Датчик кислорода: в борьбе за оптимальный состав горючей смеси

Датчик кислорода: в борьбе за оптимальный состав горючей смеси

В современных двигателях внутреннего сгорания присутствует система коррекции избытка кислорода в горючей смеси, основанная на датчике кислорода. О том, что такое датчик кислорода, каких типов он бывает, как устроен и работает, а также о верном выборе и замене этого датчика — читайте в данной статье.

Назначение датчика кислорода

Датчик кислорода (лямбда-зонд, датчик дожига, O₂ sensor) — компонент электронной системы управления двигателем; датчик системы лямбда-коррекции (коррекции избытка воздуха) в топливно-воздушной смеси, поступающей в цилиндры двигателя внутреннего сгорания.

Требования к экологической безопасности двигателей ужесточаются с каждым годом, поэтому инженерам приходится искать новые пути снижения концентрации опасных соединений в выхлопных газах. Сегодня эта задача решается комплексно — обеспечением оптимального состава топливно-воздушной смеси, при котором достигается наиболее полное ее сгорание, и внедрением в выхлопную систему каталитического нейтрализатора, который снижает концентрацию опасных веществ в отработавших газах. Эффективность работы нейтрализатора прямо связана с составом топливно-воздушной смеси: наибольшее количество (до 95% и более) несгоревших углеводородов, оксидов азота и угарного газа нейтрализуется только при объемном соотношении воздуха и топлива в горючей смеси 14,7:1.

Указанное соотношение является стехиометрическим, или идеальным, его условно принимают за единицу. Когда коэффициент больше единицы — смесь является бедной, в ней присутствует избыток воздуха. Когда коэффициент меньше единицы — смесь является богатой, в ней присутствует избыток топлива. Данный коэффициент обозначается греческими буквами α (альфа, используется в русскоязычной литература) и λ (лямбда, используется в иностранной литературе).

В современных моторах контроль и регулирование состава топливно-воздушной смеси обеспечивается системой коррекции избытка воздуха в ней по измерению концентрации остаточного кислорода в отработавших газах. В простейшем случае система состоит датчика кислорода (лямбда-зонда) в выпускном коллекторе (до входа в каталитический нейтрализатор), связанного с электронным блоком управления двигателем. Датчик измеряет содержание остаточного кислорода в выхлопе, и на основе этих измерений ЭБУ корректирует объем поступающего в камеры сгорания топлива. В более сложных системах используется дополнительный датчик кислорода на выходе из каталитического нейтрализатора.

Типы, конструкция и принцип работы датчика кислорода

Сегодня применяется два типа датчиков кислорода (лямбда-зондов):

• Гальванический (на основе диоксида циркония);
• Резистивный (на основе диоксида титана).

Оба датчика относятся к пороговому (узкодиапазонному) типу — вырабатываемый ими уровень или тип сигнала резко изменяется при незначительных отклонениях коэффициента лямбда от единицы.Работа датчиков основана на различных физических принципах, что обуславливает их конструкцию и функционирование в системе коррекции избытка кислорода.

Устройство и работа гальванического датчика кислорода

В основе датчиков этого типа лежит гальванический элемент с твердым электролитом (твердооксидный топливный элемент). Такой элемент выполнен в виде керамического стакана из диоксида циркония, легированного оксидом скандия или оксидом иттрия, с наружной и внутренней стороны имеющего пористое платиновое покрытие. Эта конструкция является гальваническим элементом, в котором керамический стакан выполняет функции твердого электролита, а платиновое покрытие — двумя электродами. Наружная часть элемента располагается в потоке отработавших газов, а ко внутренней части (внутрь стакана) подводится холодный атмосферный воздух (так называемая «опорная атмосфера»). При температурах от 400 °C такой элемент становится источником тока за счет химических реакций с участием проникающих в керамику ионов кислорода. И сила тока зависит от разницы концентрации кислорода на внутреннем и наружном электродах — именно этот факт используется для измерения остаточного кислорода в выхлопных газах.

Характеристики данного гальванического элемента таковы, что при λ=1 (оптимальная смесь) в нем возникает ток с напряжением около 0,5 В, но уже при незначительном изменении концентрации остаточного кислорода в выхлопных газах напряжение резко (скачком) изменяется. При λ=0,9 напряжение возрастает почти до 0,9 В, а при λ=1,1 — падает до 0,1 В. Данный сигнал поступает на ЭБУ, где обрабатывается и используется для управления системой подачи топлива.

Чувствительный элемент помещен в защитный кожух с прорезями и располагается на торце металлического корпуса датчика, на котором выполнена монтажная резьба (существуют датчики и с монтажным фланцем). Внутри корпуса располагается канал для подачи воздуха, проводники, изоляторы и другие детали. В некоторых датчиках дополнительно устанавливается одна или две электрических спирали для подогрева элемента до рабочей температуры. Если в автомобиле используется датчик без подогрева, то первые несколько минут после пуска мотора состав горючей смеси не корректируется, система лямбда-коррекции начинает работать только после прогрева. Датчики с подогревом требуют минимального времени на подготовку к работе и практически сразу обеспечивают коррекцию состава горючей смеси.

Датчик кислорода может иметь различное число выводов:

• 1 вывод — датчики без подогрева, в них присутствует только один сигнальный вывод, подключение к массе осуществляется через корпус прибора;
• 2 вывода — датчики без подогрева, в них один вывод является сигнальным, второй служит для подключения к массе;
• 3 вывода — датчики с подогревом; в них присутствует сигнальный вывод, вывод для подключения нагревательного элемента и общий массовый вывод;
• 4 вывода — датчики с подогревом, четвертый вывод может использоваться для подключения второго нагревательного элемента или подключения нагревательного элемента к массе.

Обычно подключение датчика осуществляется с помощью стандартного разъема, расположенного на жгуте выходящих из датчика проводов.

Устройство и функционирование резистивного датчика кислорода

В основе датчиков этого типа лежит резистивный элемент на основе пленок из диоксида титана, нанесенных на изолирующую подложку. Принцип действиядатчика прост и основан на свойстве диоксида титана при высоких температурах (от 200 °C, оптимальный режим — около 700 °C) изменять свое электрическое сопротивление в зависимости от парциального давления кислорода (то есть, от концентрации этого газа). Причем это изменение происходит скачкообразно: при обогащении топливной смеси (снижении концентрации кислорода) сопротивление составляет 1-10 кОм; при обеднении топливной смеси (повышении концентрации кислорода) сопротивление скачкообразно повышается на два порядка — до 1-10 МОм.

Датчик подключается к ЭБУ двигателя через измерительный мост, где выполняет функции одного из четырех резисторов. Сопротивления резисторов подобраны таким образом, что при λ=1 мост находится в балансе и сигнал на его выходе соответствует некоторой величине, которая условно принята за «ноль». При уменьшении концентрации кислорода сопротивление датчика резко падает и на выходе моста появляется напряжение 4-5 В. При увеличении концентрации кислорода сопротивление датчика резко возрастает и на выходе моста появляется напряжение около 0,2-0,4 В. Данные выходные напряжения поступают на ЭБУ, который вносит коррективы в работу системы впрыска топлива.

Конструктивно резистивные датчики аналогичны гальваническим, они тоже могут иметь нагревательный элемент и подключаться к ЭБУ с помощью одного, двух, трех или четырех проводов.

Вопросы выбора, проверки и замены датчика кислорода

Датчики кислорода работают в условиях повышенных температур и загрязнений, поэтому они обладают ограниченным ресурсом и требуют регулярной замены. Датчики без подогрева должны меняться после 50 тысяч км пробега, с подогревом — после 70 тысяч км пробега. Однако эти приборы могут выходить из строя раньше, это проявляется ухудшением работы двигателя — повышением расхода топлива, неустойчивым холостым ходом, повышением дымности выхлопа, падением мощности и другими признаками. Обычно неисправность датчика отображается кодом ошибки, но иногда система самодиагностики не может определить поломку. Самостоятельно выполнить диагностику датчика сложно, особенно для неспециалиста — эта работа требует применения специальных измерительных приборов (осциллографа), сканера и инструментов. Так что лучше проверку доверить специалистам.

На замену следует использовать только те типы и модели датчиков, что рекомендованы автопроизводителем. Другой лямбда-зонд, даже если он и встанет в выхлопную трубу, может давать неверные показания и лишь ухудшить работу двигателя. Замену нужно выполнять в соответствии с инструкцией по ремонту автомобиля, при этом следует использовать уплотнительные кольца и затягивать датчик с установленным усилием, в противном случае может возникнуть утечка газов или повреждение прибора. Если датчик подобран и заменен правильно, двигатель будет эффективно работать на всех режимах соответствовать экологическим требованиям.

Датчик обедненной смеси. Как это работает

O2 sensor, датчик дожига, датчик кислорода или лямбда-зонд.

Правильная работа, управляемость двигателя (а с ним и автомобиля), потребление топлива, токсичность и др. напрямую зависят от достоверности и качества информации, получаемой электронных датчиков, использующихся в работе компьютеризированной системы управления двигателем. Один из датчиков в этой системе — датчик кислорода. Его называют датчик «O2» (O2 — химическая формула кислорода), датчик «дожига» или лямбда-зонд.

Много факторов влияют на необходимое качество топливной смеси: температура воздуха, температура охлаждающей жидкости, положение дроссельной заслонки, поток воздуха, нагрузка на ДВС… Датчики измеряют эти параметры на ВХОДЕ и говорят «как дозировать», а датчик O2 – практически единственный видит, что на ВЫХОДЕ т.е. «как задозировали».

Любые проблемы с датчиком O2 могут привести обратную связь целой системы в неисправное состояние. Если не знать, что получается, вряд ли получится то, что нужно. Так оно и выходит при неисправном или подсевшем датчике – смесь не соответствует необходимым параметрам и обычно обогащена. ДАТЧИК ДОЖИГА РЕГУЛИРУЕТ КАЧЕСТВО СМЕСИ

Он установлен в выпускном коллекторе и проверяет, сколько недожженного кислорода находится в выхлопных газах. Контроль уровня кислорода в выхлопе – неплохой косвенный способ измерить качество топливной смеси. Точно измерить количество сложно, график уровень/сигнал обыкновенного датчика очень нелинейный, S-образный, уровня как бы два – «есть» и «нет». А этого вполне достаточно чтобы компьютер понял, богата топливная смесь (нет кислорода) или бедна (есть кислород).

Компьютер использует сигнал датчика кислорода, чтобы регулировать качество топливной смеси. По показаниям датчика, соответствующим образом производится коррекция, изменение в нужную сторону качества топливной смеси. Если смесь богатая, происходит ей обеднение. Если бедная — обогащение. Изменение качества смеси производит изменение количества кислорода в выхлопе и соответствующее изменение в показаниях датчика O2. Всё происходит циклично и постоянно. В замкнутом контуре. Результат — постоянные переходы назад и вперед от богатого к бедному, через оптимальное соотношение. Суммарное время задержек реакции лямбда зонда, управляющих воздействий компьютера и времени прохождения газов от момента дозирования смеси до датчика будет как раз полупериодом таких колебаний.

Когда сигнала от датчика O2 нет, это бывает когда датчик или его цепь неисправна, компьютер включает режим обогащения топливной смеси. Система управления может не войти в замкнутый режим управления, когда датчик O2 уже достиг рабочей температуры, или выйти из режима, потому что сигнал датчика O2 недостаточен. В этом случае компьютер будет управлять двигателем, подавая слишком богатую смесь, что вызовет увеличения потребления топлива и токсичности выхлопа. От многих причин, кроме лямбда зонда, зависит вхождение в режим самоуправления. Плохой датчик температуры тоже может препятствовать системе саморегулироваться, но это тема для отдельной статьи. КАК УСТРОЕН И РАБОТАЕТ ЛЯМБДА ЗОНД

Рассмотрим устройство датчика кислорода. В одном конце датчика, том, который вворачивается в выпускной коллектор, находится цирконий-керамическая трубка. С внешней стороны она покрыта пористым слоем платины. Внутри есть две полоски платины, которые служат электродами. Внешняя сторона трубки находится в горячих газах выхлопа, внутренняя часть соединена через корпус датчика с внешней атмосферой. Для этого датчики кислорода старого типа имеют маленькое отверстие в корпусе. Более новые датчики O2 «дышат» через отверстия для проводов и не имеют специального вентиляционного отверстия. Расстояние между изоляцией и проводом обеспечивает достаточно места, чтобы воздух попадал в датчик.

Итак, две стороны одного элемента находятся в разных средах. Одна сторона трубки находится в потоке выхлопных газов, другая в атмосфере. Когда с той стороны, что в выхлопных газах кислород весь выгорел, а в атмосфере он, понятно, есть, появляется первое условие при котором датчик O2 производит напряжение. Второе условие — датчик должен быть прогретым.

Различие в уровнях кислорода между выхлопом и внешним воздухом в датчике генерирует напряжение. Чем больше различие, тем выше напряжение. Заметим — нелинейно. Переход оптимального уровня происходит почти скачкообразно.

Качество смеси. Выход лямбда зонда. Вольт. Богатая 0,9 Обогащенная 0,8 Оптимальная 0,45 Обедненная 0,2 Бедная 0,1

Если топливная смесь богата, но есть немного недожженного кислорода в выхлопе, исправный датчик кислорода вырабатывает приблизительно 0.9 вольт. Когда смесь бедна, выходное напряжение датчика опускается где-то до 0.1 вольта. А когда топливовоздушная смесь оптимальна приблизительно 14.7 к 1, датчик будет выдавать приблизительно 0.45 вольт. СКОРОСТЬ РЕГУЛИРОВАНИЯ.

Как мы уже знаем, компьютер получает сигнал богатой смеси (высокое напряжение) от датчика O2, топливная смесь обедняется, и через КАКОЕ-ТО время (связанное со скоростью прохождения газов, скоростью реакции зонда и др.) уменьшает показания датчика. Когда напряжение датчика O2 опять низкое (бедная смесь – много кислорода), компьютер увеличивает скважность импульсов на форсунки, чем делает топливную смесь стать богаче. Этот режим цикличен.

В зависимости от устройства топливной системы скорость перехода качества смеси от бедной к богатой и наоборот разная. Нормой считается: на двигателях с карбюраторами с обратной связью один раз в секунду в 2500 оборотах в минуту. Двигатели центральным впрыском, несколько быстрее (2 — 3 раза в секунду в 2500 оборотах в минуту), в то время как двигатели с многоточечным впрыском являются самыми быстрыми (5 — 7 раз в секунду в 2500 оборотах в минуту). Нагреватель

Датчик кислорода начинает работать при прогреве до 600 градусов или выше. В современные датчики кислорода встроен маленький нагревательный элемент. Это позволяет быстрее достигнуть рабочей температуры. Нагревательный элемент не даёт датчику остыть и отключиться в режиме долгого холостого хода, и этим не позволяет системе выйти из цикла саморегулирования.

Датчики O2 с нагревателем используются почти во всех современных транспортных средствах и имеют 3 или 4 провода. Старые однопроводные датчики O2 не имеют нагревателей. Для улучшения характеристик двигателя вместо однопроводного датчика можно перекоммутировать датчик с нагревателем. Больше датчиков для слежения в OBD II

В новых схемах, датчиков кислорода в двигателе стало больше в два раза. Второй датчик кислорода стоит после каталитического конвертера, для контроля его производительности. На V6 или двигателях V8 с двойным выхлопом, стоят до четырех датчиков O2 (по два на головку).

ОBD-II разработана так, чтобы контролировать и систему эмиссии. Это включает слежение за всем, что могло бы увеличивать токсичность выхлопа. Система OBD-II сравнивает уровни кислорода датчиков O2 до и после катализатора, и выясняет, уменьшает ли конвертер загрязнение выхлопа. Если разница уровня кислорода мала, это означает, что конвертер не работает. Может включиться лампочка Check. ДИАГНОСТИКА ДАТЧИКА ДОЖИГА

Датчики O2 работают в очень сложных условиях высокой температуры выхлопных газов. Сигнал датчика кислорода уменьшается с возрастом т.к. загрязнители накапливаются на рабочей поверхности датчика и постепенно уменьшают его способность производить напряжение. Что это за загрязнители? Это силикон, сера, масло и даже некоторые топливные добавки, попавшие в выхлоп. Снаружи датчик тоже может повредиться различными экологическими факторами типа воды, дорожной соли, масла и грязи. Когда датчик стареет и становится «вялым», время, реакции на изменения в воздушной/топливной смеси, увеличивается. Токсичность выхлопа повышается. Это случается потому, что регулировка качества топливной смеси становится замедлена, смесь то обогащена, то обеднена, а это уменьшает эффективность каталитического конвертера.

Когда датчик «умирает» совсем, топливная смесь становится постоянно богатой. Это вызывает большой скачок в потреблении топлива и увеличении токсичности. Конвертер перегревается из-за богатой смеси, а это может вызвать его повреждение. Примечательно, но 70 % транспортных средств, по статистике, нуждаются в новом лямбда-зонде.

Единственный способ точно знать, выполняет ли O2 сенсор свою работу — регулярно его диагностировать. Удачный момент — когда меняете свечи.

Вы можете проверить датчик кислорода при помощи сканера, осциллографа или высокоомного вольтметра. На цифровых вольтметрах, без сноровки, переходы читаются трудно. Числа, скачут быстро и считать показания сложно. Вот осциллограф или PC сканер, это дело другое — изображение в виде графика выявит все особенности переходов напряжения датчиков O2. Специальное программное обеспечение покажет напряжение датчика как волнистую линию, амплитуду (минимальное и максимальное напряжение) и частоту (величина обратная периоду перехода смеси от богатой к бедной и обратно). Хороший датчик O2 должен работать и в режиме холостого хода. Напряжение должно меняться от минимума (0.1v) к максимуму (0.9v). Искусственное обогащение смеси при помощи добавления во впускной коллектор топлива должно заставить датчик отвечать почти немедленно (в пределах 100 миллисекунд) в максимум (0.9v). Обеднение смеси (открывание вакуумной линии на впускном коллекторе) должно заставить датчик падать до минимума (0.1v). Если датчик не меняет показаний достаточно быстро, то это говорит о его плохих характеристиках и необходимости замены.

Если цепь датчика O2 обрывается или замыкается, может появиться ошибка, возможно даже загорится лампочка Check. Иногда самодиагностика совсем ничего не покажет. Если же дополнительная диагностика приборами обнаружит, что и датчик дефектен, потребуется его замена. Так что отсутствие кода ошибки или индикации лампы Check, вовсе не означает, что датчик кислорода работает правильно. ЗАМЕНА ДАТЧИКА

Любой дефектный датчик O2 однозначно должен быть заменен! Заменяя старый датчик O2 или датчик, сигнал которого стал вялым, возможно восстановить расход, уменьшить токсичность выхлопа (. ) и продлить жизнь катализатора. Одно- или двух — проводные датчики O2 без нагревательного элемента должны быть заменены каждые 40 000 — 50 000 тысяч километров. Трех- или четырех — проводные датчики O2 70 000 километров. На транспортных средствах оборудованных OBD II, интервал замены 120 000 километров.

Диагностика двигателя по показаниям кислородных датчиков

Прежде чем поговорить об устройстве, работе и диагностике лямбда- зонда, обратимся к некоторым особенностям работы топливной системы. Нам поможет в этом эксперт журнала, Федор Александрович Рязанов, диагност с большим стажем работы, руководитель курсов обучения диагностов в компании «ИнжКар».

Современный автомобилист хочет владеть мощным, но в тоже время экономичным автомобилем. У экологов другое требование – минимальное содержание вредных веществ в выхлопе машины. И в данных вопросах интересы автомобилистов и экологов в итоге совпадают. И вот почему.

Известно, что когда двигатель не сжигает все топливо, расход горючего возрастает, растут затраты и на эксплуатацию автомобиля. Мощность двигателя (или ДВС) в условиях неполного сгорания топлива неизбежно падает, а крутящий момент снижается. Одновременно с этим увеличивается уровень вредных веществ в выхлопе автомобиля.

В этой связи одной из основных задач современного автомобилестроения является максимально полное сжигание топливной смеси в двигателе.

На сжигание смеси прямым образом влияет ее состав. Идеальной ситуацией является стехиометрический состав топлива. Говоря более простым языком, должна быть соблюдена пропорция – на 14,7 кг воздуха должен приходиться 1 кг топлива. Именно такое соотношение позволяет оптимально использовать и то, и другое. Владелец автомобиля получает больший крутящий момент и, как следствие, — адекватное ускорение автомобиля, равномерную работу двигателя во всех режимах работы. Также падает расход топлива, и автомобиль перестает загрязнять окружающую среду.

Отклонения от правильного состава топливной смеси – богатая и бедная смесь. Богатая топливная смесь образуется, когда в цилиндрах мало кислорода, но много топлива, которое, конечно же, из-за недостатка кислорода, полностью сгореть не сможет. Следовательно, автомобиль, работающий на богатой смеси, будет больше расходовать топливо, а избыток несгоревшего топлива, в этом случае, охладит камеру сгорания, мощность двигателя при этом будет падать, несгоревшое топливо попадет в атмосферу, загрязняя ее.

Другая ситуация: двигатель получает обедненную топливную смесь. В этом случае топливо в цилиндрах будет сгорать не полностью из-за недостатка топлива. Об экономичности, ради которой и разрабатывались такие двигатели, в этом случае также придется забыть. Ведь бедная смесь плохо горит, и это автоматически приводит к падению крутящего момента. Водителю приходится больше нажимать на газ, что в свою очередь, ведет к перерасходу топлива.

Таким образом, понятно, что со всех аспектов только стехиометрия топливной смеси (пропорция 14,7/1) является самым оптимальным режимом работы двигателя. И, конечно же, автомобиль, который только-только сошел с конвейера, обычно, укладывается во все рамки этого критерия. Но и «заводская» настройка может отличаться от идеала. Более того, в процессе эксплуатации автомобиля неизбежно наступает износ некоторых компонентов, датчики, отвечающие за настройку топливной системы, могут терять точность настроек. В итоге состав топливной смеси все больше уходит от идеальных показателей.

В этом случае как раз и необходим лямбда- зонд, он фиксирует количество кислорода в выхлопе автомобиля. И если в выхлопе окажется большое количество кислорода, это «сигнализирует» о бедной топливной смеси и, наоборот, если в выхлопе нет кислорода, это указывает на то, что смесь стала богатой. А мы уже выяснили, что и в том, и в другом случае уменьшается мощность двигателя, растет расход топлива, снижается экологичность выхлопа. Задача лямбда-зонда как раз и заключается в том, чтобы скорректировать эти отклонения.

Возьмем в качестве примера такую ситуацию: в топливной системе засорились форсунки, их производительность снизилась, смесь стала обедненной. Лямба-зонд фиксирует этот факт, а блок управления топливной системой реагирует на эту информацию и «доливает» немного топлива в цилиндры. Так происходит корректировка возникающих отклонений с учетом показаний этого датчика.

Таким образом, основное назначение лямбда- зонда заключается в том, чтобы компенсировать неизбежно возникающие в процессе эксплуатации автомобиля отклонения в составе топливной смеси.

Однако нужно понимать, что лямбда-зонд как таковой не является панацеей от всех бед, он лишь позволяет вернуть состав топливной смеси в состояние стехиометрии. Но это не устранение дефектов, а только их компенсация.

Вернемся к нашим форсункам. При загрязненных форсунках нарушается эффективность распыления бензина, топливо распыляется крупными каплями, испаряются они с трудом. И система топливоподачи рассчитывает тот объем топлива, который необходим для достижения состояния стехиометрии, для этого фиксируются показания датчика расхода воздуха. Однако если бензин в системе выпрыскивается крупными каплями, его пары полностью не смешиваются с воздухом, часть паров сгорает, а часть капель бензина попросту вылетает в выхлопную трубу. Лямбда-зонд трактует такую ситуацию как бедную смесь, а датчик топливной системы, который «не видит» отдельные капли бензина, добавляет топлива, чтобы привести смесь в состояние стехиометрии. Но в этом случае, резко повышается расход топлива.

Поэтому для работы лямбда-зонда важен не фактор того, как система справляется с выводом смеси на стехиометрию, а фактор того, какой «ценой» ей удается это сделать.

Рассмотрим осциллограмму работы лямбда- зонда. Датчик сам по себе не может отличить состояние стехиометрии от состояния богатой топливной смеси, так как и в том, и в другом случае кислорода в выхлопе нет. При отсутствии кислорода в топливе блок управления (ЭБУ – электронный блок управления) немного уменьшает количество подаваемого в цилиндр топлива. Как следствие, в выхлопе появляется кислород.

И в этом случае показания лямбда-зонда находятся ниже отметки 0,4 В, что для датчика является признаком того, что топливная смесь обеднела (LEARN). При низких показателях лямбда-зонда (ниже 0,4 В), блок управления увеличивает подачу топлива на несколько процентов, смесь становится богатой и показания датчика достигают уровня выше 0,6В. ЭБУ воспринимает это как признак того, что в топливной системе находится богатая смесь (RICH). Подача топлива уменьшается, показания лябда-зонда падают, цикл повторяется — состав смеси начинает колебаться. В такт изменению состава смеси меняются показания лямбда-зонда. Такие колебания ЭБУ понимает как нормальное явление, указывающее на то, что состав топливной смеси находится в зоне стехиометрии.

Вспомним также, что в катализаторе автомобиля обязательно есть цирконий, этот металл способен накапливать кислород. И в фазе бедной смеси кислород запасается в катализаторе, а в фазе богатой смеси он расходуется. В результате на выходе топливной смеси катализатор дожигает все ее остатки.

На холостом ходу такие колебания возникают с частотой одно колебание примерно в одну секунду. Время такого переключения – еще один важный показатель для лямба-зонда. В нашем случае (см. осциллограмму, Рис. 1) время переключения составило 88 мс, при этом нормой является – 120 мс.

Если переключение длится долго, как в случае нашей осциллограммы (см. осциллограмму, Рис. 2) – 350 мс, да к тому же такая ситуация повторяется многократно, блок управления выдаст ошибку: «замедленная реакция лямбда-зонда».

Величины, при которых появляется эта ошибка, определяются, главным образом, настройками программного обеспечения блока управления.

Таким образом, для диагностики по лямбда-зонду необходимо изучить фазы переключения датчика. И если на осциллограмме появится хотя бы одно переключение с низкого показания на высокое (максимальное – 1В, минимальное – 0В), это значит, что лямбда-зонд работает исправно. Исправный датчик делает примерно одно переключение в секунду. Напомним, что в алгоритме работы блока управления о бедной смеси «сигналят» показания лямбда-зонда ниже 0,4В, а о богатой – выше 0,6 В. Поэтому оценить состояние топливной системы автомобиля можно и по работе датчика. В нашем случае (см. осциллограмму, Рис. 3) блоку управления удалось скомпенсировать все дефекты и вывести стехиометрию.

Вернемся к примеру с загрязненными форсунками. При обедненной смеси показания лямбда-зонда падают ниже 0,4В. Блок управления добавляет топлива до того момента, когда смесь станет богатой. Отметим, что в этом случае блок управления «самостоятельно» отклонился от установленных заводом-изготовителем в его карте параметров. Величину отклонения он записывает в своей памяти как топливную коррекцию (fuel trime). Предельно допустимые показатели топливной коррекции для большинства современных автомобилей составляют ±20-25%. Коррекция в «плюс» означает, что блоку пришлось добавлять топлива, коррекция в «минус» — наоборот, убавлять.

Допустим, неисправность носит долговременный характер: блок управления уже дошел до предела топливной коррекции, загорается код ошибки — «Превышение пределов топливной коррекции». Стерев код, исправить такой дефект нельзя, а наличие этой неисправности повлечет за собой перерасход топлива. Стоит отметить, что уже на 15% топливной коррекции обнаруживаются проблемы: автомобиль почти не едет, но расходует большое количество топлива.

То есть важно помнить, что показатель топливной коррекции и работа лямбда-зонда – это комплексный параметр, он указывает на наличие дефекта, но не указывает конкретную причину, которую придется найти и устранить на автосервисе.

И немного об особенностях строения лямбда-зонда. Такой датчик имеет циркониевую колбочку, которая одной стороной помещена в выхлопные газы. Цирконий уникальный материал, так как сквозь него может проходить кислород. Ион кислорода, «прилипая» к атомам циркония, движется по ним, при этом на циркониевом колпачке возникает напряжение. И если все идет в штатном порядке, то диффузия ионов кислорода осуществляется равномерно, и напряжение на обкладках колбочки составляет 1В. Если в выхлопе появляется кислород, диффузия невозможна, и напряжение в этом случае равно 0В. Вместо циркония в лямбда-зондах может использоваться окись титана. Отличие циркониевого лямбда-зонда от титанового заключается в том, что первый вырабатывает напряжение, а другой – меняет свое сопротивление (в переделах от 0 до 5В), и ему нужна схема, которая переводит меняющееся сопротивление в напряжение.

Слой платины на колбочке поверх циркония позволяет снять с него напряжение, играет роль катализатора, дожигает бензин и несгоревший кислород. Все ухудшается при использовании некачественного топлива, а также топливных присадок, которые в прямом смысле закупоривают слой платины и циркония, и зонд выходит из строя. Однако в этом случае, если у зонда нет физических повреждений, обычная промывка вернет его в рабочее состояние. «Современный бич» – это добавки антидетонационных присадок в топливо. До недавнего времени в качестве присадки использовался ферроцент — опасное вещество, которое мы окрестили «красная смерть» за ее красный оттенок, а также за способность быстро выводить из строя свечи, лямбда-зонды и катализатор», — отмечает Федор Александрович. Зонд может «замерзнуть» в высоком или в низком положении, то есть или в фазе богатой, или в фазе бедной смеси. И в этом случае датчик достигнет пределов топливной коррекции и прекратит попытки выравнивать состав смеси до стехиометрии.

Диагностику состояния системы топливоподачи начинаем с подключения сканера к автомобилю. Отсутствие кода «Превышение пределов топливной коррекции» еще не говорит об отсутствии дефектов в системе топливоподачи. Необходимо в потоке данных (Data Stream) убедиться в наличии колебаний лямбда-зонда (стехиометрия достигнута), а также по величине топливной коррекции оценить, какой ценой она достигнута.

Подводя итог, еще раз отметим, что при проверке лямбда-зонда необходимо обращать внимание на колебания датчика, если они есть, датчик исправен; если же система лямбда регулирования не совершает колебаний, это может указывать или на неисправность лямбда-зонда или на бедную или богатую топливную смесь. То есть сначала надо проверить сами датчики. Для этого нужно принудительно обогатить или обеднить смесь, чтобы получить колебания лямбды и убедиться в том, что он исправен.

Рассмотренные выше лямбда-зонды носят название «скачковые». Т.е. они указывают на то, есть кислород в выхлопе или нет. Но все более ужесточающиеся требования к экологии заставили производителей разработать датчики, которые способны не только работать по принципу «Да-Нет», но и определять процент кисло- рода в выхлопе. Такие датчики получили название «широкополосные датчики кислорода».

Принципы их работы и особенности диагностики автомобиля по показаниям широкополосных лямбда-зондов будут рассмотрены в следующих публикациях.

МНЕНИЕ
Максим Пастухов, технический специалист компании «ДЕНСО Рус»: «Практика показывает, что основными причинами выхода из строя лямбда зондов являются: 1. Загрязнение лямбда-зонда продуктами сгорания топлива. Фактически это присадки, которые используются для повышения октанового числа бензина, устранения детонации или для других целей. Также на это влияет степень очистки топлива. Присадки, сера и парафины «закупоривают» проводящий слой лямбда-зонда, и он «слепнет». Блок управления переводит двигатель в аварийный режим, и мы видим на приборной панели значок «Проверьте двигатель». Кстати, от вышеописанных вещей страдают также свечи зажигания, клапаны, катализатор и др. компоненты двигателя. Имеет смысл комплексно подходить к ремонту, если лямбда-зонд вышел из строя. 2. Агрессивная смесь, которой посыпают наши дороги. Она разъедает изоляцию проводов и сами провода. Мы для защиты от этого используем двойную изоляцию проводов, а также прячем место сварки проводов с датчиком внутрь лямбда-зонда».

Написать комментарий

Ваш комментарий: Внимание: HTML не поддерживается! Используйте обычный текст.

Оценка: Плохо Хорошо

Введите код, указанный на картинке:

P0172: ошибка слишком богатой смеси. Диагностический код р0172 богатая смесь

Ошибка p0172 говорит об очень обогащенной смеси (либо system too rich). Выходит, что в сгорательные цилиндры попадает слишком обогащенная смесь топлива. Как и кодовое обозначение Р0171, ошибочка обогащенной смеси — в системе. Так как это не говорит о явной неисправности датчиков, то показатели объема топливной смеси выходят за рамки максимального значения.

Диагностическое кодовое обозначение ошибки (DTC) P0172 шаблона OBD II.

Исходя из причины, вызвавшей появление указанного кодового обозначения ошибки, поведение автомашины, также, отличается. Иногда появляется заметное расходование топливной смеси, а порой только захлебывается на холостых, либо плавают обороты на согретом движке, или же, если на холодном.

Как появляется сигнал об ошибке?

Движок должен работать, и подача топливной смеси произойдет с противоположной связью с кислородным датчиком (лямбда зонд), но здесь нет ошибочки от датчика охлаждающей жидкости, температурного датчика поглощаемого воздуха, конкретного нажима (МАР — сенсор), ДПРВ, ДПКВ и измеряющего устройства положения заслонки дросселя. Когда средний суммарный показатель краткой и долгой корректировки подавания топливной смеси менее 33 процентов, немного больше трех минут из седьмого испытательного времени. Лампа сигнала индикатора на приборной панельке потухнет только тогда, когда при 3 проверяемых циклах диагностирования не найти сбой.

Вероятные причины, которые повлекли ошибку p0172

Дабы разобраться, почему появилась ошибочка обогащенной смеси, необходимо написать все причины, воспользовавшись маленьким алгоритмом:

Обогащение смеси происходит, когда полностью не сгорает (много подается либо не хватает воздушной массы); не сгорание топлива может указывать на плохую работу свечей либо катушечки; когда большая подача — вина лежит на кислородном датчике либо форсуночке; нет достаточного воздуха — датчик расходования воздуха подает неверные сведения.

Переизбыток топливной смеси очень редко бывает, но вот нехватка воздушной массы — частая причина. Подавание воздуха в топливную смесь бывает на взаимодействии сенсорного МАР и кислородного датчика. Однако, помимо датчиков, причина еще вызывается поломкой тепловых зазорчиков (движки с ГБО), повреждение механики разных прокладок и уплотнений, неисправности в деятельности ГРМ либо нехватке компрессии.

Для разбора со всеми вероятными причинами, которые повлекли сбой, проверяется все по таким пунктикам:

1. Анализируем сведения со сканера.
2. Имитируем условия для нахождения такой поломки.
3. Проверяем узлы и механизмы (наличие неплохихи контактов, нет ли подсоса, функциональность), приводящие к появлению ошибочки р0172.

Отталкиваясь от всего, что перечислено, определяем главные причины:

1. ДМРВ (расходомер воздушной массы), его забитость, повреждения, утеря контакта.
2. Фильтр воздуха, его забитость или подсасываемость воздуха.
3. Датчик кислорода, его неверная работа (разложение, повреждение проводов).
4. Клапана адсорбера, его неверная деятельность оказывает влияние на улавливания паров бензиновой смеси.
5. Нажим в рампе топлива. Повышенный нажим, может появиться из-за неисправного регулятора нажима, поврежденная система обратки топливной смеси.

Устраняем ошибки очень богатой смеси

Выходит, для нахождения виновного узла либо системы, нужно сделать проверку датчика МАФ, ДТОЖ и кислородного датчика с помощью мультимутра. После сделать проверку свечей, проводки и катушечки. Измеряем нажим топливной смеси с помощью манометра. Проверяем меточки зажигания. И еще проверяем связи на впуске воздушной массы и на коллекторе выпуска, есть ли на них подсос воздуха.

После устранения проблемы, понадобится сбросить корректировки подавания топливной смеси, чтобы сбросить долгую корректировку до нуля процентов. Сделав все так, вы скорей всего справитесь с неверной деятельностью движка и устанавливанием кодового обозначения ошибки р0172 как на ВАЗ, так и на заграничных авто типа Тойота, либо Мерс и еще других авто с управлением на электронике. Но, часто все пункты делать и не нужно, во многом промывание либо смена ДМРВ, либо же датчика кислорода, решает проблему.

Циркониевый лябда зонд

Примечание: данная статья является общеинформационной и относится к любой марке автомобиля с циркониевым лямда зондом

Существует распространенное мнение, что лямбда-зонд является датчиком наличия кислорода в выхлопных газах. Это приводит к неправильному пониманию работы датчика и в некоторых случаях ведет к ошибкам при диагностике и в ремонте.

Существует распространенное мнение, что лямбда-зонд является датчиком наличия кислорода в выхлопных газах. Это приводит к неправильному пониманию работы датчика и в некоторых случаях ведет к ошибкам при диагностике и в ремонте.

Давайте рассмотрим работу системы управления двигателем подробнее и проведем несколько экспериментов для выяснения деталей работы датчика.

Для полного сгорания 1 кг бензина требуется приблизительно 14,7 кг воздуха. Такой состав смеси называется «стехиометрическим». Полное сгорание топлива сопровождается образованием углекислого газа (С0₂) и водяного пара (Н₂O). Отношение стехиометрического состава смеси к реальному принято обозначать буквой — λ (Лямбда). Если λ 1 бедная смесь. В отработавших газах реального двигателя при сгорании стехиометрической смеси присутствует также незначительное количество токсических веществ (СО, ОН, NOx) и кислород (O₂). Горение стехиометрической смеси обеспечивает наименьшее содержание токсичных веществ в отработанных газах, особенно при работе с катализатором, оптимальную экономичность и мощность двигателя. При наличии катализатора токсические вещества взаимодействуют с кислородом и преобразуются в нетоксичные (СO₂, Н₂O, N₂).

Если в цилиндр подавать больше бензина чем требуется для полного сгорания поступившего воздуха, то смесь будет богатой (λ 1), когда бензина подается меньше чем нужно для полного сгорания поступившего воздуха, в выхлопных газах будет присутствовать значительное количество кислорода (O₂). По мере обеднения смеси концентрация кислорода будет увеличиваться, а углекислого газа и водяного пара уменьшаться. В выхлопе почти не образуется угарного газа (СО). В зависимости от степени обеднения смеси выхлопные газы могут содержать токсичные NOx и СН. Небольшое обеднение позволяет повысить экономичность двигателя, но снижает мощность. Сильное обеднение приводит к потере и мощности и экономичности.

Датчик способный измерить состав смеси называется лямбда зонд. Наиболее распространенные циркониевые датчики, которых еще называют датчиком кислорода. При работе двигателя на бедной смеси, и при значительном содержании кислорода в отработавших газах сигнал датчика будет иметь низкий уровень — напряжение в пределах 0,05. 0,1 В. А для богатой смеси соответственно высокий уровень сигнала — 0,9. 1 В.

Вышесказанное есть общеизвестная информация, и относится к идеальному сгоранию гомогенной смеси. В реальном двигателе процессы могут иметь значительное отличие от идеальных условий. Например, если в одном из цилиндров будет неисправна свеча, и не будет происходить сгорание топлива, тогда топливовоздушная смесь из данного цилиндра будет попадать в выхлопную систему, а это кислород (O₂) и топливо (СН). Не зависимо от того какая смесь сгорает в других цилиндрах двигателя, хоть богатая, хоть бедная, в выхлопных газах всегда будет значительное количество кислорода и топлива. Второй пример, когда не работает форсунка одного из цилиндров, и весь воздух с данного цилиндра попадает в выпускную систему. Для любого состава смеси в остальных цилиндрах в отработавших газах двигателя будет большое содержание кислорода.

Если считать, что циркониевый лямбда-зонд реагирует на кислород в выхлопных газах, то можно предположить что в случае неисправности одной свечи или одной форсунки многоцилиндрового бензинового двигателя наш датчик будет всегда выдавать низкий уровень сигнала даже при работе исправных цилиндров на переобогащенной смеси.

Рассмотрим работу системы управления двигателем при работе с коррекцией состава смеси по сигналу датчика состава смеси. Если система управления двигателем получает низкий уровень сигнала с лямбда зонда (около нуля вольт), то на следующих циклах работы количество топлива увеличивается. Когда топлива станет слишком много, датчик зафиксирует богатую смесь и сигнал поднимется до 1 вольта. Реакцией системы будет уже плавное уменьшение количества топлива. И так далее. Такой режим называется работой по замкнутой петле по сигналу лямбда зонда.

Для примера взят автомобиль Audi 1994 года 2,6 V-образный 6-ти цилиндровый. Данный мотор работает как два 3-х цилиндровых и каждая сторона двигателя работает как отдельный банк а так же имеет свой выпускной тракт и состав смеси регулируется отдельно по сигналам двух лямбда зондов. Для проведения эксперимента важно, что система не отключает лямбда регулирование при возникновении пропусков воспламенения в цилиндрах.

Мы вывели на экран осциллографа сигналы с обоих лямбда зондов, а также на сканере отобразили график топливной коррекции для каждого банка цилиндров.

Прогрели двигатель и начали проводить эксперимент.

На записи видно, что оба банка работают по замкнутой петле — датчики попеременно фиксируют то богатую, то бедную смесь. Коррекция топливоподачи по сканеру в диапазоне 0,98 — 1.02 для обоих сторон двигателя.

Мы для эксперимента на данном двигателе под высоковольтные провода подставили контактные проводки, и можем искру любого цилиндра левой головки закоротить на массу. Таким образом, мы можем отключить искру во время работы мотора.

Проведем первый эксперимент, отключим искру пятого цилиндра. По осциллографу видно, что напряжение датчика кислорода данного банка упало почти до ОВ. Датчик стал фиксировать несгоревший кислород в отработанных газах левой стороны двигателя. По сканеру видно, что блок управления стал реагировать на данный сигнал, добавляя топливо цилиндрам левой головы. Но сколько бы форсунки не впрыскивали топлива в цилиндры, в выхлопе данной головки все равно останется кислород из неработающего пятого цилиндра. Обратите внимание,что, несмотря на кислород в выхлопе, датчик кислорода левой головы показал богатую смесь в тот момент, когда коррекция достигла 1,10. И блок управления стал работать по замкнутой петле с топливной коррекцией 1,08-1,10.

Вернем искру. Сгорание в цилиндре восстановилось, и лишний кислород перестал поступать в выхлопную систему. Датчик показал богатую смесь. Дождемся стабилизации работы двигателя. Топливные коррекции вернулись в норму и находятся в районе 1,00. Датчики снова попеременно показывают богатую — бедную смесь.

Отключим форсунку четвертого цилиндра. В выхлоп будет поступать весь кислород с неработающего цилиндра. Датчик снова показывает бедную смесь, Блок управления увеличивает топливные коррекции. Количество топлива поступающего в 5-й и 6-й цилиндр плавно растет, но весь кислород с 4-го цилиндра все равно поступает в выхлоп. Но когда топливная коррекция достигла 1,23- 1,25, датчик снова показал богатую смесь, не смотря на то, что в выхлопную систему данного банка поступает треть несгоревшего воздуха.

Подключаем разъем форсунки на место и ждем стабилизации работы двигателя. Топливная коррекция вернулась к исходным 0,98 — 1,02.

Теперь отключим искру сразу во всех цилиндрах левой стороны двигателя, Двигатель будет вращаться благодаря работе цилиндров только правой стороны. При этом горения в цилиндрах левой стороны не будет, и к левому датчику кислорода будет поступать воздух и топливо. Датчик видит избыток кислорода и выдает ОВ. Для эксперимента я обогащаю смесь дополнительным топливом из баллончика. Мы видим, что датчик кислорода может показать богатую смесь, даже если в выхлопную систему поступает весь кислород воздуха и топливо без выхлопных газов.

Почему циркониевый датчик кислорода может показать богатую смесь даже при значительном содержании кислорода в выхлопе?

На рисунке представлена схема датчика кислорода на основе диоксида циркония, расположенного в выхлопной трубе. 1 — твердый электролит ZrO₂; 2, 3 — наружный и внутренний платиновые электроды; 4 — контакт заземления; 5 — «сигнальный контакт»; 6 — выхлопная труба.

Циркониевый датчик содержит оксид циркония с примесью оксида иттрия. Такой состав создает в кристаллической решетке ячейки со свободными двухвалентными связями, к которым может присоединяться ион кислорода и перемещаться через слой оксида циркония, и перемещать положительный заряд с одной поверхности на другую.

Процесс перемещения заряженного иона напоминает механизм перемещения электронов и дырок в полупроводниках. Ионы кислорода становятся достаточно подвижны, и могут перемещаться в слое оксида циркония только при температуре более 350 градусов. Работа датчика возможна только при температуре чувствительного элемента не ниже 300. 350°С (иначе он не выдает сигнал), а предельная температура может достигать 950°С. Первые модификации «лямбда-зонда» необходимо было располагать как можно ближе к выпускному коллектору для обеспечения скорейшего прогрева и включения датчика в работу. Современные зонды снабжены специальным нагревательным элементом, и место установки стало не столь критичным.

Оксид циркония с обеих сторон покрыт микропористым слоем платины, которая играет роль электродов. Но нагретая платина работает как микрокатализатор для окисления СО и СН на поверхности датчика. Мы знаем, что катализатор начинает выполнять свою функцию только после прогрева. Аналогично и датчик кислорода включается в работу только после прогрева, когда нагретая платина станет работать катализатором, и на поверхности датчика будет происходить реакция между кислородом, который присутствует в выхлопе и частицами угарного газа и несгоревшего топлива. Пока кислорода в выхлопе будет достаточно для реакции полного окисления СО и СН, до тех пор, ионы кислорода из оксида циркония не отбираются, нет движения заряженных частиц через слой оксида циркония, следовательно, напряжение на выходе датчика не возникает, и сигнал будет около ОВ. Платине, как катализатору легче взять кислород с выхлопных газов, чем отобрать его у оксида циркония и тратить энергию на генерирование электрического тока в датчике. Если кислорода в выхлопе станет недостаточно для полного каталитического окисления СО и СН на поверхности платины датчика тогда недостающий атом кислорода будет взят с оксида циркония. Это вызовет движение заряженных ионов кислорода изнутри датчика наружу, и напряжение нашего датчика поднимется до 1В. Такая конструкция датчика позволила получить скачек напряжения при переходе от бедной смеси к богатой.

Каждый раз, когда сигнал датчика имеет высокий уровень, ионы кислорода движутся с внутренней полости датчика в выхлопную систему. Для нормальной работы датчика кислород внутрь датчика должен постоянно поступать из атмосферы. Поскольку датчик генерирует очень слабый ток то и количество кислорода ему достаточно получать по проводам, внутри изоляции между токопроводящих жил.

Нужно следить, чтоб данный путь кислорода не перекрыть. Не допускается обрабатывать разъем датчика кислорода жидкостями типа WD-40. Не допускается пайка проводов с флюсом, который попадает внутрь изоляции провода, перекрывает путь кислороду. Даже использование термоусадочной трубки с клеевым слоем приводит к выходу из строя датчика. Соединять провода датчика кислорода можно только методом обжима и использовать обычную термоусадочную трубку.

Если на сигнальном проводе датчика по отношению к проводу массы или массе датчика появляется отрицательное напряжение более -450мB это результат недостаточного содержания кислорода в эталонной камере в результате герметизации проводов или трещины керамического купола или проникновение выхлопных газов внутрь датчика. В таком случае в режиме принудительного холостого хода, когда в выпускную систему попадает воздух, ионы кислорода движутся через слой оксида циркония в обратном направлении внутрь в эталонную камеру, и напряжение датчика меняет полярность.

Теперь мы можем назвать циркониевый лямбда зонд датчиком избытка кислорода в выхлопных газах. Только если кислорода в выхлопе будет недостаточно для полного каталитического окисления угарного газа и углеводородов, только тогда сигнал датчика примет высокий уровень и будет сигнализировать о богатой смеси.

Теперь становится ясно, почему циркониевый лямбда зонд меняет напряжение скачком, а не пропорционально содержанию кислорода в выхлопе и содержание кислорода в эталонной камере может быть менее 21%. Почему точка переключения находится строго в стехиометрии независимо от типа используемого топлива. Почему датчик может показывать богатую смесь даже при наличии в выхлопе кислорода.

Кислородные датчики: подробное руководство

Введите название продукта, который вы ищете, и мы предоставим необходимую информацию.

• Новости компании
• Новости по продуктам
• Назад

Кислородные датчики: подробное руководство

Вы наверняка знаете, что в вашем автомобиле установлен кислородный датчик (или даже два!)… Но зачем он нужен и как он работает? На часто задаваемые вопросы отвечает Стефан Верхоеф (Stefan Verhoef), менеджер DENSO по продукту (кислородные датчики).

B: Какую работу выполняет датчик кислорода в автомобиле?
O: Датчики кислорода (также называемые лямбда-зондами) помогают контролировать расход топлива вашего автомобиля, что способствует снижению объема вредных выбросов. Датчик непрерывно измеряет объем несгоревшего кислорода в выхлопных газах и передает эти данные в электронный блок управления (ЭБУ). На основании этих данных ЭБУ регулирует соотношение топлива и воздуха в топливовоздушной смеси, поступающей в двигатель, что помогает каталитическому нейтрализатору (катализатору) работать более эффективно и уменьшать количество вредных частиц в выхлопных газах.

B: Где находится датчик кислорода?
O: Каждый новый автомобиль и большинство автомобилей, выпущенных после 1980 г., оснащены датчиком кислорода. Обычно датчик установлен в выхлопной трубе перед каталитическим нейтрализатором. Точное местоположение датчика кислорода зависит от типа двигателя (V-образное или рядное расположение цилиндров), а также от марки и модели автомобиля. Для того чтобы определить, где расположен датчик кислорода в вашем автомобиле, обратитесь к руководству по эксплуатации.

В: Почему состав топливовоздушной смеси нужно постоянно регулировать?
O: Соотношение «воздух — топливо» крайне важно, поскольку оно влияет на эффективность работы каталитического нейтрализатора, который снижает содержание оксида углерода (CO), несгоревших углеводородов (CH) и оксида азота (NOx) в выхлопных газах. Для его эффективной работы необходимо наличие определенного количества кислорода в выхлопных газах. Датчик кислорода помогает ЭБУ определить точное соотношение «воздух — топливо» в смеси, поступающей в двигатель, передавая в ЭБУ быстроизменяющийся сигнал напряжения, который меняется в соответствии с содержанием кислорода в смеси: слишком высокого (бедная смесь) или слишком низкого (богатая смесь). ЭБУ реагирует на сигнал и изменяет состав топливовоздушной смеси, поступающей в двигатель. Когда смесь слишком богатая, впрыск топлива уменьшается. Когда смесь слишком бедная — увеличивается. Оптимальное соотношение «воздух — топливо» обеспечивает полное сгорание топлива и использует почти весь кислород из воздуха. Оставшийся кислород вступает в химическую реакцию с токсичными газами, в результате которой из нейтрализатора выходят уже безвредные газы.

В: Почему на некоторых автомобилях устанавливаются два кислородных датчика?
O: Многие современные автомобили дополнительно кроме датчика кислорода, расположенного перед катализатором, оснащаются и вторым датчиком, установленным после него. Первый датчик является основным и помогает электронному блоку управления регулировать состав топливовоздушной смеси. Второй датчик, установленный после катализатора, контролирует эффективность работы катализатора, измеряя содержание кислорода в выхлопных газах на выходе. Если весь кислород поглощается химической реакцией, происходящей между кислородом и вредными веществами, то датчик выдает сигнал высокого напряжения. Это означает, что катализатор работает нормально. По мере износа каталитического нейтрализатора некоторое количество вредных газов и кислорода перестает участвовать в реакции и выходит из него без изменений, что отражается на сигнале напряжения. Когда сигналы станут одинаковыми, это будет указывать на выход из строя катализатора.

В: Какие бывают датчики?
О: Существует три основных типа лямбда-сенсоров: циркониевые датчики, датчики соотношения «воздух — топливо» и титановые датчики. Все они выполняют одни и те же функции, но используют при этом различные способы определения соотношения «воздух — топливо» и разные исходящие сигналы для передачи результатов измерений.

Наибольшее распространение получила технология на основе использования циркониево-оксидных датчиков (как цилиндрического, так и плоского типов). Эти датчики могут определять только относительное значение коэффициента: выше или ниже соотношение «топливо — воздух» коэффициента лямбда 1.00 (идеальное стехиометрическое соотношение). В ответ ЭБУ двигателя постепенно изменяет количество впрыскиваемого топлива до тех пор, пока датчик не начнет показывать, что соотношение изменилось на противоположное. С этого момента ЭБУ опять начинает корректировать подачу топлива в другом направлении. Этот способ обеспечивает медленное и непрекращающееся «плавание» вокруг коэффициента лямбда 1.00, не позволяя при этом поддерживать точный коэффициент 1.00. В итоге в изменяющихся условиях, таких как резкое ускорение или торможение, в системах с циркониево-оксидным датчиком подается недостаточное или избыточное количество топлива, что приводит к снижению эффективности каталитического нейтрализатора.

Датчик соотношения «воздух — топливо» показывает точное соотношение топлива и воздуха в смеси. Это означает, что ЭБУ двигателя точно знает, насколько это соотношение отличается от коэффициента лямбда 1.00 и, соответственно, насколько требуется корректировать подачу топлива, что позволяет ЭБУ изменять количество впрыскиваемого топлива и получать коэффициент лямбда 1.00 практически мгновенно.

Датчики соотношения «воздух — топливо» (цилиндрические и плоские) впервые были разработаны DENSO для того, чтобы обеспечить соответствие автомобилей строгим стандартам токсичности выбросов. Эти датчики более чувствительны и эффективны по сравнению с циркониево-оксидными датчиками. Датчики соотношения «воздух — топливо» передают линейный электронный сигнал о точном соотношении воздуха и топлива в смеси. На основании значения полученного сигнала ЭБУ анализирует отклонение соотношения «воздух — топливо» от стехиометрического (то есть Лямбда 1) и корректирует впрыск топлива. Это позволяет ЭБУ предельно точно корректировать количество впрыскиваемого топлива, моментально достигая стехиометрического соотношения воздуха и топлива в смеси и поддерживая его. Системы, использующие датчики соотношения «воздух — топливо», минимизируют возможность подачи недостаточного или избыточного количества топлива, что ведет к уменьшению количества вредных выбросов в атмосферу, снижению расхода топлива, лучшей управляемости автомобиля.

Титановые датчики во многом похожи на циркониево-оксидные датчики, но титановым датчикам для работы не требуется атмосферный воздух. Таким образом, титановые датчики являются оптимальным решением для автомобилей, которым необходимо пересекать глубокий брод, например полноприводных внедорожников, так как титановые датчики способны работать при погружении в воду. Еще одним отличием титановых датчиков от других является передаваемый ими сигнал, который зависит от электрического сопротивления титанового элемента, а не от напряжения или силы тока. С учетом данных особенностей титановые датчики могут быть заменены только аналогичными и другие типы лямбда-зондов не могут быть использованы.

В: Чем отличаются специальные и универсальные датчики?
O: Эти датчики имеют разные способы установки. Специальные датчики уже имеют контактный разъем в комплекте и готовы к установке. Универсальные датчики могут не комплектоваться разъемом, поэтому нужно использовать разъем старого датчика.

B: Что произойдет, если выйдет из строя датчик кислорода?
O: В случае выхода из строя датчика кислорода ЭБУ не получит сигнала о соотношении топлива и воздуха в смеси, поэтому он будет задавать количество подачи топлива произвольно. Это может привести к менее эффективному использованию топлива и, как следствие, увеличению его расхода. Это также может стать причиной снижения эффективности катализатора и повышения уровня токсичности выбросов.

B: Как часто необходимо менять датчик кислорода?
O: DENSO рекомендует заменять датчик согласно указаниям автопроизводителя. Тем не менее следует проверять эффективность работы датчика кислорода при каждом техобслуживании автомобиля. Для двигателей с длительным сроком эксплуатации или при наличии признаков повышенного расхода масла интервалы между заменами датчика следует сократить.

Ассортимент кислородных датчиков

• 412 каталожных номеров покрывают 5394 применения, что соответствует 68 % европейского автопарка.
• Кислородные датчики с подогревом и без (переключаемого типа), датчики соотношения «воздух — топливо» (линейного типа), датчики обедненной смеси и титановые датчики; двух типов: универсальные и специальные.
• Регулирующие датчики (устанавливаемые перед катализатором) и диагностические (устанавливаемые после катализатора).
• Лазерная сварка и многоэтапный контроль гарантируют точное соответствие всех характеристик спецификациям оригинального оборудования, что позволяет обеспечить эффективность работы и надежность при длительной эксплуатации.

В DENSO решили проблему качества топлива!

Вы знаете о том, что некачественное или загрязненное топливо может сократить срок службы и ухудшить эффективность работы кислородного датчика? Топливо может быть загрязнено присадками для моторных масел, присадками для бензина, герметиком на деталях двигателя и нефтяными отложениями после десульфуризации. При нагреве свыше 700 °C загрязненное топливо выделяет вредные для датчика пары. Они влияют на работу датчика, образуя отложения или разрушая его электроды, что является распространенной причиной выхода датчика из строя. DENSO предлагает решение этой проблемы: керамический элемент датчиков DENSO покрыт уникальным защитным слоем оксида алюминия, который защищает датчик от некачественного топлива, продлевая срок его службы и сохраняя его рабочие характеристики на необходимом уровне.

Дополнительная информация

Более подробную информацию об ассортименте кислородных датчиков DENSO можно найти в разделе Кислородные датчики, в системе TecDoc или у представителя DENSO.

Топливная коррекция. Fuel Trim. Как правильно считывать и трактовать показания.

В интернете мне очень часто попадаются криво переведенные статьи о трактовке показаний различных датчиков, причем их репостят все подряд без разбора и тем самым еще больше путают народ. Поэтому я нашел и перевел правильную статью о топливной коррекции (Fuel Trim), постарался сделать это близко к тексту но не теряя при этом смысл, поэтому местами я дополнял перевод своим текстом. Итак, поехали.

На форумах часто задают вопросы по поводу топливной коррекции и у меня даже есть некоторое количество электронных писем с просьбами осветить этот вопрос. Многие отмечают топливную коррекцию PIDS (идентификаторы параметра) на показаниях в реальном времени (datastream) своих сканирующих устройств и интересуются для чего она.

Итак, что такое топливные коррекции и что они делают ? Надеюсь мы сможем прояснить все недопонимания. Правильное понимание топливных коррекций может привести к ускорению диагностики и предупредить вас о будущих проблемах с вашим автомобилем.

В основе своей топливные коррекции – процент изменения в топливоподаче во(по) времени. Для того, чтобы двигатель работал хорошо соотношение воздух/топливо должно оставаться в границах небольшого окна 14.7/1. Такое соотношение должно сохраняться в этой зоне под воздействием всех изменяющихся условий с которыми двигатель сталкивается каждый день: холодный пуск (хотя по мне на холодном пуске явно не 14.7/1, но это оставим на совести автора), холостой ход в условиях длительных движений в пробках при движении по трассе и т.д.

Итак, компьютер двигателя пытается сохранить правильное соотношение воздух/топливо посредством точной настройки количества топлива поступающего в двигатель. В то время, как добавляется или уменьшается подача топлива, кислородный датчик следит за тем сколько кислорода в выхлопе и сообщает об этом ЭБУ. Кислородные датчики могут быть представлены как глаза ЭБУ, которые следят за смесью кислорода в выхлопе. ЭБУ следит за этими входными данными от горячих кислородных датчиков безостоновочно в замкнутом цикле. Если кислородный датчик информирует ЭБУ, что выхлопная смесь бедная, ЭБУ добавляет топливо путем увеличения времени открытия форсунки, для компенсации. И наоборот, если датчик кислорода информирует ЭБУ о том, что выхлопная смесь богатая, ЭБУ уменьшает время открытия форсунок, уменьшая тем самым подачу топлива для уменьшения обогащения смеси.

Эти изменения – добавление или уменьшение подачи топлива – называются Топливной Коррекцией или Fuel Trim. На самом деле, хоть датчики и называются кислородными, показывают они состояние топливной смеси. Изменения в напряжении кислородного датчика вызывают прямые изменения топливной смеси. Кратковременная топливная коррекция (STFT) относится к мгновенным изменениям топливной смеси – несколько раз в секунду. Долгосрочная топливная коррекция (LTFT) показывает изменения топливной смеси за длительный промежуток времени на основе показаний кратковременной коррекции (среднее значение за длительное время). Отрицательная топливная коррекция (отрицательные значения по сканеру) свидетельствует об обеднении смеси, а положительная топливная коррекция об обогащении соответственно. (Т.е. если лямбда постоянно видит бедную смесь, то она постоянно обогащает и это отразится на LTFT плюсовыми значениями).

Представим себе такую ситуацию – вы едете от пляжа, который на уровне моря в горы. За короткие промежутки времени вы можете несколько раз подниматься и опускаться вверх-вниз по холмам. Однако на длительном промежутке времени вы на самом деле плавно поднимаетесь от самой низкой точки горы до ее вершины, т.е. едете постоянно вверх, несмотря на временные перепады. Так можно представить себе краткосрочную и долгосрочную коррекции. STFT – кратковременные подъемы и опускания, а LTFT – то, что происходит за длительный промежуток времени в итоге.

Нормальные значения кратковременной коррекции STFT вообще будут колебаться между небольшими положительными и отрицательными значениями 2-3 раза в секунду. Обычно они держатся в районе 5% в плюс и минус, но они могут иногда приближаться и к 8-9% в зависимости от КПД двигателя, возраста и степени износа компонентов и иных факторов. Нормальная долгосрочная коррекция должна сохраняться неизменной показывая состояние топливной смеси. Ее значения должны быть близки к 0% или в окресности 5-9%, однако они тоже могут колебаться но уже на более длительных промежутках времени, а могут и принимать статическое(постоянное) значение.

Нормальная кратковременная коррекция

Если вы видите при проверке двузначные значения STFT и LTFT, это свидетельствует о ненормальных уровнях обогащения или обеднения смеси. Это может быть по причине льющих форсунок, утечек или подсосе воздуха или иных подобных причинах. Например, если кислородный датчик считывает бедную смесь, можно говорить о «вакуумной утечке» (подсос воздуха имеется ввиду), ЭБУ будет компенсировать это путем добавления топлива.

Обедненная смесь. Идет ее обогащение системой машины.

Краткосрочная топливная коррекция STFT начнет немедленно увеличиваться, чтобы показать, что компьютер добавляет топливо. Когда компьютер добавляет топливо, это становится заметно кислородному датчику и он следит таким образом до тех пор, пока кислородный датчик не покажет, что смесь больше не бедна и правильное соотношение топливо/воздух достигнуто. ЭБУ будет поддерживать повышенное добавление топлива до тех пор, пока подсос воздуха не будет устранен. Диагностический прибор при этом будет показывать положительные двузначные значения STFT, что будет свидетельствовать о том, что ЭБУ добавляет слишком много топлива для нормальной работы двигателя. Через некоторое время LTFT будет также показывать это увеличение как долгосрочное (постоянное на долгом промежутке времени). А если подсос воздуха слишком большой, то компьютер не сможет добавить достаточно много топлива, чтобы сбалансировать смесь и достичь правильного соотношения воздух/топливо. Корректировка достигнет своего максимального значения, обычно это 25%. Затем выскочит код ошибки, говорящий о том, что двигатель работает на слишком обедненной смеси (ошибка P0171 или P0174) и максимальный порог возможной кратковременной коррекции STFT уже превышен. И обратная ситуация будет, если двигатель будет работать на сверхобогащенной смеси из-за утечки топлива (например льют форсунки), появятся ошибки P0172 или P0175.

Обогащенная смесь. Идет ее обеднение мозгами машины.

Имейте ввиду, что компьютер не имеет представления о том исправен ли кислородный датчик и дает ли он правильные значения! В некоторых случаях все бывает наоборот, если датчик неисправен! Например, если датчик O2 показывает чрезмерно богатую смесь по причине своей неисправности, компьютер полагаясь на показания датчика начинает ее обеднять. Это называет «ложно обогащенное состояние». Компьютер будет обеднять смесь опираясь на свои настройки и может выдать коды ошибок P0172, P0175. Эти коды будут указывать на переобогащенную смесь, однако она при этом будет на самом деле переобедненной.

Если вы будете ориентироваться на коды, возникающие в результате таких ложных состояний смеси и не сопоставите это все со всеми данными по кислородным датчикам (и от себя добавлю – обязательно смотрите на внешний вид налета на электродах свечей), то вы можете поставить неверный диагноз.

Также, на V-образных моторах на каждом выпускном тракте каждой из голов обычно стоит свой кислородный датчик и идет своя топливная коррекция для каждой головы (показания по Bank 1 и Bank 2). Если у вас 4х-цилиндровый двигатель, то у вас всего один банк данных – Банк 1. На V-образных моторах в этом смысле поудобнее по причине того, что если лямбда с одной стороны неисправна и врет вы можете сузить круг потенциальных причин проблемы ориентируясь на показания второго банка данных – Bank 2.

Всем удачи и правильных подходов к диагностике!

С уважением, перевод предоставлен коллективом мастерской Works-Garage.

Ошибка P0171 система топливоподачи слишком бедная

Что за ошибка P0171 ? От чего появляется ошибка P0171 ? В следствии чего блок управления двигателем фиксирует ошибку Р0171 ? Звучит она в расшифровке, как: «Система топливоподачи слишком бедная». Исходя из каких условий ЭБУ (Электронный Блок Управления) двигателя определяет, что «смесь топливоподачи бедная» и фиксирует ошибку Р0171 в памяти? Попробуем разобраться.
В управлении двигателем, точнее, в системе управления топливо подачей существуют устройства для «обратной связи» (то есть для контроля качества работы двигателя), с помощью которых можно отследить, в каком режиме работает мотор и требуется ли какая-либо коррекция параметров его работы для приведения режима работы в наиболее оптимальное состояние и по мощности, по экологичности и минимальному расходу топлива. Как мы все уже знаем, применяемое нами топливо не всегда соответствует эталону качества, по этому может изменяться и октановое число топлива и другие его характеристики (химический состав), который напрямую влияет на качество сгорания его в цилиндрах двигателя и, как следствие, на мощность, отдаваемую двигателем при работе. Если при уменьшении октанового числа бензина (либо при наличии других неблагоприятных факторов, например — перегрева) при работе двигателя под нагрузкой появляется эффект «детонации», что мы слышим его как резкие звонкие звуки при работе; этот эффект фиксируется датчиком детонации и блок управления автоматически уменьшает угол опережения зажигания. Другие параметры топлива можно контролировать либо только косвенно (математически, методом вычисления в ЭБУ на основании изменения показаний датчиков на двигателе и сравнением показаний реально измеренных с эталонными, записанными в память блока на заводе — изготовителе и соответствующих идеальному режиму работы мотора), либо по сигналу датчика кислорода (Лямбда-зонда), установленного в выпускном коллекторе либо в выхлопной трубе, которым оценивается наличие не сгоревшего кислорода в составе выхлопных газов (по этому параметру можно судить о том, сгорает ли топливовоздушная смесь в цилиндрах двигателя полностью, либо в смеси присутствует «лишнее» количества топлива; либо топлива, наоборот, «не хватает», а воздуха больше, чем необходимо).

Вот как раз на основании показаний датчика кислорода и основывается ЭБУ при фиксировании ошибки Р0171.
При каких условиях возникает ошибка Р0171?
Соответственно наличию датчика контроля состава выхлопных газов (а это системы не ниже Евро-2), ошибка Р0171 может возникать при условии отклонения параметров состава выхлопных газов от оптимального (при котором значение Лямбда = 1, то есть на 1 кг топлива приходится 14 кг воздуха). Это отклонение в сторону «обеднения» топливной смеси должно быть более 30% и в течении некоторого промежутка времени (не секундное изменяемое значение). Режим работы двигателя должен быть (считаться) «установившимся» (то есть не в режиме смены нагрузки, перегазовки, постоянного дросселирования). Тогда и возникает код Р0171.

Что может влиять на его возникновение (точнее, создавать условия для записи кода Р0171)? Есть несколько причин, причем они могут существовать как индивидуально, так и комплексно. И не все причины могут носить электронный характер — многие их них имеют в основе простейшие физические неисправности.

1. На запись кода ошибки Р0171 может влиять некорректная работа (несоответствующие действительности показания) датчика массового расхода воздуха — в следствии неисправности или загрязнения расходомер воздуха может давать сигнал о меньшем количестве поступающего в цилиндры воздуха, чем это есть в действительности. Причем ЭБУ может не расценивать несоответствие показаний расходомера как ошибку — показания могут находиться в пределах допуска от нормы. А фактически поступающее в цилиндры количество воздуха будет не учтено (избыточно) для работы, в следствии чего Лямбда — зонд в выхлопных газах зафиксирует не сгоревший кислород и, как следствие, даст сигнал о обедненном состоянии топливной смеси. Насколько возможно, ЭБУ увеличит время впрыска топлива форсунками и попытается скомпенсировать обеднение смеси добавочным количеством топлива, но до определенных пределов + 30%. Выход за эти пределы коррекции вызовет запись ошибки Р0171.

2. На возникновение кода Р0171 может влиять неисправность (заедание) клапана EGR, неплотное закрытие которого может вызвать попадание воздуха с выхлопными газами во впускной коллектор двигателя, что так же может вызывать обеднение топливо-воздушной смеси при работе двигателя.

3. Причиной фиксации кода Р0171 может быть неплотность в деталях либо местах прилегания деталей впускного коллектора либо деталей (шлангов, клапанов, вакуумного устройства усилителя тормозов, вентиляции топливного бака и т.д.) — то есть любая причина, дающая физическую возможность попадания воздуха во впускной коллектор мотора.

4. Причиной возникновения кода Р0171 может являться и некорректная работа регулятора давления топлива в подающей топливной системе — снижение давления топлива в следствии неисправности или неплотности соединений трубок регулятора давления топлива — а зачастую эти детали находятся внутри топливного бака и материалом корпуса которых является пластмасса. Пониженное давление топлива при работе двигателя под нагрузкой может возникнуть не только из за неисправности регулятора, но и при «старении» топливного насоса, который уже не в состоянии обеспечить количественную подачу топлива с ростом нагрузки (потребления топлива двигателем). Такой же эффект дает засорение (снижение пропускной способности) топливного фильтра.

5. Ошибку Р0171 («система топливоподачи слишком бедная») может провоцировать к записи и банальное засорение распылителей топливных форсунок впрыска — наличие отложений грязи перекрывает сечение отверстий для распыла топлива, для режимов работы на холостом ходу и с частичной нагрузкой этого хватает, но при мощностных режимах, требующих большого количества топлива, сечения недостаточно и топлива в цилиндры впрыскивается недостаточное количество. В этом случае, да и как профилактическая мера, может спасти промывка топливных форсунок специальным составом, уменьшающим количества отложений. Если промывкой отложения удалить не удается, либо имеет место коррозия (ржавчина) в следствии попадания в топливную систему воды — топливо подающие форсунки необходимо заменить.

6. Так же причиной фиксации кода Р0171 могут быть некорректные значения показаний самого датчика кислорода (Лямбда — зонда), не выходящие за пределы, считающиеся «нормой допуска», но отличающиеся от тех, что фактически есть в составе выхлопных газов — эти параметры можно проконтролировать подключением независимого газоанализатора и сравнения его показаний с уровнем сигнала Лямбда — зонда. Причиной несоответствия показаний датчика кислорода может быть применение бензинов с наличием присадок, образующих в результате сгорания активный или токо проводящий нагар, оседающий на рабочем элементе датчика и влияющем на его фактические параметры (показания). Неисправный датчик, дающий некорректные показания, необходимо заменить.

Вывод:
В любом случае требуется углубленная диагностика (не только подключение компьютера и считывание параметров с помощью bluetooth-автосканером ELM), а комплекс работ по контролю состояния и работе каждого элемента, влияющего на вышеперечисленные причины, проведение анализа полученной информации. Не стоит «методом тыка» менять все подряд из вышеперечисленного, это недешево и может не принести ожидаемого результата, а иногда может ухудшить положение, внеся еще более серьезные несоответствия в работу системы управления, что затруднит поиск первичной неисправности. Правильно определить причину, по которой возникла та или иная ошибка, зафиксированная в памяти блока управления, может профессиональный диагност, знакомый не только с процедурой считывания и расшифровки неисправности, но и с устройством, а так же принципами работы и процессами, происходящими внутри работающего двигателя, а так же алгоритмами работы системы управления ИСПРАВНЫМ двигателем — к сожалению, большая часть людей, называющих себя ДИАГНОСТАМИ, умеет подключать компьютер к автомобилю и что-то программировать, но об устройстве двигателя и том, что происходит внутри него при нормальной исправной работе, имеют весьма туманное представление. Что говорить о поиске неисправности в НЕИСПРАВНОМ моторе, если не совсем уверен в его устройстве))). Распространенное мнение — не платить за диагностику, а покупать bluetooth-автосканер ELM, ошибочно, потратить деньги за что, за возможность прочитать код, и все, а результат? Результат может дать специалист.

С уважением РСВ Сервис! Всем удачи на дорогах!
Встретимся при проведении планового технического обслуживания!

Диагностика по широкополосным лямбда-зондам

13 октября 2014, Федор Рязанов

В предыдущих статьях мы с вами рассмотрели назначение, принципы работы и способы проверки «скачковых» датчиков кислорода (лямбда-зондов). Так же были рассмотрены те возможности в поиске дефектов (диагностике) топливной системы автомобиля, которые открывает правильный анализ показаний этих датчиков. Но все автомобилестроители в мире постепенно отказываются от них и переходят на так называемые «широкополосные» лямбда-зонды. Почему так происходит? И чем плохи датчики, которые верой и правдой служили на протяжении многих лет? Что бы ответить на данный вопрос, нам необходимо вернуться в прошлое и посмотреть, как развивалась борьба за экологию.

До 60-х годов прошлого века об экологии никто не думал. Автомобилей было мало, загрязнением атмосферы от них можно было пренебречь. Все сильно изменилось во время автомобильного бума в начале 60-х. Первым от «чуда современной цивилизации» под названием «автомобиль» пострадал американский штат Калифорния. Не очень удачное географическое положение и крайне неблагоприятная «Роза Ветров». Он очень плохо продувается и людям от выхлопных газов просто стало нечем дышать. И был принят ряд законодательных актов, заставляющих автопроизводителей повышать качество выпускаемых автомобилей по экологическим параметрам. До недавнего времени это был громадный рынок сбыта автомобилей. На нем торговали все мировые производители. А законы рынка очень жестоки – хочешь торговать на моем рынке, выполняй мои условия. Таким образом, требования законодательства Калифорнии незаметно распространились на весь мир. Отдельно хочется отметить рынок Европы. Тут «Роза Ветров» более благоприятная, и экологические требования к автомобилям более мягкие. И стандарты по экологии сразу разделились на «американские» – более жесткие, и «европейские» – чуть более мягкие. На данное время автомобильные рынки Старого и Нового Света практически заполнены. По расчетам аналитиков, свободные ниши имеются пока только в России и Китае. Поэтому к рынкам этих стран приковано пристальное внимание всех автопроизводителей мира. До недавнего времени экологии на этих рынках уделялось крайне незначительное внимание. Но вступление России в ВТО потребовало ужесточения экологических норм для выпускаемых в ней автомобилей. Как же выполнить все более ужесточающиеся международные экологические требования?

Напомню, что такое вредные выбросы. Это не сгоревшее топливо. При полном сгорании углеводородов всего топлива образуется только СО2 (углекислый газ) и Н2О (вода). Если топливо сгорает не полностью, в выхлопе образуются продукты неполного сгорания. Пресловутые СО и СН. Ну а если топливо полностью не сгорает, что происходит с крутящим моментом? Правильно – он падает! Что происходит с расходом топлива (если вы просто выливаете его в выхлопную трубу)? Правильно – он растет! И вот здесь полностью пересеклись интересы экологов, производителей автомобилей и нас – специалистов автосервисов. Исправный автомобиль имеет прекрасную динамику, низкий расход топлива и еще атмосферу не загрязняет! От чего зависит крутящий момент, расход топлива и вредные выбросы? Основное требование – система управления двигателем должна поддерживать стехиометрический состав смеси. По современным стандартам отклонение не должно превышать 2%. Для контроля над этим параметром как раз и служат датчики кислорода в выхлопе.

Широкое начало применения лямбда-зондов в автомобилестроении получило еще в конце70-х годов прошлого столетия. Появление «скачковых» датчиков кислорода позволило на тот момент решить эту задачу. Но для выполнения норм ЕВРО-4 и ЕВРО-5 точность этих датчиков перестала удовлетворять производителей. Их недостатком явилось то, что состав смеси они определяют только по наличию кислорода в выхлопе. Нет кислорода – либо стехиометрия, либо богатая смесь. Есть кислород – бедная смесь. Работают по принципу «Да – Нет». Системе лямбда регулирования постоянно приходиться чуть добавлять и убавлять топливо для того чтобы понять, находится ли система в зоне стехиометрии. Это приводит к некоторой задержке реакции системы при возникновении неизбежных отклонений и имеет определенную погрешность при измерении их величин. Для увеличения точности потребовались датчики, которые могут определить избыток или нехватку кислорода в процентах. Так появились широкополосные датчики кислорода. При возникновении малейшего отклонения от правильного состава смеси моментально дают блоку управления двигателя указание внести поправки и указывают их величину с достаточно большой точностью. На данный момент занимают лидирующее положение в автомобилестроении.

Для рассмотрения принципов работы широкополосных датчиков кислорода обратимся к ставшему уже классическим описанию, данному фирмой BOSCH в конце прошлого столетия и вошедшему практически во все учебные пособия и публикации в СМИ и в Интернете. К сожалению, данное описание не дает понимания алгоритмов их работы и (судя по вопросам на форумах) не всегда понятно специалистам автосервисов. Попробуем исправить эту ситуацию.

Условно систему лямбда-регулирования с широполосным датчиком кислорода можно разделить на 4 зоны (см. рис.1).Зона А – ионный насос, зона В – «скачковый» лямбда-зонд (элемент Нернста), зона С – разъем и проводка, зона D – блок управления двигателем (ЭБУ) 4.

Выхлопные газы 1 из выхлопной трубы 2 через канал поступают в диффузионную щель 6. Здесь они подвергаются каталитическому дожиганию (как в обычном катализаторе) и в ней (в зависимости от первоначального состава смеси в двигателе) образуется либо избыток, либо недостаток кислорода. Поскольку толщина щели невелика – около 50 мкм, процесс происходит очень быстро. Но для протекания реакции каталитического дожигания нужна температура (в зависимости от конструкции – от 200 до 300 градусов Цельсия). Учитывая тот факт, что температура отработавших газов (ОГ) на холостом ходу может и не достигать указанных значений, необходимым элементом является нагреватель3. Непрогретый лямбда-зонд не работоспособен.

Далее в работу вступает элемент Нернста 7 (зона В). Сравнивая состав контрольного воздуха в камере 5 с составом газов в щели 6, он дает информацию ЭБУ о наличии или отсутствии кислорода в ней. Только «да – нет». На основании этих показаний ЭБУ 4 дает команду ионному насосу 8 (зона А):

1. Откачать лишний кислород из щели в выхлопные газы. Если избыточный кислород там присутствует. Бедная смесь. Ток положительный.
2. Закачать недостающий кислород в щель. Если его там нехватка. Богатая смесь. Ионный насос «отнимает» кислород у продуктов выхлопа и перекачивает его в щель. Ток отрицательный.
3. Ничего не делать, если смесь стехиометрическая. Ток нулевой.

Ток ионного насоса прямо пропорционален разности концентраций кислорода на разных его сторонах. Таким образом, по полярности и величине тока этого элемента сразу же определяется состав смеси. Получив указание от ЭБУ, ионный насос пытается привести состав ОГ в щели, соответствующий стехиометрии. По его току ЭБУ понимает, куда и насколько отклонилась смесь, и сразу принимает меры по корректировке времени впрыска в ту или иную сторону. Колебания смеси ему не нужны – ЭБУ сразу видит абсолютные величины отклонений и выводит стехиометрию в идеал.

С началом применения широкополосных лямбда-зондов работа диагностов значительно облегчилась. Такой прибор, как газоанализатор, стал попросту ненужным. Если ЭБУ выводит показания в виде тока, то «нулевой» ток говорит о том, что системе лямбда-регулирования удалось вывести стехиометрию. По показанию коррекции смотрим, какой ценой и в какую сторону ему это удалось (см. рис. 2).

Если ток не нулевой. Это означает, что системе вывести стехиометрию не удалось. Причин тут две:

1. Неисправен сам лямбда-зонд. Как показывает практика, код ошибки в этом случае возникает крайне редко. Причина проста – чтобы проверить исправность датчика, ЭБУ обязан включить систему мониторинга. Т.е. принудительно обогатить или обеднить смесь. А это приводит к нарушению экологии! Поэтому мониторинг зонда проводиться нечасто. Например, два автомобиля Опель Вектра, оборудованные системой впрыска BOSCH и принимавшие участие в съемках фильма ОРТ «Левый Автосервис», обнаружили отказ этого датчика только через несколько часов после его возникновения.
2. Дефект критичен. Система корректировки по лямбда-зонду уже дошла до пределов своей регулировки, но смесь по прежнему отклоняется от стехиометрии. В этом случае возможен код «Превышение пределов топливной коррекции».

Действия диагноста в этих случаях заключаются:

А. Проверка самого лямбда-зонда.

В. Если зонд исправен, определяем состав смеси. Стандарт OBD2 гласит однозначно: положительный ток – бедная смесь. Отрицательный ток – смесь богатая. График зависимости тока от состава смеси приведен на рис.3. Ну а причины и способы устранения отклонения состава смеси достаточно подробно описаны в Интернете и учебных пособиях. Не будем повторяться.

Так выглядит идеальная картинка. Реалии куда более сложнее. Итак, давайте рассмотрим те «подводные камни», которые нас ждут при анализе показаний широкополосного лямбда-зонда.

Первый «подводный камень» заключается в том, что не все производители придерживаются стандарта. Очень часто ко мне приезжали автомобили, на которых стандарт был нарушен с точностью до наоборот! Положительный ток соответствовал богатой смеси, отрицательный – бедной. Но не стоит сразу винить производителей этих датчиков. Полярность тока зависит только от схемотехники и программного обеспечения ЭБУ.

ПРОВЕРКА: Необходимо в воздухозаборник работающего автомобиля добавить немного горючего вещества (принудительно обогатить смесь). На нашем автотехцентре мы используем обычный очиститель карбюратора. При наличии изменений показаний датчика однозначно говорим о его исправности и определяем, в какой полярности выводятся его показания на экран сканера.

Самый сложный случай, когда при этой проверке реакции широкополосного лямбда-зонда нет. Однозначного ответа – где дефект, дать невозможно. Вернемся опять к Рис.1 .

Дефект возможен в зонах А и В (сам датчик), зоне С (проводка) либо в самом ЭБУ – зона D. На большинстве сервисов все предлагают замену датчика, как наиболее вероятную причину. Но учитывая его стоимость, есть смысл обратиться к зоне С (проводке и разъему) для более глубокого поиска дефекта.

Pin 1. Ток ионного насоса. Проводиться миллиамперметром на 10 mA и в большинстве случаев этот замер затруднителен.

Pin 2. Масса. Отклонение от «массы» двигателя не более 100 mV. Если «масса» идет с ЭБУ, возможно наличие смещения, заложенного производителем. Необходимо свериться с мануалами.

Pin 3. Сигнал элемента Нернста. При отключенном разъеме должен составлять 450 mV. При подключенном разъеме – напряжение должно находиться в пределах 0…1v. Но некоторые производители могут отклоняться от этого правила. Принудительное обогащение смеси позволяет определить исправность этой цепи.

Pin 4 и 5. Напряжение подогревателя. На современных автомобилях управляется с помощью Широтно-Импульсной Модуляции (ШИМ). Проверка необязательна, ибо в случае ее отказа код ошибки с Р0036 по Р0064 (Heater Control HO2S) пробивается практически моментально.

Второй «подводный камень» заключается в том, что ЭБУ не может понимать ток. Его входные цепи способны оцифровывать только напряжения. И блоки управления начинают выводить на сканер не ток, а падение напряжения на каком то нагрузочном сопротивлении в ЭБУ. В зависимости от схемотехники блока оно в норме может иметь абсолютно разное значение. В потоке данных выводиться не ток, а какое-то абстрактное напряжение. Мануалы на конкретный автомобиль его указывают.

Но способы проверки точно такие же. Принудительное обогащение смеси позволяет определить исправность датчика, а просмотр топливной коррекции позволяет понять, в каком состоянии находиться система топливоподачи автомобиля.

Третий «подводный камень» заключается в том, большинство широкополосных датчиков не взаимозаменяемы друг с другом. Реклама настойчиво предлагает разнообразный выбор. На форумах часто звучат вопросы: «Какой датчик лучше поставить?». Как быть рядовому потребителю? Что выбрать?

Ответ дают сами производители автомобилей.

Ставить нужно только те датчики, которые рекомендовал завод-изготовитель. В противном случае, производитель не состоянии гарантировать правильную работу системы.