некоторые имеют различное сопротивление. Новейший тип широкополосных датчиков O2 с подогревом имеет диапазон напряжения от 2 до 5 вольт. Несмотря на все эти различия и фактические показания датчиков, компьютер обрабатывает информацию так, что мы получаем ожидаемые показания от 0 до 1 вольта. Есть пара исключений, конечно. Некоторые датчики O2 с подогревом типа Titania могут выдавать напряжение до 5 вольт. Это показание не изменяется компьютером. Другой дизайн датчика того же стиля настроен на считывание значений, противоположных ожидаемым.Высокие напряжения указывают на обедненную смесь, а низкие — на богатую. Эти 2 типа кислородных датчиков не распространены и использовались в основном на нескольких автомобилях Nissan, Jeep и Eagle. Всегда должно быть исключение! Инженеры, да я знаю!

    Вы также заметите, что в большинстве приложений, выпущенных после 1996 года, помимо каталитических нейтрализаторов есть второй набор кислородных датчиков. Они функционируют так же, как и передние кислородные датчики, но их показания используются по-другому, и их целью является измерение эффективности нейтрализаторов, а не контроль соотношения топлива в двигателе. Пожалуйста, обратитесь к нашей статье о кодах датчиков кислорода для диагностической помощи и дальнейшего описания мониторов O2. В этой статье представлена ​​ценная помощь в диагностике и процедурах проверки, а также вероятные причины кодов датчиков богатого или обедненного кислорода. Я надеюсь, что вы нашли эту информацию полезной!


    К началу страницы с информацией об автомобильных кислородных датчиках

    Какая связь между датчиками кислорода и работой двигателя автомобиля?

    Почти все автомобили, выпущенные после 1980 года, имеют кислородные датчики.Автомобильный датчик кислорода на последней модели будет расположен в выпускном коллекторе двигателя. Это механизм в форме свечи зажигания, который является важным компонентом системы контроля выбросов вашего автомобиля. Впервые он был представлен в 1976 году и стал практически обязательным для всех легковых автомобилей и легких грузовиков, построенных с 1981 года. В настоящее время, благодаря правилам OBD-II, многие автомобили оснащены несколькими датчиками O2, а некоторые даже четырьмя.
    Этот датчик измеряет количество несгоревшего кислорода в выхлопных газах, когда выхлопные газы выходят из двигателя, проверяя содержание кислорода сотни раз в минуту с невероятной точностью, прежде чем передавать данные на компьютер вашего автомобиля.Цель датчика — помочь двигателю работать максимально эффективно, а также производить как можно меньше выбросов.
    Бензиновый двигатель сжигает бензин в присутствии кислорода. Оказывается, существует определенное соотношение воздуха и бензина, идеально подходящее для сгорания в цилиндре двигателя. Если это соотношение воздух-топливо выше идеального соотношения, это означает бедную смесь воздуха-топлива, что означает избыток кислорода. Бедная смесь имеет тенденцию производить больше загрязняющих веществ оксидов азота, а в некоторых случаях это может привести к снижению производительности и даже к повреждению двигателя.Наоборот, если этот рацион ниже идеального, то топлива слишком много и это называется богатой смесью. Обогащенная смесь является пустой тратой топлива, а несгоревшее топливо создает загрязнение.
    На относительное обогащение или бедность топливной смеси могут влиять различные факторы, в том числе высота над уровнем моря, температура воздуха, температура двигателя, атмосферное давление, положение дроссельной заслонки, расход воздуха и нагрузка на двигатель. Датчик O2 является основным монитором того, что происходит с топливной смесью, и любые проблемы с датчиком O2 могут вывести из строя всю систему.Чтобы понять это, давайте посмотрим, как работает кислородный датчик.
    Прежде всего, я хочу объяснить вам значение «контура обратной связи» по топливу. На самом деле, этот термин относится к процессу, когда компьютер получает сигналы от датчика O2 и реагирует изменением топливной смеси. С помощью датчика O2 компьютеру удается регулировать топливную смесь. Это называется «замкнутым контуром», когда сигнал от датчика O2 не поступает, это «разомкнутый контур». Затем следуют проблемы.Датчики кислорода
    по сути являются химическими генераторами. Они работают как миниатюрный генератор и вырабатывают собственное напряжение. Например, при постоянном измерении содержания кислорода внутри выпускного коллектора и сравнении его с воздухом снаружи двигателя генерируется напряжение, если сравнение показывает малое количество кислорода или его отсутствие в выпускном коллекторе. Если кислородный датчик измеряет правильную смесь, напряжение падает и посылается соответствующий сигнал. ЭБУ системы впрыска топлива получает напряжение и реагирует на него необходимыми корректировками топливно-воздушной смеси в двигателе.Недостатный обмен сигналами между датчиком и компьютером гарантирует, что выполнены постоянные регулировки в зависимости от потребностей двигателя. Если кислород не удается, никакие сигналы напряжения не принимаются компьютером впрыска топлива, он заканчивается догадки, что приводит к богатому двигателю.

    Как использовать приложение крови кислорода на Apple Watch Series 6 или серии 7

    Оксиологическое приложение крови может позволить вам измерить уровень кислорода вашей кровью по требованию непосредственно от вашего запястья, предоставляя вам понимание вашего общего самочувствия.

    Измерения, сделанные с помощью приложения «Кислород в крови», не предназначены для использования в медицинских целях и предназначены только для общих целей фитнеса и хорошего самочувствия.

    Приложение Blood Oxygen доступно только в некоторых странах и регионах.Узнайте, где доступно приложение Blood Oxygen.

    Что такое кислород крови

    Уровень кислорода в крови представляет собой процент кислорода, который ваши эритроциты переносят из легких в остальные части тела. Знание того, насколько хорошо ваша кровь выполняет эту жизненно важную задачу, может помочь вам понять ваше общее самочувствие.

    У большинства людей уровень кислорода в крови составляет 95-100%.Однако некоторые люди живут нормальной жизнью с уровнем кислорода в крови ниже 95%. Ожидаются немного более низкие значения во время сна, а некоторые пользователи могут получить значения ниже 95%.

     

    Как использовать приложение Blood Oxygen

    Убедитесь, что вы соответствуете приведенным ниже требованиям, и следуйте инструкциям по настройке приложения «Кислород в крови».

     

    Настройте приложение Blood Oxygen и фоновые показания

    1. На iPhone откройте приложение «Здоровье».
    2. Следуйте инструкциям на экране. Если вы не видите запрос на настройку, коснитесь вкладки «Обзор», затем коснитесь «Дыхание» > «Кислород в крови» > «Включить».
    3. После завершения настройки откройте приложение «Кислород в крови» на Apple Watch, чтобы измерить уровень кислорода в крови.

    Если вы по-прежнему не видите приложение «Кислород в крови» на Apple Watch, вы можете найти в App Store на Apple Watch приложение «Кислород в крови» и загрузить его.

    Приложение «Кислород в крови» устанавливается во время установки в приложении «Здоровье». Если вы удалили приложение «Кислород в крови», вы можете снова установить его из App Store на Apple Watch, если вы завершили настройку приложения «Кислород в крови».

    Как проводить измерение кислорода в крови

    Вы можете в любое время измерить содержание кислорода в крови с помощью приложения Blood Oxygen.

    1. Убедитесь, что ваши Apple Watch плотно прилегают к запястью, но им удобно.
    2. Откройте приложение «Кислород в крови» на Apple Watch.
    3. Сохраняйте неподвижность и убедитесь, что ваше запястье ровно, а Apple Watch направлены вверх.
    4. Нажмите «Старт», затем держите руку неподвижно в течение 15 секунд.
    5. Подождите. Измерение занимает 15 секунд. По окончании измерения вы получите результаты.
    6. Нажмите «Готово».

     

     

    Как добиться наилучших результатов

    1. Положите руки на стол или на колени во время измерения.Держите запястье и ладонь вниз и держите их как можно неподвижнее.
    2. Убедитесь, что Apple Watch не болтаются на запястье. Ремешок должен быть плотным, но удобным, а задняя часть Apple Watch должна касаться запястья.
    3. Убедитесь, что задняя часть Apple Watch находится на одном уровне с запястьем. Если этому мешают кости запястья, переместите часы на 1–2 дюйма вверх по руке от кости запястья.

     

    Дополнительные факторы

    Даже в идеальных условиях ваши Apple Watch могут не всегда получать достоверные данные о содержании кислорода в крови.Для небольшого процента пользователей различные факторы могут сделать невозможным измерение кислорода в крови.

    • Перфузия кожи (или количество крови, протекающей через кожу) может повлиять на измерения. Перфузия кожи значительно варьируется от человека к человеку, а также может зависеть от окружающей среды. Например, если вы находитесь на морозе, перфузия кожи на запястье может быть слишком низкой, чтобы датчик мог работать с приложением «Кислород в крови» для получения измерения.
    • Постоянные или временные изменения кожи, такие как некоторые татуировки, также могут повлиять на производительность. Чернила, узор и насыщенность некоторых татуировок могут блокировать свет от датчика, что затрудняет измерение приложением «Кислород в крови».
    • Движение — еще один фактор, который может повлиять на вашу способность успешно проводить фоновые измерения или измерения по требованию. Определенные позы, такие как руки, свисающие вдоль тела, или сжатые пальцы в кулак, также приведут к неудачным измерениям.
    • Если ваш сердечный ритм слишком высок (выше 150 ударов в минуту) в состоянии покоя, вы не сможете успешно измерить содержание кислорода в крови.


    Об измерениях фона

    Приложение «Кислород в крови» на Apple Watch будет время от времени измерять уровень кислорода в крови, если включены фоновые измерения. Обычно это происходит, когда вы не двигаетесь.В зависимости от того, насколько вы активны, количество показаний, собираемых каждый день, и время между этими показаниями будут варьироваться. При измерении содержания кислорода в крови используется ярко-красный свет, падающий на ваше запястье, поэтому он может быть более заметен в темноте. Если вас отвлекает свет, вы можете отключить фоновые измерения.

    1. Откройте приложение «Настройки» на Apple Watch.
    2. Коснитесь «Кислород в крови», затем выключите «Фокус сна» и «Режим театра».

    Измерения кислорода в крови происходят только во время сна, если включен параметр «Отслеживание сна с помощью Apple Watch».

     

    Как работает приложение Blood Oxygen

    В Apple Watch Series 6 и Series 7 оптический датчик сердцебиения был переработан, чтобы добавить возможности измерения кислорода в крови. Во время измерения кислорода в крови задний кристалл освещает ваше запястье красными и зелеными светодиодами и инфракрасным светом. Затем фотодиоды измеряют количество отраженного света.

    Усовершенствованные алгоритмы используют эти данные для расчета цвета вашей крови. Цвет определяет уровень кислорода в крови — в ярко-красной крови больше кислорода, а в темно-красной — меньше.

     

     

    Просмотр информации о вашем здоровье

    Все измерения кислорода в крови, будь то по запросу или в фоновом режиме, сохраняются в приложении «Здоровье» на вашем iPhone.

    1. Откройте приложение «Здоровье».
    2. Коснитесь вкладки «Обзор», затем коснитесь «Дыхание» > «Кислород в крови».

    Вы также можете фильтровать и просматривать измерения, сделанные только во время сна или на большой высоте.

     

    Вещи, которые вы должны знать

    • Измерения приложения Blood Oxygen не предназначены для медицинского использования, включая самодиагностику или консультацию с врачом, и предназначены только для общих целей фитнеса и хорошего самочувствия.
    • Приложение Blood Oxygen предназначено для пользователей старше 18 лет.

     

    Дата публикации:

    Датчики O2

    , типы

    Узкополосные датчики кислорода

    В 1976 году компания Bosch впервые выпустила кислородный датчик на автомобильный рынок. В то время их использовали только Volvo и Saab, и только в 1980 году эти датчики начали использоваться в автомобилях США. Узкополосные датчики часто (и обычно) называют просто «кислородными датчиками», потому что в течение многих лет существовал только этот основной тип датчика. По состоянию на эту дату (2008 г.) в большинстве автомобилей все еще используются датчики этого типа.

    Он называется узкополосным датчиком, потому что он может обнаруживать только очень узкую полосу соотношения воздух-топливо. По сути, это переключатель включения / выключения, который показывает либо обеднение, либо обогащение, но не сообщает ЭБУ, насколько бедная или богатая смесь.Он связывается с ECU через напряжение, которое он производит. Напряжение подскакивает почти до 1 вольта и падает почти до 0 вольт. Когда вы читаете сигнал на мультиметре, вы увидите, что напряжение мигает на дисплее вашего измерителя слишком быстро, чтобы его можно было прочитать. Часто оказывается, что напряжения находятся между 0,2 и 0,8 вольта или 0,3 и 0,7 вольта, потому что измеритель не может измениться достаточно быстро, чтобы показать фактические напряжения.

    Эти датчики могут иметь 1, 2, 3 или 4 провода. Я не знаю ни одного узкополосного датчика с более чем 4 проводами.Несмотря на разное количество проводов, все они работают одинаково. Один из проводов всегда будет сигнальным проводом. Другие провода, если они есть, будут представлять собой комбинацию из следующих:

    1. Всегда присутствует сигнальный провод, который часто называют «высокий уровень сигнала», «привет» или просто «сигнал». Этот провод всегда идет к ЭБУ.
    2. Заземление для сигнального провода, часто называемое «низкий уровень сигнала». Если он присутствует, этот провод также будет идти к ЭБУ.
    3. Провод обогревателя, на котором при работающем двигателе будет 12 вольт.Обычно это работает от отдельного реле, которое подает напряжение при работающем двигателе.
    4. Масса нагревателя. Это обычно работает на шасси. Иногда он поступает в ЭБУ, и ЭБУ контролирует, когда нагреватель работает, замыкая или размыкая соединение с массой.

    В редких случаях некоторые автомобили, особенно Chrysler/Dodge, добавляют напряжение смещения в цепь датчика. ЭБУ подает опорное напряжение 2,5 В на провод «низкий уровень сигнала» к датчику.К этой опорной величине будет добавлен выходной сигнал датчика при «высоком уровне сигнала», так что он будет колебаться между 2,5 и 3,5 вольт (вместо 0–1 вольт). Это напряжения, которые вы увидите, если измерите эти 2 провода относительно земли. Однако, если вы измеряете между «sig hi» и «sig lo», вы увидите тот же самый сигнал, который вы привыкли видеть с беспристрастными датчиками. Хотя мы не видели каких-либо других напряжений, используемых на «sig low», ничто не мешает некоторым производителям использовать напряжение, отличное от 2.5 вольт. Датчик в этом случае ничем не отличается. Единственное, что отличается, это то, что ECU подает напряжение на «низкий уровень сигнала». Обратите внимание, что наши EFIE цифровой серии должны быть модифицированы для работы с этими автомобилями.

    Примечание: редкий тип узкополосного датчика

    Существует еще один тип узкополосного датчика, называемый датчиком диоксида титана. Только такое мы редко видим. Недавно я искал двигатель Jaguar 98 года с этим датчиком. Он использует напряжение от 0 до 5 вольт, а логика обогащения и обеднения отличается от других датчиков (низкое напряжение означает обогащение, а более высокое напряжение означает обеднение).Единственный известный нам EFIE, который будет работать с ними, — это наш оригинальный Dual EFIE. Он имеет регулировку диапазона, которая позволяет увеличить диапазон. Затем, из-за обратной логики, вы должны подключить EFIE в обратном порядке, подключив провод компьютера к датчику, а провод датчика к компьютеру. Это заставляет EFIE вычитать напряжение, а не добавлять его, и тогда он будет работать с этим типом датчика. Для получения дополнительной информации см. Инструкции по установке Analog EFIE.

    Широкополосные кислородные датчики

    Широкополосные датчики — это новый тип датчиков. Их начали использовать на нескольких автомобилях Toyota в 1997 году, но в последующие годы их стали использовать все больше и больше. Первыми пользователями этого типа датчиков стали, в основном, японские и немецкие автомобили. Они только сейчас начинают появляться в американских автомобилях (по состоянию на 2008 год). Широкополосный датчик не только сообщает ECU, является ли смесь богатой или обедненной, но и насколько она богата или насколько обеднена . Таким образом, ЭБУ легче регулировать смесь без большого перерегулирования и догадок.По этой причине я считаю, что широкополосный датчик является превосходной технологией, и что его использование исключительно для определения соотношения воздух/топливо в легковых и грузовых автомобилях — лишь вопрос времени.

    Эти устройства также имеют совершенно другой способ связи с ЭБУ. Узкополосные датчики передают свою информацию, обеспечивая напряжение, которое считывается ЭБУ. Широкополосные датчики используют поток тока, сила которого прямо пропорциональна количеству кислорода, присутствующего в потоке выхлопных газов. Это очень точно. Кроме того, ток течет в одном направлении, когда смесь бедная, и в другом, когда смесь богатая. Именно по этой причине вы не можете использовать узкополосные EFIE на широкополосных кислородных датчиках. Вам нужно использовать тот, который предназначен для управления током , а не напряжением. Вы можете приобрести EFIE для широкополосных датчиков в нашем интернет-магазине. Существует 2 основных типа широкополосных датчиков, которые описаны в следующих 2 разделах.

    Датчик состава топливовоздушной смеси (AFR)

    Этот датчик имеет 4 провода.Одна пара проводов идет на подогрев. Один из них будет заземлением, а другой будет на 12 вольт. Широкополосные датчики должны поддерживать правильную температуру наконечника, поэтому ЭБУ будет контролировать количество тепла, подаваемого контуром нагревателя. Обычно заземление нагревателя идет к ЭБУ, а затем ЭБУ может замыкать или размыкать землю по мере необходимости, чтобы поддерживать температуру наконечника в приемлемом диапазоне. Это отличается от узкополосных датчиков, которые просто подают на нагреватель постоянное напряжение 12 вольт.

    Другая пара проводов будет сигнальной. Один из этих проводов будет опорным напряжением, подаваемым ЭБУ. Другой будет примерно на 0,3 вольта выше при работающем двигателе, но будет немного отличаться, обеспечивая другие показания для ЭБУ. Опорные напряжения, которые мы видели на различных автомобилях: 2,5 В, 2,7 В и 3,0 В. Но ничто не мешает производителям транспортных средств использовать другие напряжения, кроме этих. Это только те, что мы видели. В каждом случае длина сигнального провода составляет приблизительно .на 3 вольта выше опорного.

    Датчик AFR не передает опорное напряжение на ЭБУ. Вместо этого он меняет ток, протекающий по двум сигнальным проводам. Если ток течет в одну сторону, смесь бедная, а если в другую — богатая. Величина тока сообщает ЭБУ, насколько он беден или богат. Величина тока относительно невелика (0 — 30 мА).

    Поскольку этот датчик использует ток для связи с ЭБУ, с ним нельзя использовать обычный EFIE. Мы видели, как люди пытались использовать узкополосные EFIE для управления этими типами датчиков, но это просто не срабатывало. Мы также видели, как люди пытались продавать узкополосные EFIE и заявляли, что они работают в широкополосном диапазоне. Это тоже просто неправда. У вас должно быть устройство, предназначенное для изменения величины протекающего тока, а не источника опорного напряжения. Наши широкополосные EFIE предназначены для этого. Также обратите внимание, что текущая корректировка очень мала. Обычно вам нужно всего лишь изменить ток на 1 миллиампер или около того.

    5-проводной широкополосный датчик

    5-проводная широкая полоса добавляет еще один элемент к 4-проводной версии, описанной выше. У него есть 5-й провод, который дает представление напряжения тока, протекающего по 2 токоведущим проводам. Этот тип датчика также имеет 6-проводную разновидность, в которой 6-й провод используется в качестве сигнальной земли для сигнала 5-го провода. Известно, что узкополосные типы EFIE работают в 5-проводных диапазонах.

Author:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.