Показания датчика кислорода: Как работает и что показывает датчик кислорода

Типичные показания датчика при обедненной смеси — напряжение между 0 и 0.3 В и для богатой смеси показания в диапазоне от 0.6 до 1 вольта. Идеальная воздушно-топливная смесь (14.7:1) создает напряжение на выводах датчика 0.5 В

Так почему бы просто не поддерживать постоянно дозированное количество топлива, которое изменяется с положения дроссельной заслонки? На самом деле, довольно много факторов влияют на количество топлива, которое необходимо для поддержания отношения 14.7:1. Некоторые из этих факторов: качество топлива, атмосферное давление, влажность и многое другое. Таким образом, необходимы О2-датчики (датчики кислорода)! Количество раз в единицу времени обновлений информации датчиками весьма разнятся, но большинство современных датчиков в среднем обновляют показания минимум полдюжины раз в секунду. Старые датчики обновляли показания медленно порядка одного раза в секунду, так что вы можете себе представить насколько лучше стали контролировать выхлоп современные датчики.

Старые кислородные датчики, использовавшиеся до 1982 года были 1 или 2 проводные неподогреваемого типа. Эти датчики не будут на самом деле начинать правильно регистрировать состояние выхлопной пока датчик не нагреется, чтобы достичь свой рабочий диапазон. В результате компьютер работает в режиме «открытого контура» (использование заданных топливных значений, которые фактически заставляют двигатель работать на переобогащенной смеси) в течение более длительных периодов времени.

Есть несколько различных видов датчиков, которые различаются по химическому составу и дизайну, но их назначение и функции остаются неизменными. Техника за эти годы вышла далеко за рамки того, что описано на этой странице, но есть несколько вещей, которые нужно понимать. Датчики кислорода сравнивают содержание кислорода в окружающем воздухе с содержанием кислорода в выхлопных газах. Наружного воздух попадает в датчик через отверстие в корпусе датчика или через разъем проводки. Некоторые типы датчиков генерируют (изменяют) напряжение, когда изменяется содержание кислорода в выхлопных газах, а некоторые изменяют сопротивление.

Несмотря на все их различия и фактические показания выдаваемые датчиками, компьютер обрабатывает информацию так, что у нас ожидаются значения от 0 до 1 В. Есть пара исключений, конечно. Некоторые типы кислородных датчиков «Титания» с подогревом могут производить напряжение до 5 вольт. Это значение не изменяется с помощью компьютера. Еще один тип того же датчика настроен для чтения значений противоположное тому, что вы ожидаете. Высокое напряжение указывают на бедную смесь и низкое напряжение на богатую. Эти 2 типа датчиков кислорода не распространены и использовались в основном на некоторых Ниссанах, Jeep’ах и Иглах. В каждом правиле должны быть исключения! Инженеры они такие, да, я знаю.

Вы также заметите, что на большинстве автомобилей после ’96 года, есть

(т. е. там стоит вторая лямбда, он же 2 датчик кислорода)

Англоязычный оригинал

С уважением, перевод предоставлен коллективом мастерской Works-Garage.

Works-Project.ru

Диагностика по лямбдам

Прежде чем поговорить об устройстве, работе и диагностике лямбда- зонда, обратимся к некоторым особенностям работы топливной системы. Нам поможет в этом эксперт журнала, Федор Александрович Рязанов, диагност с большим стажем работы, руководитель курсов обучения диагностов в компании «ИнжКар».

Современный автомобилист хочет владеть мощным, но в тоже время экономичным автомобилем. У экологов другое требование – минимальное содержание вредных веществ в выхлопе машины. И в данных вопросах интересы автомобилистов и экологов в итоге совпадают. И вот почему.

Известно, что когда двигатель не сжигает все топливо, расход горючего возрастает, растут затраты и на эксплуатацию автомобиля. Мощность двигателя (или ДВС) в условиях неполного сгорания топлива неизбежно падает, а крутящий момент снижается. Одновременно с этим увеличивается уровень вредных веществ в выхлопе автомобиля.

В этой связи одной из основных задач современного автомобилестроения является максимально полное сжигание топливной смеси в двигателе.

На сжигание смеси прямым образом влияет ее состав. Идеальной ситуацией является стехиометрический состав топлива. Говоря более простым языком, должна быть соблюдена пропорция – на 14,7 кг воздуха должен приходиться 1 кг топлива. Именно такое соотношение позволяет оптимально использовать и то, и другое. Владелец автомобиля получает больший крутящий момент и, как следствие, — адекватное ускорение автомобиля, равномерную работу двигателя во всех режимах работы. Также падает расход топлива, и автомобиль перестает загрязнять окружающую среду.

Отклонения от правильного состава топливной смеси – богатая и бедная смесь. Богатая топливная смесь образуется, когда в цилиндрах мало кислорода, но много топлива, которое, конечно же, из-за недостатка кислорода, полностью сгореть не сможет. Следовательно, автомобиль, работающий на богатой смеси, будет больше расходовать топливо, а избыток несгоревшего топлива, в этом случае, охладит камеру сгорания, мощность двигателя при этом будет падать, несгоревшое топливо попадет в атмосферу, загрязняя ее.

Другая ситуация: двигатель получает обедненную топливную смесь. В этом случае топливо в цилиндрах будет сгорать не полностью из-за недостатка топлива. Об экономичности, ради которой и разрабатывались такие двигатели, в этом случае также придется забыть. Ведь бедная смесь плохо горит, и это автоматически приводит к падению крутящего момента. Водителю приходится больше нажимать на газ, что в свою очередь, ведет к перерасходу топлива.

Таким образом, понятно, что со всех аспектов только стехиометрия топливной смеси (пропорция 14,7/1) является самым оптимальным режимом работы двигателя. И, конечно же, автомобиль, который только-только сошел с конвейера, обычно, укладывается во все рамки этого критерия. Но и «заводская» настройка может отличаться от идеала. Более того, в процессе эксплуатации автомобиля неизбежно наступает износ некоторых компонентов, датчики, отвечающие за настройку топливной системы, могут терять точность настроек. В итоге состав топливной смеси все больше уходит от идеальных показателей.

В этом случае как раз и необходим лямбда- зонд, он фиксирует количество кислорода в выхлопе автомобиля. И если в выхлопе окажется большое количество кислорода, это «сигнализирует» о бедной топливной смеси и, наоборот, если в выхлопе нет кислорода, это указывает на то, что смесь стала богатой. А мы уже выяснили, что и в том, и в другом случае уменьшается мощность двигателя, растет расход топлива, снижается экологичность выхлопа. Задача лямбда-зонда как раз и заключается в том, чтобы скорректировать эти отклонения.

Возьмем в качестве примера такую ситуацию: в топливной системе засорились форсунки, их производительность снизилась, смесь стала обедненной. Лямба-зонд фиксирует этот факт, а блок управления топливной системой реагирует на эту информацию и «доливает» немного топлива в цилиндры. Так происходит корректировка возникающих отклонений с учетом показаний этого датчика.

Таким образом, основное назначение лямбда- зонда заключается в том, чтобы компенсировать неизбежно возникающие в процессе эксплуатации автомобиля отклонения в составе топливной смеси.

Однако нужно понимать, что лямбда-зонд как таковой не является панацеей от всех бед, он лишь позволяет вернуть состав топливной смеси в состояние стехиометрии. Но это не устранение дефектов, а только их компенсация.

Вернемся к нашим форсункам. При загрязненных форсунках нарушается эффективность распыления бензина, топливо распыляется крупными каплями, испаряются они с трудом. И система топливоподачи рассчитывает тот объем топлива, который необходим для достижения состояния стехиометрии, для этого фиксируются показания датчика расхода воздуха. Однако если бензин в системе выпрыскивается крупными каплями, его пары полностью не смешиваются с воздухом, часть паров сгорает, а часть капель бензина попросту вылетает в выхлопную трубу. Лямбда-зонд трактует такую ситуацию как бедную смесь, а датчик топливной системы, который «не видит» отдельные капли бензина, добавляет топлива, чтобы привести смесь в состояние стехиометрии. Но в этом случае, резко повышается расход топлива.

Поэтому для работы лямбда-зонда важен не фактор того, как система справляется с выводом смеси на стехиометрию, а фактор того, какой «ценой» ей удается это сделать.

Рассмотрим осциллограмму работы лямбда- зонда. Датчик сам по себе не может отличить состояние стехиометрии от состояния богатой топливной смеси, так как и в том, и в другом случае кислорода в выхлопе нет. При отсутствии кислорода в топливе блок управления (ЭБУ – электронный блок управления) немного уменьшает количество подаваемого в цилиндр топлива. Как следствие, в выхлопе появляется кислород.

И в этом случае показания лямбда-зонда находятся ниже отметки 0,4 В, что для датчика является признаком того, что топливная смесь обеднела (LEARN). При низких показателях лямбда-зонда (ниже 0,4 В), блок управления увеличивает подачу топлива на несколько процентов, смесь становится богатой и показания датчика достигают уровня выше 0,6В. ЭБУ воспринимает это как признак того, что в топливной системе находится богатая смесь (RICH). Подача топлива уменьшается, показания лябда-зонда падают, цикл повторяется — состав смеси начинает колебаться. В такт изменению состава смеси меняются показания лямбда-зонда. Такие колебания ЭБУ понимает как нормальное явление, указывающее на то, что состав топливной смеси находится в зоне стехиометрии.

Вспомним также, что в катализаторе автомобиля обязательно есть цирконий, этот металл способен накапливать кислород. И в фазе бедной смеси кислород запасается в катализаторе, а в фазе богатой смеси он расходуется. В результате на выходе топливной смеси катализатор дожигает все ее остатки.

На холостом ходу такие колебания возникают с частотой одно колебание примерно в одну секунду. Время такого переключения – еще один важный показатель для лямба-зонда. В нашем случае (см. осциллограмму, Рис. 1) время переключения составило 88 мс, при этом нормой является – 120 мс.

Если переключение длится долго, как в случае нашей осциллограммы (см. осциллограмму, Рис. 2) – 350 мс, да к тому же такая ситуация повторяется многократно, блок управления выдаст ошибку: «замедленная реакция лямбда-зонда».

Величины, при которых появляется эта ошибка, определяются, главным образом, настройками программного обеспечения блока управления.

Таким образом, для диагностики по лямбда-зонду необходимо изучить фазы переключения датчика. И если на осциллограмме появится хотя бы одно переключение с низкого показания на высокое (максимальное – 1В, минимальное – 0В), это значит, что лямбда-зонд работает исправно. Исправный датчик делает примерно одно переключение в секунду. Напомним, что в алгоритме работы блока управления о бедной смеси «сигналят» показания лямбда-зонда ниже 0,4В, а о богатой – выше 0,6 В. Поэтому оценить состояние топливной системы автомобиля можно и по работе датчика. В нашем случае (см. осциллограмму, Рис. 3) блоку управления удалось скомпенсировать все дефекты и вывести стехиометрию.

 
Вернемся к примеру с загрязненными форсунками. При обедненной смеси показания лямбда-зонда падают ниже 0,4В. Блок управления добавляет топлива до того момента, когда смесь станет богатой. Отметим, что в этом случае блок управления «самостоятельно» отклонился от установленных заводом-изготовителем в его карте параметров. Величину отклонения он записывает в своей памяти как топливную коррекцию (fuel trime). Предельно допустимые показатели топливной коррекции для большинства современных автомобилей составляют ±20-25%. Коррекция в «плюс» означает, что блоку пришлось добавлять топлива, коррекция в «минус» — наоборот, убавлять.

Допустим, неисправность носит долговременный характер: блок управления уже дошел до предела топливной коррекции, загорается код ошибки — «Превышение пределов топливной коррекции». Стерев код, исправить такой дефект нельзя, а наличие этой неисправности повлечет за собой перерасход топлива. Стоит отметить, что уже на 15% топливной коррекции обнаруживаются проблемы: автомобиль почти не едет, но расходует большое количество топлива.

То есть важно помнить, что показатель топливной коррекции и работа лямбда-зонда – это комплексный параметр, он указывает на наличие дефекта, но не указывает конкретную причину, которую придется найти и устранить на автосервисе.

И немного об особенностях строения лямбда-зонда. Такой датчик имеет циркониевую колбочку, которая одной стороной помещена в выхлопные газы. Цирконий уникальный материал, так как сквозь него может проходить кислород. Ион кислорода, «прилипая» к атомам циркония, движется по ним, при этом на циркониевом колпачке возникает напряжение. И если все идет в штатном порядке, то диффузия ионов кислорода осуществляется равномерно, и напряжение на обкладках колбочки составляет 1В. Если в выхлопе появляется кислород, диффузия невозможна, и напряжение в этом случае равно 0В. Вместо циркония в лямбда-зондах может использоваться окись титана. Отличие циркониевого лямбда-зонда от титанового заключается в том, что первый вырабатывает напряжение, а другой – меняет свое сопротивление (в переделах от 0 до 5В), и ему нужна схема, которая переводит меняющееся сопротивление в напряжение.

Слой платины на колбочке поверх циркония позволяет снять с него напряжение, играет роль катализатора, дожигает бензин и несгоревший кислород. Все ухудшается при использовании некачественного топлива, а также топливных присадок, которые в прямом смысле закупоривают слой платины и циркония, и зонд выходит из строя. Однако в этом случае, если у зонда нет физических повреждений, обычная промывка вернет его в рабочее состояние. «Современный бич» – это добавки антидетонационных присадок в топливо. До недавнего времени в качестве присадки использовался ферроцент — опасное вещество, которое мы окрестили «красная смерть» за ее красный оттенок, а также за способность быстро выводить из строя свечи, лямбда-зонды и катализатор», — отмечает Федор Александрович. Зонд может «замерзнуть» в высоком или в низком положении, то есть или в фазе богатой, или в фазе бедной смеси. И в этом случае датчик достигнет пределов топливной коррекции и прекратит попытки выравнивать состав смеси до стехиометрии.

Диагностику состояния системы топливоподачи начинаем с подключения сканера к автомобилю. Отсутствие кода «Превышение пределов топливной коррекции» еще не говорит об отсутствии дефектов в системе топливоподачи. Необходимо в потоке данных (Data Stream) убедиться в наличии колебаний лямбда-зонда (стехиометрия достигнута), а также по величине топливной коррекции оценить, какой ценой она достигнута.

Подводя итог, еще раз отметим, что при проверке лямбда-зонда необходимо обращать внимание на колебания датчика, если они есть, датчик исправен; если же система лямбда регулирования не совершает колебаний, это может указывать или на неисправность лямбда-зонда или на бедную или богатую топливную смесь. То есть сначала надо проверить сами датчики. Для этого нужно принудительно обогатить или обеднить смесь, чтобы получить колебания лямбды и убедиться в том, что он исправен.

Рассмотренные выше лямбда-зонды носят название «скачковые». Т.е. они указывают на то, есть кислород в выхлопе или нет. Но все более ужесточающиеся требования к экологии заставили производителей разработать датчики, которые способны не только работать по принципу «Да-Нет», но и определять процент кисло- рода в выхлопе. Такие датчики получили название «широкополосные датчики кислорода».

Принципы их работы и особенности диагностики автомобиля по показаниям широкополосных лямбда-зондов будут рассмотрены в следующих публикациях.

МНЕНИЕ
Максим Пастухов, технический специалист компании «ДЕНСО Рус»: «Практика показывает, что основными причинами выхода из строя лямбда зондов являются: 1. Загрязнение лямбда-зонда продуктами сгорания топлива. Фактически это присадки, которые используются для повышения октанового числа бензина, устранения детонации или для других целей. Также на это влияет степень очистки топлива. Присадки, сера и парафины «закупоривают» проводящий слой лямбда-зонда, и он «слепнет». Блок управления переводит двигатель в аварийный режим, и мы видим на приборной панели значок «Проверьте двигатель». Кстати, от вышеописанных вещей страдают также свечи зажигания, клапаны, катализатор и др. компоненты двигателя. Имеет смысл комплексно подходить к ремонту, если лямбда-зонд вышел из строя. 2. Агрессивная смесь, которой посыпают наши дороги. Она разъедает изоляцию проводов и сами провода. Мы для защиты от этого используем двойную изоляцию проводов, а также прячем место сварки проводов с датчиком внутрь лямбда-зонда».

09.04.2014 г.

Как проверить лямбда зонд? — 2 ответа

Перво-наперво при выходе из строя и неисправности лямбды в поведении авто появляются несколько ощутимых последствий:

Затем, чтобы проверить лямбда-зонд, для начала можно выкрутить и провести визуальную проверку (так же как и визуальная проверка свечей может о многом рассказать).

Визуальная проверка лямбда-зонда

На автомобилях устанавливается несколько видов лямбд, датчики могут быть с одним, 2-мя, 3-мя, 4-мя даже пятью проводами, но стоит запомнить что в любом из вариантов один из них является сигнальным (зачастую чёрный), а остальные предназначены для подогревателя (как правило они белого цвета).

Чем и как можно проверить лямбду

Для проверки потребуется цифровой вольтметр (лучше аналоговый вольтметром, поскольку у него время «дискретизации» значительно меньше чем у цифрового) и осциллограф если есть возможность, измерения будут более точнее. Перед проверкой следует прогреть авто поскольку лямбда правильно работать при температуре более 300C°.

Сначала ищем провод обогрева:

Заводим двигатель, разъем лямбды не разъединяем. Минусовой щуп вольтметра (обычная цешка) соединяем с кузовом автомобиля. Плюсовым щупом цешки “тыкаем” на каждый контакт провода и наблюдаем за показанием вольтметра. При обнаружении плюсового провода обогревателя, вольтметр должен показывать постоянные 12 В. Далее минусовым щупом вольтметра пытаемся найти минусовой провод подогревателя. Включаемся в оставшиеся контакты разъема датчика. При обнаружении минусового контакта, опять же вольтметр покажет 12 В. Оставшиеся провод, провода сигнальные.

Проверка лямбда-зонда тестером

Берём электронный милливольтметр постоянного напряжения и подсоединяем его параллельно ЛЗ («+» «-» к ЛЗ, — к массе), причём лямбда зонд должен быть подключен к контроллеру.

Когда двигатель прогреется (5-10 мин) затем нужно смотреть на стрелку вольтметра. Она должна периодически ходить между 0,2 и 0,8 В (т.е. 200 и 800 мВ, причём, если за 10 секунд произойдёт менее 8-и циклов — ЛЗ пора менять. Также к замене если напряжение «стоит» на 0,45 В.

Когда же напряжение всё время 0,2 или 0,9 В — то что-то со впрыском — смесь слишком бедная или слишком богатая. Поскольку напряжение датчика кислорода все время должно изменятся и скакать от ≈0,2 до 0,9V.

Имеется еще один быстрый способ проверки лямбда зонда. Следует сделать так:

Аккуратно прокалывается плюсовым контактом тестера (чёрный провод лямбды), другой контакт — на массу. На работающем моторе показания должны колебаться от 0,1 до 0,9V. Постоянные показания (к примеру, всё время 0,2) или показания, выходящие за эти рамки, или колебания с меньшей амплитудой говорят о неисправности зонда.

Исключения:

• всё время 0,1 — мало кислорода
• всё время 0,9 — много кислорода
• Зонд исправен, проблема в чём-то другом.  

Если есть время и желание позаморачиватся можно провести несколько тестов на богатую и бедную смесь и дополнительно проверить датчик лямбда зонд.

1. Отключите кислородный датчик от колодки и подключите его цифровому вольтметру. Заведите автомобиль, и, нажав педаль газа, увеличьте обороты двигателя до отметки 2500 оборотов в минуту. Используя устройство для обогащения топливной смеси, устройте снижение оборотов до 200 в минуту.
2. При условии, что ваш автомобиль оборудован топливной системой с электронным управлением, выньте вакуумную трубку из регулятора давления топлива. Посмотрите на показания вольтметра. Если стрелка прибора приблизится к отметке 0.9 В, значит, лямбда зонд находится в рабочем состоянии. О неисправности датчика свидетельствует отсутствие реакции вольтметра, и показания его в пределах меньших отметки 0.8 В.
3. Сделайте тест на бедную смесь. Для этого возьмите вакуумную трубку и спровоцируйте подсос воздуха. Если кислородный датчик исправен, показания цифрового вольтметра будут на уровне 0.2 В и ниже.
4. Проверьте работу лямбда зонда в динамике. Для этого подключите датчик к разъему системы подачи топлива, и установите параллельно ему вольтметр. Увеличьте обороты двигателя до 1500 оборотов в минуту. Показатели вольтметр при исправном датчике должны быть на уровне 0,5 В. Другое значение свидетельствует о выходе из строя лямбда зонда.

Проверка напряжения в цепи подогрева

Для проверки наличия напряжения в цепи нужен вольтметр. Включаем зажигание и подсоединяем его щупами к проводам нагревателя (отсоединять разъем не можно, лучше проткнуть острыми иголками). Их напряжение должны быть равно тому, что выдает аккум на не запущенном двигателе (около 12В).

Если нет плюса нужно пройти цепь АКБ-предохранитель-датчик, поскольку он всегда идет напрямую, а вот минус поступает с ЭБУ, так что если нет минуса смотрим цепь до блока.

Проверка нагревателя лямбда зонда

Кроме как померить напряжения мультиметром, можно замерить еще и сопротивления для проверки исправности нагревателя (двух белых проводов), но нужно будет тестер переключить на Омы. В документации к определенному датчику обязательно указывается номинальное сопротивление (обычно оно около 2-10 Ом), ваша задача только проверить его и сделать вывод. На видео показан данный способ:

Проверка опорного напряжения датчика кислорода

Тестер переключаем на режим вольтметра, затем включив зажигание измеряем напряжение между сигнальным и проводом массы. В большинстве случаев опорное напряжение лямбда-зонда должно быть 0,45В.

И так подведу итог чем можно проверить лямбда зонд: внешним осмотром, мультиметром, прогревом, осциллографом, бортовой системой.

Если отключить лямбда зонд и выполнять проверку без машины, можно измерить только опорное сопротивление. При подключенном элементе, можно измерить сопротивление и напряжение на прогретом двигателе.

Как проверить лямбда зонд мультиметром

Принцип проверки лямбда зонда на всех автомобилях похож. Отличия бывают только в напряжении. Детальнее разобраться поможет проверка на разных машинах.

К примеру, для проверки на Шкоде Октавия, выставляем на мультиметре сопротивление 200 Ом. Когда двигатель холодный оптимальное значение будет равно 9 Ом. Если прогреть двигатель, значение уменьшится за счет токопроводящего напыления.

После этого замеряем чувствительность датчика. Выставляем мультиметр в режим постоянного тока. Подсоединив красный щуп к лямбда зонду а черный к массе, нужно включить зажигание. Показатели будут находиться на уровне 0,45-0,47 V. После прогрева машины показатели будут прыгать от 0,1 до 0,9 V.

Проверка лямбда зонда на Тойоте Камри выполняется также. При включенном зажигании будет показывать до 0,5 V, а при постоянной работе мотора на уровне 2000 оборотов — 0,1 — 0,9 V.

Приблизительно такие же показатели будут на Форд Фокус. Только если нажать педаль газа, а потом ее резко отпустить, мультиметр покажет 1 V. На Камри и Октавии значение может быть чуть ниже — 0,8 V. Это означает, что лямбда зонд работает нормально.

Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Сомнительная заправка, плохой бензин, «чек» на панели — стандартный и быстрый путь к замене кислородного датчика. Про лямбда-зонд слышали многие автомобилисты, но мало кто разбирался, за что именно он отвечает и почему так легко выходит из строя. Рассказываем про датчик кислорода — «обоняние» двигателя.

Лямбда и стехиометрия двигателя

Название датчика происходит от греческой буквы λ (лямбда), которая обозначает коэффициент избытка воздуха в топливно-воздушной смеси. Для полного сгорания смеси соотношение воздуха с топливом должно быть 14,7:1 (λ=1). Такой состав топливно-воздушной смеси называют стехиометрическим — идеальным с точки зрения химической реакции: топливо и кислород в воздухе будут полностью израсходованы в процессе горения. При этом двигатель произведёт минимум токсичных выбросов, а соотношение мощности и расхода топлива будет оптимальным.

Если лямбда будет <1 (недостаток воздуха), смесь станет обогащённой; при лямбде >1 (избыток воздуха) смесь называют обеднённой. Чересчур богатая смесь — это повышенный расход топлива и более токсичный выхлоп, а слишком бедная смесь грозит потерей мощности и нестабильной работой двигателя.

Зависимость мощности и расхода топлива от состава смеси

Из графика видно, что при λ=1 мощность двигателя не пиковая, а расход топлива не минимален — это лишь оптимальный баланс между ними. Наибольшую мощность мотор развивает на слегка обогащённой смеси, но расход топлива при этом возрастает. А максимальная топливная эффективность достигается на слегка обеднённой смеси, но ценой падения мощности. Поэтому задача ЭБУ (электронного блока управления) двигателя — корректировать топливно-воздушную смесь исходя из ситуации: обогащать её при холодном пуске или резком ускорении, и обеднять при равномерном движении, добиваясь оптимальной работы мотора во всех режимах. Для этого блок управления ориентируется на показания датчика кислорода.

Зачем нужен кислородный датчик

Датчиков в современном двигателе великое множество. С помощью различных сенсоров ЭБУ замеряет температуру забортного воздуха и его поток, «видит» положение дроссельной заслонки, отслеживает детонацию и положение коленвала — словом, внимательно следит за воздухом «на входе» и показателями работы мотора, регулируя подачу топлива для создания оптимальной смеси в цилиндрах.

Схема лямбда-коррекции двигателя

Лямбда-зонд показывает, что же получилось «на выходе», замеряя количество кислорода в выхлопных газах. Другими словами, кислородный датчик определяет, оптимально ли работает мотор, соответствуют ли расчёты ЭБУ реальной картине и нужно ли вносить в них поправки. Основываясь на данных с лямбда-зонда, ЭБУ вносит соответствующие коррекции в работу двигателя и подготовку топливно-воздушной смеси.

Где находится кислородный датчик

Датчик кислорода установлен в выпускном коллекторе или приёмной трубе глушителя двигателя, замеряя, сколько несгоревшего кислорода находится в выхлопных газах. На многих автомобилях есть ещё один лямбда-зонд, расположенный после каталитического нейтрализатора выхлопа — для контроля его работы.

Если у двигателя две головки блока (V-образники, «оппозитники»), то удваивается количество выпускных коллекторов и катализаторов, а значит и лямбда-зондов — у современной машины может быть и 4 кислородных датчика.

Устройство кислородного датчика

Классический лямбда-зонд порогового типа — узкополосный — работает по принципу гальванического элемента. Внутри него находится твёрдый электролит — керамика из диоксида циркония, поэтому такие датчики часто называют циркониевыми. Поверх керамики напылены токопроводящие пористые электроды из платины. Будучи погружённым в выхлопные газы, датчик реагирует на разницу между уровнем кислорода в них и в атмосферном воздухе, вырабатывая на выходе напряжение, которое считывает ЭБУ.

Циркониевый элемент лямбда-зонда приобретает проводимость и начинает работать только после прогрева до температуры 300 °C. До этого ЭБУ двигателя действует «вслепую» согласно топливной карте, без обратной связи от кислородного датчика, что повышает расход топлива при прогреве двигателя и количество вредных выбросов. Чтобы быстрее задействовать лямбда-зонд, ему добавляют принудительный электрический подогрев. Кислородные датчики с подогревом внешне отличаются увеличенным количеством проводов: у них 3–4 жилы против 1–2 у обычных датчиков.

В названии узкополосного датчика кроется его недостаток — он способен замерять количество кислорода в выхлопе в достаточно узком диапазоне. ЭБУ может корректировать смесь по его показаниям только в некоторых режимах работы мотора (холостой ход, движение с постоянной скоростью), что не отвечает современным требованиям по экономичности и экологичности двигателей. Для более точных замеров в широком диапазоне используют широкополосный лямбда-зонд (A/F-сенсор), который также называют датчиком соотношения «воздух-топливо» (Air/Fuel Sensor). Обычно к нему подходят 5–6 проводов, хотя бывают и исключения.

Внешне «широкополосник» похож на обычный датчик кислорода, но внутри есть отличия. Благодаря специальным накачивающим ячейкам эталонный лямбда-коэффициент газового содержимого датчика всегда равен 1, и генерируемое им напряжение постоянно. А вот ток меняется в зависимости от количества кислорода в выхлопных газах, и ЭБУ двигателя считывает его в реальном времени. Это позволяет электронике быстрее и точнее корректировать смесь, добиваясь её полного сгорания в цилиндрах.

Почему до сих пор производят узкополосные датчики? Во-первых, для старых автомобилей, где A/F-сенсоры не применялись. Во-вторых, из-за особенностей «широкополосника» его нельзя устанавливать после катализатора, где он быстро выходит из строя. А контролировать работу катализатора как-то надо. Поэтому в современных двигателях ставят два лямбда-зонда разного типа: широкополосный (управляющий) — в районе выпускного коллектора, а узкополосный (диагностический) — после катализатора.

Причины и признаки неисправности лямбда-зонда

Основная причина поломок кислородных датчиков — некачественный бензин: свинец и ферроценовые присадки оседают на чувствительном элементе датчика, выводя его из строя. На состояние лямбда-зонда влияет и нестабильная работа двигателя: при пропусках зажигания от старых свечей или пробитых катушек несгоревшая смесь попадает в выхлопную систему, где догорает, выжигая и катализатор, и датчики кислорода. Приговорить датчик также может попадание в цилиндры антифриза или масла.

Самый очевидный признак неисправности лямбда-зонда — индикатор Check Engine на приборной панели. Считав код ошибки с помощью сканера или самодиагностики, можно проверить, какой именно датчик вышел из строя, если их несколько. Иногда всё дело в повреждённой проводке датчика — с проверки цепи и стоит начать поиск поломки.

Но далеко не всегда проблемный лямбда-зонд зажигает «Чек»: иногда он не ломается полностью, а медленно умирает, давая при этом ложные показания, из-за чего ЭБУ двигателя неверно корректирует состав смеси. В этом случае нужно ориентироваться на косвенные признаки — ухудшение работы двигателя.

Проблемы с датчиком кислорода нарушают всю систему обратной связи и лямбда-коррекции, вызывая целый букет неисправностей. Прежде всего, это увеличение расхода топлива и токсичности выхлопа, снижение мощности и нестабильный холостой ход. Если вовремя не заменить лямбда-зонд, следом выйдет из строя каталитический нейтрализатор, осыпавшись из-за перегрева от обогащённой смеси.

Универсальные кислородные датчики

Цена на оригинальные датчики кислорода вряд ли обрадует автомобилистов, но все лямбда-зонды работают по единому принципу, что позволяет без труда подобрать замену. Главное, чтобы соответствовал типа датчика (широкополосный/узкополосный), количество проводов и резьбовая часть. В продаже есть универсальные кислородные датчики без разъёма, которые можно использовать на десятках моделей автомобилей — подобрать и купить лямбда-зонд не составляет проблемы.

Чтобы избежать проблем с кислородными датчиками, следите за состоянием двигателя, заправляйтесь качественным топливом и регулярно выполняйте компьютерную диагностику, которая позволит выявить неисправности на ранней стадии.

Проверяем лямбда-зонд • CHIPTUNER.RU

Проверяем лямбда-зонд

©А. Пахомов 2007 (aka IS_18, Ижевск)

На написание этого материала натолкнуло обилие вопросов на нашем форуме, связанных с непониманием (или недопониманием) принципа работы датчика кислорода, или лямбда-зонда.

Прежде всего, нужно идти от общего к частному и понимать работу системы в целом. Только тогда сложится правильное понимание работы этого весьма важного элемента ЭСУД и станут понятны методы диагностики.  

Чтоб не углубляться в дебри и не перегружать читателя информацией, я поведу речь о циркониевом лямбда-зонде, используемом на автомобилях ВАЗ. Желающие разобраться более глубоко могут самостоятельно найти и прочитать материалы про титановые датчики, про широкополосные датчики кислорода (ШДК) и придумать методы их проверки. Мы же поговорим о самом распространенном датчике, знакомом большинству диагностов.

Итак, датчик кислорода. Когда-то очень давно он представлял собой только лишь чувствительный элемент, без какого-либо подогревателя. Нагрев датчика осуществлялся выхлопными газами и занимал весьма продолжительное время. Жесткие нормы токсичности требовали быстрого вступления датчика в полноценную работу, вследствие чего лямбда-зонд обзавелся встроенным подогревателем. Поэтому датчик кислорода ВАЗ имеет 4 вывода: два из них – подогреватель, один – масса, еще один – сигнал.

Из всех этих выводов нас интересует только сигнальный. Форму напряжения на нем можно увидеть двумя способами:
 
а) сканером
б) мотортестером, подключив щупы и запустив самописец.

Второй вариант, вообще говоря, предпочтительнее. Почему? Потому, что мотортестер дает возможность оценить не только текущие и пиковые значения, но и форму сигнала, и скорость его изменения. Скорость изменения – это как раз характеристика исправности датчика.

Итак, главное: датчик кислорода реагирует на кислород. Не на состав смеси. Не на угол опережения зажигания. Не на что-либо еще. Только на кислород. Это нужно осознать обязательно. Как именно это происходит, в подробностях описано здесь.

На сигнальный вывод датчика с ЭБУ подается опорное напряжение 0.45 В. Чтоб быть полностью уверенным, можно отключить разъем датчика и проверить это напряжение мультиметром или сканером. Все в порядке? Тогда подключаем датчик обратно.

К слову, на старых иномарках опорное напряжение «уплывает», и в итоге нормальная работа зонда и всей системы нарушается. Чаще всего опорное напряжение при отключенном датчике бывает выше необходимых 0. 45 В. Проблема решается путем подбора и установки резистора, подтягивающего напряжение к «массе», тем самым возвращая опорное напряжение на необходимый уровень.

Дальше схема работы датчика проста. Если кислорода в газах, омывающих датчик, много, то напряжение на нем упадет ниже опорного 0.45 В, примерно до 0.1В. Если кислорода мало, напряжение станет выше, около 0.8 – 0.9 В. Прелесть циркониевого датчика в том, что он «перепрыгивает» с низкого на высокое напряжение при таком содержании кислорода в отработанных газах, которое соответствует стехиометрической смеси. Это замечательное его свойство используется для поддержания состава смеси на стехиометрическом уровне.

Поняв, как работает датчик, легко осознать методику его проверки. Предположим, ЭБУ выдает ошибку, связанную с этим датчиком. Например, Р0131 «Низкий уровень сигнала датчика кислорода 1». Нужно понимать, что датчик отображает состояние системы, и если смесь действительно бедная, то он это отразит. И замена его абсолютно бессмысленна!

Как же нам выяснить, в чем кроется проблема – в датчике или в системе?  Очень просто. Смоделируем ту или иную ситуацию.
 
1. Например, при жалобе на бедную смесь и низком напряжении на сигнально выводе датчика увеличим подачу топлива, пережав шланг обратного слива. Или, при его отсутствии, брызнув во впускной коллектор бензина из шприца. Как отреагировал датчик? Показал ли обогащенную смесь? Если да – то нет никакого смысла его менять, нужно искать причину, почему система подает недостаточное количество топлива.

2. Если же смесь богатая, и зонд это отображает, попробуйте создать искусственный подсос, сняв какой-нибудь вакуумный шланг. Напряжение на датчике упало? Значит, он абсолютно исправен.

3. Третий вариант (достаточно редкий, но имеющий место). Создаем подсос, пережимаем «обратку» – а сигнал на датчике не меняется, так и висит на уровне 0.45 В, либо меняется, но очень медленно и в небольших пределах. Все, датчик умер. Ибо он должен чутко реагировать на изменения состава смеси, быстро меняя напряжение на сигнальном выводе.

Для более глубокого понимания добавлю, что при наличии небольшого опыта легко установить степень изношенности датчика. Это делается по крутизне фронтов перехода с богатой смеси на бедную и обратно. Хороший, исправный датчик реагирует быстро, переход почти что вертикальный (смотреть, само собой, мотортестером). Отравленный либо просто изношенный датчик реагирует медленно, фронты переходов пологие. Такой датчик требует замены.

Понимая, что датчик реагирует на кислород, можно легко уяснить еще один распространенный момент. При пропусках воспламенения, когда из цилиндра в выпускной тракт выбрасывается смесь атмосферного воздуха и бензина, лямбда-зонд отреагирует на большое количество кислорода, содержащееся в этой смеси. Поэтому при пропусках воспламенения очень возможно возникновение ошибки, указывающей на бедную топливо-воздушную смесь. 

Хочется обратить внимание еще на один важный момент: возможный подсос атмосферного воздуха в выпускной тракт перед лямбда-зондом. Мы упоминали, что датчик реагирует на кислород. Что же будет, если в выпуске будет свищ до него? Датчик отреагирует на большое содержание кислорода, что эквивалентно бедной  смеси. Обратите внимание: эквивалентно! Смесь при этом может быть (и будет) богатой, а сигнал зонда ошибочно воспринимается системой как наличие бедной смеси. И ЭБУ ее обогатит! В итоге имеем парадоксальную ситуацию: ошибка «бедная смесь», а газоанализатор показывает, что она богатая. Кстати сказать, газоанализатор в данном случае – очень хороший помощник диагноста. Как пользоваться извлекаемой с его помощью информацией, описано в этой статье.

Итак, выводы.

1. Нужно  совершенно четко отличать неисправность ЭСУД от неисправности лямбда-зонда. 

2. Проверить зонд можно, контролируя напряжение на его сигнальном выводе сканером или подключив к сигнальному выводу мотортестер.

3. Искусственно смоделировав обедненную или, наоборот, обогащенную смесь и отследив реакцию зонда, можно сделать достоверный вывод о его исправности.

4. По крутизне перехода напряжения от состояния «богато» к состоянию «бедно» и наоборот легко сделать вывод о состоянии лямбда-зонда и его остаточном ресурсе.

5. Наличие ошибки, указывающей на дефект лямбда-зонда, отнюдь не является поводом для его замены.

Кислородные датчики: подробное руководство — Denso

Вы наверняка знаете, что в вашем автомобиле установлен кислородный датчик (или даже два!)… Но зачем он нужен и как он работает? На часто задаваемые вопросы отвечает Стефан Верхоеф (Stefan Verhoef), менеджер DENSO по продукту (кислородные датчики).

B: Какую работу выполняет датчик кислорода в автомобиле?
O: Датчики кислорода (также называемые лямбда-зондами) помогают контролировать расход топлива вашего автомобиля, что способствует снижению объема вредных выбросов. Датчик непрерывно измеряет объем несгоревшего кислорода в выхлопных газах и передает эти данные в электронный блок управления (ЭБУ). На основании этих данных ЭБУ регулирует соотношение топлива и воздуха в топливовоздушной смеси, поступающей в двигатель, что помогает каталитическому нейтрализатору (катализатору) работать более эффективно и уменьшать количество вредных частиц в выхлопных газах.

B: Где находится датчик кислорода?
O: Каждый новый автомобиль и большинство автомобилей, выпущенных после 1980 г., оснащены датчиком кислорода. Обычно датчик установлен в выхлопной трубе перед каталитическим нейтрализатором. Точное местоположение датчика кислорода зависит от типа двигателя (V-образное или рядное расположение цилиндров), а также от марки и модели автомобиля. Для того чтобы определить, где расположен датчик кислорода в вашем автомобиле, обратитесь к руководству по эксплуатации.

В: Почему состав топливовоздушной смеси нужно постоянно регулировать?
O: Соотношение «воздух — топливо» крайне важно, поскольку оно влияет на эффективность работы каталитического нейтрализатора, который снижает содержание оксида углерода (CO), несгоревших углеводородов (CH) и оксида азота (NOx) в выхлопных газах. Для его эффективной работы необходимо наличие определенного количества кислорода в выхлопных газах. Датчик кислорода помогает ЭБУ определить точное соотношение «воздух — топливо» в смеси, поступающей в двигатель, передавая в ЭБУ быстроизменяющийся сигнал напряжения, который меняется в соответствии с содержанием кислорода в смеси: слишком высокого (бедная смесь) или слишком низкого (богатая смесь). ЭБУ реагирует на сигнал и изменяет состав топливовоздушной смеси, поступающей в двигатель. Когда смесь слишком богатая, впрыск топлива уменьшается. Когда смесь слишком бедная — увеличивается. Оптимальное соотношение «воздух — топливо» обеспечивает полное сгорание топлива и использует почти весь кислород из воздуха. Оставшийся кислород вступает в химическую реакцию с токсичными газами, в результате которой из нейтрализатора выходят уже безвредные газы.

В: Почему на некоторых автомобилях устанавливаются два кислородных датчика?
O: Многие современные автомобили дополнительно кроме датчика кислорода, расположенного перед катализатором, оснащаются и вторым датчиком, установленным после него. Первый датчик является основным и помогает электронному блоку управления регулировать состав топливовоздушной смеси. Второй датчик, установленный после катализатора, контролирует эффективность работы катализатора, измеряя содержание кислорода в выхлопных газах на выходе. Если весь кислород поглощается химической реакцией, происходящей между кислородом и вредными веществами, то датчик выдает сигнал высокого напряжения. Это означает, что катализатор работает нормально. По мере износа каталитического нейтрализатора некоторое количество вредных газов и кислорода перестает участвовать в реакции и выходит из него без изменений, что отражается на сигнале напряжения. Когда сигналы станут одинаковыми, это будет указывать на выход из строя катализатора.

В: Какие бывают датчики?
О: Существует три основных типа лямбда-сенсоров: циркониевые датчики, датчики соотношения «воздух — топливо» и титановые датчики. Все они выполняют одни и те же функции, но используют при этом различные способы определения соотношения «воздух — топливо» и разные исходящие сигналы для передачи результатов измерений.

Наибольшее распространение получила технология на основе использования циркониево-оксидных датчиков (как цилиндрического, так и плоского типов). Эти датчики могут определять только относительное значение коэффициента: выше или ниже соотношение «топливо — воздух» коэффициента лямбда 1.00 (идеальное стехиометрическое соотношение). В ответ ЭБУ двигателя постепенно изменяет количество впрыскиваемого топлива до тех пор, пока датчик не начнет показывать, что соотношение изменилось на противоположное. С этого момента ЭБУ опять начинает корректировать подачу топлива в другом направлении. Этот способ обеспечивает медленное и непрекращающееся «плавание» вокруг коэффициента лямбда 1.00, не позволяя при этом поддерживать точный коэффициент 1.00. В итоге в изменяющихся условиях, таких как резкое ускорение или торможение, в системах с циркониево-оксидным датчиком подается недостаточное или избыточное количество топлива, что приводит к снижению эффективности каталитического нейтрализатора.

Датчик соотношения «воздух — топливо» показывает точное соотношение топлива и воздуха в смеси. Это означает, что ЭБУ двигателя точно знает, насколько это соотношение отличается от коэффициента лямбда 1.00 и, соответственно, насколько требуется корректировать подачу топлива, что позволяет ЭБУ изменять количество впрыскиваемого топлива и получать коэффициент лямбда 1.00 практически мгновенно.

Датчики соотношения «воздух — топливо» (цилиндрические и плоские) впервые были разработаны DENSO для того, чтобы обеспечить соответствие автомобилей строгим стандартам токсичности выбросов. Эти датчики более чувствительны и эффективны по сравнению с циркониево-оксидными датчиками. Датчики соотношения «воздух — топливо» передают линейный электронный сигнал о точном соотношении воздуха и топлива в смеси. На основании значения полученного сигнала ЭБУ анализирует отклонение соотношения «воздух — топливо» от стехиометрического (то есть Лямбда 1) и корректирует впрыск топлива. Это позволяет ЭБУ предельно точно корректировать количество впрыскиваемого топлива, моментально достигая стехиометрического соотношения воздуха и топлива в смеси и поддерживая его. Системы, использующие датчики соотношения «воздух — топливо», минимизируют возможность подачи недостаточного или избыточного количества топлива, что ведет к уменьшению количества вредных выбросов в атмосферу, снижению расхода топлива, лучшей управляемости автомобиля.

Титановые датчики во многом похожи на циркониево-оксидные датчики, но титановым датчикам для работы не требуется атмосферный воздух. Таким образом, титановые датчики являются оптимальным решением для автомобилей, которым необходимо пересекать глубокий брод, например полноприводных внедорожников, так как титановые датчики способны работать при погружении в воду. Еще одним отличием титановых датчиков от других является передаваемый ими сигнал, который зависит от электрического сопротивления титанового элемента, а не от напряжения или силы тока. С учетом данных особенностей титановые датчики могут быть заменены только аналогичными и другие типы лямбда-зондов не могут быть использованы.

В: Чем отличаются специальные и универсальные датчики?
O: Эти датчики имеют разные способы установки. Специальные датчики уже имеют контактный разъем в комплекте и готовы к установке. Универсальные датчики могут не комплектоваться разъемом, поэтому нужно использовать разъем старого датчика.

B: Что произойдет, если выйдет из строя датчик кислорода?
O: В случае выхода из строя датчика кислорода ЭБУ не получит сигнала о соотношении топлива и воздуха в смеси, поэтому он будет задавать количество подачи топлива произвольно. Это может привести к менее эффективному использованию топлива и, как следствие, увеличению его расхода. Это также может стать причиной снижения эффективности катализатора и повышения уровня токсичности выбросов.

B: Как часто необходимо менять датчик кислорода?
O: DENSO рекомендует заменять датчик согласно указаниям автопроизводителя. Тем не менее следует проверять эффективность работы датчика кислорода при каждом техобслуживании автомобиля. Для двигателей с длительным сроком эксплуатации или при наличии признаков повышенного расхода масла интервалы между заменами датчика следует сократить.

Ассортимент кислородных датчиков

• 412 каталожных номеров покрывают 5394 применения, что соответствует 68 % европейского автопарка.
• Кислородные датчики с подогревом и без (переключаемого типа), датчики соотношения «воздух — топливо» (линейного типа), датчики обедненной смеси и титановые датчики; двух типов: универсальные и специальные.
• Регулирующие датчики (устанавливаемые перед катализатором) и диагностические (устанавливаемые после катализатора).
• Лазерная сварка и многоэтапный контроль гарантируют точное соответствие всех характеристик спецификациям оригинального оборудования, что позволяет обеспечить эффективность работы и надежность при длительной эксплуатации.

В DENSO решили проблему качества топлива!

Вы знаете о том, что некачественное или загрязненное топливо может сократить срок службы и ухудшить эффективность работы кислородного датчика? Топливо может быть загрязнено присадками для моторных масел, присадками для бензина, герметиком на деталях двигателя и нефтяными отложениями после десульфуризации. При нагреве свыше 700 °C загрязненное топливо выделяет вредные для датчика пары. Они влияют на работу датчика, образуя отложения или разрушая его электроды, что является распространенной причиной выхода датчика из строя. DENSO предлагает решение этой проблемы: керамический элемент датчиков DENSO покрыт уникальным защитным слоем оксида алюминия, который защищает датчик от некачественного топлива, продлевая срок его службы и сохраняя его рабочие характеристики на необходимом уровне.

Дополнительная информация

Более подробную информацию об ассортименте кислородных датчиков DENSO можно найти в разделе Кислородные датчики, в системе TecDoc или у представителя DENSO.

Как проверить лямбда зонд (датчик кислорода)

В случае перебоев в работе двигателя, нарушениях герметичности всасывающего коллектора и/или цилиндров, тестирование датчика кислорода проводить не имеет смысла. Требуется устранить данные неисправности и добиться устойчивой работы двигателя. После этого можно перейти к процедуре проверки датчика кислорода.

КАК ДИАГНОСТИРОВАТЬ И ЗАМЕНИТЬ

Компьютеризированные системы управления двигателем полагаются на входные данные от различных датчиков для регулирования характеристик двигателя, выбросов и других важных функций. Датчики должны предоставлять точную информацию, в противном случае могут возникнуть проблемы с управляемостью, повышенный расход топлива и сбои в выбросах.

Датчик кислорода — один из ключевых датчиков в этой системе. Его часто называют датчиком «O2», потому что O2 — это химическая формула кислорода (атомы кислорода всегда перемещаются парами, а не в одиночку).Его также можно назвать датчиком h3O2 для подогреваемого кислородного датчика, поскольку он имеет внутреннюю цепь нагревателя, которая доводит датчик до рабочей температуры после холодного запуска.

Первый датчик O2 был представлен в 1976 году на Volvo 240. Следующие за ним автомобили в Калифорнии получили в 1980 году, когда правила Калифорнии по выбросам требовали снижения выбросов. Федеральные законы о выбросах сделали датчики O2 практически обязательными для всех автомобилей и легких грузовиков, построенных с 1981 года. И теперь, когда действуют правила OBD-II (автомобили 1996 года и новее), многие автомобили теперь оснащены несколькими датчиками O2, некоторые из которых целых четыре!

Датчик O2 установлен в выпускном коллекторе для контроля количества несгоревшего кислорода в выхлопных газах, когда выхлопные газы выходят из двигателя. Контроль уровня кислорода в выхлопных газах — это способ измерения топливной смеси. Он сообщает компьютеру, является ли топливная смесь богатой (меньше кислорода) или бедной (больше кислорода).

На относительную насыщенность или обедненную смесь топливной смеси может влиять множество факторов, включая температуру воздуха, температуру охлаждающей жидкости двигателя, барометрическое давление, положение дроссельной заслонки, расход воздуха и нагрузку на двигатель. Существуют и другие датчики для отслеживания этих факторов, но датчик O2 является главным монитором того, что происходит с топливной смесью.Следовательно, любые проблемы с датчиком O2 могут вывести из строя всю систему.

КОНТУРА УПРАВЛЕНИЯ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ ТОПЛИВНОЙ СМЕСИ

Компьютер использует вход кислородного датчика для регулирования топливной смеси, что называется «контуром управления с обратной связью». Компьютер ориентируется на датчик O2 и реагирует изменением топливной смеси. Это приводит к соответствующему изменению показаний датчика O2. Это называется работой «замкнутого контура», потому что компьютер использует вход датчика O2 для регулирования топливной смеси.Результатом является постоянное переключение от богатой к обедненной смеси, что позволяет каталитическому нейтрализатору работать с максимальной эффективностью, сохраняя при этом среднюю общую топливную смесь в надлежащем балансе для минимизации выбросов. Это сложная установка, но она работает.

Когда не поступает сигнал от датчика O2, как в случае, когда холодный двигатель запускается впервые (или датчик 02 выходит из строя), компьютер заказывает фиксированную (неизменную) богатую топливную смесь. Это называется операцией «разомкнутого контура», потому что входной сигнал от датчика O2 не используется для регулирования топливной смеси.

Если двигатель не переходит в замкнутый цикл, когда датчик O2 достигает рабочей температуры, или выходит из замкнутого цикла из-за потери сигнала датчика O2, двигатель будет работать на слишком богатой смеси, что приведет к увеличению расхода топлива и выбросов. Неисправный датчик охлаждающей жидкости также может предотвратить переход системы в замкнутый контур, потому что компьютер также учитывает температуру охлаждающей жидкости двигателя при принятии решения о переходе в замкнутый цикл.

КАК РАБОТАЕТ КИСЛОРОДНЫЙ ДАТЧИК

Датчик O2 работает как миниатюрный генератор и вырабатывает собственное напряжение, когда нагревается.Внутри вентилируемой крышки на конце датчика, который ввинчивается в выпускной коллектор, находится циркониевая керамическая колба. Колба снаружи покрыта пористым слоем платины. Внутри колбы находятся две платиновые полоски, которые служат электродами или контактами.

Наружная часть колбы подвергается воздействию горячих газов в выхлопе, в то время как внутренняя часть колбы выходит изнутри через корпус датчика во внешнюю атмосферу. Кислородные датчики старого образца на самом деле имеют небольшое отверстие в корпусе, чтобы воздух мог попасть в датчик, но датчики O2 нового типа «дышат» через свои проводные разъемы и не имеют вентиляционного отверстия. Трудно поверить, но небольшое пространство между изоляцией и проводом обеспечивает достаточно места для проникновения воздуха в датчик (по этой причине никогда не следует наносить смазку на разъемы датчика O2, поскольку она может блокировать поток воздуха). . Проветривание датчика через провода, а не через отверстие в корпусе, снижает риск попадания грязи или воды, которые могут засорить датчик изнутри и вызвать его выход из строя.

Разница в уровнях кислорода между выхлопным и наружным воздухом внутри датчика вызывает прохождение напряжения через керамическую грушу.Чем больше разница, тем выше значение напряжения.

Датчик кислорода обычно генерирует напряжение до 0,9 вольт, когда топливная смесь богатая и в выхлопных газах мало несгоревшего кислорода. Когда смесь бедная, выходное напряжение датчика упадет примерно до 0,2 В или меньше. Когда топливно-воздушная смесь сбалансирована или находится в точке равновесия около 14,7: 1, датчик будет показывать около 0,45 вольт.

Когда компьютер получает сигнал обогащения (высокое напряжение) от датчика O2, он понижает топливную смесь, чтобы уменьшить напряжение обратной связи датчика.Когда показания датчика O2 становятся бедными (низкое напряжение), компьютер снова меняет направление, заставляя топливную смесь обогащаться. Это постоянное колебание топливной смеси вперед и назад происходит с разными скоростями в зависимости от топливной системы. Скорость перехода самая низкая на двигателях с карбюраторами с обратной связью, обычно один раз в секунду при 2500 об / мин. Двигатели с впрыском в корпус дроссельной заслонки несколько быстрее (2–3 раза в секунду при 2500 об / мин), а двигатели с многоточечным впрыском являются самыми быстрыми (5–7 раз в секунду при 2500 об / мин).

Датчик кислорода должен быть горячим (около 600 градусов или выше), прежде чем он начнет генерировать сигнал напряжения, поэтому многие датчики кислорода имеют внутри небольшой нагревательный элемент, чтобы помочь им быстрее достичь рабочей температуры. Нагревательный элемент также может предотвратить слишком сильное охлаждение датчика во время длительного холостого хода, что может привести к возврату системы к разомкнутому контуру.

Датчики O2 с подогревом используются в основном в новых автомобилях и обычно имеют 3 или 4 провода. Старые однопроводные датчики O2 не имеют нагревателей.При замене датчика O2 убедитесь, что он того же типа, что и оригинальный (с подогревом или без подогрева)

ДАТЧИКИ O2 И OBD II

Начиная с нескольких автомобилей в 1994 и 1995 годах и всех автомобилей 1996 года и новее, количество кислородных датчиков на каждый двигатель увеличилось вдвое. Второй датчик кислорода теперь используется после каталитического нейтрализатора для контроля его эффективности. На двигателях V6 или V8 с двойным выхлопом это означает, что можно использовать до четырех датчиков O2 (по одному для каждого ряда цилиндров и по одному после каждого преобразователя).

Система управления подачей топлива с обратной связью EFI использует входы датчика O2 для управления топливной смесью.

Система OBD II предназначена для контроля выбросов двигателя. Это включает в себя наблюдение за всем, что может вызвать увеличение выбросов. Система OBD II сравнивает показания уровня кислорода датчиков O2 до и после преобразователя, чтобы увидеть, снижает ли преобразователь загрязняющие вещества в выхлопных газах. Если он видит незначительные изменения в показаниях уровня кислорода или совсем не видит их, это означает, что преобразователь не работает должным образом.Это приведет к включению контрольной лампы неисправности (MIL).

ДИАГНОСТИКА ДАТЧИКА КИСЛОРОДА

O2 невероятно надежны, учитывая условия эксплуатации, в которых они живут. Но датчики O2 изнашиваются и в конечном итоге должны быть заменены.

Характеристики датчика O2 имеют тенденцию к снижению с возрастом, поскольку загрязнения накапливаются на наконечнике датчика и постепенно снижают его способность производить напряжение. Такое ухудшение может быть вызвано различными веществами, попадающими в выхлопные газы, такими как свинец, силикон, сера, масляная зола и даже некоторые топливные присадки. Датчик также может быть поврежден факторами окружающей среды, такими как вода, брызги дорожной соли, масло и грязь.

По мере того, как датчик стареет и становится вялым, время, необходимое для реакции на изменения в топливно-воздушной смеси, замедляется, что приводит к увеличению выбросов. Это происходит потому, что колебания топливной смеси замедляются, что снижает эффективность преобразователя. Эффект более заметен на двигателях с многоточечным впрыском топлива (MFI), чем с электронной карбюрацией или впрыском через корпус дроссельной заслонки, потому что соотношение топлива изменяется намного быстрее при использовании MFI.

Если датчик полностью умирает, результатом может быть фиксированная богатая топливная смесь. По умолчанию для большинства применений с впрыском топлива средний диапазон составляет три минуты. Это вызывает большой скачок расхода топлива, а также выбросов. А если преобразователь перегреется из-за богатой смеси, он может выйти из строя.

Одно исследование EPA показало, что 70% автомобилей, не прошедших тест на выбросы I / M 240, нуждались в новом датчике O2.

Большинство проблем с датчиком O2 приводят к тому, что система OBD II устанавливает один или несколько диагностических кодов неисправности (DTC) и включает индикатор проверки двигателя.Это коды OBD, связанные с неисправностями датчика O2:

КОДЫ НЕИСПРАВНОСТЕЙ ДАТЧИКА КИСЛОРОДА

P0030 …. Цепь управления нагревателем HO2S, ряд 1, датчик 1
P0031 …. Цепь управления нагревателем HO2S, ряд 1, датчик 1
P0032 …. Цепь управления нагревателем HO2S, ряд 1, датчик 1
P0033 …. Turbo Цепь управления перепускным клапаном зарядного устройства
P0034 …. Низкий уровень цепи управления перепускным клапаном турбонагнетателя
P0035 …. Высокий уровень цепи управления перепускным клапаном турбонагнетателя
P0036 …. Цепь управления нагревателем HO2S, ряд 1, датчик 2
P0037…. Цепь управления нагревателем HO2S, ряд 1, датчик 2
P0038 …. Цепь управления нагревателем HO2S, высокий ряд 1, датчик 2
P0042 …. Цепь управления нагревателем HO2S, ряд 1, датчик 3
P0043 . … Управление нагревателем HO2S Цепь низкого уровня, ряд 1, датчик 3
P0044 …. Цепь управления нагревателем датчика кислорода, ряд 1, датчик 3
P0050 …. Цепь управления нагревателем HO2S, ряд 2, датчик 1
P0051 …. Цепь управления нагревателем датчика кислорода, ряд 2, датчик 1
P0052 …. Цепь управления нагревателем HO2S, высокий ряд 2, датчик 1
P0056 ….HO2S Цепь управления нагревателем, ряд 2, датчик 2
P0057 …. Цепь управления нагревателем HO2S, ряд 2, датчик 2
P0058 …. Цепь управления нагревателем HO2S, ряд 2, датчик 2
P0062 …. Цепь управления нагревателем HO2S Ряд 2, датчик 3
P0063 …. Цепь управления нагревателем HO2S, низкий уровень сигнала Ряд 2, датчик 3
P0064 …. Высокий уровень цепи управления нагревателем HO2S, ряд 2, датчик 3
P0130 …. Цепь датчика O2, ряд 1, датчик 1
P0131. … Низкое напряжение цепи датчика О2, ряд 1, датчик 1
P0132 …. Цепь датчика О2, ряд 1, датчик 1
P0133, высокое напряжение. … Цепь датчика O2 Медленный отклик, блок 1, датчик 1
P0134 …. Цепь датчика O2 не обнаружена, блок 1, датчик 1
P0135 …. Цепь нагревателя датчика O2, ряд 1, датчик 1
P0136 …. O2 Sensor Неисправность цепи, ряд 1, датчик 2
P0137 …. Цепь датчика О2, низкое напряжение, ряд 1, датчик 2
P0138 …. Цепь датчика О2, высокое напряжение, ряд 1, датчик 2
P0139 …. Цепь датчика О2, медленный отклик, ряд 1, датчик 2
P0140 …. Нет активности в цепи датчика кислорода, банк 1, датчик 2
P0141…. Цепь нагревателя датчика О2, ряд 1, датчик 2
P0142 …. Неисправность цепи датчика О2, ряд 1, датчик 3
P0143 …. Низкое напряжение в цепи датчика О2, ряд 1, датчик 3
P0144 …. Высокий уровень сигнала в цепи датчика О2 Напряжение, ряд 1, датчик 3
P0145 …. Цепь датчика О2, медленный отклик, ряд 1, датчик 3
P0146 …. Цепь датчика кислорода, блок 1, датчик 3,
P0147 …. Цепь нагревателя датчика О2, ряд 1, датчик 3

Если датчик O2 работает незначительно вялым или слегка смещен на богатую или обедненную смесь, он может не установить код неисправности. Единственный способ узнать, нормально ли работает датчик O2, — это проверить его реакцию на изменения в топливно-воздушной смеси. Вы можете прочитать выходное напряжение датчика O2 с помощью сканирующего прибора или цифрового вольтметра, но переходы трудно увидеть, потому что числа сильно меняются. Лучше всего наблюдать за изменениями выходного напряжения датчика O2 с помощью цифрового запоминающего осциллографа (DSO). Осциллограф отобразит выходное напряжение датчика в виде волнистой линии, которая показывает как его амплитуду (минимальное и максимальное напряжение), так и его частоту (скорость перехода от богатого к обедненному).

Хороший датчик O2 должен выдавать колеблющуюся форму волны на холостом ходу, при которой напряжение изменяется от почти минимального (0,1 В) до почти максимального (0,9 В). Искусственное обогащение топливной смеси путем подачи пропана во впускной коллектор должно привести к тому, что датчик среагирует почти немедленно (в течение 100 миллисекунд) и перейдет на максимальный (0,9 В) выходной сигнал. Создание обедненной смеси путем открытия вакуумной линии должно привести к падению выходного сигнала датчика до минимума (0.1в) значение. Если датчик не переключается вперед и назад достаточно быстро, это может указывать на необходимость замены.

Если цепь датчика O2 разомкнута, закорочена или выходит за пределы допустимого диапазона, он может установить код неисправности и загореться контрольной лампой проверки двигателя или неисправности. Если дополнительная диагностика обнаруживает неисправность датчика, требуется его замена. Но многие датчики O2, которые сильно повреждены, продолжают работать достаточно хорошо, чтобы не устанавливать код неисправности, но недостаточно хорошо, чтобы предотвратить увеличение выбросов и расхода топлива.Таким образом, отсутствие кода неисправности или контрольной лампы не означает, что датчик O2 работает правильно. Датчик может быть ленивым, или смещенным, богатым или бедным.

Компания под названием Lenehan Research производит портативный тестер датчика O2, который проверяет время отклика датчика O2, чтобы определить, хорошее оно или плохое. Тестер требует, чтобы датчик кислорода перескочил с уровня ниже 175 мВ на уровень выше 800 мВ менее чем за 100 мс, когда дроссельная заслонка открыта. — отрезал. Если датчик не реагирует достаточно быстро, тест не проходит.Тестер также показывает работу с обратной связью на быстром, сверхъярком, цветном 10-светодиодном дисплее и проверяет управление PCM системой управления топливной обратной связью.

ЗАМЕНА ДАТЧИКА КИСЛОРОДА

Очевидно, что неисправный датчик O2 требует замены. Но также может быть полезно периодически заменять датчик O2 для профилактического обслуживания. Замена стареющего датчика O2, который стал медленно работать, может восстановить максимальную топливную эффективность, минимизировать выбросы выхлопных газов и продлить срок службы преобразователя.

Необогреваемые одно- или двухпроводные датчики O2 на автомобилях с 1976 по начало 1990-х годов можно заменять каждые 30 000–50 000 миль. Подогреваемые 3- и 4-проводные датчики O2 в приложениях с середины 1980-х до середины 1990-х годов можно менять каждые 60 000 миль. На автомобилях, оборудованных OBD ​​II (1996 и новее), можно рекомендовать интервал замены 100 000 миль.

Датчик кислорода можно снять с выпускного коллектора с помощью специального гнезда датчика кислорода (в котором есть вырез для очистки проводов) или гнезда 22 мм.Датчик выйдет легче, если двигатель немного теплый, но не горячий на ощупь. Поместите гнездо на датчик и поверните против часовой стрелки, чтобы ослабить его. Если он замерз, нанесите проникающее масло и нагрейте основание датчика.

При установке нового кислородного датчика прямого монтажа или оригинального кислородного датчика разъем проводки нового датчика вставляется в разъем без каких-либо изменений. Но если вы устанавливаете «универсальный» кислородный датчик, исходный разъем проводки придется отрезать, чтобы провода на новом датчике можно было соединить с проводами, идущими к разъему.В 4-проводных датчиках один провод является сигнальным, один — заземлением, а два других — для цепи нагревателя. Провода имеют цветовую кодировку, но цвета на универсальном датчике, вероятно, не будут совпадать с цветами на исходном датчике. См. Таблицу ниже с цветовой кодировкой, используемой на датчиках кислорода различных марок:

Вопросы и ответы о кислородном датчике

Сколько датчиков кислорода установлено на современных двигателях?

Зависит от года выпуска и типа двигателя.На большинстве четырех- и рядных шестицилиндровых двигателей обычно установлен единственный кислородный датчик, установленный в выпускном коллекторе. На двигателях V6, V8 и V10 обычно есть два датчика кислорода, по одному в каждом выпускном коллекторе. Это позволяет компьютеру контролировать воздушно-топливную смесь из каждого ряда цилиндров.

На более поздних моделях автомобилей с OBD II (некоторые модели 1993 и 94 года, а также все модели 1995 года и новее) один или два дополнительных кислородных датчика также устанавливаются в каталитическом нейтрализаторе или за ним для контроля эффективности преобразователя.Они называются датчиками O2, расположенными ниже по потоку, и будут по одному для каждого преобразователя, если двигатель имеет двойные выхлопы с отдельными преобразователями.

Как кислородные датчики идентифицируются на диагностическом приборе?

При отображении на диагностическом приборе правый и левый верхние кислородные датчики обычно обозначаются Bank 1, Sensor 1 и Bank 2, Sensor 1. Датчик Bank 1 всегда будет находиться на той же стороне двигателя V6 или V8, что и номер цилиндра. один.

На сканирующем приборе нижний датчик на четырех- или рядном шестицилиндровом двигателе с одним выхлопом обычно обозначается Bank 1, Sensor 2.На двигателях V6, V8 или V10 нижний датчик O2 может быть помечен как банк 1 или банк 2, датчик 2. Если двигатель V6, V8 или V10 имеет двойной выхлоп с двойными преобразователями, нижние датчики O2 будут обозначены как банк 1 Датчик 2 и ряд 2, датчик 2. Или нижний кислородный датчик может быть помечен как блок 1 Датчик 3, если двигатель имеет два верхних кислородных датчика в выпускном коллекторе (некоторые делают для более точного контроля выбросов).

Важно знать, как идентифицируются датчики O2, потому что диагностический код неисправности, указывающий на неисправный датчик O2, требует замены определенного датчика. Блок 1 Датчик 1 может быть задним датчиком O2 на поперечном V6 или датчиком на переднем выпускном коллекторе. Более того, датчики O2 на поперечном двигателе могут быть помечены иначе, чем датчики на заднем приводе. От одного производителя транспортного средства к другому не так много единообразия в том, как маркируются датчики O2, поэтому всегда обращайтесь к документации по обслуживанию OEM, чтобы узнать, какой датчик является датчиком 1 банка 1, а какой датчиком 1 банка 2. информацию бывает трудно найти.Некоторые OEM-производители четко определяют, какой датчик O2 является каким, а другие — нет. В случае сомнений позвоните дилеру и спросите кого-нибудь в сервисной службе.

Чтобы узнать, где находится датчик кислорода, щелкните здесь.

Как датчик O2 ниже по потоку контролирует эффективность преобразователя?

Нижний кислородный датчик в каталитическом нейтрализаторе или за ним работает точно так же, как верхний кислородный датчик в выпускном коллекторе. Датчик вырабатывает напряжение, которое изменяется при изменении количества несгоревшего кислорода в выхлопных газах.Если датчик O2 представляет собой традиционный датчик циркониевого типа, выходное напряжение падает примерно до 0,2 В при обедненной топливной смеси (больше кислорода в выхлопе). Когда топливная смесь богатая (меньше кислорода в выхлопе), выходной сигнал датчика подскакивает до максимума около 0,9 вольт. Сигнал высокого или низкого напряжения сообщает PCM, что топливная смесь богатая или бедная.

На некоторых новых автомобилях используется новый тип датчика топлива с широким соотношением сторон (WRAF). Вместо того, чтобы генерировать сигнал высокого или низкого напряжения, сигнал изменяется прямо пропорционально количеству кислорода в выхлопе.Это обеспечивает более точное измерение для лучшего контроля топлива. Эти датчики также называются широкополосными датчиками кислорода, поскольку они могут считывать очень бедные топливно-воздушные смеси.

Система OBD II контролирует эффективность преобразователя, сравнивая сигналы верхнего и нижнего кислородных датчиков. Если преобразователь выполняет свою работу и снижает количество загрязняющих веществ в выхлопных газах, нижний кислородный датчик должен показывать небольшую активность (несколько переходов от обедненной к богатой, которые также называются «перекрестным подсчетом»).Показание напряжения датчика также должно быть достаточно стабильным (не повышаться или понижаться) и составлять в среднем 0,45 В или выше.

Если сигнал нижнего кислородного датчика начинает отражать сигнал верхнего кислородного датчика (ов), это означает, что эффективность преобразователя снизилась и преобразователь не очищает загрязняющие вещества в выхлопных газах. Пороговое значение для установки диагностического кода неисправности (DTC) и включения контрольной лампы неисправности (MIL) — это когда выбросы, по оценкам, превышают федеральные ограничения на 1.5 раз. См. Раздел «Поиск и устранение неисправностей кода катализатора P0420» для получения дополнительной информации о проблемах преобразователя.

Если эффективность преобразователя снизилась до точки, при которой транспортное средство может превышать предел загрязнения, PCM включит контрольную лампу неисправности (MIL) и установит диагностический код неисправности. В этот момент может потребоваться дополнительная диагностика для подтверждения неисправного преобразователя. Если датчики O2 на входе и выходе работают нормально и показывают снижение эффективности преобразователя, преобразователь необходимо заменить, чтобы восстановить соответствие требованиям по выбросам.Автомобиль не пройдет тест на выбросы OBD II, если в PCM есть коды преобразователя.

В чем разница между «подогреваемым» и «ненагреваемым» кислородным датчиком?

Датчики кислорода с подогревом имеют внутреннюю цепь нагревателя, которая доводит датчик до рабочей температуры быстрее, чем датчик без нагрева. Кислородный датчик должен быть горячим (примерно от 600 до 650 градусов по Фаренгейту), прежде чем он сгенерирует сигнал напряжения. Горячий выхлоп двигателя обеспечивает достаточно тепла, чтобы довести датчик O2 до рабочей температуры, но это может занять несколько минут в зависимости от температуры окружающей среды, нагрузки двигателя и скорости.В это время система управления с обратной связью по топливу остается в «разомкнутом контуре» и не использует сигнал датчика O2 для регулировки топливной смеси. Обычно это приводит к богатой топливной смеси, потраченному впустую топливу и более высоким выбросам.

Путем добавления цепи внутреннего нагревателя к датчику кислорода можно направить напряжение через нагреватель, как только двигатель начнет нагревать датчик. Нагревательный элемент представляет собой резистор, который накаляется докрасна, когда через него проходит ток. Нагреватель доводит датчик до рабочей температуры в течение от 20 до 60 секунд в зависимости от датчика, а также поддерживает датчик кислорода в горячем состоянии, даже когда двигатель работает на холостом ходу в течение длительного периода времени.

Датчики O2 с подогревом обычно имеют два-три или четыре провода (дополнительные провода предназначены для цепи нагревателя). Примечание. Сменные датчики O2 должны иметь такое же количество проводов, что и исходные, и иметь такое же внутреннее сопротивление.

Система OBD II также контролирует цепь нагревателя и устанавливает код неисправности, если цепь нагревателя внутри датчика O2 неисправна. Нагреватель является частью датчика и не может быть заменен отдельно, поэтому, если цепь нагревателя разомкнута или закорочена и проблема не во внешней проводке или разъеме датчика, датчик O2 необходимо заменить.

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, чтобы просмотреть или загрузить эту статью в виде файла PDF.

Связанные статьи о датчиках двигателя:

Расположение датчиков кислорода

Определение проблем с выбросами (датчики O2)

Анализ датчиков двигателя

Общие сведения о системах управления двигателем

Модули управления трансмиссией (PCM)

Все о бортовой диагностике II ( OBD II)

Обнуление диагностики OBD II

Монитор OBD не готов

Каталитические преобразователи

Поиск и устранение неисправностей с кодом катализатора P0420

Низкая экономия топлива (причины)

Нажмите здесь, чтобы увидеть больше технических статей Carley Automotive Нужна информация из заводского руководства по обслуживанию вашего автомобиля? Mitchell 1 DIY eautorepair manuals

Измерение сигналов датчика O2 | Знай свои запчасти

Наблюдение за показаниями кислородного датчика на осциллографе похоже на просмотр спортивного события по телевизору. Вы видите действие, но ничего не можете с этим поделать.

Иногда вы пропускаете действие и хотите мгновенно воспроизвести его. Это был плохой звонок. Вы видели вмешательство. Если судья этого не увидел, он не может это назвать. Контроллер двигателя похож на судью в том, что он непрерывно контролирует и контролирует работу двигателя. Если контроллеру двигателя известно, какой цилиндр находится на такте выпуска и какой коллектор содержит волну давления, контроллер отреагирует на входной сигнал от этого кислородного датчика и изменит корректировку подачи топлива.

Контроллер также использует до девяти других входов, таких как обороты и положение дроссельной заслонки, чтобы влиять на корректировку топлива. Если контроллер двигателя является окончательной точкой принятия решения для работы двигателя, а осциллограф является наблюдателем одного или нескольких входов, какова диагностическая функция осциллографа? Простой ответ — найти аномалию в следе сигнала, например, электромагнитные помехи от провода свечи зажигания, которые могут появиться как искажение следа низкого напряжения датчика.

Прицел — это последний шанс найти такую ​​проблему, потому что контроллер не видел мешающего сигнала.Сложнее всего в использовании прицела найти разъем для наблюдения. Это может варьироваться от трудного до невозможного. Дырять в проводах — нехорошо.

Использование осциллографа может быть полезно, если вы знаете: какое механическое действие генерирует сигнал; где генерируется сигнал; и как входной сигнал влияет на работу системы. Ниже приводится попытка объяснить, что, где и как. Он также попытается показать корреляцию кривой осциллографа с данными сканирования.

Выпускной 101

Каждый такт выпуска поршневого двигателя или двигателя Ванкеля создает волну давления выхлопных газов в коллекторе и выхлопной трубе.Волна давления имеет три свойства — амплитуду, частоту и резонанс.

Амплитуда — это волна давления, создаваемая скоростью и сжатием выхлопного газа, когда он движется поршнем или ротором в коллектор и трубу. Амплитуда волны содержит положительное и отрицательное давление.

Положительное давление — это выхлопные газы, а отрицательное давление — это пространство между волнами давления. Частота — это количество волн, генерируемых тактом выпуска при заданных оборотах в минуту.При изменении оборотов двигателя частота амплитуды и длина волны давления будут меняться.

Четырехцилиндровый двигатель создает две волны давления при каждом обороте коленчатого вала, и имеется один первичный датчик кислорода. В случае V-образного двигателя есть два первичных датчика кислорода; по одному в каждом коллекторе. Каждый датчик контролирует половину выхлопного потока.

V8 создают четыре волны давления на один оборот коленчатого вала, по две волны на коллектор. При 600 оборотах в минуту или 10 оборотах в секунду (RPS) V8 будет производить волны с частотой 40 волн положительного давления в секунду.Это волна положительного давления каждые 25 мс в каждом коллекторе (рис. 1). Удвойте число оборотов в минуту до 1200/20 об / с, а частота составляет 80 волн давления в секунду с волной положительного давления каждые 12,5 мс. Двигатель V6 производит три волны давления за один оборот коленчатого вала. При скорости 10 об / с происходит 30 волн в секунду с волной положительного давления каждые 33 мс (рис. 2).

Датчик 201

Датчик кислорода контролирует содержание волн давления, проходящих через датчик. С каждой волной давления датчик отправляет на контроллер двигателя напряжение богатой или бедной смеси.

В зависимости от напряжения датчика кислорода контроллер будет увеличивать или уменьшать ширину импульса форсунки, что, в свою очередь, изменяет напряжение датчика кислорода для следующего импульса форсунки. Датчик кислорода также называют датчиком лямбда (l) 1. Лямбда — это греческая буква, эквивалентная «L». Лямбда (l) 1 — опорное напряжение 450 мВ. l 1 представляет собой соотношение воздух-топливо 14,7: 1 или стехиометрическое. Контроллер будет управлять импульсом форсунки от богатой к бедной и от бедной к богатой, чтобы поддерживать стехиометрическое соотношение воздух-топливо.

Примером может быть езда на велосипеде по трехдюймовой линии. Когда ваши глаза видят, что колесо приближается к краю линии, мозг посылает сигнал рукам, чтобы они отдалили колеса от края линии. Когда вы едете по линии, вы постоянно вносите поправки, чтобы оставаться на ней.

Циркониевый датчик работает как термопара. В датчике используется чувствительный элемент в форме наперстка с платиновыми электродами. Он создает напряжение, зависящее от температуры и концентрации кислорода в выхлопных газах, по сравнению с эталонным атмосферным источником кислорода, встроенным в датчик.

Датчик способен генерировать сигнал в один вольт, когда в выхлопном потоке нет кислорода. На осциллографе будет отображаться пиковое напряжение для каждой волны давления. Контроллер сохранит информацию для корректировки топлива. У большинства датчиков есть нагреватель, который доводит датчик до рабочей температуры во время холодного запуска, а затем отключается.

Конструкция датчика из диоксида титана во многом такая же, как и у циркониевого датчика, но работает по-другому. В датчике из диоксида титана используется элемент из диоксида титана, прикрепленный к подложке, и платиновые электроды.Он работает как термистор в датчике температуры охлаждающей жидкости.

Датчик не требует эталонного источника кислорода. При температуре он изменяет сопротивление при изменении соотношения воздух / топливо. Но вместо постепенного изменения он очень быстро переключается с низкого сопротивления, менее 10 кОм, когда смесь богатая, на более чем 20 кОм, когда смесь бедная. Контроллер двигателя подает на датчик базовое опорное напряжение в один вольт. Опорное напряжение l 1 для датчика составляет 450 мВ.Датчик имеет нагреватель, который работает непрерывно, чтобы довести датчик до рабочей температуры, используя сигнал с широтно-импульсной модуляцией, чтобы поддерживать постоянный уровень температуры для чувствительного элемента. (Рисунок 4).

Широкополосный планарный датчик воздушного топлива из оксида циркония представляет собой комбинацию стандартного кислородного датчика и насосной ячейки, которая отбирает пробы выхлопных газов. Напряжение прикладывается к диффузионному зазору насосной ячейки для поддержания постоянного соотношения воздух-топливо при измерении l 1 в условиях экстремально богатой и обедненной смеси.Вход в электронную схему контролирует концентрацию кислорода в диффузионном зазоре, изменяя полярность тока, протекающего в насосной ячейке. Изменение полярности входа и подстройка потока тока заставляет электронику отправлять сигнал переключения обогащения / обеднения на PCM. . Опорное напряжение l 1 для датчика составляет 450 мВ, такое же, как и для наперсткового датчика. Внутренняя схема, используемая в широкополосном кислородном датчике, вырабатывает цифровой сигнал с широтно-импульсной модуляцией, что сильно отличает его от обычного кислородного датчика, который выдает аналоговый сигнал в диапазоне от 0.1 и 0,9 вольт.

Осциллограф — это вольтметр с графиком в реальном времени, который может отслеживать активность кислородного датчика или, если он оснащен функцией удержания, фиксировать последовательность времени и напряжения. Что осциллограф расскажет о работе сенсора? Он будет подавать напряжение и отслеживать время в соответствии с настройкой осциллографа.

Самое главное — это настройка. Напряжение на деление на дисплее — это настройка, которая определяется выходным сигналом датчика.Выходной сигнал датчика диоксида титана и циркония составляет один вольт. Используйте настройку от 200 до 500 мВ на деление.

Далее следует время, которое определит количество миллисекунд на деление. Этот параметр определяется типом двигателя, количеством кислородных датчиков и частотой вращения двигателя. Настройка от 200 до 500 мсек должна быть достаточной для захвата холостого хода до 2000 об / мин для большинства четырех- и шестицилиндровых двигателей. При правильной настройке милливольт и миллисекунд на деление вы можете зафиксировать производительность датчика.Форма сигнала, отображаемая осциллографом, может определить тип датчика.

Диагностический соединительный разъем (DLC) диагностического прибора обеспечивает соединение, которое может предоставлять ту же информацию с помощью простого соединения. Единственное, что не может сделать контроллер, — это наблюдать и обрабатывать аномалию. Контроллер установит код неисправности, и диагностический прибор отобразит его. Канал диагностических данных класса 2 предоставляет данные диагностического прибора для датчика кислорода, которые могут помочь в диагностике неисправности системы или компонента.Данные могут считывать соотношение воздух / топливо, время отклика датчика, изменения напряжения и количество переключений.

Данные отображаются в милливольтах, миллисекундах, событиях переключения и коэффициентах отклика на обедненную смесь. Данные собираются диагностическим прибором для отображения осциллограммы.

Понимание датчиков кислорода для диагностики кодов неисправностей

Q: Привет, Джеймс. У меня постоянно появляется код неисправности кислородного датчика для обедненного выхлопа моего Corvette 97-го года.Я несколько раз отвозил машину к дилеру, но проблема повторяется. Я хотел бы попытаться диагностировать проблему самостоятельно, а не просто заплатить дилеру, чтобы он угадал. Кроме того, при определении того, какой датчик неисправен, диагностический прибор обращается к датчику 2, ряд 1 или датчику 2, ряд 2. К какому датчику они относятся? Могу я просто снять кислородные датчики и заткнуть отверстия?

Брайан

A: Брайан, не снимайте датчики с вашего автомобиля.Бортовой компьютер вашего автомобиля полагается на набор датчиков, чтобы определить, что вы хотели бы сделать дальше. Эти датчики или входы отправляют информацию в микропроцессор компьютера транспортного средства, который обрабатывает информацию, затем компьютер определяет, какое действие следует предпринять, и отправляет сигнал на несколько устройств вывода для изменения или управления функциями двигателя, трансмиссии, езды или любые другие операции.

2/5

Как работают кислородные датчики

Понимание того, как работают кислородные датчики, поможет вам диагностировать проблемы без необходимости полностью полагаться на ремонтную мастерскую.Кислородные датчики действуют как производители низкого напряжения, например, как микрофон использует пьезоэлектрическую генерацию для создания сигнала электрического напряжения от механической вибрации. Примером этого является кислородный датчик (O2), который действует как миниатюрный генератор и вырабатывает собственное напряжение, когда нагревается.

Теперь давайте обсудим некоторую историю кислородных датчиков, то, как они работают, и некоторые общие проблемы, связанные с ними. Первый датчик кислорода был использован на Volvo 240 в 1976 году. В автомобилях Калифорнии датчики кислорода начали использовать в 1980 году, а к 1981 году федеральные законы о выбросах сделали датчики O2 практически обязательными для всех автомобилей и легких грузовиков.

Датчики O2 всегда расположены в выхлопе и контролируют, сколько несгоревшего кислорода присутствует в выхлопе. Датчик O2, используемый в большинстве автомобилей, представляет собой датчик, генерирующий напряжение. Наконечник датчика, который вставлен в выхлопную трубу, имеет колбу, покрытую циркониевой керамикой изнутри и пористой платиной снаружи. Внутри колбы находятся две платиновые полоски, которые служат электродами или контактами. Внутренняя часть колбы вентилируется через корпус датчика в атмосферу.

Датчики O2 постоянно измеряют содержание кислорода в потоке выхлопных газов и сравнивают его с воздухом за пределами выхлопных газов. Затем контроллер двигателя использует сигнал напряжения датчика для изменения топливной смеси, создавая контур обратной связи, который постоянно балансирует топливную смесь. Примечание: если внешняя часть датчика покрыта маслом или мусором, датчик не может дышать и будет давать неверные показания.

Когда лампочка датчика O2 подвергается воздействию горячего выхлопа, разница в уровнях кислорода на лампе создает низкое напряжение где-то между 0.1 и 0,9 вольт. Для этого теста вам понадобится сканер для считывания напряжения кислородного датчика. Мы будем использовать доступный сканер Actron, который можно купить в любом местном магазине запчастей.

Если топливная смесь горит богатой, в выхлопе будет меньше кислорода и напряжение будет выше 0,45 вольт, вплоть до 0,9 вольт.

Если топливная смесь горит бедной, в выхлопных газах будет больше кислорода, и напряжение будет ниже 0,45 В и ниже 0,1 В. При использовании сканера для контроля напряжения O2 я всегда помню L = L (Низкое напряжение = обедненное состояние).

Когда соотношение воздух / топливо идеальное и топливная смесь составляет 14,7: 1 (стехиометрическая), датчик будет генерировать примерно 0,45 вольт. Контроллеру двигателя трудно добиться этого. На нормально работающем датчике O2 вы должны увидеть, как напряжение довольно сильно колеблется от богатого до обедненного.

Простой тест с использованием сканера, чтобы проверить, способен ли датчик O2 правильно считывать при мониторинге напряжения O2, состоит в том, чтобы искусственно обогатить топливную смесь путем подачи пропана во впускной коллектор или нескольких быстрых нажатий на педаль акселератора.Вы должны увидеть, как напряжение O2 становится высоким или богатым.

Когда двигатель запускается в первый раз, компьютер находится в так называемом «разомкнутом контуре» и игнорирует любой сигнал от датчика O2. В режиме разомкнутого контура работа двигателя контролируется заранее определенной спецификацией, содержащейся в памяти компьютера. Топливная смесь настроена на богатую и остается такой до тех пор, пока система не перейдет в «замкнутый цикл» и не начнет использовать сигнал датчика O2 для изменения топливной смеси.

Датчики кислорода, содержащие три или более проводов, называются датчиками O2 с подогревом.Они быстрее нагреваются и достигают рабочей температуры, что позволяет контроллеру двигателя быстрее перейти в замкнутый контур, что способствует более быстрому сокращению выбросов. Если у вас есть код неисправности для отказа цепи нагревателя O2 на одном из этих многопроволочных датчиков, обычно датчик неисправен.

Если отказ датчика O2 происходит в датчике или его проводке, это может помешать системе перейти в замкнутый контур, вызывая состояние постоянного богатого топлива. При диагностике системы, если вы отслеживаете состояние контура с помощью сканера, помните, что только три вещи будут препятствовать переходу системы в замкнутый контур: неисправный датчик O2, датчик температуры охлаждающей жидкости или контроллер двигателя или проводка.

3/5

4/5

5/5

Как и все остальное, датчики O2 изнашиваются и требуют замены примерно от 75 000 до 100 000 миль, поскольку их характеристики будут ухудшаться с возрастом.Загрязнения будут накапливаться на наконечнике датчика и со временем постепенно уменьшают его способность производить напряжение. Датчик может работать медленно и дольше реагировать на изменение содержания кислорода в выхлопных газах, что приводит к увеличению выбросов и расхода топлива. Датчик может быть загрязнен и разрушен несколькими внешними элементами, которые могут случайно попасть в выхлопную систему, такими как охлаждающая жидкость из-за утечки, свинец из неправильного вида топлива, использование неправильного типа герметика RTV (вулканизация при комнатной температуре), фосфор из сжигание масла и т. д.Кроме того, помните, что вялый или медленно движущийся датчик O2 часто не устанавливает код неисправности, поэтому не думайте, что датчик O2 в порядке, если код отсутствует.

Корветы с четырьмя датчиками O2 используют два установленных посткаталитического нейтрализатора (датчики O2 ниже по потоку) для контроля эффективности каталитического нейтрализатора. Эти датчики O2 работают так же, как низковольтные датчики O2, установленные в выпускных коллекторах или рядом с ними. Некоторые владельцы Corvette жалуются, что код неисправности всегда присутствует после установки вторичной выхлопной системы с каталитическими нейтрализаторами с высоким расходом.Код неисправности вызван тем, что выхлопные газы идут быстрее и холоднее, чем запрограммирован заводским датчиком O2. Программатор питания или микросхема могут помочь устранить эту проблему.

Другой альтернативой силовому программатору или микросхеме является установка заграждения свечей зажигания в местах расположения датчиков O2 после каталитического нейтрализатора. Это потребует от вас просверлить существующее отверстие в заглушке свечи зажигания, достаточно большое, чтобы разместить датчик O2. Затем установите оригинальный датчик O2 в заглушку свечи зажигания.В некоторых случаях это поможет устранить код неисправности, но этот метод следует использовать только для внедорожных приложений, поскольку он не соответствует федеральным требованиям по выбросам. Кроме того, этот метод будет работать не во всех приложениях.

Брайан, мне чаще всего задают вопросы о датчиках O2: как узнать, что такое банк 1 или банк 2, какой датчик O2 является датчиком 1 или датчиком 2. Банк один всегда является банком, в котором расположен цилиндр номер один. На Corvette всегда будет водительская сторона. Банк Два — пассажирская сторона.Датчик 1 на Корветах — это всегда датчик, ближайший к выхлопному отверстию двигателя. Банк Два — пост-каталитический нейтрализатор.

Ряд 1, датчик 1 — Сторона водителя перед преобразователем (передний)
Ряд 1 Датчик 2 — Сторона водителя после преобразователя (задний)
Ряд 2 Датчик 1 — Сторона пассажира перед преобразователем (передний)
Ряд 2 Датчик 2 — Сторона пассажира после преобразователя (сзади)

Некоторые из симптомов неисправного кислородного датчика включают заметное снижение расхода топлива наряду с богатой смесью.Это не означает автоматически, что датчик неисправен. Обязательно проверьте все вакуумные шланги на герметичность, а также систему зажигания на наличие проблем. Помните, что датчик O2 дает вам показания только после процесса сгорания.

Датчик кислорода — это элемент в автомобиле, который заменяется из-за неисправности другого компонента. Просто потому, что код неисправности указывает на проблему с датчиком кислорода, не заменяйте датчик O2 просто так. Используйте следующую информацию, чтобы помочь диагностировать основную проблему.