Датчик кислорода (Лямбда-зонд). (Р)

Датчик концентрации кислорода

В современных автомобильных двигателях, снабженных системой впрыска топлива и каталитическим нейтрализатором, необходимо точно контролировать состав топливовоздушной смеси (ТВ-смеси) и поддерживать коэффициент избытка воздуха на постоянном уровне (а=1), чем обеспечиваются экономия топлива и уменьшение содержания токсичных веществ в выхлопе. Для этого применяются датчики концентрации кислорода (ДКК), устанавливаемые в системе отвода выхлопных газов вырабатывающие сигнал зависящий от концентрации кислорода в выхлопе. При изменении концентрации кислорода в отработавших газах ДКК формирует выходное напряжение, которое изменяется приблизительно от 0, 1 В (высокое содержание кислорода — бедная смесь), до 0, 9 В (при низком содержании кислорода — богатая смесь). Для нормальной работы датчик должен иметь температуру не ниже 300°С. Поэтому для быстрого прогрева датчика после пуска двигателя, в него встроен нагревательный элемент. Сигнал от ДКК используется в ЭБУ двигателя для коррекции длительности открытого состояния форсунок и поддержания, тем самым, стехиометрического состава топливовоздушной смеси. Если смесь бедная (низкая разность потенциалов на выходе датчика), то в ЭБУ-Д вырабатывается команда на обогащение смеси. Если смесь богатая (высокая разность потенциалов) — дается команда на обеднение смеси.

В основном используются циркониевые и титановые датчики концентрации кислорода, работа которых основывается на том факте, что их выходное напряжение остается постоянно (равным 0, 45 В при а=1), но может изменяться скачком от 0, 1 В до 0, 9 В при изменении коэффициента избытка воздуха в диапазоне ос=0, 99...1, 1 при переходе через значение а=1.
Имеется несколько разновидностей датчиков концентрации кислорода:

• Датчик с одним потенциальным выводом и заземляемым корпусом. От потенциального вывода сигнал поступает в ЭБУ-Д. В качестве второго сигнального провода используется масса автомобиля.
• Датчик с двумя потенциальными выводами. Здесь измерительная цепь датчика не связана с массой, а используется второй провод.
• Датчик с тремя выводами, на одном из которых — измерительный сигнал, два провода — для питания электронагревателя датчика. В качестве измерительной земли используется масса автомобиля.
• Датчик с четырьмя выводами. Здесь и нагреватель и датчик изолированы от массы.
Диагностика датчика кислорода с помощью сканера

Процедура диагностики следующая:
• Подключить сканер к диагностическому разъему автомобиля.
• В режиме холостого хода хорошо прогреть двигатель и датчик концентрации кислорода, затем под¬нять обороты до 2500 об/ мин.
• Убедиться, что система управления двигателем работает в замкнутом режиме.
• Установить на сканере режим записи параметров ДКК и произвести запись.
• Просмотреть запись и определить параметры выходного сигнала датчика кислорода.
• При исправности системы подачи топлива и датчика ДКК, амплитуда сигнала должна равномерно колебаться с частотой 3-10 Гц (чем выше частота, тем надежнее работает система), при постоянной частоте вращения коленвала двигателя (w=40..42 Гц). Нижний уровень сигнала должен находиться в диапазоне 0, 1-0, 3 В, верхний — между уровнями 0, 6-0, 9 В. Фронты сигнала крутые.
Диагностика датчика кислорода с помощью мультиметра

Используется цифровой мультиметр (лучше автомобильный) в режиме измерения постоянного напряжения с высоким входным сопротивлением. Подключение мультиметра к датчику кислорода показано на рис. 4.
Диагностика проверка датчиков электронной системы управления двигателем
Двигатель прогревают, система управления должна работать в замкнутом режиме, мультиметр покажет среднее значение напряжения на выходе датчика:
• если датчик не реагирует на изменяющуюся концентрацию кислорода в выхлопных газах, на его выходе будет постоянное напряжение примерно 450 мВ. Однако вывод о неисправности датчика делать преждевременно, так как исправный датчик с симметричным выходным сигналом даст выходной сигнал со средним значением напряжения 450-500 мВ;
• показания более 550 мВ означают, что большую часть времени напряжение на выходе датчика высокое, т.е. топливная система подает в двигатель богатую смесь, или датчик закоксован;
• показания менее 350 мВ означают, что большую часть времени напряжение на выходе датчика низкое, т.е. топливная система подает в двигатель бедную смесь. Возможна утечка разрежения во впускном коллекторе или ограничена подача топлива через засорившиеся фильтр или форсунку. Если используемый мультиметр поддерживает режим определения максимального и минимального значения сигнала, результат будет более информативен (табл. 2).
Диагностика проверка датчиков электронной системы управления двигателем

Проверка датчика кислорода с помощью осциллографа

Осциллограф является удобным средством для проверки датчика кислорода. Прибор подключается к выходу датчика, двигатель прогревается, система управления должна работать в замкнутом режиме. Осциллограмма для случая полной исправности датчика ДКК показана на рис. 5: колебания равномерные, максимальное напряжение больше 800 мВ, минимальное — меньше 200 мВ, частота 0, 5-10 Гц, фронты крутые.

На рис. 6 представлены осциллограммы выходного сигнала датчика кислорода при ускорении и торможении автомобиля на испытательном тормозном стенде. Топливная смесь соответственно обогащается или обедняется.
Диагностика проверка датчиков электронной системы управления двигателем
По осциллограмме выходного сигнала датчика кислорода можно проверить правильность работы системы управления двигателем в замкнутом режиме. Двигатель должен быть прогрет. Наблюдая за экраном осциллографа следует подать немного пропана из баллона в воздухозаборник двигателя. Датчик отреагирует на обогащение смеси: осциллограмма сначала будет такой как показано на рис. 7, затем ЭБУ-Д уменьшит подачу топлива и снова установятся колебания, как на рис. 5. После прекращения подачи пропана, сначала осциллограмма будет, как на рис. 8, затем восстановится рабочий режим (рис. 5).

В соответствии с требованиями стандарта ОВD-2 система управления двигателем с двумя датчиками кислорода контролирует исправность каталитического нейтрализатора. Для этого используется второй датчик кислорода на его выходе. На рис. 9 показаны осциллограммы выходных напряжений датчиков кислорода на входе и выходе каталитического нейтрализатора.
Диагностика проверка датчиков электронной системы управления двигателем

Неисправности, приводящие к неверным показаниям датчика кислорода

Напомним, что датчик кислорода реагирует на порционное давление кислорода в выхлопном газе, а не на наличие топлива. Поэтому, в некоторых случаях датчик кислорода ложно индицирует либо бедную, либо богатую смесь.
• При пропуске зажигания (например, неисправна или закоксована свеча), не вступивший в реакцию горения кислород поступает из цилиндра в выпускной коллектор, где датчик кислорода ложно регистрирует обеднение топливовоздушной смеси.
• При негерметичности выпускного коллектора датчик кислорода будет реагировать на кислород воздуха поступающего извне.

В любых случаях электронный блок управления двигателем реагирует на ложное обеднение ТВ-смеси как на истинное и автоматически увеличивает подачу топлива в цилиндры. Это приводит к забрызгиванию свечей зажигания, к пропускам воспламенения и к значительному перерасходу топлива.

Датчик кислорода выдает ложный сигнал об обогащении ТВ-смеси, если имеет место «отравление» датчика. Отравление наступает при появлении некоторых веществ в выпускном коллекторе, что вызывает изменение статических характеристик датчика кислорода и постепенный выход его из строя. Чаще всего отравителями являются свинец (Pb) из этилированного бензина или кремний (Si) из силиконовых герметиков (рис. 10).

Ложное обогащение может иметь место и при неисправности перепускного клапана в системе рециркуляции выхлопных газов от электрических наводок со стороны близкорасположенного высоковольтного провода системы зажигания, а также при плохом заземлении датчика кислорода.
Внешний осмотр датчика кислорода

Неисправный датчик кислорода ремонту не подлежит и требует замены, но перед заменой целесообразно внимательно осмотреть снятый датчик. Это поможет выяснить причину из-за которой датчик вышел из строя. В противном случае новый датчик прослужит недолго.

Черная сажа на датчике обычно образуется при работе на богатой ТВ-смеси.
Отложение на датчике белого (как мел) порошка бывает при «отравлении» датчика кремнием, например, если при ремонте двигателя был неправильно применен силиконовый герметик. Наличие белого песка на датчике означает его отравление антифризом из системы охлаждения. Датчик в этом случае может быть и зеленого цвета, при этом, скорее всего, дефектны головка цилиндров или прокладка головки. Темно-коричневые отложения на датчике свидетельствует, что в выхлопных газах слишком много масла (неисправна система вентиляции картера, изношены уплотнительные кольца поршней и т.д.).

датчик, лямбда, кислородный зонд, лямбда-зонд, датчик кислорода, выхлопная система, выпускная система