НАЗНАЧЕНИЕ: Предоставляет информацию ЭБУ двигателем о содержании кислорода в отработанных газах и служит прибором, по которому осуществляется обратная связь системы управления впрыском топлива.

ПРИНЦИП РАБОТЫ: Для полного сгорания 1 Кг бензина требуется 14,7 Кг воздуха. Для полного сгорания 1 Кг дизельного топлива требуется 14,45 Кг воздуха. Такое соотношение принято называть «стехиометрическим», т.е. в такой смеси идеально совпадают теоретические и практические соотношения «воздух-топливо». Для характеристики такого соотношения введено понятие «лямбда» и, если состав смеси «стехиометрический», то «лямбда» = 1.

При сгорании таких смесей в цилиндрах теоретически должны содержаться продукты горения С02, Н20, N2 но должен отсутствовать свободный кислород. Смеси, в которых количество воздуха больше теоретически необходимого, называют «бедными» и для них «лямбда» больше 1. И наоборот.

Для анализа состава отработанных газов разработан прибор, который назвали «датчик содержания кислорода в отработанных газах», или «кислородный датчик», или «лямбда-зонд». Такой датчик устанавливается в зоне выхода отработанных двигателем газов: выпускной коллектор или труба выпускной системы перед нейтрализатором. В некоторых системах кислородный датчик установлен и после нейтрализатора, но он выполняет несколько другую функцию (рассмотрим в конце данного раздела).

Принцип работы системы простой: сигнал с кислородного датчика в виде низкого напряжения идентифицируется блоком управления как «бедная» смесь - блок увеличивает длительность открытого состояния форсунок и вновь анализирует сигнал с датчика, если напряжение высокое - уменьшает время открытого состояния форсунок и т.д.

Существует несколько разновидностей кислородных датчиков. Рассмотрим основные.

Циркониевый кислородный датчик. В качестве электролита исполь- , зуется двуокись циркония ZrO2. Принцип работы датчика заключается в генерировании напряжения, величина которого зависит от отношения содержа ния кислорода в отработанных газах и окружающем воздухе.

При незначительном изменении состава смеси в области стехиометрического значения - э.д.с. на сигнальном электроде изменяется от нескольких милливольт до 1 В (рис. 1). Эти переключения и используются при управлении процессом регулирования состава смеси. Устройство кислородного датчика представлено на рис. 2. Внешний и внутренний электроды выполнены из пористой платины и разделены слоем электролита из диоксида циркония. Внутренний электрод находится в воздухе, а внешний - в потоке отработанных газов. После прогрева, пористая керамика на основе ZrO2 начинает проводить ионы кислорода за счет различной концентрации кислорода в атмосфере и в отработанных газах. Возникает гальваническая пара и разность потенциалов.

 

 

До прогрева и начала работы датчика управ­ление работой двигателя производится по разом­кнутой схеме управления, т.е. без обратной свя­зи - по заложенному в ЭБУ алгоритму. Некото­рые производители не используют опорное напря­жение, а поддерживают на входе в ЭБУ нулевое напряжение. После прогрева двигателя начина­ют меняться показания кислородного датчика и управление двигателем переходит в режим зам­кнутого контура управления с обратной связью. Если после прогрева и работе двигателя на раз­личных режимах значения на сигнальном выво­де датчика не изменились, система самодиагно­стики ЭБУ двигателем должна зафиксировать не­исправность кислородного датчика.

Для более быстрого прогрева кислородного дат­чика некоторые производители располагают его непосредственно на выпускном коллекторе, датчик быстрее входит в рабочий температурный режим, но при этом, в дальнейшем используется при повы­шенных температурах и быстрее выходит из строя. Уменьшению времени прогрева способствует на­гревательный элемент, встроенный в датчик. Со­противление нагревательного элемента 3 - 15 Ом. Напряжение на обмотке прогрева 12 В. За 10 се­кунд на режиме холостого хода исправный датчик совершает 4 - 6 переключений. На повышенных оборотах вращения коленвала двигателя, число пе­реключений возрастает при правильной регулиров­ке двигателя. Внешний вид кислородного датчика представлен на рис. 3. Осциллограмма исправного кислородного датчика - на рис. 4.

Титановый (ТIO2) кислородный датчик рабо­тает на другом принципе - меняет проводимость в зависимости от содержания кислорода в отра­ботанных газах. Титановый датчик меняет сопро­тивление от 1 Ком до 100 Ком при изменении содержания кислорода в отработанных газах. «Бедная» смесь: высокое сопротивление и низкое напряжение. «Богатая» смесь: низкое сопротивле­ние и высокое напряжение.

Опорное напряжение обычно 1 В. Изменение напряжения на сигнальном проводе от 0,6 до 4,8 В. Сопротивление нагревательного элемента от 7 до 40 Ом.

На рис. 5 приведена характеристика переклю­чения сигнала в зависимости от состава смеси. На рис. 6 приведена осциллограмма на режиме XX исправного датчика.

При богатой смеси сопротивление титанового элемента уменьшается, увеличивается ток и воз­растает напряжение на сигнальном проводе.

 

Применяются на двигателях фирм НИССАН, ОПЕЛЬ, ДЖИП. Для поддержания высокой температур­ной зависимости и стабильности в работе в дат­чик встроен подогреватель.

 

 

Датчик сверхобеднённой смеси (LAF) при меняются для анализа состава смеси в диапазоне от 12:1 до 23:1, т.к. обычные датчики в этом диапазоне работают не точно. Кислородный датчик из ZrO2 работает за счёт перемещения ионов кислорода в твёрдом электролите при различном со держании кислорода в отработанных газах двигателя и в воздухе. Возникает разность потенциалов, которую и анализирует ЭБУ двигателем. LAF датчик состоит из двух обычных циркониевых дат чиков, но общая конструкция и принцип работы отличается и состоит в следующем.

Внешняя сторона чувствительного элемента датчика 1 находится в выпускном коллекторе и соприкасается с отработанными газами (вывод А). Внутренняя сторона чувствительного элемента датчика 1 располагается в изолированной диффузионной камере (вывод В). Контакт внешней сто роны датчика 1 подключён к ЭБУ. На нём генерируется напряжение, отражающее разницу концентраций кислорода в отработанных газах и в диффузионной камере. Диффузионная камера не со прикасается с атмосферой.

Внутренняя часть чувствительного элемента датчика 2 находится в диффузионной камере (вывод С), а внешняя часть - в атмосфере (вы вод Это насосная часть. Движение ионов кислорода процесс обратимый, т.е. перемещение ионов кислорода между электродами создаёт разность потенциалов, а «приложение» напряжения вызывает перемещение ионов кислорода. На чувствительные элементы - внутренняя часть датчика 1 и внутренняя часть датчика 2 подаётся эталонное напряжение 2,7 В относительно массы. Создавая напряжение на управляющем элементе внешней стороны датчика 2 (D) ЭБУ может создавать условия для движения ионов кислорода в диффузионную камеру или из неё. Изменения напряжения производятся таким образом, чтобы поддерживать выходное напряжение на выводе А равное 0,45 В, т.е. на пряжение на выводе D может быть положительным («бедная» смесь) или отрицательным («богатая» смесь). Диапазон изменения напряжения примерно 1,5 В.

 

Датчик обеднённой смеси (LAF) применяются для анализа состава сме­си в диапазоне до 23:1. Обычный кислородный датчик не может точно определить на сколько смесь «бедна» (ТОЙОТА, ХОНДА). Устройство датчика обеднённой смеси : к циркониевому чув­ствительному элементу подаётся постоянное на­пряжение, вызывающее протекание через него электрического тока. Величина протекающего тока будет зависеть от разницы концентраций кис­лорода на электродах. Для со­здания постоянного тока в дат­чике используется дополни­тельный диффузионный слой. Если смесь «богатая», то в датчике ток не генерируется. Если «бед­- величина генерируемого тока увеличивается. Для определения степе­ни обеднения смеси ЭБУ изменяет напря­жение на датчике и «анализирует» приращение тока, т.е. по мере «обеднения» смеси - ток увели­чивается.

 

При «обогащённой» смеси датчик работает как обычный циркониевый датчик, т.е. генерирует напряжение более 0,5 В, а при «обеднённой» смеси работа ет как источник тока и для увеличения чувствительности датчика ЭБУ подаёт на него напряжение.

 

Широкополосный кислородный датчик (Wide Range Air/Fuel Sensor) применяются для анализа состава смеси в диапазоне до 23:1 (ТОЙОТА, ЛЕКСУС). Выходной сигнал датчика соответствует составу смеси во всём диапазоне её изменений (рис. 9).

При постоянно приложенном напряжении, ток меняется при изменении состава смеси. Рабочая температура такого датчика выше, поэтому при­меняются подогреватели высокой мощности с током подогрева до 6 А. Сопротивление подогре­вательного элемента 0,8 - 1,5 Ом. Применяется импульсный способ подогрева.

 

РАСПОЛОЖЕНИЕ:В выпускном коллекторе, перед или после нейтрализатора отработанных газов.

 

НЕИСПРАВНОСТИ: Кислородный датчик является сменным элементом и служит 80 - 150 тыс.

км, но может выйти из строя и за 100 км или служить 200 тыс.км. Боится ударов; применения в двигателе этилированного бензина; бензина с высоким содержанием антидетонаторов; попадания в выпускную систему повышенных концентраций несгоревших углеводородов: моторное масло, несгоревший бензин или различные присадки к топливу.

Неисправность циркониевого или титанового датчика может проявляться в следующем виде: долгий прогрев, при котором напряжение на сигнальном проводе не изменяется; после прогрева датчика напряжение на сигнальном проводе зависает в районе средних величин или медленно из меняется в небольших пределах.

 

МЕТОДИКА ПРОВЕРКИ: Датчики кисло рода могут быть однопроводными - в ЭБУ двигателем идёт сигнальный провод (обычно чёрный), масса-через металл выпускной системы; трёх проводными - обмотка прогрева (два белых прово да), сигнальный провод(обычно чёрный), масса  через металл выпускной системы; четырёхпроводным - обмотка прогрева(два белых провода), сигнальный провод (обычно чёрный), масса(обыч но серый провод).

Нормально работающий датчик(при исправности всех систем двигателя и расположенный перед нейтрализатором) осуществляет от 3 до 5 явно выраженных «переключений» за 10 сек. При повышении оборотов двигателя - количество «переключений» возрастает.

 

Проверку на обеднение смеси можно провес ти, отключением разъема форсунки. Проверку на обогащение смеси можно провести, отключением вакуумного патрубка регулятора давления топлива или впрыском во впускной коллектор небольшого количества аэрозольного средства для быстрого старта двигателя, содержащего летучие эфирные соединения. При этом напряжение на сигнальном выводе должно измениться по тем правилам, которые приведены при описании принципов работы датчика кислорода данного типа. Дат чики кислорода, расположенные после нейтрали затора, предназначены для проверки эффективности работы самого нейтрализатора. Если сигналы кислородных датчиков до и после нейтрализатора практически совпадают, то нейтрализатор своих функций не выполняет. Сигнал кислородного дат чика после исправного нейтрализатора обычно представляет собой незначительные колебания в районе опорного напряжения.

 

РЕМОНТ: Ремонту не подлежит.