Если в системе управления двигателем предусмотрена обратная связь, для более точной и быстрой коррекции управляющих сигналов, обязательно используется датчик кислорода или лямбда-зонд.

ЛЯМБДА-ЗОНД

Если в системе управления двигателем предусмотрена обратная связь, для более точной и быстрой коррекции управляющих сигналов, обязательно используется датчик кислорода или лямбда-зонд.

Работа лямбда-зонда основана на принципе Вальтера Нернста – немецкого ученого, открывшего возможность обнаружения нормального потенциала электрода с помощью кислорода. Практическим применением лямбда-зонда в системе выпуска двигателя внутреннего сгорания инженеры заинтересовались еще в конце шестидесятых, а первый серийный образец датчика был создан в 1976 году немецкой компанией Robert Bosch GmbH.

Почему датчик кислорода называется лямбда-зондом? В теории ДВС греческая буква λ означает стехиометрическое соотношение воздуха и бензина в топливовоздушной смеси. Стехиометрическое означает, такое идеальное соотношение, при котором, сгорит все топливо. В теории это отношение равно 1:14.7, то есть на одну часть бензина приходится 14.7 частей воздуха, но на практике близким к идеальному является соотношение 1: 13, поскольку все равно, часть топлива конденсируется в виде капель на стенках цилиндров и прочее. Если λ<1, то топливо воздушная смесь богатая(недостаток воздуха), если λ >1, смесь бедная (избыток воздуха). 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.

Лямбда-зонд действует по принципу гальванического элемента с твердым электролитом в виде керамики из диоксида циркония (ZrO2). Керамика легирована оксидом иттрия, а поверх нее напылены токопроводящие пористые электроды из платины. Датчик кислорода располагают в потоке отработавших газов так, чтобы внешний электрод омывался газами, а внутренний – находился в среде атмосферного воздуха. Разница в концентрации кислорода на каждой стороне твердого электролита создает перемещение ионов O2 внутри слоя ZrO2. В зависимости от разницы в количестве кислорода между внутренними и внешними электродами, образуется ЭДС, максимальная значение которого достигает значения 1 Вольт. Полученное значение передается и обрабатывается в компьютерном блоке управления двигателем. Сигнал из блока подается на топливные форсунки, дозирующие подачу топлива. В зависимости от того, какой сигнал подает блок управления, количество бензина в топливо-воздушной смеси может быть увеличено или уменьшено.

Эффективная работа лямбда-зонда может достигаться только при температуре не менее 300 градусов. Поэтому некоторые датчики оснащены спиралью электрического подогрева, которая создает нужный температурный режим, пока двигатель еще не прогрелся.

Все элементы датчика кислорода изготовлены из жаростойких материалов, так как его рабочая температура может достигать 950°С. Выходящие провода имеют термостойкую изоляцию.

Разновидности лямбда-зондов.

Широкополосный датчик представляет собой современную конструкцию лямбда-зонда. Он применяется в качестве входного датчика каталитического нейтрализатора. В широкополосном датчике значение "лямбда" определяется с использованием силы тока закачивания.

Основная разница такого зонда по отношению к обычным λ-зондам — это комбинация сенсорных ячеек и так называемых накачивающих ячеек. 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. Содержание газа в зазоре и вместе с ним напряжение сенсора поддерживаются посредством различных напряжений, прикладываемых к накачивающей ячейке. При бедной смеси и напряжении сенсора ниже 450 милливольт ячейка выкачивает кислород из диффузионной полости. Если смесь богатая 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 градусов.

Широкополосный датчик позволяет получить несколько иную зависимость напряжений лямбда-зонда от содержания (в %) кислорода в топливно-воздушной смеси.

Кроме циркониевых, существуют кислородные датчики на основе двуокиси титана (TiO2). При изменении содержания кислорода (О2) в отработавших газах они изменяют свое сопротивление. Генерировать ЭДС титановые датчики не могут; они конструктивно сложны и дороже циркониевых, поэтому, широкого распространения не получили.

Проверка с помощью приборов:

Отсоединяем датчик от колодки с проводами;

Подключаем его к прибору (вольтметр);

Заводим двигатель и прогреваем его;

Увеличиваем обороты до 2000 – 3000 и резко отпускаем газ;

Замеряем напряжение, оно должно быть в пределах 0,45 - 0,8 Вт.

Проводим проверку на обедненную топливную смесь:

Создаем искусственный подсос воздуха в системе впуска. Если напряжение на выходе меньше 0,2 Вт, то датчик исправный.

Проверка с помощью осциллографа:

Основное преимущество такой проверки, это возможность фиксирования времени, за которое происходит изменение выходного напряжения.

Это важный показатель не должен превышать более 120мСек и фиксируется он только осциллографом.

Правильная работа О2-датчика указана на рисунке ниже.

Как мы видим напряжение плавно переключается с 0,1 Вт до 0,75 Вт. Время здесь не видно, но, как уже говорилось выше, оно не должно превышать 120мСек.

Ниже на рисунке видна совершенно другая картина.

Здесь мы видим, что выходное напряжение упало ниже 0-1Вт, это указывает на то, что лямбда зонт не исправен и требует замены.

На рисунке выше указана диагностированная осциллографом замедленная реакция О2-датчика на изменение содержания кислорода в выхлопных газах, она явно выше 120 мСек.

Восстановление датчика ортофосфорной кислотой.

Ортофосфорная кислота безопасна для датчика. Для очистки наконечника лямбда-зонда ортофосфорной кислотой, окунаем наконечник в кислоту и выдерживаем в ней минут 15-20. Для большего эффекта необходимо смоченный кислотой наконечник датчика нагреть до кипения кислоты. После смыть водой следы реакции.

Дата добавления: 2015-08-29