Датчик кислорода это – Кислородный датчик (лямбда-зонд): устройство и принцип работы

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

stars-auto.com

Датчик кислорода (Лямбда-зонд) | Agson.Net

Датчик кислорода предназначен для определения концентрации кислорода в отработавших газах, состав которых зависит от соотношения топлива и воздуха в смеси, подаваемой в цилиндры двигателя. Информация, которую выдает датчик в виде напряжения (или изменения сопротивления), используется электронным блоком управления впрыском (или карбюратором) для корректировки количества подаваемого топлива.Для полного сгорания 1 кг топлива необходимо 14,7 кг воздуха. Такой состав топливо-воздушной смеси называют стехиометрическим, он обеспечивает наименьшее содержание токсичных веществ в отработавших газах и, соответственно, эффективное их «дожигание» в каталитическом нейтрализаторе.

Для оценки состава топливо-воздушной смеси используют коэффициент избытка воздуха — отношение количества воздуха, поступившего в цилиндры, к количеству воздуха, теоретически необходимого для полного сгорания топлива.В мировой практике этот коэффициент называют лямбда. При стехиометрической смеси лямбда = 1, если лямбда < 1 (недостаток воздуха), смесь называют богатой, при лямбда >1 (избыток воздуха) смесь называют бедной. Наибольшая экономичность при полностью открытой дроссельной заслонке бензинового двигателя достигается при лямбда=1,1-1,3. Максимальная мощность обеспечивается, когда лямбда =0,85-0,9.

Устройство датчика кислорода

Принцип работы

Основная часть датчика — керамический наконечник, сделанный на основе диоксида циркония, на внутреннюю и наружную поверхности которого методом напыления наносится платина. Соединение наконечника и корпуса выполнено полностью герметичным во избежание попадания отработавших газов во внутреннюю полость датчика, сообщающуюся с атмосферой. Керамический наконечник находится в потоке отработавших газов, поступающих через отверстия в защитном экране. Эффективная работа датчика возможна при температуре не ниже 300-350’С. Поэтому, для быстрого прогрева после пуска двигателя, современные датчики снабжают электрическим нагревательным элементом, представляющим из себя керамический стержень со спиралью накаливания внутри. Датчики кислорода с различным количеством проводов: провод сигнала, провод «массы» сигнала, провод питания подогрева, провод «массы» подогрева. Датчики без нагревателя могут иметь один, или два сигнальных провода, датчики со встроенным электрическим нагревателем — три или четыре провода. Как правило, провода светлых цветов относятся к нагревателю, а темных — к сигнальному проводу.

Все элементы датчика кислорода изготовлены из жаростойких материалов, так как его рабочая температура может достигать 950°С. Выходящие провода имеют термостойкую изоляцию. В связи с тем, что датчик кислорода может вырабатывать электрический сигнал только при температуре 300-350°С и выше, датчики без нагревателя устанавливаются в выпускном трубопроводе ближе к двигателю, а с нагревательными элементами — перед нейтрализатором. В некоторых автомобилях в каталитическом нейтрализаторе установлен датчик температуры, который не следует путать с кислородным. Иногда устанавливается два кислородных датчика — до нейтрализатора и после него.

Датчики кислорода бывают одно-, двух-, трех- и четырехпроводные. Однопроводные и двухпроводные датчики применялись в самых первых системах впрыска с обратной связью (лямбда-регулированием).
Однопроводный датчик имеет только один провод, который является сигнальным. Земля этго датчика выведена на корпус и приходит на массу двигателя через резьбовое соединение.

Двухпроводный датчик отличается от однопроводного наличием отдельного земляного провода сигнальной цепи. Недостатки таких зондов: рабочий диапазон температуры датчика начинается от 300 градусов. До достижения этой температуры датчик не работает и не выдает сигнала. Стало быть необходимо устанавливать этот датчик как можно ближе к цилиндрам двигателя, чтобы он подогревался и обтекался наиболее горячим потоком выхлопных газов. Процесс нагрева датчика затягивается и это вносит задержку в момент включения обратной связи в работу контроллера. Кроме того, использование самой трубы в качестве проводника сигнала (земля) требует нанесения на резьбу специальной токопроводящей смазки при установке датчика в выхлопной трубопровод и увеличивает вероятность сбоя (отсутствия контакта) в цепи обратной связи. Указанных недостатков лишены трех- и четырехпроводные лямбда зонды.

В трехпроводный добавлен специальный нагревательный элемент, который включен как правило всегда при работе двигателя и, тем самым, сокращает время выхода датчика на рабочую температуру. А так же позволяет устанавливать лямбда-зонд на удалении от выхлопного коллектора, рядом с катализатором. Однако остается один недостаток — токопроводящий выхлопной коллектор и необходимость в токопроводящей смазке. Этого недостатка лишен четырехпроводный лямбда-зонд — у него все провода служат для своих целей — два на подогрев, а два — сигнальные. При этом вкручивать его можно так как заблагорассудится.

Несколько слов о взаимозаменяемости датчиков. Лямбда-зонд с подогревом может устанавливаться вместо такого же, но без подогрева. При этом необходимо смонтировать на автомобиль цепь подогрева и подключить ее к цепи, запитываемой при включении зажигания. Самое выгодное — в параллель к цепи питания электробензонасоса. Не допускается обратная замена — установка однопроводного датчика вместо трех- и более- проводных. Работать не будет. Ну и конечно необходимо, чтобы резьба датчика совпадала с резьбой, нарезанной в штуцере.

Функционально датчик кислорода работает, как переключатель и выдает напряжение выше порогового (0.45V) при низком содержании кислорода в выхлопных газах. При высоком уровне кислорода датчик снижает это пороговое напряжение. При этом, важным параметром является скорость переключения. В большинстве систем впрыска топлива датчик кислорода имеет выходное напряжение от 40-100мВ. до 0.7-1В. Длительность фронта должна быть не более 120мСек.

Следует отметить, что многие неисправности датчика кислорода контроллерами не фиксируются и судить о его исправной работе можно только после соответствующей проверки осциллографом.

На Рис.3 показан сигнал нормально работающего датчика кислорода на прогретом двигателе, работающего на ХХ. Здесь и далее умышленно показаны только амплитудные характеристики сигнала, т.к. временные параметры на разных системах и двигателях могут иметь существенные различия.

На Рис.4 показан выходной сигнал еще работающего, но изрядно послужившего и практически забитого датчика кислорода На Рис.4 показан выходной сигнал еще работающего, но изрядно послужившего и практически забитого датчика кислорода. Данная осциллограмма зафиксировала падение амплитуды выходного сигнала ниже 0V, что говорит о неисправности датчика. Данная неисправность датчика чаще всего фиксируется системой самодиагностики и на приборной панели загорается лампочка «CHECK ENGINE», которая сигнализирует о неисправности.

На Рис.5 представлена наиболее распространенная «болезнь» датчиков кислорода, которая выражена в замедленной его реакции На Рис.5 представлена наиболее распространенная «болезнь» датчиков кислорода, которая выражена в замедленной его реакции. Время фронта сигнала (t) значительно превышает 120 мСек. Данная неисправность датчика неминуемо вызывает увеличенный расход топлива и заметное снижение динамики автомобиля, а система самодиагностики ее не зафиксирует, т.к. данный параметр не отслеживается контроллером.

а Рис.6-8 показаны осциллограммы «замерзших» датчиков На Рис.6-8 показаны осциллограммы «замерзших» датчиков, неисправности которых не фиксируются контроллером, т.к. амплитудные значения сигналов не выходят из заданного для них диапазона. Чаще всего это 0-1В. Таким образом,однозначно фиксируется только полное отсутствие сигнала и его минусовое значение, в этих случаях ошибка индицируется лампой «CHECK ENGINE».

Осциллограмма «замерзшего» датчика Однако, следует заметить, что в некоторых контроллерах предусмотрена возможность диагностики и обнаружения неисправности по косвенным признакам (соотношение показаний датчика скорости автомобиля или датчика положения коленвала, датчика положения дроссельной заслонки, расходомера воздуха и др.).

При обнаружении неисправности датчика кислорода, контроллер переходит в режим управления впрыском по усредненным параметрам и завышает обогащение топливной смеси в сравнении с обычным ее составом (~1:14.7).

Причины выхода из строя датчика кислорода

• Применение этилированного бензина
• Использование при установке датчика герметиков, вулканизирующихся при комнатной температуре или содержащих в своем составе силикон
• Перегрев датчика из-за неправильно установленного угла опережения зажигания, переобогащения топливо-воздушной смеси, перебоев в зажигании и т.д. Многократные (неудачные) попытки запуска двигателя через небольшие промежутки времени, что приводит к накапливанию несгоревшего топлива в выпускном трубопроводе, которое может воспламениться с образованием ударной волны
• Проверка работы цилиндров двигателя с отключением свечей зажигания
• Попадание на керамический наконечник датчика любых эксплуатационных жидкостей, растворителей и моющих средств
• Обрыв, плохой контакт или замыкание на «массу» выходной цепи датчика
• Негерметичность в выпускной системе

Возможные признаки неисправности датчика кислорода

• Неустойчивая работа двигателя на малых оборотах
• Повышенный расход топлива
• Ухудшение динамических характеристик автомобиля
• Характерное потрескивание в районе расположения каталитического нейтрализатора после остановки двигателя
• Повышение температуры в районе каталитического нейтрализатора или его нагрев до раскаленного состояния
• На некоторых автомобилях загорание лампы «СНЕСК ЕNGINЕ» при установившемся режиме движения

Правила снятия и установки датчика

Демонтаж датчика, во избежание повреждений, производят только на холодном двигателе, перед этим отсоединяют провода датчика (при выключенном зажигании). Перед заменой датчика необходимо проверить его маркировку, которая должна соответствовать указанной в инструкции по эксплуатации автомобиля. Производят внешний осмотр, чтобы убедиться в отсутствии механических повреждений, проверить наличие уплотнительного кольца и проверить наличие на резьбовой части специальной противопригарной смазки.

Заворачивают от руки датчик кислорода до упора и затягивают с усилием 3,5-4,5 кгм. Соединение должно быть герметичным.
Соединяют электрический разъем (разъемы).

Проверяют работоспособность по контролируемым параметрам. В некоторых случаях датчик крепится к выпускному трубопроводу с помощью специальной пластины. Между пластиной и выпускным трубопроводом должна находиться специальная герметизирующая прокладка. Основные контролируемые параметры Проверка параметров датчика кислорода осуществляется при достижении им рабочей температуры (350+50°С) с использованием газоанализатора, осциллографа, цифрового вольтметра и омметра.

agson.net

Датчик кислорода — это… Что такое Датчик кислорода?

Лямбда-зонд (λ-зонд) — датчик кислорода в выпускном коллекторе двигателя. Позволяет оценивать количество оставшегося свободного кислорода в выхлопных газах.

Датчик основан на свойствах оксида циркония — ZrO₂ и начинает работать только при температурах более 300 °C. Для ускорения прогрева датчика в него монтируют электро-подогреватель, потому обыкновенно датчик имеет пару сигнальных проводов и пару от подогревателя.

Рабочий элемент датчика — пористый керамический материал на основе двуокиси циркония, покрытый методом напыления платиной. Выхлопные газы обтекают рабочую поверхность. Датчик реагирует на разницу между уровнем кислорода в выхлопных газах и в атмосфере, вырабатывая на выходе соответствующую разность потенциалов. Первые «лямбда-зонды» были резистивными, т.е. изменяли свое сопротивление. Современные датчики работают как пороговые элементы.

Сигнал используется системой управления для поддержания оптимального (стехиометрического, около 14:1) соотношения воздух:бензин в камерах сгорания. В стехиометрии — λ = (реальное к-во воздуха) / (необходимое к-во воздуха)

• λ=1 — стехиометрическая (теоретически идеальная) смесь
• λ>1 — бедная смесь
• λ<1 — богатая смесь (избыток бензина, воздуха не хватает для полного сгорания)

Поскольку некоторое количество кислорода ДОЛЖНО присутствовать в выхлопе для нормального дожигания СО и СН на катализаторе, для более точного регулирования используют второй датчик, расположенный за катализатором.

ДАТЧИК НА ОСНОВЕ ОКСИДА ЦИРКОНИЯ. В датчике на основе оксида циркония происходят реакции восстановления двуокиси циркония ZrO2 до окиси циркония ZrO, инициируемая платиновым катализатором, покрывающем чувствительный элемент датчика и являющаяся причиной возникновения ЭДС. На поверхности датчика окислительные процессы чередуются с восстановительными, что обеспечивает автоматическое поддержание работоспособности λ-зонда и его высокую чувствительность к изменению концентрации окисляемых компонентов.

Для того, что бы подавить реакцию окисления недоокисленных компонентов отработавших газов кислородом чувствительного элемента датчика, то есть прекратить генерацию ЭДС датчиком, необходимо присутствие в отработавших газах избыточного, по отношению к стехиометрическому, количества кислорода. Причем, количество избыточного кислорода растет пропорционально концентрации недоокисленных компонентов отработавших газов. Используя это свойство λ-зонда представляется возможным оценить концентрацию в отработавших газах продуктов неполного сгорания топлива и использовать эту информацию для оценки эффективности работы каталитического нейтрализатора

ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ДАТЧИК НА ОСНОВЕ ОКСИДА ЦИРКОНИЯ. Разновидность датчика на основе оксида циркония.

Основная разница зонда с широкой панелью LSU 4 по отношению к обычным лямбда зондам это комбинация сенсорных ячеек и так называемых накачиваемых кислородом ячеек. Обе ячейки разделены диффузионным зазором шириной от 0,01 до 0,05 мм. Состав его газового содержимого постоянно соответствует λ=1 , что для сенсорной ячейки значит напряжение в 450 милливольт. Поддерживается содержание газа и вместе с ним напряжение сенсора посредством различных напряжений сенсора накачиваемых элементов. При бедной смеси и напряжении сенсора ниже 450 милливольт ячейка выкачивает кислород из диффузионного отверстия. Если смесь влажная и напряжение лежит выше 450 милливольт, ток меняет свое направление, и накачивающие ячейки транспортируют кислород в диффузионные расщелины. При этом интегрированный нагревающий элемент устанавливает температуру области от 700 до 800 град.

При отказе датчика система переходит в аварийный режим без коррекции содержания воздуха в смеси.

Одной из основных причин отказа датчика в России являлось отравление тетраэтилсвинцом. По мере перехода на качественный неэтилированный бензин эта проблема уходит в прошлое тысячелетие.

Ссылки

Wikimedia Foundation. 2010.

dic.academic.ru

Датчик кислорода. Описание. Назначение

Датчик концентрации кислорода или лямбда-зонд предназначен для определения в отработавших газах уровня кислорода. Эффективная (экологичная и экономичная) работа мотора обеспечивается за счет постоянного уровня соотношения в топливной смеси топлива и воздуха во всех рабочих режимах. Процесс контроля над содержанием в выхлопных газах кислорода называется лямбда-регулированием.

В случае недостатка в топливно-воздушной смеси воздуха, не происходит полного окисления угарного газа и углеводородов. При перенасыщении воздухом, с другой стороны, не происходит полного разложения на кислород и азот.

В выпускной системе устанавливается лямбда-зонд. Следует сказать, что на определенных моделях машин применяется не один датчик кислорода, а два. При этом один устанавливают за каталитическим нейтрализатором, а другой – после. Использование двух датчиков способствует усилению контроля над составом выхлопных газов и обеспечению наиболее эффективной работы нейтрализатора.

Кислородный датчик может быть двухточечным или широкополосным.

Первый устанавливают и после нейтрализатора, и перед ним. Двухточечный датчик кислорода осуществляет фиксацию коэффициента излишнего воздуха топливной воздушной смеси в соответствии с величиной концентрации в выхлопных газах кислорода.

Конструкция представлена в виде керамического элемента, который имеет двустороннее покрытие из диоксида циркония. Проверка датчика кислорода производится электрохимическим методом. С одной стороны электрод контактирует с отработавшими газами. С другой стороны – с атмосферой. При разном содержании кислорода на концах электрода создается напряжение. Чем выше уровень (топливная смесь считается обедненной), тем напряжение ниже. Соответственно, чем выше концентрация (смесь считается обогащенной), тем напряжение больше.

Датчик кислорода электрический сигнал отправляет в электронный контрольный блок в системе управления мотора. В соответствии с уровнем сигнала, осуществляется воздействие на исполнительные структуры тех систем в автомобиле, которые находятся под управлением этого контрольного блока.

Конструкция широкополосного датчика представлена в виде закачивающего и двухточечного элемента. Определение значения «лямбда» осуществляется с применением силы тока при закачивании. Используется это устройство как входной датчик кислорода каталитического нейтрализатора. Под закачиванием понимают процесс физического характера. В ходе закачивания из газов кислород проходит сквозь закачивающий элемент под влиянием силы тока. Принцип, по которому действует устройство, основывается на способности постоянно поддерживать напряжение в 450 мВ в двухточечном элементе между электродами за счет изменения при закачивании силы тока.

Понижение содержания кислорода в газах (при обогащенной топливной смеси) сопровождается увеличением напряжения между имеющимися в двухточечном керамическом элементе электродами. Сигнал подается от элемента в электронный контрольный блок. На основании сигнала на закачивающем элементе вырабатывается ток с определенной силой.

В свою очередь, ток способствует закачке в измерительный зазор. Напряжение, таким образом, достигает определенного значения. При этом показатель силы тока являет собой меру концентрации кислорода в газах. Анализ и преобразование в управляющие воздействия на устройства исполнения в системе впрыска осуществляется блоком управления.

При обедненной топливной смеси функционирование широкополосного устройства происходит аналогичным образом. Отличием является то, что из измерительного зазора под воздействием тока осуществляется выкачивание наружу кислорода.

fb.ru