Титановый лямбда зонд принцип работы

Опубликовано: 15.05.2024

Уже не в первый раз люди просят добавить на сайт информацию именно по диагностике лямбда-зонда, как титанового, так и циркониевого. Выбрал время, собрал инфу в кучу, вываливаю! Усваиваем!

В двух словах об устройстве и предназначение лямбда-зонда вообще. Писать буду простейшим незаумным и понятным каждому языком, тапками не кидаемся.

Придумана и вставлена в машины лямбда для анализа содержания кислорода в выхлопе и передаче полученной информации в "мозги" автомобиля. Другими словами, более правильное название лямбды - "Кислородный датчик". Объединяет оба вида датчиков их место в электронной системе управления подачей топлива, они сигнализируют "мозгам" о качестве топливовоздушной смеси (богатая/бедная). Ну а дальше, электроника сама делает вывод, обеднить смесь, подаваемую в цилиндры или нет. В некоторых автомобилях могут использоваться два датчика, один из которых установлен после катализатора и его функция в проверке состояния катализатора и контроле работы и исправности основной лямбды, находящейся во впускном коллекторе, либо максимально близко от него.

Рисунок выше что-то типа общего вида лямбда-зонда. Смысл фразы станет понятен ниже, из описания конструкции каждого из них. Цифрами на схеме обозначены:

металлический корпус с резьбой и шестигранником “под ключ”;
уплотнительное кольцо;
токосъемник электрического сигнала;
керамический изолятор;
провода;
манжета проводов уплотнительная;
токоподводящий контакт провода питания нагревателя;
наружный защитный экран с отверстием для атмосферного воздуха;
чувствительный элемент;
керамический наконечник;
защитный экран с отверстием для отработавших газов.

Остановимся на устройстве и принципе работы каждой из лямбд в соответствуюших им разделах.

Диагностика титанового лямбда-зонда.

Принцип работы и устройство титанового лямбда-зонда

Итак, для владельцев Jeep Cherokee и для других "счастливчиков", имеющих титановый лямбда-зонд, картинка, приведенная выше и есть именно то, что втыкнуто в выпускной коллектор. Почему? Да потому что чувствительный элемент 9 на схеме изготовлен на основе титана, потому что именно он очень привередлив к колебаниям температуры, от которых зависит точность его показаний. Уж не знаю, чем думали конструктора Chrysler, Nissan, Toyota и Mitsubishi, когда ставили на авто некоторых лет титановые лямбды, но явно не головой.

Принцип работы такой лямбды таков, что от содержания кислорода в выхлопных газах он меняет свою проводимость. Выделю ниже то, что очень желательно запомнить, дабы когда-нибудь хаотично не искать по инету:

Титановый лямбда-зонд меняет свое сопротивление скачкообразно от малого (менее 1 кОм) при богатой смеси до большого (свыше 20 кОм) при бедной смеси.

Электронная система управления подачей топлива подает напряжение (1 вольт как правило, на автомобилях Jeep это 5 вольт) на сигнальный провод лямбда зонда. При бедной смеси тока проходит меньше, система "подливает", дабы выровнять качество ТВС, при богатой смеси сопротивление титанового датчика меньше, следовательно тока проходит больше и нужно смесь обеднить, чем "мозги" и занимаются. Вот таким Макаром все это и работает, показания лямбда "скачут" и мозг догоняет их следом, то делая смесь богаче, то беднее.

Минус титанового лямбда-зонда не только в его цене (все знают, каких космических денег он сейчас стоит?) и даже не в том, что при заказе титанового могут приволочь или впарить циркониевый, а в зависимости точности показаний от температуры. Именно для этого и предусмотрен подогрев чувствительного элемента, который греет лямбду сокло 15 секунд до прогрева и потом обязан поддерживать при необходимости температуру, требуемую для нормальной работы датчика.

Кстати, внешнее отличие титанового лямбда-зонда от циркониевого еще и в том, что у титанового отсутствует отверстие для атмосферного воздуха в наружнем защитном экране 8.

Диагностика титанового лямбда-зонда проводится следующим образом: при выключенном зажигании снимаем разъем с кислородного датчика, измеряем омметром сопротивление датчика. При исправной лямбде сопротивление должно быть в пределах 5-7 Ом, при сопротивлении в бесконечность лямбда-зонд однозначно мертв!

Тем не менее, диагностика титанового лямбда-зонда омметром может быть не всегда достоверна. Объясняется это тем, что сопротивление лямбды примерно сопоставимо с сопротивлением тестера. Существует еще пара способов определить его работоспособность.

Способ первый. Первый способ самый простой, если у Вас уже есть шнурок Питона. Снимаем программой RenixCom логи с автомобиля, открываем их программой ViewLog и смотрим под графиком напряжение O2. На картинке ниже искомые цифры подчеркнуты.

Постоянно одно значение (около 5 вольт) и ровная зеленая линия на графике, говорит о том, что датчик неисправен. О степени "усталости" лямбды говорит график, чем меньше величина периода на графике, тем живее лямбда-зонд. Большие периоды говорят о том, что лямбда "устает". Я думаю, что наиболее ценны эти данные в совокупности со всеми остальными, нежели, как основные опорные.

Способ второй. Способ основывается на вычислении напряжения на сигнальном проводе с помощью резистора и вольтметра. Эти действия довольно сложны, трудоемки, поэтому останавливаться на них я не буду, считаю, что проще, дешевле и выгоднее купить переходник, изваять шнурок Питона и смотреть цифры из салона машины, нежели возиться в любое время года и погоду под машиной с тестером, паяльником и формулами. Если вдруг кому-то захочется драйва от этих действий, рисуйте в форму обратной связи, я вышлю как правильно заниматься этим онанизмом.

Но неправильно работать титановая лямбда может и от недостатка подогрева. Для проверки работоспособности нагревательного элемента так же измеряем омметром сопротивление. Показания в пределах от 1,2 до 15 Ом говорят о работоспособном элементе подогрева.

Диагностика циркониевого лямбда-зонда.

Принцип работы и устройство циркониевого лямбда-зонда

Циркониевая лямбда выполнена аналогично титановой. Из внешних признаков разница возможна в количестве проводов (у титановой один провод точно всегда идет на подогрев, у циркониевой подогрев необязателен) и в отверстии в защитном экране для атмосферного воздуха.

Внутри находится чувствительный элемент с платиновыми электродами, один электрод расположен в среде выхопных газов, второй в атмосферном воздухе. Пространство между защитным наконечником и электродом наполнено пористой керамикой на основе циркония. Она является твердым электролитом, проводящим ионы кислорода.

После прогрева циркониевой лямбды до рабочей температуры (300-400 градусов) между электродами возникает напряжение, величина которого определяется разностью содержания кислорода в атмосферном воздухе и в отработавших выхлопных газах. Т.е. чем больше концентрация кислорода в выхлопных газах, тем меньше выходное напряжение циркониевого лямбда-зонда.

При "правильном" составе топливовоздушной смеси (14,7:1) значение выходного напряжения составляет 0,45-0,5 вольт. Примечательно, что в сравнении с титановым лямбда-зондом, который изменяет свое сопротивление в зависимости от содержания кислорода в выхлопных газах, циркониевый датчик это напряжение "генерирует". Механизм возникновения напряжения (э.д.с.) описывать смысла нет, нам это совсем не нужно.

К сожалению, информации по диагностике циркониевых датчиков с помощью омметра/вольтметра/амперметра я пока не нашел. Вернее той информации, которой бы я доверял. Поэтому делюсь найденным способом оценки работоспособности лямбда-зонда с помощью ПО. Программное обеспечение может различаться в зависимости от моделей машин и способов "чтения" авто программами. Например, для диагностики Jeep Cherokee, Jeep Grand Cherokee с системой впрыска топлива Mopar при отсутствии разъема OBD-II используем программу JMDRB последней версии 2.1. Для автомобилей с OBD-II пользуем другие программы, рисующие графики. Чтение графиков идентично и не зависит от используемого ПО, циркониевый лямбда-зонд читается одинаково.

"Усталость" лямбда-зонда.

Ресурс работы циркониевого датчика 100-160 тыс. км. Со временем чувствительность его может ухудшаться, что сказывается на его быстродействии. Как мы это видим и как определяем? Все довольно просто: исправный датчик в течении 10 секунд работы должен давать нам не менее 8 переключений, т.е. не менее 4-х периодов на графике. Чем плавнее переключения, чем их меньше, тем более устала лямбда. Следует заметить и запомнить, что этот критерий работает на повышенных оборотах двигателя, на 2000-2500 об. в минуту.

Еще одна из причин "усталости" лямбда-зонда - его загрязнение, применение различных присадок в топливо, низкое качество топлива, попадание антифриза либо его составных частей в систему выпуска. Именно поэтому вышеописанный способ диагностики является лишь предпосылкой к тщательному обследованию автомобиля и не позволяет сказать, что после замены лямбды следующая будет работать лучше и дольше.

Еще тест.

Возможна проверка измерения напряжения с помощью дпоступления дополнительного топлива. На прогретом двигателе, работающем на холостых, снимаем вакуумный шланг с регулятора давления топлива в системе. Снятие шланга повысит давление в системе, следовательно увеличится и количество подаваемого в цилиндры топлива. При исправном датчике его выходное напряжение повысится, если же этого не происодит, то причина либо в давлении в топливной системе, либо в неисправности лямбда-зонда.

Вот и все, что я могу рассказать на данный момент о диагностике неисправности лямбда-зонда. Работаю над этим дальше, но пока все. Единственный момент, о котором стоит сказать: скорей всего в циркониевом датчике кислорода постоянное значение выходного напряжения либо около нуля, либо около 1 вольта тоже говорит о его неисправности.

Восстановление лямбда-зонда.

Ну чего сказать об восстановлении. Мое мнение-это онанизм. Это своеобразное продлении агонии умирающего датчика. Во-первых, чистка на 100% не очистит датчик. Во-вторых, стоит ли оно того? Сегодня мы его чистим, а завтра он у нас умрет в самый неподходящий момент и все равно нужно будет покупать новый. А времени будет затрачено в пару раз больше. Короче, думаем своей головой и помним, что восстановление лямбда-зонда не есть панацея и ее загрязненность может быть следами других неисправностей автомобиля, следовательно проблема вовсе не в кислородном датчике.

Итак, как мы понимаем, что лямбда "умирает" или что загрязнена? Возрастает расход топлива, имеем неустойчивый ХХ, движок пытается заглохнуть, ухудшаются динамические свойства авто. Все вышеперечисленное-зависимость от качества ТВС (топливовоздушной смеси), то бишь, результат работы лямбды по анализу содержания кислорода в выхлопных газах. Будем лечить мертвого пациента? Хорошо!

Ортофосфорная кислота. Продается в местах высокой концентрации радиодеталей и химии для радиолюбителей. Используется для пайки или для очистки металла от оксидов. Ни металлу, ни пористой структуре керамического наконечника плохого она не сделает. Концентрация ортофосфорной кислоты в продаваемых баночках уже подходящая нам.

Для очистки наконечника лямбда-зонда ортофосфорной кислотой окунаем наконечник в кислоту и выдерживаем в ней минут 15-20. Результатом будет заметно посветлевший металл, свободный от окислов и нагара. Если это вариант не сделал своего дела, приступаем ко второму варианту! Аккуратно смачиваем наконечник кислотой, снимаем крышку с конфорки газовой плиты и нагреваем на газу до тех пор, пока кислота не начнет кипеть и брызгать. Обильно смываем водой следы реакции, мочим снова и так до достижения результата.

Сжатый воздух. Для лямбда-зондов с отверстием для атмосферного воздуха возможен и такой вариант. Засор этого отверстия тоже может быть причиной неправильной работы лямбды. Отложения на пористой структуре таким образом не снять, это скорее для отведения души и исключения этой причны. Воздух должен быть без влаги, чем выше его давление, тем лучше.

На этом все! Подведя итоги скажу, что восстановление лямбда-зонда ортофосфорной кислотой, либо другими способами я бы все же не рекомендовал. Юзайте заведомо исправные датчики и все будет отлично! Если есть предложения, дополнения, если я где ошибся, сообщите мне об этом любым доступным способом, буду очень признателен.

Напоследок немного ценных сведений до кучи, которые нужно знать и нежелательно забывать, тем более, что эти данные относятся и к работе лямбда-зонда.

Для того, чтобы добиться наибольшей продуктивности от работы двигателя необходимо обеспечить наилучшее сгорание топливно-воздушной смеси, в свою очередь для этого необходимо точно определить необходимые пропорции впрыскиваемого топлива и поступающего воздуха. Полученная смесь гарантирует наилучшее сгорание, продуктивную работу и наименьшее количество вредных веществ от выхлопа. Для определения доли кислорода в отработанных газах автомобиля, используется кислородный датчик (он же лямбда зонд, в народе).

Для полного сгорания 1 кг топлива необходимо 14,7 кг воздуха. Такой состав топливо-воздушной смеси называют стехиометрическим, он обеспечивает наименьшее содержание токсичных веществ в отработавших газах и, соответственно, эффективное их "дожигание" в каталитическом нейтрализаторе.

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

Кислородный датчик из диоксида титана также является датчиком перехода. Диоксид титана имеет специальную особенность: электрическое сопротивление изменяется пропорционально доле кислорода в отработавшем газе. Измеренное сопротивление сообщает информацию о том, в каком рабочем состоянии находится двигатель.

Кислородный датчик из диоксида титана отличается следующими свойствами:

· прочный и компактный

· высокая скорость реакции

· не требуется эталонный воздух

· быстрое достижение рабочей температуры

В зависимости от автомобиля, эти датчики применялись как регулирующие и как диагностирующие датчики. Сейчас эти устройства больше не используются в заводской комплектации.

Принцип действия кислородного датчика из диоксида титана

Если на элементе возникает напряжение, то выходное напряжение изменяется соответственно концентрации кислорода в отработавшем газе. Рабочая температура этих кислородных датчиков составляет 700 °C. Только начиная с 850 °C датчик может разрушиться.

Ещё одно преимущество этого типа датчиков: Датчику из диоксида титана не нужен наружный воздух в качестве эталона и поэтому он реже выходит из строя.

Расположение кабеля

Кислородные датчики из диоксида титана марки NTK всегда имеют четыре кабеля. Для всех типов сигнальный кабель (-) чёрный, сигнальный кабель (+) жёлтый и соединительный кабель для нагревательного элемента (-) белый.

Только по цвету кабеля для нагревательного элемента (+) имеется два разных варианта: На кислородных датчиках типа 1 этот кабель красный, на типе 2 - серый.

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

Одна из острейших проблем, с которой сталкиваются современные автопроизводители, – экологическая безопасность. Массовое использование автомобилей в повседневной жизни грозит ростом загазованности современных городов. Для уменьшения количества токсичных веществ, содержащихся в составе выхлопных газов, используются специальные системы их очистки, так называемые каталитические нейтрализаторы, для обеспечения последним необходимых условий работы применяется кислородный датчик.

На что влияет кислородный датчик?

Работа ДВС сопровождается выделением выхлопных газов (ВГ), содержащих вредные для человека вещества. Их значительная концентрация влияет на самочувствие и здоровье окружающих. Среди этих токсичных веществ необходимо особо отметить угарный газ, не полностью сгоревшие углеводороды и окислы азота. Чтобы уменьшить их содержание в составе ВГ, как уже отмечалось, на современных автомобилях используется каталитический нейтрализатор.

Однако у него есть особенность – он успешно работает в достаточно ограниченном диапазоне соотношения кислорода и бензина, и если смесь обогащенная, или наоборот, слишком бедная, то содержание в составе ВГ токсичных веществ остается высоким. Вот кислородный датчик и участвует в обеспечении необходимого соотношения кислорода и бензина.

С его помощью контроллер управления двигателем отслеживает процесс сгорания ТВС, для чего измеряется в ВГ содержание кислорода. При необходимости изменяется состав ТВС таким образом, чтобы обеспечить полное сгорание топлива и уменьшить выделяемое количество токсичных веществ.

Как работает кислородный датчик?

На сегодняшний день существует лямбда зонд трех разновидностей:

циркониевый;
титановый;
широкополосный.

Наиболее распространенными из них являются первые два типа. Свое название они получили от используемого материала, и соответственно, принцип работы кислородного датчика из-за этого у них разный.

Циркониевый датчик кислорода

Как устроен подобный лямбда зонд, изображено на рисунке.

Конструктивно он может быть выполнен по-разному, либо цилиндрический (пальчиковый), либо пластина (планарный датчик). По сути дела, это слоистая структура, внутренняя и наружная поверхности которой выполнены из платины и разделены слоем специальной керамики. Она защищена снаружи корпусом с отверстиями для поступления ВГ к платиновой поверхности кислородного датчика и имеет связь с наружным воздухом.

При своей работе лямбда зонд контролирует содержание кислорода в составе ВГ, для чего его надо располагать в потоке этих газов. Принцип, по которому он работает, чем-то напоминает аккумулятор, только твердотельный. При достаточно высоких температурах (не ниже трехсот градусов) через керамику, разделяющую слои платины, начинают проходить ионы кислорода. Их содержание в окружающем воздухе и в составе ВГ разное, вследствие чего между слоями датчика появляется разность потенциалов.

Именно она и есть тот сигнал, что лямбда зонд выдает контроллеру управления двигателем. На его величину влияет содержание кислорода в ВГ. Получив эти данные, контролер отвечает тем, что изменяет ТВС, уменьшая или увеличивая количество впрыскиваемого бензина. Вот для чего нужен лямбда зонд, с его помощью контроллер определяет, насколько полностью сгорает ТВС, и подбирает ее оптимальный состав, обеспечивая при этом эффективность работы ДВС и его топливную экономичность.

Описанный принцип работы, основанный на движении ионов кислорода, реализуется при температурах от трехсот до девятисот градусов, поэтому и помещают лямбда зонд в выхлопную систему автомобиля.

Титановый датчик кислорода

Принцип работы, который использует такой датчик, совсем другой. В этом случае применяется зависимость проводимости диоксида титана от парциального давления кислорода в смеси газов. Чем больше содержание кислорода в составе ВГ, тем хуже лямбда зонд проводит электрический ток. Его выходное напряжение пропорционально количеству кислорода и изменяется скачкообразно.

Кислородный датчик подобного типа работает при температуре от семисот градусов, и для него не требуется эталонный воздух.

Широкополосный датчик

Он в обычных машинах используется довольно редко, его отличает совершенно другой принцип работы. У него имеются две специальные камеры – измерительная и камера накачки. Если предыдущие типы датчиков генерировали высокое либо низкое напряжение на выходе в зависимости от содержания кислорода в составе ВГ, то широкополосный датчик выдает напряжение, пропорциональное его значению.

Про эксплуатацию датчика

Лямбда зонд – неразборная конструкция и рассчитана на пробег до восьмидесяти тысяч километров. Правда, этот показатель может значительно уменьшиться при нарушении правил эксплуатации.
Среди них стоит отметить:

Могут быть и другие причины, вызывающие отказ датчика, но и уже приведенных достаточно для понимания, что это хрупкое изделие и требует в процессе работы бережного отношения. Полностью проверить датчик с необходимой степенью достоверности можно, воспользовавшись осциллографом.
Однако результаты работы датчика видны невооруженным взглядом по ряду признаков:

увеличение расхода топлива;
увеличение содержания окиси углерода в составе ВГ;
ухудшение динамики машины;
неустойчивая работа мотора.

Причин отказов датчика может быть несколько, но независимо от них ремонт для него не предусмотрен, только замена.

Лямбда зонд в современных автомобилях контролирует количество кислорода в составе ВГ. Он также осуществляет выдачу данных в контроллер управления двигателем с целью изменения состава ТВС для полного сгорания смеси и обеспечения необходимых условий работы нейтрализатора.

Какие бывают лямбда зонды, как устроены, как диагностировать неисправность кислородного датчика и методы проверки осциллографом. Давайте рассмотрим подробно в этой практической статье.

Существуют три типа кислородных датчиков, которые применяются в автомобилях. Циркониевый датчик. Титановый датчик. Широкополосный.

Лямбд-зонд устанавливается в выпускной трубе перед каталитическим нейтрализатором и непосредственно за катализатором. Кислородные датчики называются в обиходе первая и вторая лямбда в зависимости от места установки.

В V-образном двигателе могут быть установлены один или несколько датчиков.

Циркониевый датчик

Конфигурации проводов циркониевого лямбда-зонда:

Однопроводной кислородный датчик;
Двухпроводной кислородный датчик;
Трехпроводной кислородный датчик;
Четырехпроводной кислородный датчик.

Титановый датчик

Конфигурации проводов титанового лямбда-зонда:

Трехпроводной кислородный датчик;
Четырехпроводной кислородный датчик.

Циркониевый датчик

Циркониевый датчик производит сравнение содержания кислорода в системе выпуска отработавших газов с эталонным атмосферным газом, который содержится во внутренней камере. Отработавшие газы проходят над непроницаемой керамической наружной поверхностью датчика из диоксида циркония.

Эталонный атмосферный газ содержится во внутренней камере датчика. С обеих сторон керамической секции имеются электроды. Блок управления использует сгенерированное напряжение для определения топливовоздушного отношения. Бедная смесь (λ > 1). Богатая смесь (λ < 1 ).

Почему используется именно диоксид циркония? Диоксид циркония ZrO₂ — это бесцветные кристаллы, с высокой температурой плавления, что является значительным преимуществом при использовании под воздействием высоких температур выхлопных газов.

Внимание! Температура плавления оксида циркония: 2715°C

Название ИЮПАК: Zirconium(IV) oxide, Zirconium dioxide.

Этот оксид металла применяется также в стоматологии для изготовления зубных протезов. Но в большей степени повлияло на использование оксида циркония в кислородном датчике это ещё одно его полезное свойство. Диоксид циркония при нагревании проявляет свойства твёрдого электролита и проводит ионы кислорода. Это свойство используется в выхлопных системах автомобилей, а также в промышленности в анализаторах кислорода и в топливных элементах.

Чтобы ответить на вопрос какой лямбда зонд выбрать, выясним какие бывают типы лямбда зондов, как работают и как диагностируются.

Строение циркониевого лямбда-зонда

Выпускная труба;
Корпус датчика/электрический контакт;
Керамический элемент;
Контакты;
Опорное значение воздуха (эталонный воздух);
Электроды;
Пористое защитное покрытие.

Блок управления (ЭБУ) постоянно регулирует топливо-воздушное соотношение. Правильное значение лямбда зонда: (λ =1 ).

Оптимальная работа кислородного датчика зависит от температуры керамики, в свою очередь оптимальная температура керамики должна быть выше 350 0 С

Для ускорения достижения рабочей температуры кислородные датчики оснащены нагревательным элементом.

Титановый датчик

Конструкции титанового и циркониевого датчиков схожи. Циркониевые датчики меняют напряжение, измеряя содержание кислорода в отработавших газах. Титановые датчики изменяют сопротивление посредством измерения содержания кислорода в выхлопных газах.

Чертеж с вырезом кислородного датчика со встроенным нагревательным элементом.

Соединительные провода
Внутренние контакты
Керамическая опора
Корпус датчика
Нагревательный элемент
Трубка с прорезью ( Slotted tube)
Опорное значение воздуха
Керамический датчик
Шайба

Используются два кислородных датчика:

Широкополосный кислородный датчик расположен перед каталитическим нейтрализатором.

Двухточечный кислородный датчик расположен за каталитическим нейтрализатором.

Блок управления использует сигнал широкополосного датчика, чтобы задать приблизительный состав топливовоздушной смеси.

Блок управления использует сигнал двухточечного датчика для коррекции смеси.

Блок управления может также осуществлять мониторинг действия каталитического нейтрализатора.

Характеристическая форма сигнала напряжения для широкополосного кислородного датчика.

Смесь стала богаче (A)

Эта смесь становится беднее (B)

Характеристическая форма сигнала напряжения для циркониевого кислородного датчика.

Обратите внимание по вертикальной шкале отображается напряжение. Циркониевый датчик.

Смесь стала богаче (A)

Эта смесь становится беднее (B)

Характеристическое напряжение для титанового кислородного датчика.

По вертикальной шкале изменение сопротивления. Титановый датчик.

Смесь стала богаче (A)

Эта смесь становится беднее (B)

Проверка циркониевого датчика осциллографом

Упрощенная электрическая схема системы измерения кислорода. Выходное напряжение датчика подается на аналогово-цифровой преобразователь (A). Блок управления производит сравнение цифрового выхода с данными внутренней справочной таблицы.

Упрощенная электрическая схема системы измерения кислорода циркониевым датчиком

Для поддержания правильного соотношения топливовоздушной смеси блок управления регулирует сигнал на инжектор, для этого использует ШИМ-сигнал для управления температурой датчика (B).

Для производства измерений используется осциллоскоп.

Напряжение измеряется между точками X и Y отмеченными на электрической схеме.

Характеристическая форма сигнала напряжения для циркониевого кислородного датчика

Проверка титанового датчика осциллографом

Упрощенная электрическая схема системы измерения кислорода

Упрощенная электрическая схема системы измерения кислорода титановым датчиком

Система измерения кислорода титановым датчиком:

Цепь делителя напряжения. Внутренний резистор.

Напряжение датчика изменяется по мере изменения содержания кислорода в отработавших газах.

Сопротивление датчика также изменяется по мере изменения содержания кислорода в отработавших газах.

Напряжение подается на аналого-цифровой преобразователь (B).

Блок управления автомобиля производит сравнение цифрового выхода с данными внутренней справочной таблицы.

Для поддержания правильного соотношения топливовоздушной смеси блок управления регулирует сигнал на инжекторы. Напряжение, подаваемое в цепь делителя напряжения, должно быть исключительно стабильным, так как блок управления воспринимает любое изменение как изменение содержания кислорода в отработавших газах.

Схема поддержания стабильного напряжения датчика:

Изменяющееся напряжение аккумуляторной батареи проходит через цепь регулятора (A), при этом цепь регулятора поддерживает напряжение постоянным.

Блок управления использует ШИМ-сигнал для управления температурой датчика (C).

Для производства измерений осциллоскопом измеряется напряжение между точками X и Y указанными на принципиальной схеме.

Характеристическая форма сигнала напряжения для титанового кислородного датчика.

Блок управления использует ШИМ-сигнал для управления температурой датчика.

Характеристическая форма сигнала напряжения для титанового кислородного датчика

Иногда требуется вы]вить исправность нагревательного элемента кислородного датчика. Компьютерная диагностика при этом не всегда сможет определить этот параметр. Кроме выявления неисправности нагревателя лямбда-зонда эта диагностика даёт информацию о скорости нагрева датчика. Это необходимо чтобы понимать в какой момент датчик выходит на рабочую температуру.

С помощью осциллографа исследуем характеристическую форму сигнала напряжения для датчика при быстром нагреве.

форма сигнала напряжения при быстром нагреве датчика кислорода

Характеристическая форма сигнала напряжения для датчика при медленном нагреве

форма сигнала напряжения при медленном нагреве датчика кислорода

Срок службы циркониевого датчика

Диагностика циркониевого датчика

Проверьте время реакции и параметры изменения напряжения осциллографом.

Для контроля напряжения пользуйтесь вольтметром. Проверьте на отсутствие угольных отложений на контактах.

Проверьте работу цепи обогрева.
Проверьте состояние соединений заземления.
Проверьте неразрывность электрического соединения.

Срок службы титанового датчика

Диагностика титанового датчика

Проверьте время реакции и параметры изменения напряжения. Для контроля сопротивления пользуйтесь омметром.
Проверьте на наличие отсутствие отложений, мешающих качественной диагностике.
Проверьте работу цепи обогрева.
Проверьте питание датчика. Правильное значение: (5V).
Проверьте состояние соединений заземления.
Проверьте неразрывность электрического соединения.

На этом, пожалуй, прервусь. Если остались вопросы, то задавайте в комментариях, так как всё в одну статью не поместить. Кроме того, история полна частных случаев, и у каждого свои неповторимые симптомы не похожие на то, что было у других ранее. Благодарю за интерес проявленный к материалу.

Всем привет. Так получилось, что не так давно на моей машине (Volvo 740) окончательно отмер датчик кислорода (лямбда-зонд). По не совсем удачному стечению обстоятельств — у меня оказалась топливная система Siemens, которая известна тем, что ее датчики стоят гораздо дороже, нежели Bosch. За новенькую лямбду, в среднем по-магазинам, хотят от 17 до 24 тысяч рублей. Разумеется для меня это слишком дорого и несколько поразмыслив и почитав интернеты было решено сделать конвертер.

Циркониевый и титановый зонд отличаются друг от друга тем, что первый генерирует ЭДС, а второй — меняет свое сопротивление. В первом случае нам нужно смотреть на сигнал: меньше 0.45 — бедная смесь, больше — богатая. Малое сопротивление титанового датчика — богатая смесь, большое — бедная. Если речь идет о 4х проводной титановой лямбде (более распространено), то сигнал НА датчик должен быть около 1 вольта (и сниматся далее). А если используется 3х проводная — то напряжение должно быть уже около 5 вольт.

Для пояснения приведу графики:

О том что получилось, ниже.

Собственно инградиенты получились такие: плата Arduino, несколько метров провода, обвес элементов (он будет дан ниже) и собственно новенький лямбда-зонд от BOSCH. Все вместе — не больше 1400 рублей.

Самый главный вопрос: почему же все таки Arduino используется как основной элемент? Все очень просто: во-первых он был под рукой. Во-вторых — его стоимость — 180 рублей (!) если заказываеть на ebay.com. В-третьих он уже полностью готов для использования (не надо мучиться с поиском драйверов, программаторами и прочим, те кто знаком с AVR поймут меня). В первой версии устройства использовалась средняя плата — версия UNO. Такая же как на картинке:

Уже позже, пришла версия Nano, она заметно меньших размеров, правда корпус для нее оказался все равно большеват. Но для UNO он был тоже мал.

Теперь перейдем непосредственно к схеме и программе, зашитой в него.

Arduino подключается таким образом (рисовать пришлось в паинте, ибо не давно слетела винда):

По схеме подключения:
R1 — порядка 100 кОм (можно меньше).
R2 — 5-6 мОм
VD1 — любой светодиод на 3-5 вольт
на схеме пометил своим названием — оптопара PC817, или аналогичная.
5 вольт на питание платы берутся от USB-переходника (пока что не подвел питание, езжу так).
Красный провод, отводящий 5 вольт на выход оптопары имеет смысл только когда используется 3х контактный датчик (об этом было написано в начале статьи)

В моем случае использовалась 4х контактная лямбда BOSCH:
Черный — сигнальный — на ногу А0 платы
Серый — масса сигнального — или на массу, или на контакт GND платы. У меня сделано вторым методом, но лучше подключить к массе автомобиля.
Белые — один на постоянные (!) +12 вольт, второй на массу.

Т.к. родные провода датчика очень короткие, мне пришлось их удлинить: разъемы купил на авторынке, провода сечением 1мм (можно 0.75) разных цветов усадил в термоусадку. Многие задаются вопросом, мол могут ли идти помехи на сигнальный провод от соседних. Как показывает практика — нет, даже учитывая тот факт что мой провод, в сумме получился чуть больше метра.

Разница в нагревателях титановой и циркониевой лямбды состоит в том, что цирконий нагревается ВСЕГДА, а титан только прогревается вначале.

На ардуино зашивается вот такая программа, любезно подкорректированная моим другом-программистом Алексеем:

int ledPin = 2; // Светодиод подсоединен к выводу 13
int analogPinInput = 0;
int outputSignal = 3;
double input = 0.0;

void setup()<
pinMode(ledPin, OUTPUT); // устанавливаем вывод 13 как выход
pinMode(outputSignal, OUTPUT);
Serial.begin(1200);//9600
>

void loop()<
double voltageLevel = 0.0;
while(true)<
voltageLevel = inputVoltageLevel();
if(voltageLevel >= 0.45 && voltageLevel != 0)<
digitalWrite(outputSignal, HIGH);
digitalWrite(ledPin, HIGH);
>
if(voltageLevel < 0.45 && voltageLevel != 0)<
digitalWrite(outputSignal, LOW);
digitalWrite(ledPin, LOW);
>
Serial.println(voltageLevel);
>
>

double inputVoltageLevel()<
input = analogRead(analogPinInput) * 0.0049;
return(input);
>

О том что тут происходит:
Контроллер мерит сигнал приходящий на ногу А0,
если сигнал меньше 0.45 вольт — плата ни чего не делает
если больше — подает питание на выход 13, открывая оптопару.
Все приходящие значения она отправляет в виртуальный ком-порт для считывания (если не подключен к компьютеру, все остается работать как и надо).
Светодиод работает тогда, когда идет богатая смесь.

Плата прошивается с помощью родного софта Arduino, который качается на официальном сайте (мануалов в инете слишком много на этот счет), дальше плата подключается к компьютеру и шьется круглой кнопочкой (Загрузить).

В целом, конвертер готов. Теперь наступает самое интересное:

Силами все того же Алексея и желанием что то по-писать, был написана такая софтина (на JAVA, требует установки ява-машины):

Подключаем к компьютеру ардуино, который уже подключен ко всей системе, запускаем программу и видим… график того что происходит на лямбде. Очень удобно тестировать так любой-другой зонд, просматривая его осциллограмму. Пробовали на другой машине — все работает и производительности контроллера и программы хватает с избытком (ей же мерили еще сигнал форсунок, но об этом разговор уже будет в другой "статье").

Под капотом машины, оно выглядит примерно так (этап колхозинга — обкатываемся):

Езжу так уже почти месяц — схема полностью рабочая. Раньше спустся полчаса поездки инжектор вываливался в аварийный режим. Расход стал меньше, мотор стал поохотней крутится.

Читайте также: