Правильная работа лямбда зонда на графике
Опубликовано: 12.05.2024
©А. Пахомов 2007 (aka IS_ 18 , Ижевск)
На написание этого материала натолкнуло обилие вопросов на нашем форуме, связанных с непониманием (или недопониманием) принципа работы датчика кислорода, или лямбда-зонда.
Прежде всего, нужно идти от общего к частному и понимать работу системы в целом. Только тогда сложится правильное понимание работы этого весьма важного элемента ЭСУД и станут понятны методы диагностики.
Чтоб не углубляться в дебри и не перегружать читателя информацией, я поведу речь о циркониевом лямбда-зонде, используемом на автомобилях ВАЗ. Желающие разобраться более глубоко могут самостоятельно найти и прочитать материалы про титановые датчики, про широкополосные датчики кислорода (ШДК) и придумать методы их проверки. Мы же поговорим о самом распространенном датчике, знакомом большинству диагностов.
Итак, датчик кислорода. Когда-то очень давно он представлял собой только лишь чувствительный элемент, без какого-либо подогревателя. Нагрев датчика осуществлялся выхлопными газами и занимал весьма продолжительное время. Жесткие нормы токсичности требовали быстрого вступления датчика в полноценную работу, вследствие чего лямбда-зонд обзавелся встроенным подогревателем. Поэтому датчик кислорода ВАЗ имеет 4 вывода: два из них – подогреватель, один – масса, еще один – сигнал.
Из всех этих выводов нас интересует только сигнальный. Форму напряжения на нем можно увидеть двумя способами:
а) сканером
б) мотортестером, подключив щупы и запустив самописец.
Второй вариант, вообще говоря, предпочтительнее. Почему? Потому, что мотортестер дает возможность оценить не только текущие и пиковые значения, но и форму сигнала, и скорость его изменения. Скорость изменения – это как раз характеристика исправности датчика.
Итак, главное: датчик кислорода реагирует на кислород. Не на состав смеси. Не на угол опережения зажигания. Не на что-либо еще. Только на кислород. Это нужно осознать обязательно. Как именно это происходит, в подробностях описано здесь.
На сигнальный вывод датчика с ЭБУ подается опорное напряжение 0 . 45 В. Чтоб быть полностью уверенным, можно отключить разъем датчика и проверить это напряжение мультиметром или сканером. Все в порядке? Тогда подключаем датчик обратно.
К слову, на старых иномарках опорное напряжение «уплывает», и в итоге нормальная работа зонда и всей системы нарушается. Чаще всего опорное напряжение при отключенном датчике бывает выше необходимых 0 . 45 В. Проблема решается путем подбора и установки резистора, подтягивающего напряжение к «массе», тем самым возвращая опорное напряжение на необходимый уровень.
Дальше схема работы датчика проста. Если кислорода в газах, омывающих датчик, много, то напряжение на нем упадет ниже опорного 0 . 45 В, примерно до 0 . 1 В. Если кислорода мало, напряжение станет выше, около 0 . 8 – 0 . 9 В. Прелесть циркониевого датчика в том, что он «перепрыгивает» с низкого на высокое напряжение при таком содержании кислорода в отработанных газах, которое соответствует стехиометрической смеси. Это замечательное его свойство используется для поддержания состава смеси на стехиометрическом уровне.
Поняв, как работает датчик, легко осознать методику его проверки. Предположим, ЭБУ выдает ошибку, связанную с этим датчиком. Например, Р 0131 «Низкий уровень сигнала датчика кислорода 1 ». Нужно понимать, что датчик отображает состояние системы, и если смесь действительно бедная, то он это отразит. И замена его абсолютно бессмысленна!
Как же нам выяснить, в чем кроется проблема – в датчике или в системе? Очень просто. Смоделируем ту или иную ситуацию.
1 . Например, при жалобе на бедную смесь и низком напряжении на сигнально выводе датчика увеличим подачу топлива, пережав шланг обратного слива. Или, при его отсутствии, брызнув во впускной коллектор бензина из шприца. Как отреагировал датчик? Показал ли обогащенную смесь? Если да – то нет никакого смысла его менять, нужно искать причину, почему система подает недостаточное количество топлива.
2 . Если же смесь богатая, и зонд это отображает, попробуйте создать искусственный подсос, сняв какой-нибудь вакуумный шланг. Напряжение на датчике упало? Значит, он абсолютно исправен.
3 . Третий вариант (достаточно редкий, но имеющий место). Создаем подсос, пережимаем «обратку» – а сигнал на датчике не меняется, так и висит на уровне 0 . 45 В, либо меняется, но очень медленно и в небольших пределах. Все, датчик умер. Ибо он должен чутко реагировать на изменения состава смеси, быстро меняя напряжение на сигнальном выводе.
Для более глубокого понимания добавлю, что при наличии небольшого опыта легко установить степень изношенности датчика. Это делается по крутизне фронтов перехода с богатой смеси на бедную и обратно. Хороший, исправный датчик реагирует быстро, переход почти что вертикальный (смотреть, само собой, мотортестером). Отравленный либо просто изношенный датчик реагирует медленно, фронты переходов пологие. Такой датчик требует замены.
Понимая, что датчик реагирует на кислород, можно легко уяснить еще один распространенный момент. При пропусках воспламенения, когда из цилиндра в выпускной тракт выбрасывается смесь атмосферного воздуха и бензина, лямбда-зонд отреагирует на большое количество кислорода, содержащееся в этой смеси. Поэтому при пропусках воспламенения очень возможно возникновение ошибки, указывающей на бедную топливо-воздушную смесь.
Хочется обратить внимание еще на один важный момент: возможный подсос атмосферного воздуха в выпускной тракт перед лямбда-зондом. Мы упоминали, что датчик реагирует на кислород. Что же будет, если в выпуске будет свищ до него? Датчик отреагирует на большое содержание кислорода, что эквивалентно бедной смеси. Обратите внимание: эквивалентно! Смесь при этом может быть (и будет) богатой, а сигнал зонда ошибочно воспринимается системой как наличие бедной смеси. И ЭБУ ее обогатит! В итоге имеем парадоксальную ситуацию: ошибка «бедная смесь», а газоанализатор показывает, что она богатая. Кстати сказать, газоанализатор в данном случае – очень хороший помощник диагноста. Как пользоваться извлекаемой с его помощью информацией, описано в этой статье.
1 . Нужно совершенно четко отличать неисправность ЭСУД от неисправности лямбда-зонда.
2 . Проверить зонд можно, контролируя напряжение на его сигнальном выводе сканером или подключив к сигнальному выводу мотортестер.
3 . Искусственно смоделировав обедненную или, наоборот, обогащенную смесь и отследив реакцию зонда, можно сделать достоверный вывод о его исправности.
4 . По крутизне перехода напряжения от состояния «богато» к состоянию «бедно» и наоборот легко сделать вывод о состоянии лямбда-зонда и его остаточном ресурсе.
5 . Наличие ошибки, указывающей на дефект лямбда-зонда, отнюдь не является поводом для его замены.
Прежде чем поговорить об устройстве, работе и диагностике лямбда- зонда, обратимся к некоторым особенностям работы топливной системы. Нам поможет в этом эксперт журнала, Федор Александрович Рязанов, диагност с большим стажем работы, руководитель курсов обучения диагностов в компании «ИнжКар».
Современный автомобилист хочет владеть мощным, но в тоже время экономичным автомобилем. У экологов другое требование – минимальное содержание вредных веществ в выхлопе машины. И в данных вопросах интересы автомобилистов и экологов в итоге совпадают. И вот почему.
Известно, что когда двигатель не сжигает все топливо, расход горючего возрастает, растут затраты и на эксплуатацию автомобиля. Мощность двигателя (или ДВС) в условиях неполного сгорания топлива неизбежно падает, а крутящий момент снижается. Одновременно с этим увеличивается уровень вредных веществ в выхлопе автомобиля.
В этой связи одной из основных задач современного автомобилестроения является максимально полное сжигание топливной смеси в двигателе.
На сжигание смеси прямым образом влияет ее состав. Идеальной ситуацией является стехиометрический состав топлива. Говоря более простым языком, должна быть соблюдена пропорция – на 14,7 кг воздуха должен приходиться 1 кг топлива. Именно такое соотношение позволяет оптимально использовать и то, и другое. Владелец автомобиля получает больший крутящий момент и, как следствие, - адекватное ускорение автомобиля, равномерную работу двигателя во всех режимах работы. Также падает расход топлива, и автомобиль перестает загрязнять окружающую среду.
Отклонения от правильного состава топливной смеси – богатая и бедная смесь. Богатая топливная смесь образуется, когда в цилиндрах мало кислорода, но много топлива, которое, конечно же, из-за недостатка кислорода, полностью сгореть не сможет. Следовательно, автомобиль, работающий на богатой смеси, будет больше расходовать топливо, а избыток несгоревшего топлива, в этом случае, охладит камеру сгорания, мощность двигателя при этом будет падать, несгоревшое топливо попадет в атмосферу, загрязняя ее.
Другая ситуация: двигатель получает обедненную топливную смесь. В этом случае топливо в цилиндрах будет сгорать не полностью из-за недостатка топлива. Об экономичности, ради которой и разрабатывались такие двигатели, в этом случае также придется забыть. Ведь бедная смесь плохо горит, и это автоматически приводит к падению крутящего момента. Водителю приходится больше нажимать на газ, что в свою очередь, ведет к перерасходу топлива.
Таким образом, понятно, что со всех аспектов только стехиометрия топливной смеси (пропорция 14,7/1) является самым оптимальным режимом работы двигателя. И, конечно же, автомобиль, который только-только сошел с конвейера, обычно, укладывается во все рамки этого критерия. Но и «заводская» настройка может отличаться от идеала. Более того, в процессе эксплуатации автомобиля неизбежно наступает износ некоторых компонентов, датчики, отвечающие за настройку топливной системы, могут терять точность настроек. В итоге состав топливной смеси все больше уходит от идеальных показателей.
В этом случае как раз и необходим лямбда- зонд, он фиксирует количество кислорода в выхлопе автомобиля. И если в выхлопе окажется большое количество кислорода, это «сигнализирует» о бедной топливной смеси и, наоборот, если в выхлопе нет кислорода, это указывает на то, что смесь стала богатой. А мы уже выяснили, что и в том, и в другом случае уменьшается мощность двигателя, растет расход топлива, снижается экологичность выхлопа. Задача лямбда-зонда как раз и заключается в том, чтобы скорректировать эти отклонения.
Возьмем в качестве примера такую ситуацию: в топливной системе засорились форсунки, их производительность снизилась, смесь стала обедненной. Лямба-зонд фиксирует этот факт, а блок управления топливной системой реагирует на эту информацию и «доливает» немного топлива в цилиндры. Так происходит корректировка возникающих отклонений с учетом показаний этого датчика.
Таким образом, основное назначение лямбда- зонда заключается в том, чтобы компенсировать неизбежно возникающие в процессе эксплуатации автомобиля отклонения в составе топливной смеси.
Однако нужно понимать, что лямбда-зонд как таковой не является панацеей от всех бед, он лишь позволяет вернуть состав топливной смеси в состояние стехиометрии. Но это не устранение дефектов, а только их компенсация.
Вернемся к нашим форсункам. При загрязненных форсунках нарушается эффективность распыления бензина, топливо распыляется крупными каплями, испаряются они с трудом. И система топливоподачи рассчитывает тот объем топлива, который необходим для достижения состояния стехиометрии, для этого фиксируются показания датчика расхода воздуха. Однако если бензин в системе выпрыскивается крупными каплями, его пары полностью не смешиваются с воздухом, часть паров сгорает, а часть капель бензина попросту вылетает в выхлопную трубу. Лямбда-зонд трактует такую ситуацию как бедную смесь, а датчик топливной системы, который «не видит» отдельные капли бензина, добавляет топлива, чтобы привести смесь в состояние стехиометрии. Но в этом случае, резко повышается расход топлива.
Поэтому для работы лямбда-зонда важен не фактор того, как система справляется с выводом смеси на стехиометрию, а фактор того, какой «ценой» ей удается это сделать.
Рассмотрим осциллограмму работы лямбда- зонда. Датчик сам по себе не может отличить состояние стехиометрии от состояния богатой топливной смеси, так как и в том, и в другом случае кислорода в выхлопе нет. При отсутствии кислорода в топливе блок управления (ЭБУ – электронный блок управления) немного уменьшает количество подаваемого в цилиндр топлива. Как следствие, в выхлопе появляется кислород.
И в этом случае показания лямбда-зонда находятся ниже отметки 0,4 В, что для датчика является признаком того, что топливная смесь обеднела (LEARN). При низких показателях лямбда-зонда (ниже 0,4 В), блок управления увеличивает подачу топлива на несколько процентов, смесь становится богатой и показания датчика достигают уровня выше 0,6В. ЭБУ воспринимает это как признак того, что в топливной системе находится богатая смесь (RICH). Подача топлива уменьшается, показания лябда-зонда падают, цикл повторяется - состав смеси начинает колебаться. В такт изменению состава смеси меняются показания лямбда-зонда. Такие колебания ЭБУ понимает как нормальное явление, указывающее на то, что состав топливной смеси находится в зоне стехиометрии.
Вспомним также, что в катализаторе автомобиля обязательно есть цирконий, этот металл способен накапливать кислород. И в фазе бедной смеси кислород запасается в катализаторе, а в фазе богатой смеси он расходуется. В результате на выходе топливной смеси катализатор дожигает все ее остатки.
На холостом ходу такие колебания возникают с частотой одно колебание примерно в одну секунду. Время такого переключения – еще один важный показатель для лямба-зонда. В нашем случае (см. осциллограмму, Рис. 1) время переключения составило 88 мс, при этом нормой является – 120 мс.
Если переключение длится долго, как в случае нашей осциллограммы (см. осциллограмму, Рис. 2) – 350 мс, да к тому же такая ситуация повторяется многократно, блок управления выдаст ошибку: «замедленная реакция лямбда-зонда».
Величины, при которых появляется эта ошибка, определяются, главным образом, настройками программного обеспечения блока управления.
Таким образом, для диагностики по лямбда-зонду необходимо изучить фазы переключения датчика. И если на осциллограмме появится хотя бы одно переключение с низкого показания на высокое (максимальное – 1В, минимальное – 0В), это значит, что лямбда-зонд работает исправно. Исправный датчик делает примерно одно переключение в секунду. Напомним, что в алгоритме работы блока управления о бедной смеси «сигналят» показания лямбда-зонда ниже 0,4В, а о богатой – выше 0,6 В. Поэтому оценить состояние топливной системы автомобиля можно и по работе датчика. В нашем случае (см. осциллограмму, Рис. 3) блоку управления удалось скомпенсировать все дефекты и вывести стехиометрию.
Вернемся к примеру с загрязненными форсунками. При обедненной смеси показания лямбда-зонда падают ниже 0,4В. Блок управления добавляет топлива до того момента, когда смесь станет богатой. Отметим, что в этом случае блок управления «самостоятельно» отклонился от установленных заводом-изготовителем в его карте параметров. Величину отклонения он записывает в своей памяти как топливную коррекцию (fuel trime). Предельно допустимые показатели топливной коррекции для большинства современных автомобилей составляют ±20-25%. Коррекция в «плюс» означает, что блоку пришлось добавлять топлива, коррекция в «минус» - наоборот, убавлять.
То есть важно помнить, что показатель топливной коррекции и работа лямбда-зонда – это комплексный параметр, он указывает на наличие дефекта, но не указывает конкретную причину, которую придется найти и устранить на автосервисе.
И немного об особенностях строения лямбда-зонда. Такой датчик имеет циркониевую колбочку, которая одной стороной помещена в выхлопные газы. Цирконий уникальный материал, так как сквозь него может проходить кислород. Ион кислорода, «прилипая» к атомам циркония, движется по ним, при этом на циркониевом колпачке возникает напряжение. И если все идет в штатном порядке, то диффузия ионов кислорода осуществляется равномерно, и напряжение на обкладках колбочки составляет 1В. Если в выхлопе появляется кислород, диффузия невозможна, и напряжение в этом случае равно 0В. Вместо циркония в лямбда-зондах может использоваться окись титана. Отличие циркониевого лямбда-зонда от титанового заключается в том, что первый вырабатывает напряжение, а другой – меняет свое сопротивление (в переделах от 0 до 5В), и ему нужна схема, которая переводит меняющееся сопротивление в напряжение.
Слой платины на колбочке поверх циркония позволяет снять с него напряжение, играет роль катализатора, дожигает бензин и несгоревший кислород. Все ухудшается при использовании некачественного топлива, а также топливных присадок, которые в прямом смысле закупоривают слой платины и циркония, и зонд выходит из строя. Однако в этом случае, если у зонда нет физических повреждений, обычная промывка вернет его в рабочее состояние. «Современный бич» – это добавки антидетонационных присадок в топливо. До недавнего времени в качестве присадки использовался ферроцент - опасное вещество, которое мы окрестили «красная смерть» за ее красный оттенок, а также за способность быстро выводить из строя свечи, лямбда-зонды и катализатор», - отмечает Федор Александрович. Зонд может «замерзнуть» в высоком или в низком положении, то есть или в фазе богатой, или в фазе бедной смеси. И в этом случае датчик достигнет пределов топливной коррекции и прекратит попытки выравнивать состав смеси до стехиометрии.
Диагностику состояния системы топливоподачи начинаем с подключения сканера к автомобилю. Отсутствие кода «Превышение пределов топливной коррекции» еще не говорит об отсутствии дефектов в системе топливоподачи. Необходимо в потоке данных (Data Stream) убедиться в наличии колебаний лямбда-зонда (стехиометрия достигнута), а также по величине топливной коррекции оценить, какой ценой она достигнута.
Подводя итог, еще раз отметим, что при проверке лямбда-зонда необходимо обращать внимание на колебания датчика, если они есть, датчик исправен; если же система лямбда регулирования не совершает колебаний, это может указывать или на неисправность лямбда-зонда или на бедную или богатую топливную смесь. То есть сначала надо проверить сами датчики. Для этого нужно принудительно обогатить или обеднить смесь, чтобы получить колебания лямбды и убедиться в том, что он исправен.
Рассмотренные выше лямбда-зонды носят название «скачковые». Т.е. они указывают на то, есть кислород в выхлопе или нет. Но все более ужесточающиеся требования к экологии заставили производителей разработать датчики, которые способны не только работать по принципу «Да-Нет», но и определять процент кисло- рода в выхлопе. Такие датчики получили название «широкополосные датчики кислорода».
Принципы их работы и особенности диагностики автомобиля по показаниям широкополосных лямбда-зондов будут рассмотрены в следующих публикациях.
МНЕНИЕ
Максим Пастухов, технический специалист компании «ДЕНСО Рус»: «Практика показывает, что основными причинами выхода из строя лямбда зондов являются: 1. Загрязнение лямбда-зонда продуктами сгорания топлива. Фактически это присадки, которые используются для повышения октанового числа бензина, устранения детонации или для других целей. Также на это влияет степень очистки топлива. Присадки, сера и парафины «закупоривают» проводящий слой лямбда-зонда, и он «слепнет». Блок управления переводит двигатель в аварийный режим, и мы видим на приборной панели значок «Проверьте двигатель». Кстати, от вышеописанных вещей страдают также свечи зажигания, клапаны, катализатор и др. компоненты двигателя. Имеет смысл комплексно подходить к ремонту, если лямбда-зонд вышел из строя. 2. Агрессивная смесь, которой посыпают наши дороги. Она разъедает изоляцию проводов и сами провода. Мы для защиты от этого используем двойную изоляцию проводов, а также прячем место сварки проводов с датчиком внутрь лямбда-зонда».
Написать комментарий
Ваш комментарий: Внимание: HTML не поддерживается! Используйте обычный текст.
В современных системах управления впрыском топлива, едва ли не главную роль выполняет датчик содержания кислорода в выхлопных газах (Oxygen Sensor). Его часто называют лямбда-зонд или О2-датчик, иногда — датчик выхлопа. Задача лямбда-зонда состоит в том чтобы преобразовывать информацию о содержании кислорода в выхлопных газах в эл.сигнал, который, в свою очередь, считывается эл.блоком управления впрыском (ECU).
В современных двигателях оптимальной считается смесь с соотношением 14.7 частей воздуха к 1части топлива. Соотношение воздуха и топлива в составе топливной смеси определяется эл.блоком по полученным сигналам датчиков установленных на двигателе, качество же приготовленной смеси проверяется ECU по сигналам, введенного в обратную связь, датчика О2. При излишне обогащенной или обедненной топливной смеси, эл.блок корректирует ее приготовление с учетом показаний лямбда-зонда. датчик О2 выполняет в системе впрыска топлива одну из основных функций, работа двигателя во многом зависит от его исправного состояния. Самыми важными условиями работоспособности датчика содержания кислорода в выхлопных газах являются:
1. Обеспечение герметичности выхлопного тракта и непосредственно места установки датчика. При замене вышедшего из строя датчика О2 следует смазывать его резьбу специальной токопроводной смазкой для предотвращения заклинивания резьбового соединения. Не стоит применять для этого стандартные смазки, т.к. они не являются токопроводными, а резьбовая часть датчика является для него эл.контактом. Некачественный контакт (или контакт с большим сопротивлением эл.току) приведет к неправильной работе
лямбда-зонда. В некоторых конструкциях предусмотрена установка герметизирующей шайбы. Чаще всего эти шайбы являются одноразовыми и при демонтаже датчика подлежат замене.
2. Считается недопустимым попадание на корпус датчика тормозной или охлаждающей жидкости и других реактивов. Не следует применять для очистки его поверхности какие-либо растворители и активные моющие средства.
3. В связи с малыми рабочими токами, должны быть обеспечены надлежащие контакты в разъемах соединений эл.цепи и проводки датчика О2.
4. Существенно снизить ресурс лямбда-зонда может применение топлива, в состав которого входит высокое содержание свинца (эт.бензин).
5. К выходу из строя датчика может привести перегрев его корпуса. Перегрев может произойти из-за неправильно установленного угла опережения зажигания или сильно переобогащенной топливной смеси. В свою очередь, топливная смесь может быть переобогащена из-за забитого воздушного фильтра, неисправного регулятора давления топлива в системе, неработающего датчика температуры охлаждающей жидкости и др.
Функционально лямбда-зонд работает, как переключатель и выдает напряжение выше порогового (0.45V) при низком содержании кислорода в выхлопных газах. При высоком уровне кислорода датчик О2 снижает это пороговое напряжение ECU. При этом, важным параметром является скорость переключения датчика. В большинстве систем впрыска топлива О2-датчик имеет выходное напряжение от 40–100мВ. до 0.7–1В. Длительность фронта должна быть не более 120мСек. Следует отметить, что многие неисправности лямбда-зонда контроллерами не фиксируются и судить о его исправной работе можно только после
соответствующей проверки.
Проверку работоспособности датчика О2 лучше всего производить с помощью осциллографа. На Рис.3 показан сигнал нормально работающего лямбда-зонда на прогретом двигателе, работающего на ХХ.
На Рис.4 показан выходной сигнал еще работающего, но изрядно послужившего и практически забитого датчика О2. Данная осциллограмма зафиксировала падение амплитуды выходного сигнала ниже 0V, что говорит о неисправности датчика О2. Данная неисправность датчика чаще всего фиксируется системой самодиагностики и на приборной панели загорается лампочка «CHECK ENGINE», которая сигнализирует о неисправности.
На Рис.5 представлена наиболее распространенная «болезнь» датчиков содержания кислорода в выхлопных газах, которая выражена в замедленной его реакции. Время фронта сигнала (t) значительно превышает 120 мСек. Данная неисправность датчика неминуемо вызывает увеличенный расход топлива и заметное снижение динамики автомобиля, а система самодиагностики ее не зафиксирует, т.к. данный параметр не отслеживается контроллером.
Неисправности “замерзших» датчиков О2 не фиксируются контроллером, т.к.амплитудные значения сигналов не выходят из заданного для них диапазона. В большинстве систем впрыска топлива неисправности датчиков могут быть зафиксированы только при выходе их сигнала из этого заданного диапазона. Чаще всего это 0–1В.
Таким образом, однозначно фиксируется только полное отсутствие сигнала и его минусовое значение, в этих случаях ошибка индицируется лампой «CHECK ENGINE». Однако, следует заметить, что в некоторых ECU предусмотрена возможность диагностики и обнаружения неисправности по косвенным признакам (соотношение показаний датчика скорости автомобиля или датчика положения коленвала, датчика положения дроссельной заслонки, расходомера воздуха и др.). В этих случаях индикация «СЕ» может быть включена.
При обнаружении неисправности О2-датчика, контроллер переходит в режим управления впрыском по усредненным параметрам и завышает обогащение
Ресурс датчика содержания кислорода в выхлопных газах обычно составляет от 30 до 70 тыс.км. и в значительной степени зависит от условий эксплуатации. Дольше служат, как правило, датчики с подогревом. Рабочая температура для них обычно 315–320ёC. В конструкцию этих датчиков включен нагревающий элемент, имеющий на разъеме свои контакты. Проверку работоспособности нагревательного элемента таких датчиков можно производить обычным омметром. Сопротивление их обычно составляет от 3 до 15 Ом.
Демонтаж неисправного лямбда-зонда следует производить при температуре двигателя около 50ёC, в противном случае, из-за заклинивания, велик риск сорвать резьбу. Перед тем, как приступать к демонтажу, необходимо при выключенном зажигании отсоединить разъем датчика. На некоторых автомобилях, чтобы снять датчик О2, необходимо демонтировать защитный кожух выпускного тракта. Признаком неисправного лямбда-зонда может служить повышение расхода топлива и ухудшение динамики автомобиля, при этом возможен неустойчивый холостой ход двигателя.
В большинстве своем, сходные по конструкции датчики являются взаимозаменяемыми. Возможна и замена неподогреваемых на подогреваемые О2 (обратную замену я не рекомендую). Однако часто возникает проблема несовместимости разъемов и отсутствие дополнительных проводов питания для подогревающего элемента. При этих заменах можно самостоятельно проложить дополнительные провода и подключить подогреватель к реле зажигания или реле эл.бензонасоса. При этом следует учитывать, что ток потребления подогревателя может составлять до 8–12А. Если есть возможность, лучше эту цепь подключить через дополнительное реле и предохранитель, как показано на Рис.9.
На рис. показана схематика разъемов, которые чаще всего встречаются с распространенными датчиками содержания кислорода в выхлопных газах. Цветовая маркировка проводов, разъемов (и их конструкция) могут различаться и зависят от предприятия (фирмы) изготовителя конкретного датчика или автомобиля. Однако замечено, что сигнальный провод О2 чаще бывает более темного цвета, чем его подогревателя. Цветовая маркировка проводов подогревателя датчика, чаще всего бывает одноцветной (часто белого цвета), но отличной от сигнального провода.
В заключение хочу отметить, что датчик содержания кислорода в выхлопных газах устанавливается, как правило, в паре с катализатором. Многие автовладельцы считают, что они взаимосвязаны функционально и могут работать только в паре. Однако это не совсем так. В большинстве автомобилей лямбда-зонд установлен на выхлопном тракте до катализатора. В этом случае катализатор не может влиять на работу датчика, хотя обратная зависимость есть и заключается в том, чтобы система впрыска топлива регулировала топливную смесь не обогащая ее, таким образом продляя срок службы катализатора.
Некоторые автовладельцы самостоятельно заменяют вышедший из строя катализатор на резонатор и отключают лямбда-зонд. В этом случае ECU работает по усредненным значениям и не может обеспечить оптимального приготовления состава топливной смеси. Кроме того, добиться низкого уровня содержания СО в выхлопных газах на таких автомобилях бывает весьма проблематично. Часто в этих случаях после отключения аккумулятора работа двигателя становится неустойчивой и не всегда оптимизируется даже после значительного пробега автомобиля, т.к. не во всех ECU есть система коррекции режимов сохраняемых в оперативной памяти и, при отключении питания, ECU теряет эти значения. Восстановление этих значений порой может быть дороже стоимости нового катализатора вместе с О2.
Бесконтрольность датчика О2 может привести к его полному разрушению, а ведь его основу составляют керамические пластины. Самым серьезным следствием отключенного лямбда-зонда может стать вышедший из строя двигатель, т.к. на многих автомобилях из-за растянувшегося ремня ГРМ (и не только) могут не плотно быть закрыты выпускные клапана в начале обратного хода поршня. В этот момент очень велик риск попадания керамики в камеру сгорания, а чем это грозит догадаться не трудно.
Если вы решили заменить катализатор на резонатор или просто его удалить, не стоит отключать лямбда-зонд, а если и он вышел из строя, то установите новый датчик. В автомобилях где лямбда-зонд установлен на катализаторе, дело обстоит еще сложнее, т.к. О2 контролирует уже очищенный выхлоп. В этом случае, если удален катализатор (даже если сохранен О2), добиться оптимальной работы двигателя бывает достаточно трудно, т.к. программа ECU может быть не рассчитана на более «грязный» выхлоп и часто воспринимает
это как неисправность лямбда-зонда.
Настоятельно рекомендую проверять работу датчика содержания кислорода в выхлопных газах не реже одного раза через каждые 5000–10000 км. пробега автомобиля. Решением данной проблемы контроля может стать установленный на приборной панели индикатор работы лямбда-зонда.
Vladimir Kalinovsky
Corsa Automotive
2307 McDonald Ave
Brooklyn, NY 11223
(718) 998–0770
fax (718) 627–7312
Внимание! Проверку работы датчика содержания кислорода в выхлопных газах следует проводить на прогретом двигателе и частоте вращения коленвала на оборотах обычного Х.Х.+1200. Щуп осциллографа необходимо подключать к сигнальному проводу О2 не отключая датчик от контроллера.
Отключить диагностические лямбда зонды, что избавит от необходимости их менять, можно с помощью чип тюнинга. Это позволит полностью удалить каталитический нейтрализатор.
Идеального смесеобразования не бывает — состав смеси в цилиндрах в каких-то пределах колеблется. Представим, что в момент времени А, когда сигнал датчика кислорода находится в пределах 0,35–0,4 В, блок управления двигателем оценил смесь как бедную (см. рис. 1). С этого момента он постепенно увеличивает время открытого состояния форсунок — смесь обогащается, напряжение с датчика растет. Но состав смеси мгновенно измениться не может — напряжение сначала понижается примерно до 0,2 В, чему соответствует момент времени Б. Затем смесь продолжает обогащаться, пока в точке В (0,55–0,6 В) контроллер, оценив смесь как богатую, не начнет постепенно уменьшать время открытого состояния форсунок. Смесь обеднится, пока напряжение вновь не достигнет значения 0,35–0,4 В в точке Д. Но до этого сигнал с датчика кислорода успеет подняться до 0,8 В (точка Г). После ситуации Д цикл вновь повторится. Теоретический размах колебаний напряжения — от 0 до 1 В, реальный — примерно 0,2–0,8 В. У поработавшего датчика считают допустимым 0,3–0,7 В.
Важную роль играют еще два фактора — время реакции датчика на изменение состава смеси и форма его сигнала. Последний в идеале должен выглядеть на экране осциллографа, как показано на рис. 1: сигнал почти синусоидальный. В этом случае средний состав смеси стехиометрический (l = 1), а его отклонения, как вы уже поняли, не превышают ±1%.
Неисправности датчика кислорода могут перечеркнуть эту стройную теорию, а иные настолько сложны, что упрощенно-формальный подход к ним, основанный на кодах неисправностей, только вводит в заблуждение. Вот пример. В некоторых системах код «датчик кислорода замкнут на землю» мог означать совершенно другое: из-за какой-то неисправности смесь настолько обеднена, что ЭБУ не может скорректировать ее состав — диапазон регулирования давно исчерпан. В подобных случаях горе-мастера меняют датчик, а назавтра разочарованный клиент снова к ним обращается. Выходит, никакая «система» не подменит знания и опыт человека.
Наиболее наглядны осциллограммы, снятые непосредственно с датчика. Но чтобы найти его сигнальный, а не «земляной» провод, порой приходится и в руководство по ремонту заглянуть — имейте в виду, что единообразия в цветах проводов у разных фирм нет. Кроме того, не во всех системах датчик измеряет напряжение относительно «земли». Ныне широко применяется иная, дифференциальная схема включения — в ней есть напряжение относительно кузова на обоих выводах измерительного элемента. К ним и следует подключить щупы мотор-тестера (см. фото). По этой схеме работает кислородный датчик в системах «Бош» на двигателях ВАЗ. Здесь черный провод — положительный уровень сигнала, а серый — отрицательный.
Приступим к измерениям. Первым делом обратим внимание на размах изменения напряжения датчика при начавшемся l-регулировании. Если датчик недостаточно прогрет, этот диапазон может оказаться меньше. Проверим? Поднимем обороты до 3000 об/мин и выдержим на этом режиме секунд сорок. Амплитуда постепенно растет? Датчик, вероятно, исправен. Но если она по-прежнему меньше 0,3- 0,7 В, то датчик уже «состарился» — пора менять.
А вот беда иного рода — отказ датчика при высокой температуре. Здесь вряд ли обойдетесь без поездки, причем с хорошей нагрузкой двигателя (стояние в пробке не годится!). Чем измерять сигнал? Нужен сканер, переносной мотор-тестер или осциллограф. На худой конец, мультиметр с высоким входным сопротивлением. Итак, получили результат, как на рис. 2: сигнал перестал меняться. Это означает отказ датчика. А на рис. 3 другой случай: в левой части напряжение зависло — признак обрыва постоянной составляющей в сигнале с датчика. Правее — поведение сигнала при перегазовках. Здесь колебания в «плюс» и «минус» относительно нуля — постоянной составляющей нет! Ясно, что датчик придется заменить. Даже если после уменьшения температуры он работает, пусть это вас не смущает.
Как часты подобные неисправности? Увы, они составляют около 20% всех отказов — нередко их симптомы довольно запутаны, что требует индивидуального подхода.
А теперь — о скорости реакции датчика на изменение состава отработавших газов. Она, конечно, зависит от места расположения датчика в выпускном тракте. Но существенное влияние на быстроту реакции оказывает старение измерительного элемента, а также отложения на нем или в окнах защитного колпачка продуктов сгорания, особенно масла.
Чтобы уточнить время реакции датчика, прогреем двигатель и, подключив к датчику мотор-тестер, проследим за показаниями при резком открытии дросселя (рис. 4). Если отставание велико (больше 0,2 с), стоит проверить состав отработавших газов четырехкомпонентным газоанализатором (только он позволит объективно об этом судить, обнаружить возможный подсос воздуха и т.п.). О работоспособности датчика говорит стабильный, близкий к стехиометрическому состав смеси как на холостом ходу, так и при 3000 об/мин. Как ранее говорилось, допустимые отклонения l — не более ±1%. Даже если форма сигнала правильная, синусоидальная, но состав меняется сильнее — значит, датчик неисправен.
А каков диапазон l-регулирования? Ясно, что нет смысла делать его шире диапазона воспламеняемости смеси. Реально в современных системах он корректируется не более чем на ±25% из условия, что характеристики машины (мощность, экономичность и др.) остаются приемлемыми. Но иногда этого мало — и на некоторых режимах, где необходим стехиометрический состав, он не выдерживается. Что делать датчику? В старых машинах его сигнал зависал, в зависимости от состава смеси, на одном из граничных значений — например, 0,2 или 0,8 В. В современных ЭБУ сформируется код неисправности; он сообщит, что достигнут предел регулирования состава смеси, а на панели вспыхнет предупреждение Check Engine («проверь двигатель»).
Ну а мастеру нужно учитывать не только особенности «матчасти», но и психологию владельца автомобиля. Спокойный, уравновешенный водитель, увидев символ «проверь двигатель», зачастую отметит немало изменений в его работе, повышение расхода топлива. Для водителя «спортивного» толка главный приоритет — динамика разгона, скорость, пусть ценой ухудшения экономичности. Вариантов неисправностей очень много, а их проявления разнообразны. Последние мы умышленно не стали рассматривать, так как они зависят и от особенностей программы блока управления, и опять-таки от психологии водителя. Одни и те же погрешности датчика кислорода воспринимаются по-разному — такая неоднозначность только запутает читателей, чего автор старался избежать.
Датчик кислорода (ДК) — он же лямбда-зонд — измеряет количество кислорода в выхлопных газах, отправляя сигнал на блок управления двигателя (ЭБУ).
Где находится датчик кислорода
Передний датчик кислорода ДК1 установлен в выпускном коллекторе или в передней выпускной трубе перед каталитическим нейтрализатором. Как вы знаете, каталитический нейтрализатор является основной частью системы контроля выбросов в автомобиле.
Задний кислородный датчик ДК2 установлен в выхлопе после каталитического нейтрализатора.
На 4-цилиндровых двигателях устанавливают как минимум два лямбда-зонда. Двигатели V6 и V8 имеют как минимум четыре датчика O2.
ЭБУ использует сигнал от переднего кислородного датчика для регулировки топливно-воздушной смеси путем добавления или уменьшения топлива.
Сигнал заднего датчика кислорода используется для контроля работы каталитического нейтрализатора. В современных автомобилях вместо переднего кислородного датчика используется датчик воздушно-топливного отношения. Он работает аналогично, но точнее.
Как работает датчик кислорода
Существует несколько типов лямбда-зондов, но для простоты в этой статье мы рассмотрим только обычные генерирующие напряжение датчики кислорода.
Как следует из названия, генерирующий напряжение датчик кислорода генерирует небольшое напряжение, пропорциональное разнице в количестве кислорода внутри и снаружи выхлопного газа.
Для правильной работы лямбда-зонд необходимо нагреть до определенной температуры. Типичный современный датчик имеет внутренний электрический нагревательный элемент, который питается от ЭБУ двигателя.
Когда топливовоздушная смесь (ТВС), поступающая в двигатель, бедная (мало топлива и много воздуха), в выхлопе остается больше кислорода, и кислородный датчик создает очень небольшое напряжение (0,1 – 0,2 В).
Если ТВС обогащается (много топлива и мало воздуха), в выхлопе остается меньше кислорода, поэтому датчик будет генерировать бОльшее напряжение (около 0,9 В).
Регулировка соотношения топливовоздушной смеси
Передний датчик O2 отвечает за поддержание оптимального соотношения смеси воздух / топливо, поступающей в двигатель, которая составляет приблизительно 14,7:1 или 14,7 частей воздуха на 1 часть топлива.
Блок управления регулирует топливовоздушную смесь на основе обратной связи от переднего датчика кислорода. Когда передний лямбда-зонд обнаруживает высокий уровень кислорода, ЭБУ предполагает, что двигатель работает на бедной смеси (недостаточно топлива) и поэтому добавляет топлива.
Когда уровень кислорода в выхлопе становится низким, ЭБУ предполагает, что двигатель работает на богатой смеси (слишком много топлива) и уменьшает подачу топлива.
Этот процесс непрерывен. Компьютер двигателя постоянно переключается между обедненным и обогащенным состоянием, чтобы поддерживать оптимальное соотношение воздух / топливо. Этот процесс называется операцией замкнутого цикла.
Если вы посмотрите на сигнал напряжения переднего датчика кислорода, он будет циклически колебаться где-то между 0,2 вольт (бедная) и 0,9 вольт (богатая).
Когда автомобиль заводится холодным, передний кислородный датчик не прогрет полностью, и ЭБУ не использует сигнал ДК1 для регулировки топлива. Этот режим называется разомкнутым контуром. Только когда датчик полностью прогрелся, система впрыска топлива переходит в режим замкнутого контура.
В современных автомобилях вместо обычного датчика кислорода установлен широкополосный датчик топливовоздушного соотношения. Датчик соотношения воздух / топливо работает по-другому, но служит той же цели — для определения, является ли топливовоздушная смесь, поступающая в двигатель, обогащённой или обеднённой.
Датчик топливовоздушного соотношения является более точным и может измерять более широкий диапазон.
Задний датчик кислорода
Задний или нижний кислородный датчик установлен в выхлопе после каталитического нейтрализатора. Он измеряет количество кислорода в выхлопных газах, выходящих из катализатора. Сигнал от заднего лямбда-зонда используется для контроля эффективности нейтрализатора.
Контроллер постоянно сравнивает сигналы от передних и задних датчиков O2. Основываясь на двух сигналах, ЭБУ знает, насколько хорошо каталитический нейтрализатор работает. Если катализатор выходит из строя, ЭБУ включает индикатор «Check Engine», чтобы вы знали об этом.
Идентификация датчика кислорода
Передний лямбда-зонд перед каталитическим нейтрализатором обычно называют датчиком «выше по потоку» или датчиком 1.
Задний датчик, установленный после катализатора, называется датчик «ниже по потоку» или датчик 2.
Двигатель V6 или V8 имеет два блока (или две части этого «V»). Обычно блок цилиндров, содержащий цилиндр № 1, называется «Банк 1».
Различные производители автомобилей определяют Банк 1 и Банк 2 по-разному. Чтобы узнать, где банк 1 и банк 2 в вашем автомобиле, вы можете посмотреть в руководстве по ремонту или в Google, указав год, марку, модель и объём двигателя.
Замена датчика кислорода
Проблемы с датчиком кислорода являются распространёнными. Неисправный лямбда-зонд может привести к увеличению расхода топлива, увеличению выбросов в атмосферу и различным проблемам во время вождения (провалы оборотов, плохое ускорение, плавающие обороты и т. д.). Если датчик кислорода неисправен, его необходимо заменить.
В большинстве автомобилей замена ДК является довольно простой процедурой. Если вы хотите заменить кислородный датчик самостоятельно, с некоторыми навыками и руководством по ремонту, это не так сложно, но вам может понадобиться специальная торцевая головка для датчика (на фото).
Иногда может быть трудно вытащить старый лямбда-зонд, так как они часто сильно ржавеют.
Еще одна вещь, о которой следует знать — некоторые автомобили, как известно, имеют проблемы с заменяемыми датчиками кислорода.
Например, есть сведения о неоригинальном датчике кислорода, вызывающем проблемы в некоторых двигателях Chrysler. Если вы не уверены, лучше всегда использовать оригинальный датчик.
Читайте также: