|
Лямбда-зонд (?-зонд) — датчик кислорода в выпускном коллекторе двигателя. Позволяет оценивать количество оставшегося свободного кислорода в выхлопных газах.
Датчик основан на свойствах оксида циркония — ZrO2 и начинает работать только при температурах более 350 °C. Для ускорения прогрева датчика в него монтируют электронагреватель, потому обычно датчик имеет пару сигнальных проводов и пару от подогревателя.
Рабочий элемент датчика — пористый керамический материал на основе двуокиси циркония, покрытый методом напыления платиной. Выхлопные газы обтекают рабочую поверхность. Датчик реагирует на разницу между уровнем кислорода в выхлопных газах и в атмосфере, вырабатывая на выходе соответствующую разность потенциалов. Первые «лямбда-зонды» были резистивными, то есть изменяли свое сопротивление. Современные датчики работают как пороговые элементы.
Сигнал используется системой управления для поддержания оптимального (стехиометрического, около 14:1) соотношения воздух/бензин в камерах сгорания. В стехиометрии — ? = (реальное к-во воздуха) / (необходимое к-во воздуха).
?=1 — стехиометрическая (теоретически идеальная) смесь;
?>1 — бедная смесь;
?<1 — богатая смесь (избыток бензина, воздуха не хватает для полного сгорания).
Поскольку некоторое количество кислорода должно присутствовать в выхлопе для нормального дожигания СО и СН на катализаторе, для более точного регулирования используют второй датчик, расположенный за катализатором.
Чувствительный элемент датчика кислорода находится в потоке отработавших газов. При достижении датчиком рабочих температур, превышающей 360 град. С, он действует как генератор, выдавая быстро изменяющееся напряжение, колеблющееся между 10 и 1000 милливольт. Это выходное напряжение зависит от концентрации кислорода в отработавших газах в сопоставлении с опорными данными о содержании кислорода в атмосфере, поступающими с элемента конструкции датчика, служащего для определения концентрации атмосферного кислорода. этот элемент представляет собой полость, соединяющуюся с атмосферой через небольшое отверстие в металлическом наружном кожухе датчика. Когда датчик находится в холодном состоянии он не выдаёт никакого напряжения или медленно изменяющиеся напряжение которое нельзя использовать. Кроме того с холодном состоянии внутреннее электрическое сопротивление датчика чрезвычайно высоко и составляет много миллионов Ом. Поскольку для эффективной работы датчик должен иметь температуру не менее 360 град. С, он снабжен установленным внутри электрическим нагревательным элементом, служащим для быстрого подогрева датчика после пуска двигателя.
Питание на данный нагревательный элемент подаётся из системы электропитания автомобиля при включённом зажигании автомобиля. Электронный блок управления постоянно подаёт на цепь датчика стабильное опорное напряжение 450 милливольт с очень низким током. Когда датчик имеет холодное состояние и не выдаёт никакого напряжения, ЭБУ "видит" только указанное стабильное опорное напряжение. По мере прогрева датчика при работающем двигателе его внутреннее сопротивление уменьшается, и он начинает выдавать быстро меняющееся напряжение, которое перекрывает выдаваемое ЭБУ стабильное опорное напряжение. Когда ЭБУ "видит" изменяющееся напряжение, ему становится известным что датчик прогрелся, и его выход готов для применения в целях "тонкой настройки". ЭБУ следит за выходами за пределы диапазонов среднего напряжения (приблизительно 300-600 милливольт) для принятия решения о переходе на режим управления по замкнутой петле обратной связи.
Каталитический нейтрализатор является пассивным устройством , призванным
дожигать остатки несгоревшего топлива в отработавших газах . Для этого в отработавших
газах должен присутствовать окислитель , т .е . кислород . Другим словами , эффективная
работа нейтрализатора , устанавливаемого на отечественных автомобилях , требует
стехиометрического состава смеси , подаваемого в цилиндры двигателя . Это означает , что
воздуха и топлива должно быть столько , что при полном их сгорании образовывались
вода и углекислый газ . Такими выхлопными газами можно дышать .
Однако , понятно , что содержание кислорода в воздухе зависит от погоды ,
условий местности (город , деревня ), влажность и т .д . Для компенсации этого в системе
управления есть датчик L-зонд . По нему и проводится коррекция топливоподачи . Его
показания в данный момент и определяют отличие состава смеси от стехиометрии
(бедная или богатая смесь ), а система управления автоматически добавляет или
уменьша ет топливоподачу .
Датчик кислорода установлен в выпускной системе двигателя и служит для
определения наличия кислорода в отработавших газах .
На поверхности датчика происходит реакция окисления несгоревшего топлива ,
эта поверхность служит своего рода катализатором этой реакции . Специальной слой на
поверхности датчика способен отдавать или восстанавливать ионы кислорода . Датчик
сообщается с атмосферным воздухом через свой жгут проводов . Разность концентрации
кислорода в атмосферном воздухе и на поверхности датчика и является причиной
меняющегося выходного напряжения датчика .
В богатой смеси топливо окисляется за счет кислорода на поверхности датчика ,
кислород удаляется с поверхности , напряжение растет . В бедной смеси (избыток воздуха )
поверхность восстанавливает кислород - напряжение падает .
Изменение выходного напряжения датчика связано с изменением концентрации
кислорода на поверхности датчика , вызванного процессами окисления несгоревшего
топлива в отработавших газах . Поэтому возможны на первый взгляд непонятные вещи : в
богатой смеси датчик показывает бедную смесь или в бедной смеси богатую . В первом
случае поверхность датчика загрязнена сажей , и реакции окисления не происходит . Во
втором случае , загрязнен вход жгута проводов датчика , через который обеспечивается
сообщение с атмосферным воздухом .
Все реакции , проходящие на поверхности датчика , происходят при высоких
температурах не менее 35?С . Поэтому датчик снабжен внутренним нагревателем ,
который после пуска двигателя ускоряет прогрев датчика . Блок управления имеет
встроенную модель прогрева датчика , по ней он и определяет готовность его к работе .
Иногда в системе возникает ошибка , связанная с датчиком кислорода , которая
затем пропадает . Есть большая вероятность , что это вызвано неправильной работой
модели . Система считает , что датчик готов к работе , но на самом деле его нужно еще
немного прогреть . Ошибка возникает и через некоторое время пропадает . А лампа
диагностики продолжает еще несколько часов гореть , смущая водителя . Такая же
ситуация может происходить и при неисправности цепей управления внутренним
нагревателем датчика или его отказе .
Выход из строя датчика кислорода не сразу заметен . Первые признаки этой
неисправности — раскачка оборотов двигателя на режиме холостого хода и повышенный
расход топлива (хотя эти проблемы могут быть вызваны и другими причинами ).
Неправильная работа контура с L-зондом по корректировке топливоподачи приводит к
возмущениям в работе регулятора , поддерживающего заданные обороты холостого хода .
Дальнейшее ухудшение работы датчика L-зонда приводит к невозможности поддержания
системой оборотов холостого хода .
Хуже дело обстоит с работой исправного датчика на российском топливе .
Кислородосодержащие добавки (высокие фракции спирт , эфир ) сдвигают стехиометрию
состава смеси в сторону обогащения (увеличивается расход топлива ).
Пропуски воспламенения в цилиндрах двигателя , связанные с перебоями в
зажигании или с плохим качеством топлива , приводят к содержанию в отработавших
газах большего количества несгоревшей смеси (повышенного содержания несгоревшего
кислорода и топлива ). L-зонд определяет бедную смесь , и , как следствие , система
увеличивает топливоподачу . В этом случае начинаются проблемы с повышенным
расходом топлива , перегревается нейтрализатор , что приводит к его оплавлению и
выходу из строя .
|
