Кислородный датчик (лямбда зонд) — показания, принцип работы.
Если вы попали сюда по запросу о показаниях второго (2) лямбда-зонда, то вам СЮДА.
Итак, попробуем разобраться в том как работает датчик кислорода. Ну, как вы уже знаете есть много датчиков, необходимых для работы современного двигателя, но, однако функция других датчиков зачастую не так важна, как функция датчиков кислорода.
Эти датчики считывают количество несгоревшего кислорода в выхлопных газах. Затем компьютер использует это значение для баланса топливной смеси. Когда содержание кислорода в выхлопных газах увеличивается (характеризует смесь как обедненную) выходное напряжение датчиков уменьшается. Это является сигналом для ЭБУ к увеличению объема топлива подаваемого через форсунки. В свою очередь, когда содержание кислорода в выхлопных газах снижается (характеризует смесь как богатую), датчик кислорода увеличивает напряжение выходного сигнала, а компьютер реагирует путем уменьшение подачи топлива. Как только количество топлива уменьшается, мы возвращаемся к обедненной смеси, и напряжение на датчике падает. Этот процесс многократно повторяется пока двигатель работает. Это непрерывный цикл обратной связи является сердцем системы контроля подачи топлива.
Типичные показания датчика при обедненной смеси — напряжение между 0 и 0.3 В и для богатой смеси показания в диапазоне от 0.6 до 1 вольта. Идеальная воздушно-топливная смесь (14.7:1) создает напряжение на выводах датчика 0.5 В
Так почему бы просто не поддерживать постоянно дозированное количество топлива, которое изменяется с положения дроссельной заслонки ? На самом деле, довольно много факторов влияют на количество топлива, которое необходимо для поддержания отношения 14.7:1. Некоторые из этих факторов: качество топлива, атмосферное давление, влажность и многое другое. Таким образом, необходимы О2-датчики (датчики кислорода)! Количество раз в единицу времени обновлений информации датчиками весьма разнятся, но большинство современных датчиков в среднем обновляют показания минимум полдюжины раз в секунду. Старые датчики обновляли показания медленно порядка одного раза в секунду, так что вы можете себе представить насколько лучше стали контролировать выхлоп современные датчики.
Старые кислородные датчики, использовавшиеся до 1982 года были 1 или 2 проводные неподогреваемого типа. Эти датчики не будут на самом деле начинать правильно регистрировать состояние выхлопной пока датчик не нагреется, чтобы достичь свой рабочий диапазон. В результате компьютер работает в режиме «открытого контура» (использование заданных топливных значений, которые фактически заставляют двигатель работать на переобогащенной смеси) в течение более длительных периодов времени. Все датчики нового типа «с подогревом» (датчик ho2s), которые включают нагревательный элемент для приведения датчика до рабочей температуры быстрее, обычно это занимает меньше минуты, так быстро, как это возможно, даже за 10 секунд — это возможно! Нагревательные элементы предотвращают охлаждение датчиков, когда двигатель работает на холостом ходу. Эти подогреваемые датчики имеют обычно 3 и 4 провода в конструкции своих разъемов.
Есть несколько различных видов датчиков, которые различаются по химическому составу и дизайну, но их назначение и функции остаются неизменными. Техника за эти годы вышла далеко за рамки того, что описано на этой странице, но есть несколько вещей, которые нужно понимать. Датчики кислорода сравнивают содержание кислорода в окружающем воздухе с содержанием кислорода в выхлопных газах. Наружного воздух попадает в датчик через отверстие в корпусе датчика или через разъем проводки. Некоторые типы датчиков генерируют (изменяют) напряжение, когда изменяется содержание кислорода в выхлопных газах, а некоторые изменяют сопротивление. Новейший тип, обогреваемые широкополосные O2 датчики (кислородные датчики) имеют диапазон напряжений от 2 до 5 вольт.
Несмотря на все их различия и фактические показания выдаваемые датчиками, компьютер обрабатывает информацию так, что у нас ожидаются значения от 0 до 1 В. Есть пара исключений, конечно. Некоторые типы кислородных датчиков «Титания» с подогревом могут производить напряжение до 5 вольт. Это значение не изменяется с помощью компьютера. Еще один тип того же датчика настроен для чтения значений противоположное тому, что вы ожидаете. Высокое напряжение указывают на бедную смесь и низкое напряжение на богатую. Эти 2 типа датчиков кислорода не распространены и использовались в основном на некоторых Ниссанах, Jeep’ах и Иглах. В каждом правиле должны быть исключения! Инженеры они такие, да, я знаю.
Вы также заметите, что на большинстве автомобилей после ’96 года, есть второй комплект датчиков кислорода за каталитическим нейтрализатором (т.е. там стоит вторая лямбда, он же 2 датчик кислорода). Их функция такая же, как и передних О2 датчиков, а их показания используются по-разному, и их целью является измерить эффективность преобразователей, а не контролировать соотношение топлива двигателя. Вы можете обратиться к нашей статье «коды по датчику кислорода» и «помощь в диагностике» для дальнейшего уточнения показаний датчиков кислорода. Эти статья содержат ценную диагностическую информацию и процедуры проведения испытаний, а также возможные причины кодов ошибок по богатой или бедной смеси. Я надеюсь, что вы нашли эту информацию полезной.
С уважением, перевод предоставлен коллективом мастерской Works-Garage.
Лямбда-зонд, описание, диагностика, проблемы.
Многие задаются вопросом зачем он вообще нужен, и зачастую наслушавшись безграмотных советов доморощенных *чиптюнеров* стремятся его разными способами удалить из системы. Не буду долго лить всякую теоретическую воду напишу кратко:
-для владельца авто он позволяет экономить бензин как гласит запись из каталога бош (см. рис.) при исправном двигателе, системе управления ну и собственно лямбда зонде (далее ЛЗ) это реальная экономия до 15% топлива, нетрудно посчитать это 1,5 л на 10 л!
-для экологии, ну этот пункт мы пропускаем, ввиду низкой экологической культуры на территории стран бывшего СНГ.
-для нас диагностов, его показания очень важны, так как дают очень много полезной информации о состоянии системы и двигателя в целом, что повышает качество наших выводов.
Описание
Датчики кислорода (см. Рис. 1) сегодня востребованы благодаря постоянно растущим жестким требованиям по токсичности выхлопных газов, и идут рука об руку с каталитическими конвертерами. Один датчик кислорода установлен в выпускном коллекторе непосредственно перед катализатором. Иногда второй датчик устанавливается в выхлопной системе после каталитического конвертера для того, чтобы обеспечить его максимальную эффективность.
Получаемая с датчиков информация, показывает, насколько полно происходит сгорание топлива в камерах двигателя внутреннего сгорания. Оптимальные показания получаются, когда соотношение воздуха к топливу составляет 14.7 : 1. Стехиометрическое соотношение воздух/топливо — это когда на 1 килограмм бензина приходится 14.7 килограмм воздуха, теоретически необходимого для полного сгорания. Фактор избыточного количества воздуха (λ-«лямбда») показывает отношение действительного количества воздуха (в смеси воздух+топливо) к теоретически необходимому. То есть λ = (действительная масса воздуха)/(теоретическая потребность в воздухе).
пояснение к рисунку, заводские сток машины все настраиваются под лямбда =1
спортсмены настраивают под лямбда 0,8-0,9
экономисты всех мастей под лямбда 1,05-1,10
те *чиптюнеры* которые вам пообещают что ваша машина будет валить как болид F1, и в тоже время будет экономной, вас обманывают, так как законы физики и химии никто не отменял!
Рисунок 3. Датчик кислорода в выхлопной трубе
1. Керамическое покрытие
2. Электроды
3. Контакты
4. контакты корпуса
5. Выхлопная труба
6. Керамическая поддерживающая оболочка (пористая)
7. Отработавшие газы
8. Наружный воздух.
Датчик кислорода представляет собой гальваническую ячейку (ячейку Нернста) с твёрдым электролитом. В качестве электролита используется газонепроницаемая керамика из диоксида циркония (ZrO2), стабилизированного оксидом иттрия (YO). C одной стороны (снаружи) он сообщается с выхлопными газами, а с другой (изнутри) — с атмосферой. На внешнюю и внутреннюю сторону керамики нанесены газопроницаемые электроды из тонкого слоя платины.
Платиновый электрод на наружной стороне работает как миниатюрный катализатор, поддерживающий в прилегающем слое поступающих выхлопных газов химические реакции, этот слой в состояние стехиометрического равновесия. Сторона чувствительной керамики, обращенная к отработавшим газам, во избежание ее загрязнения покрыта слоем пористой шпинелевой керамики (Шпинель — минералогическое название тетраоксида диалюминия-магния). Металлическая трубка со щелями предохраняет керамику от ударов и чрезмерных тепловых воздействий. Внутренняя полость сообщается с атмосферой и служит в качестве референсной (опорной) стороны датчика.
Работа датчика основана на принципе ячейки Нернста (гальванической ячейки). Керамический материал пропускает ионы кислорода при температурах от 350oC и выше. Разница в количестве кислорода с разных сторон чувствительной зоны датчика приводит к образованию электрического потенциала (напряжения) между этими двумя поверхностями (внутренней и внешней). Величина напряжения служит показателем того, на сколько количество кислорода на этих двух поверхностях различается. А количество остаточного кислорода в выхлопных газах точно соответствует пропорции между топливом и воздухом, поступающими в двигатель.
Широкополосный λ-датчик кислорода
Этот датчик также использует принцип ячейки Нернста, но устроен по-другому. Его конструкция подразумевает наличие двух камер (ячеек): измерительной и так называемой «насосной» (см. Рис. 7). Через маленькое отверстие в стенке насосной ячейки выхлопные газы попадают в измерительную камеру (диффузионную щель) в ячейке Нернста.
Рисунок . Конструкция широкополосного датчика кислорода непрерывного действия, установленного в выхлопной трубе.
1. Ячейка Нернста
2. Референсная ячейка
3. Подогреватель
4. Диффузионная щель
5. Насосная ячейка
6. Выхлопная труба
Эта конфигурация отличается от обычного датчика с двумя состояниями постоянным поддержанием стехиометрического соотношением воздух/топливо в диффузионной камере. Электронная схема модуляции напряжения питания поддерживает в измерительной камере состав газов, соответствующий λ=1. Для этого насосная ячейка при работе двигателя на бедной смеси и избытке кислорода в выхлопных газах удаляет кислород из диффузионной щели во внешнюю среду; а при богатой смеси и недостатке кислорода в выхлопных газах перекачивает ионы кислорода из окружающей среды в диффузионную щель. Направление тока для перекачивания кислорода в разные стороны тоже отличается.
Так как насосный ток пропорционален концентрации кислорода — он и является показателем величины λ-фактора отработавших газов.
Таким образом, если обычные датчики используют напряжение на ячейке Нернста для прямого измерения и определения одного из двух состояний (λ>1 или λ<1), то широкополосные датчики используют специальную схему, управляющую током «накачки» насосной ячейки. Величина этого тока и измеряется как признак содержания избыточного воздуха в выхлопных газах.
Так как работа датчика уже больше не зависит от ступенчасти в работе ячейки Нернста, то коэффициент избыточного воздуха (λ) может быть измерян в широких пределах от 0.7 до 4. Соответственно, контроль двигателя по λ может работать уже во всем спектре значений (а значит и режимов), а не только в одной точке около λ=1
Встроенный нагреватель обеспечивает рабочую температуру не ниже 600C.
Замкнутая петля лямбдарегулирования
Рисунок . Схема замкнутой петли λ-регулирования качества смеси.
1. Датчик массового расхода воздуха
2. Двигатель
3a. Датчик кислорода 1
3b. Датчик кислорода 2
4. Катализатор
5. Форсунки инжектора
6. Электронный Блок Управления
Vv напряжение управления форсунками
Vs напряжение с датчика
Qe Количество впрыскиваемого топлива
Датчик кислорода передает сигнал (напряжение) электронному блоку управления (ЭБУ) двигателем. Этот сигнал используется системой для обогащения или обеднения смеси в соответствии с величиной напряжения с датчика (см. Рис. 8). Таким образом система обогащает бедную смесь, увеличивая количество впрыскиваемого топлива, и обедняет богатую, уменьшая количество топлива.
Диагностика
Лямбда-зонд сравнивает уровень содержания кислорода в выхлопных газах и в окружающем воздухе и представляет результат этого сравнения в форме аналогового сигнала. Применяются двухуровневые зонды, чувствительный элемент которых выполнен из оксида циркония либо из оксида титана, но на их смену приходят широкополосные лямбда-зонды. При условии сгорания стехиометрической топливо-воздушной смеси, напряжение выходного сигнала лямбда-зонда равно 445…450mV.
Но расстояние от выпускных клапанов газораспределительного механизма двигателя до места расположения датчика и значительное время реакции чувствительного элемента датчика приводят к некоторой инерционности системы, что не позволяет непрерывно поддерживать стехиометрический состав топливо-воздушной смеси. Практически, при работе двигателя на установившемся режиме, состав смеси постоянно отклоняется от стехиометрического в диапазоне ±2…3% с частотой 1…2раза в секунду. Этот процесс чётко прослеживается по осциллограмме напряжения выходного сигнала лямбда-зонда.
осциллограмма напряжения выходного сигнала исправного лямбда-зонда BOSCH.
Двигатель работает на холостом ходу. Частота переключения сигнала составляет ~1,2Hz.
Проверка выходного сигнала датчика Измерение напряжения выходного сигнала лямбда-зонда блок управления двигателем производит относительно сигнальной «массы» датчика. Сигнальная «масса» двух- и четырёх-проводных лямбда-зондов BOSCH выведена через отдельный провод (провод серого цвета идущий от датчика) на разъём датчика. Сигнальная «масса» одно- и трёх-проводных лямбда-зондов BOSCH соединена с металлическим корпусом датчика и при установке датчика автоматически соединяться с «массой» автомобиля через резьбовое крепление датчика. Выведенная через отдельный провод на разъём датчика сигнальная «масса» лямбда-зонда в большинстве случаев так же соединена с «массой» автомобиля. Встречаются блоки управления двигателем, где провод сигнальной «массы» лямбда-зонда подключен не к «массе» автомобиля, а к источнику опорного напряжения. В таких системах, измерение напряжения выходного сигнала лямбда-зонда блок управления двигателем производит относительно источника опорного напряжения, к которому подключен провод сигнальной «массы» лямбда-зонда. Для просмотра осциллограммы напряжения выходного сигнала лямбда-зонда, разъём осциллографического щупа должен быть подключен к любому из аналоговых входов осциллографа, чёрный зажим типа «крокодил» осциллографического щупа должен быть подсоединён к «массе» двигателя диагностируемого автомобиля, пробник щупа должен быть подсоединён параллельно сигнальному выводу датчика (провод чёрного цвета идущий от датчика).
Осциллограмма напряжения выходного сигнала неисправного лямбда-зонда BOSCH.
Двигатель работает на холостом ходу. Частота переключения сигнала занижена и составляет ~0,6Hz. Снижение частоты переключения выходного сигнала лямбда-зонда может быть вызвана возросшим временем перехода выходного напряжения зонда от одного уровня к другому из-за старения или химического отравления датчика. Неисправность может привести к раскачке частоты вращения двигателя на режиме холостого хода и к потере «приёмистости» двигателя. Ресурс датчика содержания кислорода в отработавших газах составляет 20 000…80 000 km. Из-за старения, выходное электрическое сопротивление лямбда-зонда снижается при значительно более высокой температуре чувствительного элемента до значения, при котором датчик приобретает способность отклонять опорное напряжение. Из-за возросшего выходного электрического сопротивления, размах выходного напряжения сигнала лямбда-зонда уменьшается. Стареющий лямбда-зонд легко можно выявить по осциллограмме напряжения его выходного сигнала на таких режимах работы двигателя, когда поток и температура отработавших газов снижаются. Это режим холостого хода и малых нагрузок. Практически, стареющий лямбда-зонд всё ещё работает на движущемся автомобиле, но как только нагрузка на двигатель снижается (холостой ход), размах сигнала быстро начинает уменьшаться вплоть до пропадания колебаний.
Осциллограмма напряжения выходного сигнала неисправного лямбда-зонда BOSCH. Двигатель работает на холостом ходу. Переключения выходного сигнала отсутствуют. Напряжение выходного сигнала стареющего лямбда-зонда при работе двигателя на холостом ходу становится почти стабильным, его значение становится близким опорному напряжению 300…600mV.
Уровень содержания кислорода в камере с атмосферным воздухом при этом оказывается значительно выше уровня содержания кислорода в выхлопных газах, вследствие чего зонд генерирует напряжение 1V положительной полярности. В случае разгерметизации лямбда-зонда, в камеру с атмосферным воздухом проникают отработавшие газы с низким содержанием кислорода. На режиме торможения двигателем (закрытая дроссельная заслонка при вращении двигателя с высокой частотой, подача топлива при этом отключена), в выхлопную систему двигателем выбрасывается почти чистый атмосферный воздух. В таком случае, уровень содержания кислорода в выхлопной системе резко возрастает и уровень содержания кислорода в атмосферной камере зонда оказывается значительно ниже уровня содержания кислорода в отработавших газах, вследствие чего зонд генерирует напряжение 1V отрицательной полярности. Блок управления двигателем в таком случае считает лямбда-зонд исправным, так как вскоре после пуска двигателя и прогрева, датчик отклонил опорное напряжение и снизил его до ~0V.
Выходное напряжение зонда напряжением ~0V свидетельствует о близком уровне содержания кислорода в отработавших газах и в разгерметизированой атмосферной камере зонда. На блок управления двигателем поступает сигнал зонда низкого уровня, что является для него свидетельством обеднённой топливовоздушной смеси. Вследствие этого, блок управления двигателем обогащает топливовоздушную смесь. Таким образом, разгерметизация лямбда-зонда приводит к значительному обогащению топливовоздушной смеси. При этом многие системы самодиагностики выявить данную неисправность зонда не способны.
Широкополосный лямбда-зонд Выходной сигнал широкополосного лямбда-зонда в отличие от двухуровневых зондов несёт сведения не только о направлении отклонения состава рабочей смеси от стехиометрического, но и о его численном значении. Анализируя уровень выходного сигнала широкополосного лямбда-зонда, блок управления двигателем рассчитывает численное значение коэффициента отклонения состава рабочей смеси от стехиометрического состава, что, по сути, является коэффициентом лямбда.
Для широкополосных зондов производства BOSCH Выходное напряжение чувствительного элемента зонда (чёрный провод относительно жёлтого провода) изменяется в зависимости от уровня содержания кислорода в отработавших газах и от величины и полярности электрического тока, протекающего по кислородному насосу зонда (красный провод относительно жёлтого). Блок управления двигателем генерирует и подаёт на кислородный насос зонда электрический ток, величина и полярность которого обеспечивает поддержание выходного напряжения чувствительного элемента зонда на заданном уровне (450 mV). Если бы двигатель работал на топливовоздушной смеси стехиометрического состава, то блок управления двигателем установил бы на красном проводе напряжение равное напряжению на жёлтом проводе, и ток протекающий через красный провод и кислородный насос зонда был бы равен нулю.
При работе двигателя на обеднённой смеси, блок управления двигателем на красный провод подаёт положительное напряжение относительно жёлтого провода, и через кислородный насос начинает течь ток положительной полярности. При работе двигателя на обогащенной смеси, блок управления изменяет полярность напряжения на красном проводе относительно жёлтого провода, и направление тока кислородного насоса так же изменяется на отрицательное. Величина тока кислородного насоса устанавливаемая блоком управления двигателем зависит от величины отклонения состава топливовоздушной смеси от стехиометрического состава. В электрическую цепь кислородного насоса включен измерительный резистор, падение напряжения на котором и является мерой уровня содержания кислорода в отработавших газах.
Проблемы
Проблема заключается в следующем, цена на новый ЛЗ сейчас очень высока. На рынках в магазинах сейчас очень часто попадаются бракованные, поддельные ЛЗ, в случае установки его в выпуск, обратно вернуть его уже весьма проблематично.
Из того что испытывалось, нагрев строительным феном ЛЗ до 350 С с подачей опорного напряжения 0,45 в никакой реакции (способ найден в инете!) на ламповом оссцилоскопе с высоким входным сопротивлением.
Но порадовало одно у чуствительного элемента ЛЗ есть емкость где то в районе 50-80 Пикофарад.
Другой более надежный способ рожденный опытом это берем газовый паяльник и нагреваем чуствительный элемент при этом разьем лямды подключен к эбу и смотрим на отклонение напряжения от опорного, в небольших пределах мы увидим отклонение что косвенно потверждает его исправность.
Меня интересуют варианты безустановочной диагностики ЛЗ. Буду рад любым идеям, даже самым бредовым на первый взгляд.
Проверка лямбды
НА просторах сети нашел
Перед выполнением проверки лямбда-зонда необходимо прогреть мотор автомобиля. Перед тем, как проверить лямбда-зонд, необходимо найти в инструкции компании-производителя данные об основных характеристиках датчика кислорода. Необходимо произвести проверку тех показателей, которые зависят от правильности работы кислородного датчика. К примеру, это касается опережения зажигания, функционирования системы подачи бензина, а также напряжения электрической сети авто. Кроме этого, убедитесь в том, что на проводах и корпусе отсутствуют повреждения механического характера. Далее нужно найти, где расположен лямбда-зонд. Убедитесь в том, что датчик не покрыт слоем загрязнений. Если диагностика лямбда-зонда помогла увидеть, что на нем присутствует серьезный слой свинца, сажи либо непонятного вещества светло-серого цвета, вероятно, придется покупать новый датчик кислорода. Отложения – это признак того, что используемый бензин имеет недостаточно качественный состав. Если на наконечнике лямбда-зонда ничего нет, необходимо продолжить проверку датчика кислорода. Отсоединяем лямбда-зонд от колодки и соединяем прибор с вольтметром. Заводим двигатель авто, нажимаем на педаль акселератора, чтобы стрелка тахометра достигла отметки в 2,5 тыс. об/мин. С помощью устройства, предназначенного для обогащения смеси топлива, необходимо уменьшить количество оборотов до 200 об/мин. Если на машине установлена электронная система управления работой системы топлива, необходимо вытащить из регулятора давления бензина вакуумную трубку. Далее обратите внимание на показания цифрового вольтметра. Если вы увидите, что они достигают 0.9 В, это свидетельствует о правильной работе датчика кислорода. Если лямбда-зонд будет неисправен, вольтметр вообще не отреагирует или покажет меньше 0.8 В. Испытание на обедненную смесь. С помощью вакуумной трубки необходимо обеспечить подсос воздуха. В случае нормальной работы лямбда-зонда, вольтметр покажет 0.2 В или меньше. Проверка датчика кислорода в динамике. Подсоединяем лямбда-зонд к разъему системы, обеспечивающей подачу бензина, после чего подключаем параллельно вольтметр. Обороты мотора надо повысить до 1,5 тыс. об/мин. Если кислородный датчик работает, показания должны составить около 0.5 В. Иные параметры – верный признак поломки лямбда-зонда.Сигнал с ДК должен изменяться от 0,1 вольта до 0,9 в. Если у вас точный прибор и вы видите, что изменения происходят в меньшем диапазоне (например от 0,2 до 0,7), датчик подлежит замене.
Засеките время в течение которого показания меняются от большего к меньшему. Принято считать что за 10 секунд должно быть 9-10 изменений показаний. Если они меняются реже, то велика возможность появления ошибки : медленный отклик датчика кислорода.
Сегодня половину попробую сделать. Нужно же с чего то начинать…
Заметил такое вот- при прогреве на бензе, по БК показывает напряжение ДК в пределах 0,1 — 0,7. А вот при этом же прогреве переключаю на газ, температура движка при этом 40градусов, то лямбда перестает прыгать по показаниям и показывает 0,9. В нормальном режиме- она то должна изменять показания. как на бензине.
Для тех, кто заблуждается относительно кислородного датчика, хочу сообщить, что главным для него является именно кислород, не состав смеси и не угол опережения зажигания или еще что-нибудь как некоторые считают. Принцип такой: с ЭБУ (электронный блок управления) на сигнальный вывод датчика поступает опорное напряжение мощностью 0.45 В. Чтобы окончательно убедиться в этом можно отключить разъем датчика и произвести замер напряжения при помощи сканера или мультиметра. Если все соответствует вышеуказанным значениям делаем вывод — с датчиком все окей и подключаем его обратно.
При увеличении количества кислорода в выхлопных газах, которые обволакивают кислородный датчик — его напряжение снижается где-то до — 0.1В, что намного меньше необходимых — 0.45 В. При нехватке кислорода напряжение наоборот увеличится до — 0.8-0.9 В
1. Ситуация первая. Есть «жалоба» на то, что смесь «бедная» и напряжении на сигнальном выводе низкое. Делаем проверку — для этого увеличиваем подачу топлива, посредством пережатия шланга обратного слива, если такового не имеется можно брызнуть бензина шприцом во впускной коллектор и посмотреть на реакцию датчика. Если показал обогащенную смесь, тогда замена лямбда зонда — не имеет смысла и причина кроется в системе подачи топлива, она скорее всего недодает топливо.
2. Ситуация вторая. Зонд сообщает о богатой смеси. Сделайте искусственный подсос, для этого снимите один из вакуумных шлангов, если напряжение на кислородном датчике снизилось — делаем заключение — он полностью исправен.
3. Ситуация третья — довольно редкая, но не менее неприятная. Сделайте подсос, пережав «обратку» — если сигнал датчика не изменился и находится в пределах 0.45 В, либо данные очень медленно меняются и в малых пределах — констатируем «смерть» лямбда зонда. Такое поведение недопустимо, в идеале он должен быстро и четко реагировать на любые изменения в составе смеси, своевременно изменяя напряжение на сигнальном выводе.
Для тех, кому еще «мало», кто жаждет более глубоких познаний хочу добавить, имея минимум опыта можно без труда определить степень износа кислородного датчика. Принцип основан на крутости фронтов перехода с богатой смеси к бедной и обратно. Рабочий датчик моментально реагирует на почти вертикальный переход, если смотреть мотортестером. Изношенный или «отравленный» датчик медленно реагирует, поэтому фронты переходов будут пологие, вывод — кислородный датчик нужно заменить.
Плохая реакция лямбда зонда на кислород позволяет понять еще один довольно распространенный момент. Пропуски воспламенения, сопровождаются выпуском из выпускного тракта смесь большого кол-ва воздуха и топлива, следовательно «лямбда» расценивает это как увеличенное содержание кислорода в отработанных газах. Поэтому иногда замена датчика кислорода ни к чему не приводит и новый лямбда зонд продолжает показывать ошибки.
Следует учитывать также и еще один важный момент: подсос воздуха в выпускную систему перед кислородным датчиком. Как вы помните, лямбда зонд реагирует на кислород, не сложно догадаться, что будет в случае воздушного свища возле него. Все правильно он сообщит о переизбытке кислорода, то есть о «бедной» смеси. При этом на самом деле смесь может быть наоборот переобогащенной. В это время ЭБУ учитывая то, что «лямбда» кричит о бедной смеси обогатит ее, результатом этого «испорченного телефона» станет парадоксальная ситуация: ошибка «бедная смесь», при этом газоанализатор сообщает о «богатой» смеси. В данном случае, кстати именно газоанализатор, становится хорошим помощником диагноста.
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. Контролируются следующие параметры:
1. при значении Лямбда=0,9 (обогащенная горючая смесь) напряжение на сигнальном проводе должно быть не менее 0,65 В;
2. при значении лямбда=1,1 (обедненная горючая смесь) напряжение на сигнальном выводе должно быть не более 0,25 В;
3. время срабатывания при обедненной горючей смеси — не более 250 мс;
4. время срабатывания при обогащенной горючей смеси — не более 450 мс;
5. сопротивление при температуре 350 + 50 «С не более 10кОм.
Коэффициент избыточности воздуха — L (лямбда) характеризует — насколько реальная топливно-воздушная смесь далека от оптимальной (14,7:1). Если состав смеси — 14,7:1, то L=1 и смесь оптимальна. Если L < 1, значит недостаток воздуха, смесь обогащенная. Мощность двигателя увеличивается при L=0,85 — 0,95. Если L >1, значит налицо избыток воздуха, смесь бедная. Мощность при L=1,05 — 1,3 падает, но зато экономичность растет. При L > 1,3 смесь перестает воспламеняться и начинаются пропуски в зажигании. Бензиновые двигатели развивают максимальную мощность при недостатке воздуха в 5-15% (L=0,85 — 0,95), тогда как минимальный расход топлива достигается при избытке воздуха в 10-20%% (L=1,1 — 1,2). Таким образом соотношение L при работе двигателя постоянно меняется и диапазон 0,9 — 1,1 является рабочим диапазоном лямбда-регулирования. В то же время, когда двигатель прогрет до рабочей температуры и не развивает большой мощности (например работает на ХХ), необходимо по возможности более строгое соблюдение равенства L=1 для того, чтобы трехкомпонентный катализатор смог полностью выполнить свое предназначение и сократить объем вредных выбросов до минимума.Как понять насколько работоспособен датчик? Ввобще-то для этого потребуется осциллограф. Ну или специальный мотор-тестер, на дисплее которого можно наблюдать осциллограмму изменения сигнала на выходе ЛЗ. Наиболее интересными являются пороговые уровни сигналов высокого и низкого напряжения (со временем, при выходе датчика из строя, сигнал низкого уровня повышается (более 0,2В — криминал), а сигнал высокого уровня — снижается (менее 0,8В — криминал)), а также скорость изменения фронта переключения датчика из низкого в высокий уровень. Есть повод задуматься о предстоящей замене датчика, если длительность этого фронта превышает 300 мсек.
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.
Какие показания должны быть у лямбда зонда на холостом ходу
©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 0.1В. 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, Р0131 «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.
Итак, выводы.
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 любой 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.