Датчик кислорода как влияет на работу двигателя

ЛЯМБДА-ЗОНД, ЕГО НЕИСПРАВНОСТИ И СПОСОБЫ ПРОВЕРКИ — DRIVE2

ЛЯМБДА-ЗОНД, ЕГО НЕИСПРАВНОСТИ И СПОСОБЫ ПРОВЕРКИ

Назначение лямбда-зонда (датчика кислорода) — передача информации о составе рабочей смеси с выпускного коллектора в ЭБУ. Качество сгорания топливно-воздушной смеси (ТВС) напрямую влияет на работу двигателя.

Корректная работа датчика кислорода помогает:

Повысить производительность мотора благодаря определению близкого к идеалу пропорции впрыскиваемого топлива и воздуха.

Уменьшить выработку вредных газов (CO, CH, NOx), выбрасываемых в атмосферу и наладить экономичную работу автомобиля за счет правильно подобранного состава рабочей смеси.

На современные автомобили с инжекторным двигателем ставят один или несколько катализаторов и два и более датчика кислорода. Где стоит лямбда-зонд? Зависит от вида авто. Распространены системы с двумя устройствами, которые расположены до и после катализатора. Таким образом определяется избыток кислорода в смеси до попадания газов в устройство. В автомобилях с одним зондом — установлен спереди, на выпускном коллекторе.

Как работает датчик кислорода

ЭБУ отмеряет количество подаваемого топлива с помощью форсунок, задавая объем на определенной момент. Зонд обеспечивает обратную связь, что позволяет точно определит пропорции бензина, дизеля или газа. ЭБУ запрашивает информацию один раз в 0.5 секунды на холостом ходу. На повышенных оборотах частота запросов пропорционально увеличивается. Анализируя данные, блок управления корректирует состав ТВС, делая её беднее или богаче. Поддержание оптимальной ТВС — назначение лямбда-зондов. Идеальным соотношением воздуха и топлива считается пропорции 14.7:1 (бензин), 15.5:1 (газ) и 14.6:1 (дизель).

Виды датчиков кислорода по устройству конструкции и принцип работы:

Двухточечный, узкополосный (простой). Работает основываясь на измерении количества кислорода в выхлопных газах. Чем беднее ТВС, тем ниже напряжение, богаче — выше.

Широкополосный. Генерирует сигнал более широкого диапазона для точной оценки пропорции в ТВС.

Срок службы лямбда-зонда

Средняя продолжительность жизни кислородных датчиков на российском бензине 40 000–100 000 км. Для увеличения срока службы рекомендуется заливать качественное топливо с низким содержанием примесей и тяжелых металлов. Самодиагностикой определить неисправность достаточно сложно, установить причину — практически невозможно. Это может быть износ, низкое качество бензина, механическое повреждение и другие факторы.

Если у вас возникли подозрения в неисправности датчика кислорода, обратитесь к профессиональным диагностам. При помощи осциллограммы специалист определит причины неисправности и подскажет пути устранения.

Из-за чего выходит из строя лямбда-зонд

Механическое повреждение. Сильный удар в результате аварии, наезда на бордюр или езды по бездорожью отрицательно влияет на состояние зонда;

Некорректная работа двигателя и неисправности системы зажигания приводят к перегреву кислородного датчика и поломке;

Засорение системы. Основной причиной неисправности лямбда-зонда будут продукты сгорания некачественного топлива. Чем больше тяжелых металлов, тем скорее он забьется;

Поломка в поршневой группе. Неисправные поршень, поршневой палец и шатун пропускают масло в выхлопную систему, которое забивает зонд;

Попадание жидкости. Загрязнение любого вида сократит срок работы зонда;

Замыкание в проводке;

Слишком богатая или бедная топливно-воздушная смесь;

Разгерметизация выпускной системы пропускает воздух и отработавшие газы, что выводит лямбда-зонд из строя;

Пропуски зажигания;

Присадки и «улучшайзеры» топлива;

Естественный износ. В условиях некачественного топлива средний срок службы датчика составляет 40–70 тыс. км.

Выход из строя лямбда-зонда происходит постепенно. Последствия неисправного датчика кислорода выливаются в аварийный режим управления двигателем. Так производители уберегают машину от серьезных поломок, а водителя от аварийных ситуаций.

Неисправность лямбда-зонда предотвращается регулярной профилактикой и диагностикой, выявляющей поломки на начальных стадиях.

Признаки неисправности лямбда-зонда

Повышается уровень токсичности газов. Определить токсичность можно с помощью диагностики. Внешне никак не диагностируется, даже запах выхлопа практически не изменится.

Увеличивается расход топлива. Каждый автомобилист следит за наполненностью бака, старается найти свою крейсерскую скорость, когда расход минимальный. Поэтому увеличившееся потребление топлива заметит сразу. В зависимости от серьезности неисправности лямбда-зонда, он вырастает на 1–4 литра. Повышенный расход, конечно, способен вызвать не только неисправный датчик кислорода.

Выдаются ошибки кислородного датчика (P0131, P0135, P0141 и другие), загорается «Check Engine». Обычно чек появляется при неисправности зондов или катализатора. Диагностика установит точную причину.

Перегревается катализатор. Неисправные лямбда-зонды подают неправильные сигналы в ЭБУ, что может привести к некорректной работе катализатора, его перегреву вплоть до раскаленного состояния, и последующего выхода из строя.

Появляется дерганье и нехарактерные хлопки в двигателе. Лямбда-зонды перестают генерировать правильный сигнал, из-за чего дестабилизируется работа оборотов холостого хода. Обороты колеблются в широком диапазоне, что приводит к ухудшению качества топливной смеси.

Ухудшаются динамические характеристики автомобиля, теряется мощность, тяга. Подобные признаки появляются в запущенных ситуациях. Неисправные датчики также перестают работать на непрогретом двигателе, а машина различными способами сигнализирует о неполадках в системе.

Если вас беспокоит один из этих признаков, обратитесь к специалисту. С помощью диагностического оборудования он определит точную область поломки и поможет в исправлении.

Как проверить лямбда-зонд

Итак, автомобиль едет рывками, повысился расход топлива, загорелся «Check Engine». Признаки не характерны только для поломки лямбды, поэтому нужна полная диагностика систем. Но если вы уверены, что дело в нем, рассказываем, как проверить датчик своими руками.

Проверять кислородные датчики рекомендуют через замер значений напряжения. Подобную проверку лямбда-зонда мультиметром, тестером и омметром можно провернуть в собственном гараже.

Порядок действий следующий:

Прогрейте двигатель до рабочей температуры. Непрогретый лямбда-зонд не заработает.

Снимите и осмотрите зонд и проводку на предмет механических повреждений и загрязнений. Если он погнут, поцарапан или покрыт наростом сажи, свинцовым налетом, белым или серым нагаром, меняйте.

Проверьте работоспособность лямбда-зонда омметром. Часто причина неисправности кроется в поломке спирали подогрева или проводов к нему. Как его «прозвонить»? Присоедините омметр между проводами нагревателя, предварительно отсоединенные от колодки. При исправной работе сопротивление сигнальной цепи на разных автомобилях варьируется от 2 до 10 Ом и от 1 ком до 10 мОм в цепи подогрева. Если его нет совсем, в проводке обрыв.

Протестируйте сигнал зонда с помощью мотор-тестера, стрелочного вольтметра или осциллографа. Подсоедините тестер между проводом массы и сигнальным, поднимите обороты до 3 000 Нм, засеките время и следите за показаниями. Они должны изменяться от 0.1 до 0.9 вольт. Рекомендуем заменить датчик, если диапазон изменений меньше или за 10 секунд сменилось меньше 9–10 показаний. Причина ошибки может быть в «усталости» и медленном отклике системы.

Проверьте исправность лямбда-зонда через опорное напряжение. Заведите машину, измерьте напряжение между массой и сигнальным проводом. Если показатели отличаются от 0.45 вольт больше, чем на 0.2, датчик или цепи в цепи, ведущие к нему, неисправны.

Если нет приборов для проверки работоспособности лямбда-зонда, обратитесь к специалистам. Они проведут полную диагностику и точно назовут причину неисправности за меньшие деньги и время, которые бы вы потратили на покупку устройств и выявление неисправности самостоятельно.

Датчик кислорода - Wikipedia

Прибор для измерения концентрации кислорода

Кислородный монитор с датчиком оксида циркония

Датчик кислорода (или лямбда-датчик , где лямбда относится к воздушно-топливному эквивалентному соотношению, обычно обозначаемому как λ) - это электронное устройство, которое измеряет долю кислорода (O ₂) в газе или анализируемая жидкость.

Он был разработан Robert Bosch GmbH в конце 1960-х годов под руководством доктора.Гюнтер Бауман. Оригинальный чувствительный элемент выполнен из циркониевой керамики в форме наперстка, покрытой с обеих сторон как на выпускной, так и на контрольной стороне тонким слоем платины, и выпускается как в нагретом, так и в неотапливаемом виде. Датчик плоского типа появился на рынке в 1990 году и значительно уменьшил массу керамического чувствительного элемента, а также включил нагреватель в керамическую конструкцию. ^[1] В результате появился датчик, который запускался раньше и реагировал быстрее.

Наиболее распространенным применением является измерение концентрации кислорода в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания в автомобилях и других транспортных средствах с целью расчета и, при необходимости, динамической регулировки соотношения воздух-топливо, чтобы каталитические нейтрализаторы могли работать оптимально, и также определите, работает ли конвертер правильно или нет.Дайверы также используют подобное устройство для измерения парциального давления кислорода в дыхательном газе.

Ученые используют кислородные датчики для измерения дыхания или выработки кислорода и используют другой подход. Кислородные датчики используются в анализаторах кислорода, которые находят широкое применение в медицинских приложениях, таких как мониторы анестезии, респираторы и кислородный концентратор.

Кислородные датчики также используются в гипоксических системах противопожарной защиты воздуха для постоянного контроля концентрации кислорода внутри защищаемых объемов.

Есть много разных способов измерения кислорода. К ним относятся такие технологии, как диоксид циркония, электрохимические (также известные как гальванические), инфракрасные, ультразвуковые, парамагнитные и совсем недавно лазерные методы.

Автомобильные приложения [править]

Трехпроводной датчик кислорода, подходящий для использования в Volvo 240 или аналогичном автомобиле

Автомобильные датчики кислорода, в просторечии известные как датчики O ₂ («ō два»), делают возможными современные электронные системы впрыска топлива и контроля выбросов.Они помогают определить в реальном времени, является ли воздушно-топливное отношение двигателя внутреннего сгорания богатым или обедненным. Поскольку датчики кислорода расположены в потоке выхлопных газов, они не измеряют непосредственно воздух или топливо, поступающее в двигатель, но когда информация от датчиков кислорода сочетается с информацией из других источников, ее можно использовать для косвенного определения соотношения воздух-топливо. , Управляемый с обратной связью впрыск топлива с обратной связью изменяет выходную мощность топливной форсунки в соответствии с данными датчика в реальном времени, а не работает с заранее определенной (разомкнутой) картой топлива.Помимо обеспечения эффективной работы электронного впрыска топлива, этот метод контроля выбросов может уменьшить количество как несгоревшего топлива, так и оксидов азота, попадающих в атмосферу. Несгоревшее топливо - это загрязнение в форме переносимых по воздуху углеводородов, в то время как оксиды азота (NO _x газов) являются результатом температур в камере сгорания, превышающих 1300 Кельвинов, из-за избытка воздуха в топливной смеси, следовательно, способствуют образованию смога и кислотный дождь. Volvo была первым производителем автомобилей, применившим эту технологию в конце 1970-х годов вместе с трехкомпонентным катализатором, использованным в каталитическом нейтрализаторе.

Датчик измеряет не концентрацию кислорода, а разницу между количеством кислорода в выхлопных газах и количеством кислорода в воздухе. Богатая смесь вызывает потребность в кислороде. Это требование вызывает повышение напряжения из-за переноса ионов кислорода через слой датчика. Бережливая смесь вызывает низкое напряжение, поскольку существует избыток кислорода.

Современные двигатели внутреннего сгорания с искровым зажиганием используют кислородные датчики и каталитические нейтрализаторы для снижения выбросов выхлопных газов.Информация о концентрации кислорода отправляется на компьютер управления двигателем или блок управления двигателем (ECU), который регулирует количество топлива, впрыскиваемого в двигатель, чтобы компенсировать избыток воздуха или избыток топлива. ECU пытается в среднем поддерживать определенное воздушно-топливное отношение, интерпретируя информацию, полученную от кислородного датчика. Основной целью является компромисс между мощностью, экономией топлива и выбросами, и в большинстве случаев достигается соотношение воздух-топливо, близкое к стехиометрическому. Для двигателей с искровым зажиганием (например, работающих на бензине или сжиженном нефтяном газе, а не на дизельном топливе) современные системы выбросов выделяют три типа выбросов: углеводороды (которые выделяются, когда топливо не сжигается полностью, например, при пропусках зажигания). или обогащенный), окись углерода (которая является результатом слегка обогащенного) и NO _x (которые преобладают, когда смесь бедна).Отказ этих датчиков, например, в результате нормального старения, использования этилированного топлива или топлива, загрязненного, например, силиконами или силикатами, может привести к повреждению каталитического нейтрализатора автомобиля и дорогостоящему ремонту.

Подделка или изменение сигнала, который датчик кислорода посылает на компьютер двигателя, может отрицательно сказаться на контроле выбросов и даже повредить автомобиль. Когда двигатель находится в условиях низкой нагрузки (например, при очень мягком ускорении или поддержании постоянной скорости), он работает в «замкнутом режиме».Это относится к контуру обратной связи между ЭБУ и датчиком (-ами) кислорода, в котором ЭБУ регулирует количество топлива и ожидает увидеть результирующее изменение отклика датчика кислорода. Эта петля вынуждает двигатель работать как слегка обедненным, так и слегка насыщенным на последовательных петлях, поскольку он пытается поддерживать в основном стехиометрическое соотношение в среднем. Если из-за модификаций двигатель будет работать в умеренном обедненном состоянии, это приведет к незначительному увеличению эффективности использования топлива, иногда за счет увеличения выбросов NO _x, гораздо более высоких температур выхлопных газов, а иногда и небольшого увеличения мощности, которое может быстро перерасти в пропуски зажигания и резкую потерю мощности, а также потенциальное повреждение двигателя и каталитического нейтрализатора (из-за пропусков зажигания) при сверхнизких соотношениях воздух-топливо.Если из-за модификаций двигатель будет работать на полную мощность, мощность будет немного увеличена до некоторой точки (после чего двигатель начнет заливаться из-за слишком большого количества несгоревшего топлива), но за счет снижения эффективности использования топлива и увеличения количества несгоревших углеводородов. в выхлопе, что вызывает перегрев каталитического нейтрализатора. Длительная работа на богатых смесях может привести к катастрофическому выходу из строя каталитического нейтрализатора (см. «Обратный огонь»). ECU также контролирует синхронизацию двигателя зажигания наряду с шириной импульса топливной форсунки, поэтому модификации, которые изменяют работу двигателя на слишком бедную или слишком богатую, могут привести к неэффективному расходу топлива, когда топливо зажигается слишком рано или слишком поздно в цикле сгорания. ,

Когда двигатель внутреннего сгорания находится под высокой нагрузкой (например, широко открытая дроссельная заслонка), выходной сигнал датчика кислорода игнорируется, и ЭБУ автоматически обогащает смесь, чтобы защитить двигатель, поскольку пропуски зажигания под нагрузкой гораздо чаще вызывают повреждение , Это называется двигателем, работающим в «режиме разомкнутого контура». Любые изменения в выходном сигнале датчика будут игнорироваться в этом состоянии. Во многих автомобилях (за исключением некоторых моделей с турбонаддувом) входные данные от расходомера воздуха также игнорируются, поскольку в противном случае они могут снизить производительность двигателя из-за слишком богатой или слишком бедной смеси и повысить риск повреждения двигателя из-за детонация, если смесь слишком бедная.

Функция лямбда-зонда [править]

Лямбда-зонды обеспечивают обратную связь с ЭБУ. Там, где это применимо, бензиновые, пропановые и природные газовые двигатели оснащены трехходовыми катализаторами в соответствии с законодательством о выбросах автотранспортных средств. Используя сигнал лямбда-датчика, ECU может управлять двигателем, слегка обогащенным лямбда = 1, это идеальная рабочая смесь для эффективности трехходового катализатора. ^[2] Robert Bosch GmbH представил первый автомобильный лямбда-зонд в 1976 году, ^[3] и впервые был использован Volvo и Saab в этом году.Датчики были введены в США примерно с 1979 года и были востребованы на всех моделях автомобилей во многих странах Европы в 1993 году.

Измеряя долю кислорода в оставшемся выхлопном газе и, помимо прочего, зная объем и температуру воздуха, поступающего в цилиндры, ЭБУ может использовать справочные таблицы для определения количества топлива, необходимого для сжигания на стехиометрическое соотношение (14,7: 1 воздух: топливо по массе для бензина) для обеспечения полного сгорания.

Зонд [править]

Чувствительный элемент представляет собой керамический цилиндр, покрытый внутри и снаружи пористыми платиновыми электродами; Вся сборка защищена металлической сеткой.Он работает путем измерения разницы в кислороде между выхлопным газом и наружным воздухом и генерирует напряжение или изменяет свое сопротивление в зависимости от разницы между ними.

Датчики эффективно работают только при нагреве до приблизительно 316 ° C (600 ° F), поэтому большинство новых лямбда-зондов имеют нагревательные элементы, заключенные в керамику, которые быстро нагревают керамический наконечник до температуры. Старые датчики без нагревательных элементов в конечном итоге нагревались бы выхлопом, но между запуском двигателя и моментом, когда компоненты в выхлопной системе приходят в тепловое равновесие, существует временная задержка.Время, необходимое для того, чтобы отработавшие газы довели датчик до температуры, зависит от температуры окружающего воздуха и геометрии системы выпуска. Без нагревателя процесс может занять несколько минут. Существуют проблемы загрязнения, связанные с этим медленным запуском, в том числе аналогичная проблема с рабочей температурой каталитического нейтрализатора.

Зонд обычно имеет четыре провода, подключенных к нему: два для лямбда-выхода и два для питания нагревателя, хотя некоторые автопроизводители используют металлический корпус в качестве заземления для сигнала элемента датчика, в результате чего получается три провода.Ранее датчики без электрического подогрева имели один или два провода.

Работа зонда [править]

Циркониевый датчик [править]

Планарный датчик диоксида циркония (схематическое изображение)

Лямбда-датчик на основе диоксида циркония или диоксида циркония основан на твердотельном электрохимическом топливном элементе, называемом элементом Нернста. Два его электрода обеспечивают выходное напряжение, соответствующее количеству кислорода в выхлопе относительно количества в атмосфере.

Выходное напряжение 0.2 В (200 мВ) постоянного тока представляет собой «бедную смесь» топлива и кислорода, где количество кислорода, поступающего в цилиндр, достаточно для полного окисления оксида углерода (СО), образующегося при сжигании воздуха и топлива, в диоксид углерода ( CO ₂). Выходное напряжение 0,8 В (800 мВ) постоянного тока представляет собой «богатую смесь» с высоким содержанием несгоревшего топлива и низким содержанием оставшегося кислорода. Идеальное заданное значение составляет приблизительно 0,45 В (450 мВ) постоянного тока. Здесь количество воздуха и топлива находится в оптимальном соотношении, которое составляет ~ 0.5% отклонения от стехиометрической точки, так что выходная мощность выхлопных газов содержит минимальное количество оксида углерода.

Напряжение, создаваемое датчиком, является нелинейным по отношению к концентрации кислорода. Датчик наиболее чувствителен вблизи стехиометрической точки (где λ = 1) и менее чувствителен, когда он очень бедный или очень богатый.

ECU - это система управления, которая использует обратную связь от датчика для регулировки топливно-воздушной смеси. Как и во всех системах управления, постоянная времени датчика важна; Способность ECU контролировать соотношение топливо / воздух зависит от времени срабатывания датчика.У стареющего или загрязненного датчика, как правило, более медленное время отклика, что может ухудшить производительность системы. Чем короче период времени, тем выше так называемый «перекрестный счет» ^[4] и тем более отзывчива система.

Датчик имеет прочную конструкцию из нержавеющей стали внутри и снаружи. Благодаря этому датчик обладает высокой устойчивостью к коррозии, что позволяет эффективно использовать его в агрессивных средах с высокой температурой / давлением.

Циркониевый датчик относится к типу «узкополосный» и относится к узкому диапазону соотношений топлива / воздуха, на которые он реагирует.

Широкополосный датчик циркония [править]

Планарный широкополосный датчик диоксида циркония (схематическое изображение)

Вариант с датчиком диоксида циркония, называемый «широкополосным» датчиком, был представлен NTK в 1992 году ^[5] и широко использовался в системах управления двигателями автомобилей для удовлетворения постоянно растущих потребностей в улучшении экономии топлива, меньшие выбросы и лучшая производительность двигателя одновременно. ^[6] Он основан на плоском циркониевом элементе, но также включает в себя электрохимический газовый насос.Электронная схема, содержащая контур обратной связи, контролирует ток газового насоса, чтобы поддерживать постоянную мощность на выходе электрохимической ячейки, так что ток насоса непосредственно указывает на содержание кислорода в выхлопных газах. Этот датчик устраняет циклы бедного обогащения, присущие узкополосным датчикам, что позволяет блоку управления гораздо быстрее регулировать подачу топлива и момент зажигания двигателя. В автомобильной промышленности этот датчик также называют UEGO (универсальный датчик кислорода в выхлопных газах).Датчики UEGO также широко используются в послепродажном тюнинге и высокопроизводительном оборудовании для индикации топлива и воздуха водителя. Широкополосный датчик диоксида циркония используется в многослойных системах впрыска топлива и теперь может также использоваться в дизельных двигателях для удовлетворения предстоящих предельных значений выбросов ЕВРО и ULEV.

Широкополосные датчики имеют три элемента:

ионно-кислородный насос,
,
нагревательный элемент.

Схема подключения широкополосного датчика обычно состоит из шести проводов:

резистивный нагревательный элемент,
резистивный нагревательный элемент,
датчик,
насос,
калибровочный резистор,
общий.

Датчик Titania [редактировать]

Менее распространенный тип узкополосного лямбда-датчика имеет керамический элемент из диоксида титана. Этот тип не генерирует свое собственное напряжение, но изменяет свое электрическое сопротивление в зависимости от концентрации кислорода. Сопротивление диоксида титана является функцией парциального давления кислорода и температуры. Поэтому некоторые датчики используются с датчиком температуры газа для компенсации изменения сопротивления, вызванного температурой.Значение сопротивления при любой температуре составляет около 1/1000 от изменения концентрации кислорода. К счастью, при λ = 1 происходит значительное изменение кислорода, поэтому изменение сопротивления обычно в 1000 раз между богатым и бедным, в зависимости от температуры.

Поскольку диоксид титана является полупроводником N-типа со структурой TiO _{2- x}, дефекты кристаллической решетки x проводят заряд. Таким образом, для выхлопов, богатых топливом (более низкая концентрация кислорода), сопротивление является низким, а для выхлопов, обедненных топливом (более высокая концентрация кислорода), сопротивление является высоким.Блок управления подает на датчик небольшой электрический ток и измеряет результирующее падение напряжения на датчике, которое варьируется от почти 0 вольт до примерно 5 вольт. Как и датчик диоксида циркония, этот тип является нелинейным, так что его иногда упрощенно описывают как двоичный индикатор, считывающий либо «богатый», либо «худой». Датчики Titania стоят дороже, чем датчики на диоксиде циркония, но они также реагируют быстрее.

В автомобильной промышленности датчик диоксида титана, в отличие от датчика диоксида циркония, не требует эталонной пробы атмосферного воздуха для правильной работы.Это облегчает конструкцию узла датчика от загрязнения водой. Хотя большинство автомобильных датчиков являются погружными, датчики на основе диоксида циркония требуют очень небольшой подачи эталонного воздуха из атмосферы. Теоретически, жгут проводов датчика и разъем герметичны. Предполагается, что воздух, который проходит через жгут проводов к датчику, поступает из открытой точки в жгуте проводов - обычно это ЭБУ, который размещается в замкнутом пространстве, например в багажнике или салоне автомобиля.

Расположение зонда в системе [править]

Датчик обычно ввинчивается в резьбовое отверстие в выхлопной системе, расположенное после ответвления коллектора выхлопной системы комбайна и перед каталитическим нейтрализатором.Новые автомобили должны иметь датчик до и после катализатора отработавших газов, чтобы соответствовать нормативам США, требующим, чтобы все компоненты выбросов контролировались на предмет отказа. Сигналы до и после катализатора отслеживаются для определения эффективности катализатора, и если преобразователь работает не так, как ожидается, пользователю сообщается предупреждение через бортовые диагностические системы, например, путем включения индикатора на приборной панели транспортного средства. , Кроме того, некоторые каталитические системы требуют коротких циклов обедненного (кислородсодержащего) газа для загрузки катализатора и способствуют дополнительному снижению окисления нежелательных компонентов выхлопных газов.

Датчик наблюдения [править]

Воздушно-топливное отношение и, естественно, состояние датчика можно контролировать с помощью измерителя воздушно-топливного отношения, который отображает выходное напряжение датчика.

Сбой датчика [править]

Обычно срок службы датчика без подогрева составляет от 30 000 до 50 000 миль (от 50 000 до 80 000 км). Срок службы подогреваемого датчика обычно составляет 100 000 миль (160 000 км). Отказ датчика без подогрева обычно вызывается накоплением сажи на керамическом элементе, что удлиняет время его отклика и может привести к полной потере способности воспринимать кислород.Для обогреваемых датчиков обычные отложения сгорают во время работы, и отказ происходит из-за истощения катализатора. Затем зонд сообщает об обедненной смеси, ЭБУ обогащает смесь, выхлоп обогащается окисью углерода и углеводородами, и экономия топлива ухудшается.

Этилированный бензин загрязняет кислородные датчики и каталитические нейтрализаторы. Большинство кислородных датчиков рассчитаны на некоторый срок службы в присутствии этилированного бензина, но срок службы датчика будет сокращен до всего лишь 15 000 миль (24 000 км), в зависимости от концентрации свинца.Поврежденные свинцом датчики, как правило, имеют слегка окрашенные ржавые кончики.

Другой распространенной причиной преждевременного выхода из строя лямбда-зондов является загрязнение топлива силиконами (используются в некоторых уплотнениях и смазках) или силикатами (используются в качестве ингибиторов коррозии в некоторых антифризах). В этом случае отложения на датчике окрашиваются между блестящим белым и зернистым светло-серым.

Утечки масла в двигатель могут покрыть наконечник зонда маслянистым черным налетом с соответствующей потерей реакции.

Чрезмерно богатая смесь вызывает накопление черного порошкообразного осадка на зонде. Это может быть вызвано неисправностью самого зонда или проблемой в других местах системы нормирования топлива.

Приложение внешнего напряжения к датчикам диоксида циркония, например проверяя их с помощью некоторых типов омметров, можно повредить их.

Некоторые датчики имеют воздухозаборник к датчику в проводнике, поэтому загрязнение от проводника, вызванное утечками воды или масла, может всасываться в датчик и вызывать отказ.^[7]

Симптомы неисправности кислородного датчика включают в себя:

Датчик света на приборной панели указывает на проблему,
увеличенные выбросы выхлопной трубы,
повышенный расход топлива,
колебание на ускорение,
срыв,
грубый холостой ход.

Приложения для дайвинга [править]

Анализатор кислорода для дыхательных газовых смесей для дайвинга

Типом кислородного датчика, используемого в большинстве подводных погружений, является электрогальванический кислородный датчик, тип топливного элемента, который иногда называют анализатором кислорода или ppO ₂ метр .Они используются для измерения концентрации кислорода в дыхательных газовых смесях, таких как нитрокс и тримикс. ^[8] Они также используются в механизмах контроля кислорода в ребризаторах с замкнутым контуром для поддержания парциального давления кислорода в безопасных пределах. ^[9] и для контроля содержания кислорода в дыхательном газе в системах водолазного насыщения и в подаваемом на поверхности смешанном газе. Этот тип датчика работает путем измерения напряжения, генерируемого небольшим электрогальваническим топливным элементом.

Научные приложения [править]

В исследованиях дыхания почвы кислородные датчики могут использоваться в сочетании с датчиками углекислого газа, чтобы помочь улучшить характеристику дыхания почвы. Как правило, почвенные кислородные датчики используют гальванический элемент для создания тока, который пропорционален измеряемой концентрации кислорода. Эти датчики зарыты на разной глубине для мониторинга истощения кислорода с течением времени, который затем используется для прогнозирования скорости дыхания почвы. Как правило, эти датчики почвы оснащены встроенным нагревателем для предотвращения образования конденсата на проницаемой мембране, поскольку относительная влажность в почве может достигать 100%.^[10]

В морской биологии или лимнологии измерения кислорода обычно проводятся для измерения дыхания сообщества или организма, но также используются для измерения первичной продукции водорослей. Традиционный способ измерения концентрации кислорода в пробе воды заключался в использовании методов влажной химии, например. метод титрования Винклера. Однако имеются коммерчески доступные датчики кислорода, которые с большой точностью измеряют концентрацию кислорода в жидкостях.Доступны два типа датчиков кислорода: электроды (электрохимические датчики) и оптоды (оптические датчики).

электродов [править]

Измеритель растворенного кислорода для лабораторного использования

Электрод типа Кларка является наиболее часто используемым датчиком кислорода для измерения кислорода, растворенного в жидкости. Основной принцип заключается в том, что катод и анод погружены в электролит. Кислород поступает в датчик через проницаемую мембрану путем диффузии и восстанавливается на катоде, создавая измеримый электрический ток.

Существует линейная зависимость между концентрацией кислорода и электрическим током. С помощью двухточечной калибровки (0% и 100% насыщения воздухом) можно измерять кислород в образце.

Недостатком этого подхода является то, что кислород расходуется во время измерения со скоростью, равной диффузии в датчике. Это означает, что датчик должен быть перемешан, чтобы получить правильное измерение и избежать застойной воды. С увеличением размера сенсора увеличивается потребление кислорода и увеличивается чувствительность к перемешиванию.В больших датчиках наблюдается тенденция к дрейфу сигнала с течением времени из-за расхода электролита. Однако датчики типа Кларка могут быть очень маленькими с размером наконечника 10 мкм. Потребление кислорода таким микросенсором настолько мало, что он практически нечувствителен к перемешиванию и может использоваться в застойных средах, таких как отложения или внутри растительной ткани.

Optodes [редактировать]

Оптод кислорода - это датчик, основанный на оптическом измерении концентрации кислорода. Химическая пленка приклеивается к кончику оптического кабеля, и флуоресцентные свойства этой пленки зависят от концентрации кислорода.Максимум флуоресценции при отсутствии кислорода. Когда появляется молекула O ₂, она сталкивается с пленкой, и это гасит фотолюминесценцию. При данной концентрации кислорода в любой момент времени будет определенное количество молекул O ₂, сталкивающихся с пленкой, и флуоресцентные свойства будут стабильными.

Отношение сигнал (флуоресценция) к кислороду не является линейным, и оптод наиболее чувствителен при низкой концентрации кислорода. То есть чувствительность уменьшается с увеличением концентрации кислорода, следуя соотношению Штерна-Фольмера.Однако датчики оптодов могут работать во всей области от 0% до 100% насыщения кислородом в воде, и калибровка выполняется так же, как и для датчика типа Кларка. Кислород не расходуется, и, следовательно, датчик нечувствителен к перемешиванию, но сигнал будет стабилизироваться быстрее, если датчик перемешать после помещения в образец. Электродные датчики такого типа могут использоваться для мониторинга производства кислорода в условиях реакции расщепления воды на месте и в реальном времени. Платинированные электроды могут осуществлять мониторинг производства водорода в водоразделительном устройстве в режиме реального времени. «Оценка дыхания почвы: усовершенствованные методы измерения почвенного газа» Архив 2011-07-07 на Wayback Machine.

Связанные с этим ,

Как проверить датчик кислорода

Для запуска этого теста вам потребуется цифровой вольтметр с сопротивлением 9 мА с сопротивлением . Большинство цифровых вольтметров поставляются с защитой на 10 мегаом, чтобы предотвратить расходомер слишком большим электрическим током и повредить электрические или электронные компоненты во время теста.

Кроме того, перед началом испытаний найдите датчик кислорода, который вы хотите устранить. На моделях автомобилей до 1996 года датчик обычно находится на выпускном коллекторе или рядом с ним.На 1996 и более новых моделях вы увидите датчик около выпускного коллектора, и еще один датчик около каталитического нейтрализатора. Тем не менее, некоторые модели автомобилей имеют до пяти или более датчиков. Убедитесь, что вы знаете, какой датчик нужно проверить.

При получении диагностических кодов неисправностей (DTC) с вашего автомобильного компьютера вы также можете получить информацию о конкретном неисправном датчике в зависимости от функций вашего диагностического прибора. Например, вы можете получить банк I, неисправный датчик 1, который указывает на датчик O2 на выпускном коллекторе или рядом с ним на головке цилиндров, которая содержит цилиндр № 1.Блок I, датчик 2, указывает на датчик на той же стороне, но дальше вниз по выхлопной системе, вероятно, прямо перед или после каталитического нейтрализатора. То же самое относится и к другой головке блока цилиндров - для двигателей V-типа - которая считается банком II.

Чтобы найти Банк I и Банк II, при необходимости обратитесь к руководству по обслуживанию вашего автомобиля.

Затем, если у тестируемого датчика имеется более одного провода (датчик с подогревом), найдите сигнальный провод, обратившись при необходимости к руководству по обслуживанию вашего автомобиля.

Однопроводный датчик использует этот провод в качестве сигнального провода.
Двухпроводные датчики используют один провод для сигнала датчика, а другой - для питания нагревателя.
Трехпроводные модели, используйте один провод для сигнала и два других провода для питания и заземления нагревателя.
Однако четырехпроводные датчики используют один из проводов для заземления самого датчика.

Чтобы определить провода, посмотрите схему соединений в руководстве по ремонту вашего автомобиля. Если у вас нет этого руководства, купите недорогое руководство по послепродажному обслуживанию для конкретной марки и модели автомобиля в местном магазине автозапчастей или в Интернете.

Когда у вас есть соответствующий вольтметр и вы найдете датчик, прогрейте двигатель автомобиля до рабочей температуры. Вы можете сделать это, взяв свой автомобиль за 20 минут езды по шоссе или на холостом ходу двигателя в течение 15-20 минут на высокой скорости холостого хода.
Заглушите двигатель и установите вольтметр на шкалу мВ (милливольт) постоянного тока.
Если вы тестируете датчик O2 рядом с каталитическим нейтрализатором, поднимите автомобиль с помощью домкрата и надежно закрепите автомобиль на паре домкратов и заблокируйте задние колеса.
Будьте осторожны при подключении вашего счетчика. Когда двигатель работает при рабочей температуре, выпускной коллектор и трубы очень горячие. Не сжигайте себя и держите прибор и датчики вдали от горячих поверхностей.
На датчиках с одним-тремя проводами подключите красный датчик измерительного прибора к сигнальному проводу датчика, а черный датчик измерительного прибора - к надежному заземлению двигателя. На четырехпроводных датчиках подключите черный щуп измерительного прибора к заземляющему проводу датчика. При необходимости обратитесь к электрической схеме в руководстве по ремонту вашего автомобиля.

Чтобы подключить щуп измерительного прибора к проводу, используйте пробивающий щуп или задний щуп датчика через разъем. С некоторыми датчиками, однако, трудно провести обратную проверку сигнального провода через разъем. Чтобы преодолеть это ограничение, вы можете отсоединить датчик и подключить жилу из медного провода к штырю разъема для сигнального провода, а затем снова подключить электрический разъем, оставляя отрезок провода, торчащий из разъема. Это даст вам оголенный провод, который вы можете подключить к измерительному щупу для теста.Просто убедитесь, что оголенный провод не касается земли.

Другим вариантом является прокалывание сигнального провода датчика через изоляцию с помощью штыря и подключение измерительного щупа к штырю. Но держите булавку от прикосновения к земле.

Если вы решите использовать последний метод, после завершения испытаний выньте штифт и закройте проколотый участок провода изолентой, чтобы предотвратить проникновение влаги и коррозии в провод.

Кислородные датчики

: как они работают и чем занимаются

Что такое датчик кислорода?

Датчик кислорода (обычно называемый «датчиком O2», так как O2 - химическая формула для кислорода) установлен в выпускном коллекторе автомобиля, чтобы контролировать, сколько несгоревшего кислорода находится в выхлопе при выходе из выхлопной трубы. двигатель.

Где расположены датчики кислорода?

Количество датчиков кислорода в автомобиле варьируется. Каждый автомобиль, выпущенный после 1996 года, должен иметь датчик кислорода перед и после каждого каталитического нейтрализатора.Следовательно, в то время как большинство транспортных средств имеют два датчика кислорода, в двигателях V6 и V8, оснащенных двойным выхлопом, имеется четыре датчика кислорода - по одному на входе и выходе от каталитического нейтрализатора на каждом ряду двигателя.

Что делает датчик кислорода?

Датчики кислорода работают, вырабатывая собственное напряжение, когда они нагреваются (примерно 600 ° F). На конце кислородного датчика, который подключается к выпускному коллектору, находится циркониевая керамическая колба. Внутренняя и внешняя части колбы покрыты пористым слоем платины, которые служат электродами.Внутренняя часть колбы вентилируется изнутри через корпус датчика во внешнюю атмосферу. Когда внешняя часть колбы подвергается воздействию горячих газов отработавших газов, разница в уровнях кислорода между колбой и внешней атмосферой внутри датчика вызывает протекание напряжения через колбу. Если соотношение топлива невелико (не хватает топлива в смеси), напряжение относительно низкое - примерно 0,1 вольт. Если соотношение топлива высокое (слишком много топлива в смеси), напряжение относительно высокое - примерно 0.9 вольт Когда воздушно-топливная смесь находится в стехиометрическом соотношении (14,7 частей воздуха на 1 часть топлива), датчик кислорода выдает 0,45 вольт.

Датчик кислорода верхнего потока (датчик кислорода 1)

Датчик кислорода 1 является датчиком кислорода выше по потоку относительно каталитического нейтрализатора. Он измеряет воздушно-топливное отношение выхлопа, выходящего из выпускного коллектора, и посылает сигналы высокого и низкого напряжения в модуль управления силовой трансмиссией для регулирования топливовоздушной смеси.Когда модуль управления трансмиссией получает сигнал низкого напряжения (обеднения), он компенсирует это путем увеличения количества топлива в смеси. Когда модуль управления трансмиссией получает сигнал высокого напряжения (обогащенный), он наклоняет смесь, уменьшая количество топлива, которое он добавляет в смесь. Использование модулем управления силовой передачи входного сигнала от датчика кислорода для регулирования топливной смеси называется замкнутым контуром управления с обратной связью. Эта работа с замкнутым контуром приводит к постоянному переключению между обогащенным и обедненным, что позволяет каталитическому нейтрализатору минимизировать выбросы, поддерживая общее среднее соотношение топливной смеси в надлежащем балансе.Однако, когда запускается холодный двигатель или выходит из строя кислородный датчик, модуль управления трансмиссией переходит в режим разомкнутого контура. При работе в разомкнутом контуре модуль управления трансмиссией не получает сигнал от датчика кислорода и выдает фиксированную обогащенную топливную смесь. Работа в разомкнутом контуре приводит к увеличению расхода топлива и выбросов. Многие новые датчики кислорода содержат нагревательные элементы, которые помогают им быстро достичь рабочей температуры, чтобы минимизировать количество времени, затрачиваемого на работу в разомкнутом контуре.

Датчик кислорода ниже по потоку (Датчик кислорода 2)

Датчик кислорода 2 является датчиком кислорода ниже по потоку относительно каталитического нейтрализатора. Он измеряет соотношение воздух-топливо, выходящее из каталитического нейтрализатора, чтобы убедиться, что каталитический нейтрализатор работает нормально. Каталитический нейтрализатор работает для поддержания стехиометрического отношения воздух-топливо 14,7: 1, в то время как модуль управления трансмиссией постоянно переключается между богатыми и бедными воздушно-топливными смесями благодаря входному сигналу от верхнего кислородного датчика (датчик 1).Следовательно, нижний кислородный датчик (датчик 2) должен генерировать постоянное напряжение примерно 0,45 вольт.


Акустика, звук, вибрация
Автомобильная, транспортная
Химическая
Электрическая, магнитная, радио

Поток, скорость жидкости
Ионизирующее излучение, субатомных частиц
Навигационные инструменты
Позиция, угол, смещение

						Давление
Сила, плотность, уровень
Тепловое, тепловое, температура
Близость, присутствие
Сенсорная техника