Как ведет себя двигатель при неисправном лямбда зонде

Первые признаки неисправности лямбда-зонда или как проверить датчик кислорода

О том, что такое лямбда зонд и для чего он нужен, к сожалению, знают далеко не все автовладельцы. Лямбда зонд — это кислородный датчик, который позволяет электронной системе контролировать и балансировать правильное соотношение воздуха и бензина в камерах сгорания. Он способен своевременно исправить структуру топливной смеси и предупредить дестабилизацию рабочего процесса двигателя.

Этот достаточно хрупкий прибор находится в очень агрессивной среде, поэтому его работу необходимо постоянно контролировать, так как при его поломке дальнейшее использование автомобиля невозможно. Периодическая проверка лямбда зонда станет гарантом стабильной работы автотранспортного средства.

Принцип действия лямбда зонда

Основной задачей лямбда зонда является определение химсостава выхлопных газов и уровня содержания в них молекул кислорода. Этот показатель должен колебаться в пределах от 0,1 до 0,3 процентов. Бесконтрольное превышение этого нормативного значения может привести к неприятным последствиям.

При стандартной сборке автомобиля, лямбда зонд монтируется в выпускном коллекторе в области соединения патрубков, однако, иногда бывают и другие вариации его установки. В принципе, иное расположение не влияет на рабочую производительность данного прибора.

Сегодня можно встретить несколько вариаций лямбда зонда: с двухканальной компоновкой и широкополосного типа. Первый вид чаще всего встречается на старых автомобилях, выпущенных в 80-е годы, а также на новых моделях эконом-класса. Датчик широкополосного типа присущ современным авто среднего и высшего класса. Такой датчик способен не только с точностью определить отклонение от нормы определенного элемента, но и своевременно сбалансировать правильное соотношение.

Благодаря усердной работе таких датчиков существенно повышается рабочий ресурс автомобиля, снижается топливный расход и повышается стабильность удержания оборотов холостого хода.

С точки зрения электротехнической стороны, стоит отметить тот момент, что датчик кислорода не способен создавать однородный сигнал, так как этому препятствует его расположение в коллекторной зоне, ведь в процессе достижения выхлопными газами прибора может пройти определенное количество рабочих циклов. Таким образом, можно сказать, что лямбда зонд реагирует скорее на дестабилизацию работы двигателя, о чем он собственно впоследствии и оповещает центральный блок и принимает соответствующие меры.

Основные признаки неисправности лямбда зонда

Основным признаком неисправности лямбда зонда служит изменение работы двигателя, так как после его поломки значительно ухудшается качество поступаемой топливной смеси в камеру сгорания. Топливная смесь, по сути, остается бесконтрольной, что недопустимо.

Причиной выхода из рабочего состояния лямбда зонда может быть следующее:

разгерметизация корпуса;
проникновение внешнего воздуха и выхлопных газов;
перегрев датчика вследствие некачественной покраски двигателя или неправильной работы системы зажигания;
моральный износ;
неправильное или прерывающееся электропитание, которое ведет к основному блоку управления;

механическое повреждение в следствие некорректной эксплуатации автомобиля.

Во всех вышеперечисленных случаях, кроме последнего, выход из строя происходит постепенно. Поэтому те автовладельцы, которые не знают как проверить лямбда зонд и где он вообще расположен, скорее всего, не сразу заметят неисправность. Однако, для опытных водителей определить причину изменения работы двигателя не составит никакого труда.

Постепенный выход из строя лямбда зонда можно разбить на несколько этапов. На начальной стадии датчик перестает нормально функционировать, то есть, в определенных рабочих моментах мотора устройство перестает генерировать сигнал, впоследствии чего дестабилизируется налаженность оборотов холостого хода.

Иными словами, они начинают колебаться в достаточно расширеном диапазоне, что в конечном итоге приводит к потере качества топливной смеси. При этом авто начинает беспричинно дергаться, также можно услышать нехарактерные работе двигателя хлопки и обязательно на панели приборов загорается сигнальная лампочка. Все эти аномальные явления сигнализируют автовладельцу о неправильной работе лямбда зонда.

На втором этапе датчик и вовсе перестает работать на не прогретом двигателе, при этом автомобиль будет всевозможными способами сигнализировать водителю о проблеме. В частности, произойдет ощутимый упадок мощности, замедленное реагирование при воздействии на педаль акселератора и все те же хлопки из-под капота, а также неоправданное дергание автомобиля. Однако, самым существенным и крайне опасным сигналом поломки лямбда зонда служит перегрев двигателя.

В случае полного игнорирования всех предшествующих сигналов свидетельствующих об ухудшении состояния лямбда зонда, его поломка неизбежна, что станет причиной большого количества проблем. В первую очередь пострадает возможность естественного движения, также значительно увеличится расход топлива и появится неприятный резкий запах с ярко выраженным оттенком токсичности из выхлопной трубы. В современных автоматизированных автомобилях в случае поломки кислородного датчика может попросту активизироваться аварийная блокировка, в результате которой последующее движение автомобиля становится невозможным. В таких случаях сможет помочь только экстренный вызов эвакуатора.

Однако, самым худшим вариантом развития событий является разгерметизация датчика, так как в этом случае движение автомобиля становится невозможным по причине высокой вероятности поломки двигателя и последующего дорогостоящего ремонта. Во время разгерметизации отработанные газы вместо выхода через выхлопную трубу, попадают в заборный канал атмосферного эталонного воздуха. Во время торможения двигателем лямбда зонд начинает фиксировать переизбыток молекул кислорода и экстренно подает большое количество отрицательных сигналов, чем полностью выводит из строя систему управления впрыском.

Основным признаком разгерметизации датчика является потеря мощности, особенно это ощущается во время скоростного движения, характерное постукивание из-под капота во время движения, которое сопровождается неприятными рывками и неприятный запах, который выбрасывается из выхлопа. Также о разгерметизации свидетельствует видимый осадок сажных образований на корпусе выпускных клапанов и в области свечей.

Как определить неисправность лямбда зонда рассказывается на видео:

Электронная проверка лямбда зонда

Узнать о состоянии лямбда зонда можно путем его проверки на профессиональном оборудовании. Для этого используется электронный осциллограф. Некоторые специалисты определяют работоспособность кислородного датчика при помощи мультиметра, однако, он способен только констатировать или же опровергнуть факт его поломки.

Проверяется устройство во время полноценной работы двигателя, так как в состоянии покоя датчик не сможет полностью передать картину своей работоспособности. В случае даже незначительного отхождения от нормы, лямбда зонд рекомендуется заменить.

Замена лямбда зонда

В большинстве случаев такая деталь, как лямбда зонд не подлежит ремонту, о чем свидетельствуют утверждения о невозможности произведения ремонта от многих автомобильных производителей. Однако, завышенная стоимость такого узла у официальных дилеров отбивает всякую охоту его приобретения. Оптимальным выходом из сложившейся ситуации может стать универсальный датчик, который стоит гораздо дешевле родного аналога и подходит практически всем автомобильным маркам. Также в качестве альтернативы можно приобрети датчик бывший в использовании, но с продолжительностью гарантийного периода или же полностью выпускной коллектор с установленным в него лямбда зондом.

Однако, бывают случаи, когда лямбда зонд функционирует с определенной погрешностью из-за сильного загрязнения в результате оседания на нем продуктов сгорания. Для того чтобы убедиться, что это действительно так, датчик необходимо проверить у специалистов. После того как проверка лямбда зонда состоялась и подтвержден факт его полной работоспособности, его нужно снять, почистить и установить обратно.

Для того чтобы демонтировать датчик уровня кислорода, необходимо прогреть его поверхность до 50 градусов. После снятия, с него снимается защитный колпачок и только после этого можно приступать к очистке. В качестве высокоэффективного очищающего средства рекомендуется использовать ортофосфорную кислоту, которая с легкостью справляется даже с самыми стойкими горючими отложениями. По окончании процедуры отмачивания, лямбда зонд ополаскивается в чистой воде, тщательно просушивается и устанавливается на место. При этом не стоит забывать о смазке резьбы специальным герметиком, который обеспечить полную герметичность.

Устройство автомобиля очень сложное, поэтому он нуждается в постоянной поддержке работоспособности и проведении своевременных профилактических работ. Поэтому в случае возникновения подозрений о неисправности лямбда зонда, необходимо незамедлительно произвести диагностику его работоспособности и в случае подтверждения факта выхода из строя, заменить лямбда зонд. Таким образом, все важнейшие функции транспортного средства будут сохранены на прежнем уровне, что станет гарантом отсутствия дальнейших проблем с двигателем и прочими важными элементами автомобиля.

Лямбда-зонд - как они работают, что они обслуживают

Ни один современный двигатель внутреннего сгорания со всей мощью его электроники не стоил бы почти зерна, без электрических сигналов, полученных от крошечного электромеханического элемента, размещенного в выхлопной трубе. машины. Не забудьте угадать, что это за элемент, это лямбда-зонд…

Задача лямбда-зонда - отправить электронный блок управления (ЭБУ) определенного сигнала напряжения, который распознает текущий состав топливовоздушной смеси.Для того, чтобы лямбда-зонд функционировал должным образом, его необходимо предварительно нагреть энергией, получаемой из потока горячих, сгоревших газов, до определенной температуры, необходимой для его правильной работы во всем рабочем диапазоне двигателя.

Принцип работы

Лямбда-зонд расположен в потоке выхлопных газов и сконструирован таким образом, что внешний электрод окружен выхлопными газами, а внутренний электрод доступен атмосферному воздуху.Основание лямбда-зонда состоит из специального керамического элемента, поверхность которого покрыта пористым платиновым электродом. Работа зонда основана на том факте, что керамический материал является пористым и обеспечивает диффузию (проникновение) кислорода, присутствующего в воздухе. При более высоких температурах он становится проводящим, и если концентрация кислорода на одной стороне отличается от концентрации кислорода на другой, то это создает напряжение между электродами. В области стехиометрической смеси воздуха и топлива (l = 1,00) наблюдается скачок на кривой выходного напряжения энкодера. Это напряжение является измерительным сигналом.

Строительство

Корпус керамического лямбда-зонда помещен в полый корпус с защитным колпачком и электрическим соединением. Поверхность керамического корпуса лямбда-зонда имеет микропористый платиновый слой, который, с одной стороны, точно влияет на характеристики зонда, а с другой - служит электрическим контактом. Сильно адгезивное и высокопористое керамическое покрытие наносится поверх платинового слоя на конце керамического корпуса, подверженного воздействию выхлопных газов.Этот защитный слой защищает платиновый слой от эрозии твердых частиц из выхлопных газов. Со стороны электрической розетки (снаружи выхлопной трубы) над лямбда-зондом установлена защитная металлическая оболочка, которая ввинчивается в корпус. Эта оболочка имеет отверстие для компенсации давления внутри лямбда-зонда, а также служит опорой для дисковой пружины. Соединительные провода намотаны на контактный элемент и пропущены через изолирующую оболочку снаружи лямбда-зонда.Чтобы удерживать отложения сгорания в выхлопных газах вдали от керамического корпуса, конец лямбда-зонда, проникающий в поток выхлопных газов, защищен специальной защитной трубкой, отверстия которой выполнены таким образом, чтобы выхлопные газы и твердые частицы в нем не вступить в прямой контакт с керамикой (ZrO2). ) по тел.

В дополнение к предоставленной механической защите, эффективное изменение температуры лямбда-зонда при переходе от одной рабочей формы к другой было успешно уменьшено.

Выходное напряжение датчика λ, а также его внутреннее сопротивление зависят от температуры. Надежная работа лямбда-зонда возможна только при температуре выхлопа выше 350 градусов по Цельсию (без подогрева) и выше 200 по Цельсию (с подогревом).

Лямбда-зонд с подогревом

Конструкция нагретого лямбда-зонда в значительной степени идентична конструкции не нагретого лямбда-зонда. Активная керамика лямбда-зонда нагревается внутри керамическим нагревательным элементом, благодаря которому температура керамического тела всегда остается выше функционального предела в 250 градусов по Фаренгейту.Нагреваемый лямбда-зонд снабжен защитным колпачком, который имеет меньшие отверстия. Помимо прочего, он защищает керамический лямбда-зонд от охлаждения, когда выхлопные газы холодные. Среди преимуществ нагреваемого лямбда-зонда: надежное и эффективное управление при низкой температуре (например, на холостом ходу), минимальное влияние изменений температуры выхлопных газов, быстрое воздействие лямбда-контроля после запуска двигателя, быстрая реакция датчика, предотвращающая большие отклонения от идеального выхлопа. Состав, независимость положения энкодера на выхлопе, поскольку он не зависит от потепления окружающей среды.

Блок управления лямбда с замкнутым контуром

Управление лямбда-замкнутым контуром - это, фактически, наличие обратной связи от лямбда-зонда к двигателю, то есть к блоку управления, и с его помощью соотношение воздух-топливо может поддерживаться очень точно при λ = 1, 00. При использовании блока управления с обратной связью, образованного указанным лямбда-зондом, отклонения от заданного соотношения воздух-топливо могут быть обнаружены и исправлены. Этот принцип управления основан на путем измерения содержания кислорода в лямбда-зонде в выхлопе.

Кислород в выхлопе является мерой состава смеси воздуха и топлива, которая до двигателя. Лямбда-зонд работает, посылая информацию (электрические импульсы), является ли смесь богаче или беднее, чем λ = 1,00. В случае отклонения от этого значения напряжение выходного сигнала датчика резко изменяется. Это изменение обрабатывается в центральном компьютерном блоке (ЭБУ), оборудованном для этой цели замкнутым контуром управления.

Впрыск топлива в двигатель контролируется системой управления впрыском и в соответствии с информацией лямбда-зонда о составе топливовоздушной смеси.Это управление таково, что достигается воздушно-топливное отношение λ = 1. Напряжение лямбда-зонда на самом деле является мерой корректировки количества топлива в смеси воздуха и топлива, поступающего в цилиндр.

Прежде чем подавать надежный сигнал, лямбда-зонд должен достичь температуры выше 350 градусов. До тех пор, пока эта температура не будет достигнута, управление замкнутым контуром прекращается, и смесь топлива и воздуха образуется на среднем уровне посредством управления разомкнутым контуром, поэтому без обратной связи.Здесь возникает логичный вопрос: всегда ли значение лямбда-коэффициента при достижении рабочей температуры всегда равно единице в общем режиме работы двигателя? Конечно нет. В зависимости от текущих пожеланий и потребностей водителя это значение может составлять от 0,8 до 1,2. Например, если внезапное и резкое ускорение требует, чтобы центральный компьютер переключал впрыск топлива в режим разомкнутого контура и впрыскивал столько топлива, сколько необходимо для достижения желаемой работы двигателя (λ <1). То же самое справедливо в тех случаях, когда требуется торможение двигателем, что характерно для длинных уклонов вниз, тогда количество впрыскиваемого в двигатель топлива будет меньше, чем обычно для ряда оборотов (λ> 1).

Хотя лямбда-зонд работает с очень высокой точностью ± 1%, допуски и старение двигателя не влияют на управление лямбда-регулятора с обратной связью.

Подготовлено: Душан Кович
Получено с: www.motorna-vozila.com

Датчик кислорода был изобретен в 1975 году инженерами Роберта Боша в ответ на требования США по охране окружающей среды для контроля выбросов автомобилей. Первоначально лямбда-зонды устанавливались только на бензиновые автомобили с системами впрыска.

Первое поколение лямбда-зондов выдержало 20.000 километров. И первым автомобилем, в котором зонд был установлен в 1977 году, была модель Volvo 244.

Второе поколение лямбда-зондов появилось в 1982 году. Эти датчики уже выдержали более высокие температуры и более длительный срок службы.

Основные производители лямбда-зондов: Bosch (Германия), Denso (Япония), NGK (Япония), Delphi (Великобритания)…

Зависит от материала керамического наконечника, наличия нагревательного зонда и др. факторы.В среднем, современный лямбда-зонд имеет срок службы от 60 до 000 км, но эксперты советуют проверять его каждые 80 км.

Лямбда-зонд является одним из самых чувствительных датчиков в автомобиле.

Тем не менее, это довольно расплывчатые симптомы, потому что индикатор проверки двигателя загорается, когда в компьютере много разных сбоев, в том числе некачественного топлива. Только диагностика на месте может дать правильный ответ, который не следует откладывать. Дело в том, что неисправный лямбда-зонд может значительно уменьшить ресурс катализатора и отключить другие компоненты и детали.В результате ремонт будет дороже.

Симптомы неисправного лямбда-датчика

от Ann LaPan Изображение двойной выхлопной трубы

от green308 от Fotolia.com

Лямбда-датчик измеряет количество несгоревшего кислорода в выхлопе автомобиля. Если уровень кислорода слишком высок или слишком низок, лямбда-датчик посылает сигнал обратно на компьютер автомобиля, который говорит ему, чтобы он отрегулировал воздушно-топливную смесь так, чтобы автомобиль мог работать оптимально и в соответствии со стандартами контроля выбросов. Лямбда-датчик может быть поврежден, вяло или полностью выйти из строя.В случае возникновения какого-либо из этих симптомов, владелец транспортного средства должен устранить их в ближайшее время, так как ожидание может вызвать дополнительные осложнения.

Плохой пробег

Если водитель заметил, что он не набирает обычных миль на количество галлонов, это может быть связано с лямбда-датчиком, поскольку компьютер транспортного средства не получает уведомления об изменении соотношения воздух / топливо, и смесь может быть слишком богатой, потребляя ненужные количества топлива. Согласно Fueleconomy.gov, ремонт неисправного датчика может увеличить пробег на целых 40 процентов.

Необычный крен или нерешительность

Ранний предупреждающий сигнал о неисправности лямбда-датчика в виде неравномерного холостого хода может заметить водитель, который чувствует, что автомобиль хочет двигаться вперед, когда горит красный свет или знак остановки. Или, наоборот, когда пора ехать, водитель чувствует, что транспортное средство колеблется после нажатия на педаль газа.

Отказ каталитического нейтрализатора

Согласно CatalyticConverter.org, когда смесь воздуха и топлива слишком богата и не исправлена, термический отказ может быть вызван раскаленным докрасна теплом.В этом случае керамический монолит может расплавиться, и выхлопная труба транспортного средства может стать заблокированной. В зависимости от степени повреждения мощность двигателя может значительно уменьшиться.

Контрольная лампа приборной панели

Может загореться лампа «Check Engine». Владелец транспортного средства должен будет иметь проверенный техник, чтобы проверить код.

Запах

Холодный двигатель с неисправным лямбда-датчиком, у которого в каталитическом нейтрализаторе есть несгоревший кислород, может издавать запах «тухлого яйца».

Снижение мощности двигателя на крейсерской скорости

Неисправный лямбда-датчик может подать ошибочный сигнал о том, что смесь воздуха и топлива слишком богата. Компьютер автомобиля выполнит коррекцию в соответствии с сигналом, который отправил лямбда-датчик, уменьшив количество топлива в соотношении, что приведет к пропуску зажигания свечей зажигания.

Сбой теста на выбросы

Неисправность лямбда-датчика может привести к тому, что выхлопные газы автомобиля будут слишком богаты недопустимыми выбросами (неиспользованные углеводороды и угарный газ).

Еще статьи

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 ,


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