Меню Закрыть

Датчик кислорода принцип работы: Кислородный датчик (лямбда-зонд): устройство и принцип работы

Содержание

Кислородный датчик: устройство, назначение, диагностика

Сомнительная заправка, плохой бензин, «чек» на панели — стандартный и быстрый путь к замене кислородного датчика. Про лямбда-зонд слышали многие автомобилисты, но мало кто разбирался, за что именно он отвечает и почему так легко выходит из строя. Рассказываем про датчик кислорода — «обоняние» двигателя.

Лямбда и стехиометрия двигателя

Название датчика происходит от греческой буквы λ (лямбда), которая обозначает коэффициент избытка воздуха в топливно-воздушной смеси. Для полного сгорания смеси соотношение воздуха с топливом должно быть 14,7:1 (λ=1). Такой состав топливно-воздушной смеси называют стехиометрическим — идеальным с точки зрения химической реакции: топливо и кислород в воздухе будут полностью израсходованы в процессе горения. При этом двигатель произведёт минимум токсичных выбросов, а соотношение мощности и расхода топлива будет оптимальным.

Если лямбда будет <1 (недостаток воздуха), смесь станет обогащённой; при лямбде >1 (избыток воздуха) смесь называют обеднённой.

Чересчур богатая смесь — это повышенный расход топлива и более токсичный выхлоп, а слишком бедная смесь грозит потерей мощности и нестабильной работой двигателя.

Зависимость мощности и расхода топлива от состава смеси

Из графика видно, что при λ=1 мощность двигателя не пиковая, а расход топлива не минимален — это лишь оптимальный баланс между ними. Наибольшую мощность мотор развивает на слегка обогащённой смеси, но расход топлива при этом возрастает. А максимальная топливная эффективность достигается на слегка обеднённой смеси, но ценой падения мощности. Поэтому задача ЭБУ (электронного блока управления) двигателя — корректировать топливно-воздушную смесь исходя из ситуации: обогащать её при холодном пуске или резком ускорении, и обеднять при равномерном движении, добиваясь оптимальной работы мотора во всех режимах. Для этого блок управления ориентируется на показания датчика кислорода.

Зачем нужен кислородный датчик

Датчиков в современном двигателе великое множество. С помощью различных сенсоров ЭБУ замеряет температуру забортного воздуха и его поток, «видит» положение дроссельной заслонки, отслеживает детонацию и положение коленвала — словом, внимательно следит за воздухом «на входе» и показателями работы мотора, регулируя подачу топлива для создания оптимальной смеси в цилиндрах.

Схема лямбда-коррекции двигателя

Лямбда-зонд показывает, что же получилось «на выходе», замеряя количество кислорода в выхлопных газах. Другими словами, кислородный датчик определяет, оптимально ли работает мотор, соответствуют ли расчёты ЭБУ реальной картине и нужно ли вносить в них поправки. Основываясь на данных с лямбда-зонда, ЭБУ вносит соответствующие коррекции в работу двигателя и подготовку топливно-воздушной смеси.

Где находится кислородный датчик

Датчик кислорода установлен в выпускном коллекторе или приёмной трубе глушителя двигателя, замеряя, сколько несгоревшего кислорода находится в выхлопных газах.

На многих автомобилях есть ещё один лямбда-зонд, расположенный после каталитического нейтрализатора выхлопа — для контроля его работы.

Если у двигателя две головки блока (V-образники, «оппозитники»), то удваивается количество выпускных коллекторов и катализаторов, а значит и лямбда-зондов — у современной машины может быть и 4 кислородных датчика.

Устройство кислородного датчика

Классический лямбда-зонд порогового типа — узкополосный — работает по принципу гальванического элемента. Внутри него находится твёрдый электролит — керамика из диоксида циркония, поэтому такие датчики часто называют циркониевыми. Поверх керамики напылены токопроводящие пористые электроды из платины. Будучи погружённым в выхлопные газы, датчик реагирует на разницу между уровнем кислорода в них и в атмосферном воздухе, вырабатывая на выходе напряжение, которое считывает ЭБУ.

Циркониевый элемент лямбда-зонда приобретает проводимость и начинает работать только после прогрева до температуры 300 °C. До этого ЭБУ двигателя действует «вслепую» согласно топливной карте, без обратной связи от кислородного датчика, что повышает расход топлива при прогреве двигателя и количество вредных выбросов. Чтобы быстрее задействовать лямбда-зонд, ему добавляют принудительный электрический подогрев. Кислородные датчики с подогревом внешне отличаются увеличенным количеством проводов: у них 3–4 жилы против 1–2 у обычных датчиков.

В названии узкополосного датчика кроется его недостаток — он способен замерять количество кислорода в выхлопе в достаточно узком диапазоне. ЭБУ может корректировать смесь по его показаниям только в некоторых режимах работы мотора (холостой ход, движение с постоянной скоростью), что не отвечает современным требованиям по экономичности и экологичности двигателей. Для более точных замеров в широком диапазоне используют широкополосный лямбда-зонд (A/F-сенсор), который также называют датчиком соотношения «воздух-топливо» (Air/Fuel Sensor). Обычно к нему подходят 5–6 проводов, хотя бывают и исключения.

Внешне «широкополосник» похож на обычный датчик кислорода, но внутри есть отличия. Благодаря специальным накачивающим ячейкам эталонный лямбда-коэффициент газового содержимого датчика всегда равен 1, и генерируемое им напряжение постоянно. А вот ток меняется в зависимости от количества кислорода в выхлопных газах, и ЭБУ двигателя считывает его в реальном времени. Это позволяет электронике быстрее и точнее корректировать смесь, добиваясь её полного сгорания в цилиндрах.

Почему до сих пор производят узкополосные датчики? Во-первых, для старых автомобилей, где A/F-сенсоры не применялись. Во-вторых, из-за особенностей «широкополосника» его нельзя устанавливать после катализатора, где он быстро выходит из строя. А контролировать работу катализатора как-то надо. Поэтому в современных двигателях ставят два лямбда-зонда разного типа: широкополосный (управляющий) — в районе выпускного коллектора, а узкополосный (диагностический) — после катализатора.

Причины и признаки неисправности лямбда-зонда

Основная причина поломок кислородных датчиков — некачественный бензин: свинец и ферроценовые присадки оседают на чувствительном элементе датчика, выводя его из строя.

На состояние лямбда-зонда влияет и нестабильная работа двигателя: при пропусках зажигания от старых свечей или пробитых катушек несгоревшая смесь попадает в выхлопную систему, где догорает, выжигая и катализатор, и датчики кислорода. Приговорить датчик также может попадание в цилиндры антифриза или масла.

Самый очевидный признак неисправности лямбда-зонда — индикатор Check Engine на приборной панели. Считав код ошибки с помощью сканера или самодиагностики, можно проверить, какой именно датчик вышел из строя, если их несколько. Иногда всё дело в повреждённой проводке датчика — с проверки цепи и стоит начать поиск поломки.

Но далеко не всегда проблемный лямбда-зонд зажигает «Чек»: иногда он не ломается полностью, а медленно умирает, давая при этом ложные показания, из-за чего ЭБУ двигателя неверно корректирует состав смеси. В этом случае нужно ориентироваться на косвенные признаки — ухудшение работы двигателя.

Проблемы с датчиком кислорода нарушают всю систему обратной связи и лямбда-коррекции, вызывая целый букет неисправностей. Прежде всего, это увеличение расхода топлива и токсичности выхлопа, снижение мощности и нестабильный холостой ход. Если вовремя не заменить лямбда-зонд, следом выйдет из строя каталитический нейтрализатор, осыпавшись из-за перегрева от обогащённой смеси.

Универсальные кислородные датчики

Цена на оригинальные датчики кислорода вряд ли обрадует автомобилистов, но все лямбда-зонды работают по единому принципу, что позволяет без труда подобрать замену. Главное, чтобы соответствовал типа датчика (широкополосный/узкополосный), количество проводов и резьбовая часть. В продаже есть универсальные кислородные датчики без разъёма, которые можно использовать на десятках моделей автомобилей — подобрать и купить лямбда-зонд не составляет проблемы.

Чтобы избежать проблем с кислородными датчиками, следите за состоянием двигателя, заправляйтесь качественным топливом и регулярно выполняйте компьютерную диагностику, которая позволит выявить неисправности на ранней стадии.

Датчик кислорода. Устройство и принцип работы :: Avto.Tatar

  Датчик кислорода — это часть двигателя, отвечающая за смесь воздуха с топливом. Воздушно-топливная смесь снижает расход топлива без потери мощности.

Общеизвестно, что бензиновые двигатели производят очень токсичную отработку. Она содержит целый букет химических элементов, а самые ядовитые из них — окись углерода (CO), углеводороды (CH) и окись азота (NOx). Для нейтрализации их вреда система выпуска была модифицирована каталитическим нейтрализатором. Данное устройство снижает токсичность газов и делает их почти безопасными.

Для эффективной работы нейтрализатора состав газов, подаваемых на него, должен соответствовать определенным стехиометрическим стандартом воздушно-топливной смеси. Коэффициент избытка воздуха — основная характеристика свойственная этой смеси. Его значение колеблется вокруг единицы (1.0). Если оно опускается ниже 1.0, то смесь считается обогащенной. Показатель выше 1.0 указывает на обеднение.

Если значение коэффициента избытка воздуха стремится к единице, то такая смесь называется стехиометрической.

Для достижения максимальной эффективности (порядка 80%) состав рабочей смеси в двигателе не должен отступать от стехиометрического значения больше чем на 1%. Но каким образом смешивание газообразного и жидкого вещества может происходить с такой высокой точностью? На выручку пришли современные технологии. Была разработана специальная система регулировки подачи воздуха и топлива, называемая лямбда-зондом. Это высокоточный датчик обратной связи, являющийся одним из самых важных элементов.


Строение датчика кислорода

Современные автомобили используют два разных вида датчиков кислорода: титановые и циркониевые. Несмотря на некоторые различия в строении, принцип работы у них одинаковый. В кислородном датчике имеется элемент измерения, опыленный платиной с наружной и внутренней стороны. Внутри находится керамический твердый электролит.

Принцип работы схож с гальваническим элементом. Минимальная температура, необходимая для функционирования датчика — 300–350 градусов Цельсия. По ее достижении керамический элемент становится проводником ионов кислорода. Максимальная безопасная температура — в пределах 950–1000 градусов Цельсия. Более интенсивный нагрев может привести к поломке.


Принцип работы

Кислородные ионы приводятся в движение за счет разных концентраций масс во внутренней и наружной части системы выпуска. Таким образом, своей работой двигатель создает разность потенциалов, необходимую для подачи сигнала. Если температура датчика ниже 300 градусов Цельсия, то он находится в нерабочем состоянии.

В зависимости от температуры датчика происходит реакция на разные смеси: при высоких температурах — на богатые, при низких на бедные. Разница между реакциями на богатые и бедные смеси весьма высока, но если температура падает ниже 300 градусов Цельсия, разница уменьшается, а датчик переходит в нерабочее состояние.

Для того чтобы решить данную проблему, лямбду пытаются разместить поближе к двигателю, сохраняя при этом ограничение температурного режима во избежание повреждений датчика. Наибольшая опасность возникает при «выжимании» высоких мощностей из мотора.

В современном автомобилестроении датчики кислорода оснащены спиральными нагревательными элементами. Управляется подогрев электроникой двигателя. Помимо этого, электронный блок отвечает еще и за стабильность работы цепи нагревания.  

Датчик кислорода — волшебство?

Как работает датчик кислорода? По-другому он называется лямбда-зондом. Датчик кислорода помогает двигателю развивать максимальную мощность, экономить топливо, обеспечивает полное сгорание топливо-воздушной смеси, путем ее коррекции к оптимальному соотношению воздух/топливо.Как работает датчик кислорода? По-другому он называется лямбда-зондом. Датчик кислорода помогает двигателю развивать максимальную мощность, экономить топливо, обеспечивает полное сгорание топливо-воздушной смеси, путем ее коррекции к оптимальному соотношению воздух/топливо.

Содержание статьи:


Различные датчики в автомобиле помогают водителю и бортовому компьютеру видеть состояние автомобиля и отдельных его узлов. Одним из примеров таких датчиков можно считать кислородный. Рассмотрим принцип работы и для чего он предназначен.

Что такое лямда-зонд

Со временем автомобили становятся все более и более сложными. Разработано устройство, которое образует сложный химический оборот: оно входит в систему выброса отработанных газов, где на датчике образуется напряжение, которое подается на блок управления. Необходимо, чтобы лямбда-зонд подавал сигнал на компьютер автомобиля и определял, какое количество кислорода содержится в выхлопе, иначе ЭБУ будет неверно дозировать топливо, а это приведет к повышенному расходу топлива, а так же к потере мощности.

Блок управления регулирует количество топлива, используя сигналы устройства, чем обогащает или обедняет смесь. Это происходит одним циклом и постоянно, в закрытом контуре.

Если лямбда-зонд не подает никаких признаков жизни, то блок управления переходит в режим работы по таблицам, которые заложены, своего рода, аварийный режим. Блок подает обогащенную смесь, вызывает большой расход топлива и сильную токсичность выхлопа.

Типы датчиков кислорода

Циркониевый датчик стоит впереди катализатора и сам генерирует напряжение, либо отрицательное, либо положительное. Опорное напряжение такого датчика составляет 0,45 В, которое отклоняется либо до 0,9 В, либо до 0,1 В. Главное отличие такого датчика от титанового является именно тот факт, что циркониевый самостоятельно генерирует напряжение.

При ремонте стоить помнить, что к такому датчику ни в коему случае нельзя припаивать какие попало провода, потому что именно в изоляции проложены каналы для прохождения эталонного воздуха. Если такового не будет, то датчик попросту не будет правильно работать.

Широкополосный датчик – это новейшая конструкция лямбда-зонда на данный момент. Его устройство позволяет не просто определять бедную или богатую смесь на входе в цилиндры, но так же и определять степень отклонения. Именно такие параметры сделали его более точным, в то же время широкополосный кислородный датчик быстрее реагирует на изменения состава выхлопных газов.

Всем известно, что любой кислородный датчик начинает работать только после 350 градусов. Здесь же для более быстрого достижения рабочей температуры устанавливается нагревательных элемент.

Как устроен датчик кислорода

Датчик состоит из керамической трубки, покрытой платиной, внутрь вставлены два электрода. Корпус трубки расположен в системе горячих отработанных газов, а другая часть соединяется корпусом с атмосферой. В новейших датчиках системы отверстия отсутствуют, кислород в них проникает через изоляцию кабелей.

Получается, что обе стороны лямбда-зонда расположены в различных средах. Первая среда – это выхлопные газы, вторая – атмосфера. Когда кислород сгорает в отработанных газах, а в атмосфере он, конечно, имеется, датчик выдает напряжение, высчитывая разницу в содержании в газах и в атмосфере.


Чем выше разница у выхлопных газов и кислорода в объёме атмосферы, тем большее количество напряжения вырабатывает датчик. Высокий уровень напряжения – 0,9 Вольт, средний – 0,4 5Вольт и бедный уровень – 0,1 Вольт. Скорость немедленного переключения от бедной смеси к обогащенной зависит от устройства системы подачи топлива. Скорость реакции системы подачи топлива на сигналы датчика кислорода зависит, прежде всего, именно от конструкции самой системы. Так, например, наименьшая скорость реакции у центрального впрыска? Дальше идет распределенный впрыск, ну а самым чувствительным, естественно, является непосредственный впрыск.

Датчик кислорода включается, когда температура его достигает 350градусов. Внутри встроен элемент нагрева. Он не остывает и не отключается при работе автомобиля на холостом ходу. В новых современных моделях автомобилей стоит уже не по одному датчику, а от 2 до 4 штук. Датчик кислорода работает в высокой температуре выхлопных газов. Со временем грязь накапливается на корпусе датчика и приводит его к уменьшению работоспособности.

Загрязнители бывают различные: сера, масло, остатки топлива. Наружная поверхность лямбда-зонда также подвержена повреждениям: жидкостью, маслом, землёй, солью дорожной.

Диагностируем датчик кислорода

Лямбда-зонд проверяют специальным сканером, осциллографом для записи амплитудных и временных параметров или вольтметром. На вольтметре показания быстро меняются, и считать данные очень трудно. При диагностике многоконтактным осциллографом или сканером на экране появляются диаграммы, на них показаны все переходы постоянного напряжения. Программа показывает напряжение работающего датчика в виде волнистой линии. Оно высвечивается в форме амплитуды и демонстрирует переход от богатого состояния к бедному. Если датчик новый, он должен хорошо работать во время холостых оборотов.

Напряжение в этот момент изменяется от минимального показания (0,1 В) к максимальному (0,9 В). При обрыве или замыкании цепи датчика загорается лампочка на панели приборов. При поломке или неисправности датчик необходимо заменить. Этим самым уменьшится расход бензина и токсические выхлопы, также продлевается работа катализатора. Датчики, имеющие один или два провода, заменяются через каждые 50 тысяч километров, с тремя или четырьмя проводами – через 70 тысяч километров.

Видео — как проверить датчик кислорода:

Разбираем устройство и принцип работы датчика кислорода.

Датчик кислорода является одним из важнейших компонентов выхлопной системы транспортного средства, от которого в немалой степени зависит продуктивность двигателя. Рассмотрим составляющие датчика и принцип его функционирования, для проведения самостоятельной диагностики выхлопной системы.

Датчик кислорода, расположен в системе выпуска отработанных газов.В зависимости от особенностей двигательной системы и совокупности выпуска газов, количество датчиков кислорода может различаться. Как правило, в составе выхлопной системы современного транспортного средства устанавливаются от одного до пары анализаторов. Первый лямбда-зонд, как правило, монтируется сразу после коллектора выпуска газов. Таким образом, выходящие из выхлопной системы газы попадают на действующую поверхность устройства. В случае если транспортное средство оснащено вторым датчиком кислорода, как правило, он останавливается за катализатором.
Каждый современный автомобиль в обязательном порядке оснащается датчиком кислорода – лямбда-зонд. Датчик получил широкое распространение в автомобилестроении, благодаря введенным нормам экологии. Как известно, выхлопные газы содержат определённое количество вредных веществ, попадающих в атмосферу. Сегодня, во всём мире предусмотрен предельно допустимый порог вредных веществ, содержащийся в выхлопных газах. В некоторых странах Европы, разрешается эксплуатация автомобиля, только при оснащении высоко экологичным двигателем. В нашей стране, нормы экологии менее суровы, но всё же основные меры по снижению примесей в отработанных газах предусмотрены на каждом авто.

Помимо анализатора — Лямбда зонд, выхлопная система современного транспортного средства имеет в своем составе катализатор, который также служит для уменьшения уровня токсичности выходящих газов. Как известно для продуктивной работы катализатора требуются определенные условия. Катализатор позволяет эффективно снизить показатели токсичности выхлопной смеси, при соответствующем контроле за совокупностью топлива и воздуха. В другом случае катализатор стремительно снижает свою продуктивность и в этот момент совокупность выпуска газов использует анализатор кислорода.
L – лямбда, которая входит в состав названия кислородного датчика обозначает показатель превышения потока воздуха в рабочей смеси. Определение лишней части потока воздуха в рабочем составе происходит следующим образом. Лямбда зонд, анализирует остаток воздуха при выходе отработанных газов. При правильном составе рабочей смеси, полученный показатель составляет: четырнадцать и семь воздушного потока на одну часть топлива, соответственно лямбда при этом равна единице.

Промежуток продуктивной функции катализатора достаточно узкий. В данном случае лямбда равна единица. Для поддержания правильности работы, необходима правильная и продуктивная работы системы обеспечения с электронным впуском смеси. При этом обратный цикл предусматривает анализатор воздуха. Именно для того, чтобы обеспечить продуктивную работу выхлопной совокупности, Лямбда зонд монтируется перед началом катализатора.

Анализатор воздуха – лямбда-зонд, вырабатывает специальный сигнал, который в дальнейшем передается ЭБУ системы формирования смеси. После того как электронный блок управления совокупности формирования смеси принимают электронный сигнал от анализатора воздуха, он регулирует топливо-воздушную смесь путём изменения подаваемого в цилиндры состава. Как известно, некоторые модели машин оснащаются вторым анализатором кислорода, установленным на выходе катализатора. Такое устройство выхлопной системы позволяет эффективно увеличить правильность создания топливовоздушной смеси. Также дополнительный анализатор позволяет контролировать функцию катализатора, для того чтобы он смог эффективно выполнять свою роль и сокращать объем вредных примесей в отработанных газах.

Большинство современных производителей, изготавливают анализатор кислорода из сплава циркония. Также в составе элемента предусмотрена керамическая часть, которая является источником тока, изменяющим заряд в зависимости от показателей температуры и кислорода. Поверхность датчика кислорода, взаимодействует с воздухом и газами внутри системы. Исходя из показателей насыщенности выходящей смеси кислородом, анализатор формирует определенный сигнал. Контрольное устройство принимает сигнал анализатора и сопоставляет его с допустимым показателем, заложенным в прошивке. В случае если полученный параметр отличается от необходимого, электронный блок контроля за топливной смесью изменяет насыщенность состава в необходимую сторону. Благодаря данному принципу, возникает обратная связь между блоком управления и анализатором. Точная настройка топливовоздушной смеси, способствуют правильной функции двигателя, снижению токсинов в отработанных газах и правильному потреблению топлива.

В ходе эксплуатации транспортного средства, лямбда-зонд функционирует в сложных условиях. В связи с этим, как и любое устройство автомобиля он подвержен постоянному износу и нередко приходит в неисправность. Нарушение функции анализатора кислорода в значительной мере влияет на продуктивность двигательной системы и способствует увеличению расхода бензина. В связи с этим выхлопная система требует своевременной диагностики и регулярного обслуживания.

Рассмотрим возможные причины поломки анализатора кислорода.

Как правило, к нарушению функции датчика кислорода переводит ряд совокупностей, среди которых наиболее распространены:

  • Использование топливной смеси низкого качества. Бензин плохого качества содержит в своем составе ряд примесей, которые способствуют преждевременному износу компонентов выходной системы. В частности, железо и свинец нарушают структуру платиновых электродов, уже при нескольких заправках мало-качественной смесью.
  • Неправильная настройка системы зажигания. При нарушении угла опережения системы зажигания, может произойти перегрев корпуса анализатора.
  • Избыточное обогащение смеси, также приводит к перегреву корпуса лямбда-датчика.
  • Образование масла в выхлопной системе, полученное в результате изношенности масло-съемных элементов.
  • Различные нарушения в работе системы зажигания, посторонние звуки в глушителе, все это приводит к разрушению уязвимой керамической структуры.
  • Механические повреждения датчика полученные в ходе эксплуатации транспортного средства.
  • Множественные попытки завести автомобиль через короткий промежуток времени способствует скоплению не отработанной смеси в проводниках выпуска. При образовании ударной волной состав воспламеняется, что неизбежно приводит к нарушению структуры датчика лямбда.
  • Попадание на рабочую поверхность анализатора посторонних жидкостей (масло, ОЖ или обычное моющие средство), в таком случае лямбда-зонд также утрачивает свою продуктивность.
  • Если при монтаже анализатора использовались герметичные составы, которые имеют в основе силикон, то такая смесь может нарушить свою структуру в ходе эксплуатации транспортного средства и поспособствовать преждевременному износу датчика.
  • Обрыв проводников датчика, нарушение их герметичности или замыкание цепи, также способствуют нарушению функции лямбда-анализатора.

Как правило, для выявления неисправностей лямбда-анализатора не требуется проведение дорогостоящей диагностики и обращения в специализированной сервис. Дело в том, что несмотря на свои небольшие габариты, датчик кислорода выполняет довольно важную функцию и при нарушении его структуры в значительной мере нарушается работа двигательной системы. Поэтому, на неисправность лямбда-анализатора указывают вполне заметные признаки.

Обратить внимание на состояние лямбда-зонд, нужно при возникновении следующих неисправностей:

  • Некорректная работа движка при небольших оборотах.
  • Ухудшение динамики разгона транспортного средства.
  • Значительно увеличенный расход бензина.
  • Перегрев нейтрализатора или значительное повышение его рабочей температуры.
  • Возникновение постороннего звукового сопровождения после остановки транспортного средства.
  • Увеличение показателей токсичности выхлопных газов.

Диагностика лямбда-зонд.

Для проведения диагностики, нам потребуется: оригинальная инструкция завода изготовителя, цифровой вольтметр, осциллограф. Перед проведением диагностики анализатора кислорода, двигатель автомобиля необходимо прогреть. Рассмотрим основные этапы проверки устройства.

1. Первым шагом, необходимо ознакомиться с оригинальной инструкцией завода-изготовителя. Производитель укажет месторасположение контрольного устройства, а также его основные параметры.

2. Далее, необходимо проверить все показатели, которые могут повлиять на неправильную работу анализатора: напряжение в сети транспортного средства, угол опережения зажигания, функция системы топливной подачи. Помимо этого, необходимо обратить свое внимание на герметичность проводников и провести визуальную диагностику внешних механизмов.

3. Теперь находим анализатор кислорода, согласно инструкции производителя. После этого, необходимо провести визуальную диагностику измерительного прибора.В случае если керамическая часть анализатора имеет нагар, то датчик подлежит обязательной замене. К образованию налёта на керамической части анализатора, чаще всего приводит использование топливной смеси низкого качества. Если визуальная диагностика показала приемлемое состояние анализатора, необходимо продолжить проверку.

4. Следующим этапом, отключаем анализатор и подключаем его проводники к электроизмерительному прибору. Далее, запускаем автомобиль и нажимаем на педаль газа до достижения оборотов: две с половиной тысячи в минуту. Теперь, при помощи устройства для насыщения состава снижаем показатели оборотов до двухсот в минуту.

5. В случае если транспортное средство оснащено электронным контролем топливной системы, удаляем в окно трубку регулятора давления и обращаем внимание на показатели измерительного прибора. Если показатели вольтметра приближены к отметке 0, 9 Вт, то анализатор кислорода исправен. На неисправность лямбда-датчика, укажет отсутствие реакции измерительного прибора или показатель ниже 0,8 Вт.

6. Следующим этапом необходимо проверить насыщенность топливовоздушной смеси. Используя вакуумную трубку, необходимо обеспечить подсос воздуха. В случае если анализатор работает правильно, показания измерительного прибора не будут превышать отметки 0, 2 Вт.

7. Завершающим этапом, необходимо проверить работу анализатора на практике. Для этого подключаем устройство к разъему подачи топлива и параллельно устанавливаем электроизмерительные приборы. При этом необходимо увеличить оборот задержки до 1500 минуту. Об исправности контрольного устройства, сообщат показатели прибора — 0, 5 Вт. При иных показателях, лямбда-зонд подлежит обязательной смене.

Выхлопная система играет важную роль в работе транспортного средства. Для поддержания должной продуктивности двигателя, а также для увеличения срока эксплуатации ДВС, необходимо своевременно диагностировать и обслуживать совокупность выпуска отработанных газов. Лямбда анализатор, сравнительно простое и небольшое устройство, при этом выполняющее ответственную функцию в формировании рабочей смеси. Поддержание работоспособности датчика, позволит сохранить функцию ДВС и сохранить оптимальный расход бензина. Проверить и заменить анализатор достаточно просто своими руками, при этом данная процедура позволит сэкономить на ремонте важнейшей системы авто.

Удачной диагностики!

Датчик кислорода DENSO(лямбда-зонд) — принцип работы,устройство,виды

Конструкция современных автомобилей предусматривает строгий контроль количества сжигаемого топлива. Это необходимо как с точки зрения повышения экономичности двигателей, так и в целях снижения выбросов вредных веществ в атмосферу. Элементом, играющим основную роль в регуляции топливо-воздушной смеси, является датчик кислорода (лямбда-зонд).

Датчик кислорода работает в связке с системой впрыска, каталитическим нейтрализатором и электронным блоком управления (ЭБУ). Измеряя процент несгоревшего кислорода в выхлопных газах автомобиля, датчик передает эти данные в ЭБУ, который регулирует состав топливовоздушной смеси. Правильная топливовоздушная смесь обеспечивает эффективную работу каталитического нейтрализатора.

Принцип работы
Датчики кислорода состоят из внешнего и внутреннего электрода. Внешний электрод имеет платиновое напыление, а внутренний изготовлен из циркониевого сплава. При прохождении кислорода изменяется потенциал между выводами электродов. Принцип работы датчика основан на поддержании постоянного напряжения (450 мВ) между электродами за счет изменения силы тока. Снижение концентрации кислорода в отработавших газах (обогащенная топливно-воздушная смесь) сопровождается ростом напряжения между электродами двухточечного керамического элемента. Сигнал от элемента подается в электронный блок управления, на основании которого создается ток определенной силы, благодаря которой напряжение достигает нормативного значения. Величина силы тока при этом и является мерой концентрации кислорода в отработавших газах.

Датчик кислорода контролирует процентное содержание несгоревшего кислорода в выхлопных газах автомобиля. Во время движения автомобиля состав топливной смеси отклоняется от идеального значения, поэтому его необходимо контролировать и регулировать. В зависимости от содержания кислорода — слишком высокое (обедненная смесь) или слишком низкое (переобогащенная смесь) — датчик передает быстроизменяющийся сигнал в ЭБУ, который реагирует на сигнал изменением качества топливовоздушной смеси, поступающей в двигатель.

ЭБУ получает от датчика сигнал и принимает решение о правильности соотношения топлива и воздуха в смеси. Количество впрыскиваемого топлива регулируется с помощью коррекции времени впрыска по сигналам обратной связи. Если смесь оказывается слишком богатой, количество впрыскиваемого топлива уменьшается, если слишком бедной — количество впрыскиваемого топлива увеличивается.

Задача состоит в том, чтобы поддерживать соотношение топлива и воздуха в смеси близко к стехиометрической точке, которая представляет собой рассчитанное идеальное соотношение топлива и воздуха в смеси. Для бензина стехиометрическое соотношение, т. е. соотношение чистого сгорания, составляет около 14,7 к 1 (равно коэффициенту лямбда 1.00). Это означает, что на каждый килограмм топлива сжигается 14,7 килограмма воздуха. Если отношение воздуха к топливу выше 14,7 — смесь обедненная, а если ниже — переобогащенная.

В теории при идеальном составе смеси все топливо сгорает полностью, используя при этом почти все количество кислорода в воздухе. Остаточный кислород должен присутствовать в количестве, как раз необходимом для эффективной работы каталитического нейтрализатора. После этого нейтрализатор производит обработку выхлопных газов до того, как они покинут автомобиль.

Большинство современных автомобилей оснащены трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором. Трехкомпонентный подразумевает три вида контролируемых (вредных) выбросов, уровень которых снижается с помощью нейтрализатора — монооксид углерода (CO), несгоревшие углеводороды (CH) и оксид азота (NOx). Точное количество кислорода в выхлопных газах важно для нейтрализатора, поскольку от этого зависит, насколько эффективно он сможет удалить эти вредные выбросы из выхлопных газов.

При правильном количестве кислорода между кислородом и токсичными газами возникает химическая реакция, в результате которой из нейтрализатора выходят безвредные газы. Если нейтрализатор работает исправно, то этой химической реакцией поглощается весь кислород, содержащийся в выхлопных газах.



Рис. 1. Выходной сигнал датчика кислорода указывает на соотношение топлива и воздуха в смеси, сообщая ЭБУ, в какую сторону регулировать подачу топлива.

Рис. 2. Степень очистки каталитического нейтрализатора.

Устройство
Все новые автомобили и большинство автомобилей, выпущенных после 1980 г., оснащены датчиком кислорода. Он установлен в выхлопной трубе перед каталитическим нейтрализатором. Точное местонахождение датчика кислорода варьируется в зависимости от типа двигателя — с V-образным или рядным расположением цилиндров, а также в зависимости от марки и модели.

Подробно рассматривать устройство современного датчика кислорода имеет смысл на примерах продукции компании DENSO, поскольку этот японский производитель является безусловным технологическим лидером в данной области. С таким утверждением явно согласны ведущие мировые автопроизводители — датчики кислорода DENSO устанавливаются в качестве оригинального оборудования на автомобилях таких производителей как Toyota, Mitsubishi, Honda, Jaguar, Volvo, Mazda, Suzuki, Subaru, Isuzu, Daihatsu, Yamaha, Land Rover, Daimler Chrysler, General Motors, Opel/Vauxhall и многих других. Начиная с 1977 года, когда были выпущены первые датчики кислорода, уже несколько сотен миллионов датчиков DENSO выполняют свою работу, измеряя содержание кислорода в выбросах двигателей автомобилей, что делает DENSO одним из ведущих производителей датчиков кислорода в мире.

Несколько датчиков кислорода
Многие из недавно выпущенных автомобилей, кроме датчика кислорода, перед каталитическим нейтрализатором имеют второй датчик, установленный после него. Первый датчик, перед нейтрализатором, является основным и помогает блоку ЭБУ регулировать топливовоздушную смесь. Второй датчик, установленный после нейтрализатора, является контрольным. Он контролирует функционирование каталитического нейтрализатора.

Датчик кислорода, установленный после каталитического нейтрализатора, контролирует его функционирование путем измерения уровня кислорода в выхлопных газах, выходящих из нейтрализатора. Если датчик выдает сигнал высокого напряжения, нейтрализатор работает нормально. Это происходит потому, что, если нейтрализатор работает правильно, весь кислород в выхлопных газах поглощается химической реакцией, происходящей внутри между кислородом и вредными веществами.


Рис. 3. Двигатель с каталитическим нейтрализатором и датчиками:
1. Инжектор. 2. Датчик кислорода перед катализатором. 3. Каталитический нейтрализатор. 4. Датчик кислорода после катализатора

Двойной защитный слой алюминия и двойная защитная крышка — уникальные разработки DENSO!

Два типа датчиков кислорода
Компания DENSO первой в мире разработала технологию датчиков соотношения воздух/топливо, предложив датчик с линейным сигналом, который помогает автомобилям соответствовать строгим стандартам уровня токсичности выбросов, начиная с EURO 3. Однако в новой системе вместо обычного датчика кислорода используется уже датчик контроля соотношения топлива и воздуха в смеси. В целом датчики воздух/топливо обладают большей чувствительностью и эффективностью, чем обычные циркониево-оксидные датчики кислорода. Это достигается благодаря способу измерения соотношения топлива и кислорода в смеси и различиям в выходных сигналах, сообщающих о результате измерений.

Циркониево-оксидный датчик показывает, выше или ниже соотношение топлива и воздуха коэффициента лямбдa 1.00. ЭБУ двигателя постепенно изменяет количество подачи топлива до тех пор, пока датчик не начнет показывать, что соотношение опять неправильное. С этого момента ЭБУ опять начинает корректировать подачу топлива в другом направлении. Этот способ обеспечивает медленное и непрекращающееся плавание вокруг коэффициента лямбдa 1.00, не позволяя при этом поддерживать точный коэффициент 1.00.

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 лямбдa 1.00 и, соответственно, насколько требуется корректировать подачу топлива, что позволяет ЭБУ изменять количество впрыскиваемого топлива и получать коэффициент лямбдa 1.00 практически сразу.

В итоге, особенно в изменяющихся условиях (резкие ускорения или замедления), в системах с циркониево-оксидным датчиком будет наблюдаться подача недостаточного или избыточного количества топлива, что приводит к снижению эффективности каталитического нейтрализатора. При использовании датчика соотношения воздух/топливо ЭБУ двигателя будет замечать малейшие изменения в соотношении топлива и воздуха даже в изменяющихся условиях. Таким образом, ЭБУ сможет выполнять точную корректировку подачи топлива, что приведет к оптимальной обработке выхлопных газов каталитическим нейтрализатором и, как следствие, к более чистому воздуху, меньшему расходу топлива и улучшению общих характеристик управляемости автомобиля.

Передовые разработки, стандарт оригинального качества и превосходные эксплуатационные характеристики теперь доступны клиентам вторичного рынка в рамках программы DENSO. Ноу-хау компании не имеет себе равных и применяется при производстве всех без исключения датчиков кислорода. Кроме того, каждый датчик кислорода DENSO подвергается проверкам на 100%-ное соответствие качеству, включая проверки выходного сигнала, воздухонепроницаемости, целостности цепей и сопротивления подогревателя. Поэтому, в случае необходимости замены датчика кислорода, выбор очевиден. Что касается технологии обслуживания и нюансов замены кислородных датчиков – этому будет посвящена следующая статья.

Решение проблемы качества топлива
Некачественное или грязное топливо может оказать неблагоприятное воздействие на срок службы и эксплуатационные показатели датчика кислорода, однако DENSO предлагает решение для этой проблемы.

В чем заключается причина проблемы? Топливо может быть загрязнено присадками для моторных масел, присадками для бензина, герметиком на деталях двигателя и нефтяными отложениями после десульфуризации. При нагреве свыше 700°С загрязненное топливо выделяет вредные для датчика пары, которые влияют на его работу, засоряя или разрушая электроды. Это распространенный случай выхода из строя датчика кислорода.

Новая конструкция датчиков DENSO не подвержена этой опасности. Уникальный защитный слой оксида алюминия на керамическом элементе датчика защищает его от некачественного топлива, продлевая срок службы и сохраняя эксплуатационные показатели датчика на необходимом уровне.

Денис Петров

www.denso.ua

Источник: журнал autoExpert №1`2015. При перепечатке ссылка на источник обязательна.

Кислородный датчик -принцип работы, диагностика неисправностей и замена

Несмотря на не слишком внушительные размеры и простоту устройства, кислородный датчик и, более известный как датчик лямбда-зонда играет не самую последнюю роль в работе двигателя автомобиля. Именно поэтому, его поломка может привести к довольно серьезным неприятностям, с которыми уже давно «воюют» владельцы инжекторных автомобилей. В этой статье речь пойдет о том, для чего предназначено данное устройство, как обнаружить поломку кислородного датчика и произвести соответствующую замену.

Зачем нужен кислородный датчик и как он работает?

Название «кислородный» для этого датчика является ошибочным, так как он реагирует совсем не на кислород. Датчик устанавливается в выхлопной системе автомобиля, возле катализатора и имеет один электрод, помещенный внутрь выхлопа. При прохождении выхлопных газов внутри системы, датчик «улавливает» не сгоревшие остатки топлива и электризуется, посылая небольшое напряжение на контроллер. Тот, на основе полученных данных, принимает наиболее рациональное решение о том, какое соотношение смеси должно быть выбрано для режима работы мотора, выбранного в данный промежуток времени. Контроллер всегда будет стараться выбрать идеальное соотношение, то есть количество бензина и подаваемого из атмосферы воздуха будет выбираться наиболее оптимальным, исходя из режима работы.

При отказе этого устройства, контроллер больше не получает важный сигнал и мгновенно переводит двигатель в аварийный режим работы. Соотношение бензина и воздуха больше не регулируется, и он подается в количествах, лишь необходимых для бесперебойной работы двигателя. Таким образом, расход увеличивается, а мотор работает в не самых приятных условиях. Данный режим предназначен для того, чтобы добраться до места ремонта.

Видео — Кислородные датички — какими они бывают

Неисправности кислородного датчика

Как и любой другой элемент автомобиля, кислородный датчик тоже имеет свойство выходить из строя. Чаще всего, об этом свидетельствует соответствующий сигнал на приборной панели автомобиля — «Check Engine». Это говорит о том, что двигатель перешел в аварийный режим работы. Чтобы убедиться в том, что проблема точно коснулась лямбда-зонд, необходимо провести электронную диагностику с помощью бортового компьютера. Код ошибки для вашего типа двигателя можно узнать из технической литературы к автомобилю. Если проблема действительно заключается в датчике кислорода, то необходимо произвести его срочную замену.

Почему датчик выходит из строя? Дело в том, что в выхлопных газах могут содержаться специальные примеси, которые отрицательно воздействуют на электроды устройства. Данные примеси попадают в выхлоп вместе с некачественным бензином, которым заправляют большинство российских автомобилей. Датчик быстро окисляется и перестает выдавать необходимые для контроллера показания. В конечном итоге, двигатель начинает переходить в аварийный режим.

Кроме некачественного бензина, датчик может сломаться из-за других неисправностей двигателя. Например, поврежденная прокладка ГБЦ, допускает попадание антифриза в камеру сгорания. Новое химическое вещество в выхлопной среде очень быстро выводит датчик из строя.

Замена кислородного датчика

В замене лямбда зонд, на самом деле, нет ничего конструктивно сложного. Автомобиль устанавливается на смотровую яму или эстакаду и полностью обездвиживается. Делается это для того, чтобы обезопасить его и мастеров от случайного перемещения автомобиля и травматизма.

С аккумулятора скиньте «минусовую» клемму, чтобы исключить возможность возникновения короткого замыкания при работе с электронными приборами. Контактный штекер датчика тоже отсоединяется, таким образом, датчик, с электрической точки зрения, полностью готов к замене.

Открутите датчик из катализатора с помощью соответствующего ключа. Выполнять данную работу нужно только на холодном двигателе, иначе есть риск получить серьезную термическую травму. Если устройство выкручивается с трудом или вообще не поддается, не нужно брать его «силой», так как есть риск очень хорошо испортить катализатор, и тогда неисправности выхлопной системы выйдут гораздо дороже. Если датчик «прикипел», обработайте его с помощью керосина или тормозной жидкости, в лучшем случае — WD-40. После этого, дайте ржавчине раскиснуть и тогда снова попробуйте открутить датчик. Обычно, после такой обработки, снять его становится не такой уж и большой проблемой.

Как только датчик будет выкручен, достаньте его штекер и вытащите из подкапотного пространства. Затем, закрутите новый датчик и подключите его. Старайтесь закручивать датчик как можно герметичнее, иначе есть риск получить «дыру» в выхлопе, а следовательно, неприятный звук работы двигателя.

На этом замена кислородного датчика завершена.

как работает лямбда-зонд и почему он важен :: Autonews

Современные двигатели внутреннего сгорания становятся все более сложными и технологичными, поскольку с каждым годом растут требования к ним. Причем, как с точки зрения увеличения топливной экономичности, так и в контексте соответствия их параметров постоянно ужесточающимся экологическим нормам. Для достижения двигателями этих во многом противоположных целей в современных автомобилях используют специальные датчики – так называемые датчики кислорода или лямбда-зонды.

Лямбда-зонд – один из основных источников информации, на показания которого опирается блок управления двигателем в своей работе. Датчик (а иногда и не один) устанавливается в выпускном коллекторе и отслеживает количество кислорода в выхлопе. Эти данные вкупе с начальными показателями впрыснутого топлива и потребленного воздуха позволяют ЭБУ двигателя точно определять, как происходит процесс сгорания. Снятые лямбда-зондом показания позволяют напрямую говорить о составе рабочей смеси в цилиндре, а значит, и о расходе топлива, его энергетической отдаче и, косвенно, о количестве вредных веществ в выпускных газах.

Ранние образцы датчиков кислорода работали в узком диапазоне. Такой лямбда-зонд был эффективен тогда, когда состав топливо-воздушной смеси приближался к стехиометрическому (состав смеси, при котором обеспечивается наиболее полное и эффективное сгорание топлива) или менялся незначительно. В случае же значительных отклонений датчик показывает лишь то, в какую сторону отклоняется состав смеси, но не показывает, насколько.

При сильно обогащенной смеси (например, при холодном пуске в мороз) или при ее обеднении (при резком повышении давления наддува турбиной) обычный датчик кислорода не может точно определить состав смеси, и ЭБУ вынужден игнорировать его неправильные показания, переходя на управление по заранее заложенным алгоритмам, причем далеко не всегда оптимальным. Это приводит не только к повышению расхода топлива, но и к чрезмерным нагрузкам на катализатор в результате увеличения количества несгоревших частиц.

Постоянно ужесточающиеся экологические нормы требовали более точного подхода к измерению состава смеси и анализу выхлопных газов. Связано это было с тем, что моторы, оснащенные турбонагнетателями и другими сложными системами, намного чаще начали работать в переходных режимах, особенно при движении автомобиля в городском цикле. Поэтому для более точного измерения состава смеси потребовались датчики несколько иной конструкции.

Пионером в этой области стала компания Denso, которая в 1996 г. разработала широкополосные датчики, измеряющие соотношение воздух/топливо.

Он работает по тому же принципу, что и обычный лямбда-зонд. Датчик точно так же измеряет количество кислорода, однако благодаря более продвинутому чувствительному элементу делает это в более широком диапазоне. Это позволяет получать точные данные о составе даже сильно обедненной или, наоборот, обогащенной смеси.

Больше данных позволяют блоку управления двигателем точнее дозировать количество впрыскиваемого топлива, повышая топливную эффективность и понижая расход, а также количество вредных выбросов. Именно этот, на первый взгляд, незначительный компонент очень сильно помогает современным автопроизводителям соответствовать жестким требованиям по выбросам вредных веществ.

Но и для обычных автовладельцев важна функциональная исправность данного датчика, ведь при его выходе из строя повторяется описанная выше ситуация – увеличивается расход топлива и повышается нагрузка на катализатор. Двигатель автомобиля начинает работать в режиме, отличном от оптимального. Более того, важно не просто следить за исправностью датчика, но и в случае выхода из строя менять его на качественное и надежное изделие.

На сегодняшний день датчики соотношения воздух/топливо от компании Denso считаются одними из лучших на независимом рынке автозапчастей. Это обусловлено простым фактом – именно Denso является одним из крупнейших поставщиков этих автокомпонентов на конвейеры крупнейших автопроизводителей.

Интересный факт: невероятно требовательная к качеству автокомпонентов шведская компания Volvo выбрала Denso в качестве поставщика датчиков соотношения воздух/топливо для новых автомобилей, оснащенных новым же трехцилиндровым турбомотором семейства Drive_E. На сегодняшний день несколько сотен миллионов устройств Denso измеряют состав топливно-воздушной смеси в автомобилях по всему миру. В запчастях для рынка послепродажного обслуживания автомобилей фактически воплощен опыт компании по производству оригинального оборудования, так что в надежности и качестве компонентов Denso сомневаться не приходится.

Компетенции Denso не ограничиваются одними лишь датчиками соотношения воздух/топливо. Ассортимент Denso – и в качестве производителя оригинального оборудования, и в качестве поставщика автокомпонентов для независимого рынка автозапчастей – очень обширен: это свечи зажигания и накаливания, стартеры, генераторы, компрессоры кондиционера, топливные насосы, сложные датчики положения коленчатого и распределительного валов, а также многое другое, без чего немыслим современный комфортный и эффективный автомобиль.

Очевидно, что без серьезной технологической базы и огромного опыта невозможно производить широкий спектр качественных высокотехнологичных автокомпонентов. Именно упор на технологиях и наличие глубоких компетенций являются фундаментом, на котором выстроена вся деятельность японской высокотехнологической компании Denso. Лучшее тому подтверждение – признание миллионов автомобилистов по всему миру и более чем полувековая успешная история компании.
 

Датчики кислорода

: подробное руководство о том, как работают датчики кислорода и что они делают

Что такое кислородный датчик?

Датчик кислорода (обычно называемый «датчиком O2», поскольку O2 — это химическая формула кислорода) установлен в выпускном коллекторе транспортного средства для отслеживания количества несгоревшего кислорода в выхлопных газах, когда выхлопные газы выходят из двигателя.

Контролируя уровни кислорода и отправляя эту информацию на компьютер вашего двигателя, эти датчики сообщают вашему автомобилю, является ли топливная смесь богатой (недостаточно кислорода) или бедной (слишком много кислорода).Правильное соотношение воздух-топливо имеет решающее значение для поддержания плавности хода вашего автомобиля.

Поскольку датчик O2 играет важную роль в работе двигателя, выбросах и топливной экономичности, важно понимать, как они работают, и следить за тем, чтобы ваш датчик работал должным образом.

Где расположены датчики кислорода?

Количество кислородных датчиков в автомобиле различается. Каждый автомобиль, выпущенный после 1996 года, должен иметь кислородный датчик перед и после каждого каталитического нейтрализатора.Таким образом, в то время как большинство транспортных средств имеют два датчика кислорода, двигатели V6 и V8, оснащенные двойным выхлопом, имеют четыре датчика кислорода — один перед каталитическим нейтрализатором и после него на каждом ряду двигателя.

Для чего нужен датчик кислорода?

Автомобильный датчик 02 используется для измерения количества кислорода в выхлопных газах и передачи этой обратной связи на компьютер вашего автомобиля. Затем компьютер использует эту информацию для корректировки воздушно-топливной смеси.

Датчики кислорода

работают, вырабатывая собственное напряжение при нагревании (примерно 600 ° F).На наконечнике датчика кислорода, который подключается к выпускному коллектору, находится циркониевая керамическая колба. Внутренняя и внешняя части колбы покрыты пористым слоем платины, которая служит электродами. Внутренняя часть колбы вентилируется изнутри через корпус датчика во внешнюю атмосферу.

Когда внешняя часть баллона подвергается воздействию горячих газов выхлопных газов, разница в уровнях кислорода между баллоном и внешней атмосферой внутри датчика вызывает прохождение напряжения через баллон.

Если соотношение топлива бедное (недостаточно топлива в смеси), напряжение относительно низкое — примерно 0,1 вольт. Если соотношение топлива богатое (слишком много топлива в смеси), напряжение относительно высокое — примерно 0,9 вольт. Когда топливно-воздушная смесь находится в стехиометрическом соотношении (14,7 частей воздуха на 1 часть топлива), кислородный датчик выдает 0,45 вольт.

Верхний кислородный датчик (кислородный датчик 1)

Датчик кислорода 1 — это датчик кислорода перед каталитическим нейтрализатором.Он измеряет соотношение воздух-топливо в выхлопе, выходящем из выпускного коллектора, и отправляет сигналы высокого и низкого напряжения в модуль управления трансмиссией для регулирования топливовоздушной смеси. Когда модуль управления трансмиссией получает сигнал низкого напряжения (обедненной смеси), он компенсирует это за счет увеличения количества топлива в смеси. Когда модуль управления трансмиссией получает сигнал высокого напряжения (богатый), он обедняет смесь, уменьшая количество топлива, которое он добавляет в смесь.

Использование модулем управления трансмиссией входного сигнала кислородного датчика для регулирования топливной смеси известно как замкнутый контур управления с обратной связью.Эта работа с замкнутым контуром приводит к постоянному переключению между богатой и обедненной смесью, что позволяет каталитическому нейтрализатору минимизировать выбросы за счет поддержания надлежащего баланса общего среднего соотношения топливной смеси.

Однако при запуске холодного двигателя или выходе из строя датчика кислорода модуль управления трансмиссией переходит в режим разомкнутого контура. В режиме разомкнутого контура модуль управления трансмиссией не получает сигнал от кислородного датчика и заказывает фиксированную богатую топливную смесь.Работа в разомкнутом контуре приводит к увеличению расхода топлива и выбросов. Многие новые кислородные датчики содержат нагревательные элементы, помогающие им быстро достичь рабочей температуры, чтобы свести к минимуму время, затрачиваемое на работу без обратной связи.

Нижний датчик кислорода (датчик кислорода 2)

Датчик кислорода 2 — это нижний кислородный датчик по отношению к каталитическому нейтрализатору. Он измеряет соотношение воздух-топливо на выходе из каталитического нейтрализатора, чтобы убедиться, что каталитический нейтрализатор работает должным образом.Каталитический нейтрализатор поддерживает стехиометрическое соотношение воздух-топливо 14,7: 1, в то время как модуль управления трансмиссией постоянно переключается между богатой и обедненной воздушно-топливной смесью из-за входного сигнала от верхнего кислородного датчика (датчик 1). Следовательно, нижний кислородный датчик (датчик 2) должен выдавать стабильное напряжение примерно 0,45 В.

Признаки неисправного датчика O2

При выходе из строя датчика 02 могут появиться различные диагностические коды неисправностей (DTC).В большинстве случаев неисправный датчик O2 приводит к включению светового индикатора двигателя с кодом неисправности, который вы можете прочитать с помощью сканера OBD2, такого как FIXD. Основываясь на этом коде неисправности, он укажет на причину сбоя, а затем перейдет к диагностике.

Симптомы неисправного датчика O2 могут включать следующее:

  • На обедненной или богатой смеси
  • Плохое ускорение
  • Двигатель колеблется
  • Черный дым из выхлопной трубы (богатое рабочее состояние) Черный дым — избыток топлива, выходящий из выхлопной трубы
  • Неровный холостой ход
  • Автомобиль останавливается
  • Пониженная топливная экономичность

Чтобы определить, неисправен ли у вас кислородный датчик vs.в обедненных или богатых условиях работы первым делом необходимо проверить работу датчика O2 с помощью диагностического прибора.

Как проверить датчики кислорода

Поскольку датчик O2 играет важную роль в поддержании максимально эффективной и чистой работы вашего двигателя, важно убедиться, что он работает должным образом. Большинство кислородных датчиков обычно служат от 30 000 до 50 000 миль, или 3-5 лет, а более новые датчики служат еще дольше при надлежащем обслуживании и уходе.

Вы можете проверить кислородный датчик дома с помощью вольтметра или диагностического прибора OBD2, такого как датчик FIXD.Перейдите к потоку данных в реальном времени в приложении FIXD, чтобы увидеть напряжение и время отклика ваших датчиков O2.

Обычно передний (передний) датчик O2 1, который функционирует должным образом, будет переключаться с богатой на бедную смесь с довольно устойчивой скоростью, создавая волнообразное образование. Напряжение, генерируемое датчиком O2, должно быть от 0,1 В до 0,9 В, с 0,9 В на богатой стороне и 0,1 В на бедной стороне. Если ваши показания находятся в этом диапазоне, датчик O2 работает нормально.

Задний (нижний) кислородный датчик 2 является датчиком каталитического нейтрализатора, и, если все работает нормально, этот датчик будет колебаться около половины вольта.Однако это измерение может варьироваться в зависимости от производителя.

Дополнительные советы по проверке датчика O2

Если датчик O2 не реагирует быстро на тестирование:

Если во время тестирования датчик кажется вялым или медленно реагирует, и есть другие симптомы без кода неисправности, это может быть проблема «ленивого» датчика O2, который может вызвать другие проблемы.

Если напряжение датчика O2 остается высоким или бедным:

Попробуйте ввести противоположное условие, чтобы определить, связана ли проблема с датчиком кислорода или с топливовоздушной смесью.Например, если ваш датчик O2 заедает бедной смесью, добавьте топлива в ситуацию, чтобы увидеть, сработает ли он. Если датчик O2 находится на стороне богатой смеси, попробуйте создать утечку вакуума или увеличить количество кислорода, чтобы посмотреть, как и реагирует ли датчик.

Будьте в курсе с приложением FIXD Sensor & App

С автомобильным сканером и приложением FIXD вы можете взять под свой контроль уход за автомобилем и сэкономить 1000 долларов. От автоматических предупреждений о техническом обслуживании, отправляемых прямо на ваш телефон, до данных в реальном времени, показывающих уровень топлива, уровни датчика кислорода, напряжение батареи и многое другое, FIXD информирует вас, чтобы вы могли продлить срок службы вашего автомобиля и избежать ненужных дополнительных продаж.Узнайте больше о сканере и приложении FIXD OBD2 сегодня!

Как работает датчик кислорода?

Датчики кислорода

используются в различных приложениях, таких как автомобильная промышленность, медицинские учреждения, промышленная безопасность, модифицированная атмосферная упаковка и многое другое. В каждом из них используется свой тип сенсорной технологии, который лучше всего подходит для конкретного приложения или среды.

Независимо от области применения, большинство кислородных датчиков предназначены для измерения количества кислорода в воздухе или в закрытых помещениях.Важно помнить, что кислородные датчики обычно измеряют 0,01-25% кислорода, а также могут использоваться для контроля кислородного истощения. Конечно, доступны специальные кислородные датчики, которые могут измерять 0–100% кислорода, но, как правило, они стоят дороже.

Какие бывают типы кислородных датчиков?

  1. Датчик кислорода электрохимический
  2. Циркониевый датчик кислорода
  3. Оптический датчик кислорода
  4. Датчик кислорода Clark
  5. Инфракрасный датчик кислорода
  6. Электрогальванический датчик
  7. Ультразвуковой датчик кислорода
  8. Лазерный датчик кислорода
  9. Парамагнитный датчик кислорода

Как правило, большинство датчиков кислорода измеряют уровень кислорода в газе или жидкости с использованием одной из трех технологий: электрохимической, циркониевой или оптической.Другие методы измерения кислорода, такие как метод Кларка, инфракрасный, ультразвуковой, лазерный, парамагнитный, радиоизотопный, магнитный резонанс и электронный резонанс, используются в узкоспециализированных медицинских, промышленных и научных приложениях.

1. Электрохимический датчик кислорода

Электрохимические датчики кислорода в основном используются для измерения уровня кислорода в окружающем воздухе. Они измеряют химическую реакцию внутри датчика, которая создает электрический выходной сигнал, пропорциональный уровню кислорода.Поскольку некоторые электрохимические датчики вырабатывают собственный аналоговый ток, они могут иметь автономное питание, что делает их полезными для измерения подводных погружений с кислородным аккумулятором и портативных устройств личной безопасности. Примеры могут включать алкотестеры, респираторные датчики и датчики глюкозы в крови.

С точки зрения преимуществ сенсоров, электрохимические сенсоры востребованы из-за их более низкого энергопотребления, более низких пределов обнаружения и часто менее напрямую подвержены влиянию мешающих газов.Кроме того, они, как правило, являются наименее дорогими датчиками.

Проблема электрохимических датчиков кислорода заключается в том, что они зависят от химических процессов, которые зависят от температуры. Выходной сигнал большинства электрохимических датчиков будет во многом зависеть от температурной компенсации, чтобы обеспечить надежные показания в широком диапазоне условий окружающей среды.

Еще одна проблема для электрохимических кислородных датчиков заключается в том, что со временем химическая реакция прекращается, обычно от 1 до 3 лет в зависимости от конструкции датчика.Хранение их в бескислородной среде не продлит срок службы датчика. По мере старения сенсора он требует частой повторной калибровки и не так точен, как другие сенсоры.

Однако из-за своей прочной конструкции, низкой стоимости и автономных электрохимических датчиков используются во многих устройствах, особенно в портативных газоанализаторах.

AlphaSense — один из самых популярных производителей электрохимических датчиков кислорода. Их датчики используются в десятках детекторов 4-х газов и портативных счетчиков безопасности, используемых по всему миру.

2. Циркониевый кислородный датчик

Датчики кислорода из диоксида циркония представляют собой электрохимический датчик. Диоксид циркония покрыт тонким слоем платины, чтобы сформировать твердотельный электрохимический топливный элемент. Окись углерода, если она присутствует в тестовом газе, окисляется O2 с образованием CO2 и, таким образом, вызывает прохождение тока. Датчик из диоксида циркония определяет не O2 напрямую, а разницу между концентрацией O2 в выхлопных газах и нормальном воздухе.

Хотя датчики кислорода из диоксида циркония чаще всего используются в автомобилях для контроля соотношения воздух-топливо, они также важны в промышленных приложениях. Например, система датчика измерения кислорода из диоксида циркония SST использует эту технологию для измерения содержания кислорода в дымовых газах, системах контроля горения, угле, нефти, газе, биомассе и системах выработки кислорода.

Еще одной особенностью системы датчика измерения кислорода на основе диоксида циркония является то, что в основе ее датчика лежит небольшой элемент на основе циркония, и для него не требуется эталонный газ.Они также сохраняют свою точность, когда кислород смешивается с другими газами.

Когда мы смотрим на преимущества сенсора, способность диоксида циркония работать при высоких температурах и давлениях, возможности интеграции приложений практически безграничны, что делает этот сенсор полезным во многих отраслях промышленности. Например, каждый произведенный автомобиль использует два датчика кислорода из диоксида циркония для регулировки соотношения топлива и воздуха для максимальной эффективности сгорания.

Недостатки датчиков из диоксида циркония в том, что процесс окисления требует высоких температур, поэтому в экспериментах датчик будет изменять температуру измеряемого газа.Высокие температуры также означают, что ему требуется много энергии, поэтому датчики кислорода из диоксида циркония не используются в устройствах с батарейным питанием или в портативных устройствах. Кроме того, датчики из диоксида циркония бесполезны там, где требуется точность датчика ppm или ppb.

3. Оптический датчик кислорода

Оптические датчики кислорода основаны на принципе тушения флуоресценции кислородом. Они полагаются на использование источника света, детектора света и люминесцентного материала, который реагирует на свет. Во многих областях датчики кислорода на основе люминесценции заменяют электрод Кларка.

Принцип тушения флуоресценции молекулярным кислородом известен давно. Некоторые молекулы или соединения при воздействии света флуоресцируют (т. Е. Излучают световую энергию). Однако, если присутствуют молекулы кислорода, энергия света передается молекуле кислорода, что приводит к меньшей флуоресценции. При использовании известного источника света количество регистрируемой световой энергии обратно пропорционально количеству молекул кислорода в образце. Следовательно, чем меньше флуоресценции регистрируется, тем больше молекул кислорода должно присутствовать в анализируемом газе.

В некоторых датчиках флуоресценция обнаруживается дважды через известный интервал времени. Вместо измерения общей флуоресценции измеряется падение люминесценции (т. Е. Тушение флуоресценции) с течением времени. Этот метод определения времени, основанный на затухании, позволяет упростить конструкцию датчика.

Примером датчика, который измеряет уровни кислорода в окружающей среде с помощью гашения флуоресценции кислородом, является LuninOX LOX-02. Хотя он имеет такую ​​же площадь основания, что и традиционные электрохимические датчики, он не поглощает кислород и имеет преимущество в гораздо более длительном сроке службы.

Распространенные области применения оптических датчиков: медицинские учреждения, лазеры, системы визуализации и волокна. Что касается преимуществ сенсоров, многие находят оптические сенсоры с большей чувствительностью, более широким динамическим диапазоном, распределенной конфигурацией и возможностями мультиплексирования.

Другой пример — портативный анализатор кислорода TecPen с упаковкой в ​​модифицированной атмосфере. В TecPen используется тонкий слой люминесцентного красителя на датчике и микронасос для протягивания пробы воздуха мимо флуоресцирующего красителя.Краситель возбуждается при 507 мкм, и результирующее событие флуоресценции регистрируется при 650 мкм. Продолжительность этого события флуоресценции, известная как время жизни, зависит от количества адсорбированного кислорода в сенсорном слое и, таким образом, может использоваться для определения концентрации кислорода.

Поскольку в нем используется более быстрая технология оптохимического зондирования, он может проводить измерения за несколько секунд. Кроме того, оптические датчики кислорода могут быть очень точными с возможностью измерения содержания кислорода на уровне частей на миллиард.Это делает оптические датчики кислорода полезными в процессах, требующих измерения отсутствия кислорода, таких как TS-200, описанный выше, или датчик кислорода TecMicro, способный измерять до 3-4 частей на миллиард молекул кислорода.

4. Датчик кислорода с электродом Кларка

Электрод Кларка представляет собой электрохимический датчик кислорода. Он измеряет уровень кислорода в жидкости с помощью катода и анода, погруженных в электролит.

Электрод Кларка был изобретен для измерения уровня кислорода в крови во время кардиохирургических операций.Сегодня он широко используется в портативных устройствах для измерения уровня глюкозы в крови, которым требуется капля крови.

Датчик использует тонкий слой глюкозооксидазы (GOx) на кислородном электроде. Путем измерения количества кислорода, потребляемого GOx во время ферментативной реакции с глюкозой, можно рассчитать и отобразить уровень глюкозы в крови.

Доступны дополнительные датчики типа Clarke, которые включают измерение озона (O3), перекиси водорода (h302), водорода (H) и сероводорода (h3S).

Хотя их точность составляет лишь десятые доли процента кислорода, их низкая стоимость сделала электродные кислородные датчики Clarke доступными в качестве потребительских товаров.

5. Инфракрасный датчик кислорода


Автор UusiAjaja — Собственная работа, CC0, Ссылка

Инфракрасные пульсоксиметры, обычно называемые кончиками пальцев или пальцевыми пульсоксиметрами, представляют собой кислородные датчики, которые измеряют количество кислорода в крови с помощью света. Чаще всего они используются в недорогих устройствах для измерения кончика пальца или мочки уха для измерения насыщения кислородом тела в медицинских целях в домашних условиях.

Для работы инфракрасный и красный свет проходят через тонкий слой кожи и измеряются фотодиодом. Поскольку длины волн двух источников света различаются, коэффициент поглощения света кожей пропорционален количеству оксигенированного гемоглобина в артериях.

Преимущества покупки инфракрасных датчиков кислорода связаны с тем, что они неинвазивны, экономичны, компактны и легко могут быстро определять низкий уровень кислорода в крови.Их обратная сторона — то, что некоторые из менее дорогих моделей не одобрены в качестве медицинских устройств из-за низкой точности и повторяемости.

6. Электрогальванический датчик

Электрогальванический датчик кислорода — это топливный элемент, основанный на окислении свинца, который дает электрический выходной сигнал, пропорциональный уровню кислорода внутри датчика. Он похож на электрохимический датчик в том, что он потребляет себя в течение нескольких месяцев, поскольку подвергается воздействию кислорода.

Поскольку электрогальванические датчики являются относительно недорогими и надежными устройствами, которые могут измерять уровень кислорода от 0 до 100%, они используются в качестве медицинских датчиков кислорода во многих больничных аппаратах ИВЛ, а также в оборудовании для подводного плавания с аквалангом.Обратной стороной электрогальванических кислородных датчиков, таких как медицинские кислородные ячейки, является то, что они обычно имеют срок службы, измеряемый месяцами. Эти датчики обычно имеют точность в пределах десятых долей процента от содержания кислорода.

7. Ультразвуковой датчик кислорода

Ультразвуковые датчики кислорода используют скорость звука для измерения количества кислорода в пробе газа или жидкости. В жидкости датчики на входе и выходе измеряют разницу скоростей между высокочастотными звуковыми волнами. Изменение скорости пропорционально количеству кислорода в образце.В газах скорость звука меняется в зависимости от молекулярного состава газа. Это делает ультразвуковые датчики кислорода полезными для аппаратов ИВЛ для анестезии или генераторов кислорода, где выходной сигнал представляет собой известную концентрацию газообразного кислорода. Типичные области применения, требующие ультразвуковых методов измерения кислорода, — это больницы, анализ газов или приложения, в которых используются концентраторы кислорода или портативные генераторы кислорода.

8. Лазерный датчик кислорода

Датчики кислорода

с настраиваемым диодным лазером (TDL) основаны на спектральном анализе.Луч лазера на длине волны кислорода направляется через образец газа к фотоприемнику. Количество света, поглощаемого молекулами кислорода, пропорционально количеству молекул в образце.

Механизм лазерного датчика кислорода был создан для разработки анализаторов для измерения в реальном времени таких газов, как h30, h3S, CO2, Nh4 и C2h3 в газовых потоках. Многие датчики использовались в различных приложениях, таких как системы сжигания, электростанции, угольные печи и мусоросжигательные заводы.

Преимуществами лазерных датчиков кислорода являются их быстрое время отклика, точность в пределах десятых долей процента кислорода, отсутствие необходимости в калибровке и долгий срок службы. К их недостаткам в первую очередь относится их восприимчивость к перекрестной чувствительности от других газов.

9. Парамагнитный датчик кислорода

Парамагнитные датчики кислорода основаны на том факте, что молекулы кислорода притягиваются сильными магнитными полями. В некоторых конструкциях проба газа вводится в датчик и пропускается через магнитное поле.Скорость потока изменяется пропорционально уровню кислорода в газе. В разновидности этой конструкции кислород в магнитном поле создает физическую силу на стеклянных сферах, которые измеряются. Хотя это не распространенная технология измерения, она может использоваться в приложениях управления промышленными процессами, где циркониевый кислородный датчик не может.

Дополнительные преимущества использования парамагнитного датчика кислорода заключаются в том, что датчики нечувствительны к механическим ударам, имеют высокую линейность и невероятную стабильность.Недостатком является подверженность перекрестной чувствительности от других газов.


Источники:

https://aoi-corp.com/articles/oxygen-sensor-types/

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/bies.201500002

https://o2sensors.com.au/static/what-is-oxygen-sensor

https://www.newswire.com/different-types-of-o2-sensors/23890

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4744989/

https: //www.systechillinois.com / en / support / technologies / paramagnetic-cells

http://vakratoond.com/instrumentation/paramintage-o2-oxygen-analyzer/

https://en.wikipedia.org/wiki/Electro-galvanic_oxygen_sensor

Изображение от pixabay

Принцип работы, типы и применение

В настоящее время автомобильными двигателями можно управлять с помощью датчиков различных типов. Эти датчики контролируют производительность и выбросы двигателя. Когда датчик не предоставляет точные данные, возникает множество проблем, таких как управляемость, увеличение расхода топлива и сбой в выбросах.Одним из основных датчиков, используемых в автомобилях, является датчик кислорода, химическая формула которого — o2. Первый кислородный датчик был изобретен в 1976 году в автомобиле Volvo 240. В 1980 году автомобили в Калифорнии использовали эти датчики для снижения выбросов.


Что такое датчик кислорода?

Датчик кислорода — это один из типов датчиков, который используется в выхлопной системе автомобиля. Размер и форма этого датчика похожи на свечу зажигания. В зависимости от расположения по отношению к каталитическому нейтрализатору этот датчик может быть расположен до (перед) или после (после) преобразователя.Большинство автомобилей, спроектированных после 1990 года, включают датчики o2 на входе и выходе.

Датчики кислорода, используемые в автомобилях: один датчик расположен перед каталитическим нейтрализатором, а другой — в каждом выпускном коллекторе автомобиля. Но максимальное количество этих датчиков в автомобиле во многом зависит от двигателя, модели, года выпуска. Но у большинства автомобилей есть 4 датчика


кислородных датчика

Принцип работы

Принцип работы датчика o2 заключается в проверке количества кислорода в выхлопных газах.Во-первых, этот кислород был добавлен в топливо для хорошего воспламенения. Связь этого датчика может осуществляться с помощью сигнала напряжения. Таким образом, кислородный статус в выхлопе будет определяться компьютером автомобиля.

Компьютер регулирует смесь топлива или кислорода, подаваемую в двигатель автомобиля. Расположение датчика до и после каталитического нейтрализатора позволяет поддерживать гигиену выхлопных газов и проверять эффективность преобразователя.

Типы кислородных датчиков

Кислородные датчики подразделяются на два: бинарные выхлопные газы и универсальные выхлопные газы.


1). Двоичный датчик кислорода в выхлопных газах

Двоичный датчик выдает изменение электрического напряжения при температуре 350 ° C в зависимости от уровня кислорода в выхлопных газах. Он сравнивает остаточное содержание кислорода в выхлопных газах с уровнем кислорода в окружающем воздухе и распознает переход от недостатка воздуха к избытку воздуха и наоборот.

2). Универсальный выхлопной газ

Этот датчик очень точен при расчете соотношений недостатка и избытка воздуха или топлива.Он имеет лучший расчетный диапазон и также подходит для использования в бензиновых и дизельных двигателях.

Признаки неисправности датчика

Неисправный датчик можно найти по следующим признакам.

  • Поломка для превышения анализа выбросов
  • Расход топлива может быть уменьшен.
  • Индикатор двигателя не горит.
  • Плохая работа, глохнет и грубая работа на холостом ходу.
  • Средство проверки кода, распознающее сбой датчика

Приложения

Сферы применения кислородных датчиков включают судовое дыхание, мониторинг быстрой реакции, лабораторные исследования и разработки, мониторинг топливного бака, особые углеводородные среды, долгосрочный мониторинг процедур, ферментацию, упаковку пищевых продуктов и т.д. Упаковка для напитков, фармацевтика и медицина и т. Д.

Итак, это все обзор кислородного датчика. Эти датчики доступны в двух вариантах: датчик имбирного типа и планарный датчик. Вот вам вопрос, в чем преимущества кислородного датчика?

Лаборатория автомобильной электроники Clemson: датчики кислорода

Датчики кислорода

Базовое описание

Датчик кислорода — электронное устройство, используемое для измерения содержания кислорода. в выхлопных газах.В автомобильной промышленности он также известен как лямбда-зонд, и используется для регулирования топливовоздушной смеси и выбросов выхлопных газов в двигатель внутреннего сгорания. Лямбда-зонд используется, чтобы указать, топливная смесь богатая или бедная. В уровень кислорода определяется путем воздействия на один электрод наружного воздуха и другой к выхлопным газам. Разница в содержании кислорода вызывает поток электронов через керамический элемент, который создает потенциал напряжения между два пограничных слоя.Создаваемое напряжение напрямую зависит от уровня содержание кислорода в выхлопных газах.

Лямбда-зонд очень чувствителен к температура. Температура керамического элемента будет определять его способность проводить ионы кислорода и существенно влиять на время отклика датчик. Большинство датчиков производятся со встроенным электрическим нагревательный элемент для поддержания минимального времени отклика температуры выхлопных газов. Эта функция гарантирует, что выбросы автомобиля контролируются в более широком диапазоне рабочих температур двигателя, особенно при холодном пуске.

Есть два разных типа кислородных датчиков, которые различаются по выходному сигналу. Узкополосный датчик работает в узком диапазоне топливовоздушного отношения (AFR) и производит значительный «скачок» напряжения сигнала, когда AFR становится выше, чем лямбда, в то время как широкополосный датчик обеспечивает сигнал в более широком диапазоне для лямбда.

Узкополосный датчик (также известный как датчик изменения шага)

Узкополосные датчики часто называют просто датчиками кислорода , потому что в течение многих лет это был единственный доступный тип датчика кислорода.Он называется узкополосным датчиком, потому что он может обнаруживать только очень узкий диапазон AFR. Функция этого датчика основана на электрохимической ячейке, называемой ячейкой Нернста (рис. 1). Он состоит из диоксида циркония, оксида циркония, и важным свойством диоксида циркония является то, что он может проводить ионы кислорода при температуре выше примерно 350 ° C. Когда датчик установлен, внешняя часть элемента из диоксида циркония подвергается воздействию выхлопных газов, а внутренняя часть контактирует с эталонным воздухом. Обе стороны элемента покрыты тонкими слоями платины, которые действуют как электроды и переносят напряжение датчика от элемента из диоксида циркония к выводным проводам.При рабочей температуре ионы кислорода могут проходить через элемент и накапливать заряд на платиновых электродах, создавая таким образом напряжение.

Узкополосный датчик — это, по сути, переключатель включения / выключения, поскольку он может определять, бедная смесь или богатая, но не сообщает ЭБУ, насколько бедной или богатой является смесь. Он связывается с ЭБУ через создаваемое напряжение. Если AFR богат, на электродах генерируется ВЫСОКОЕ напряжение сигнала из-за разницы в концентрации кислорода, присутствующей на двух сторонах элемента.И наоборот, если AFR обеднен, на электродах генерируется НИЗКОЕ напряжение из-за небольшой разницы в содержании кислорода между выхлопными газами и эталонным воздухом внутри датчика.

Широкополосный датчик

Широкополосные датчики, также известные как датчики широкого диапазона, представляют собой новую технологию. Широкополосный датчик не только сообщает блоку управления двигателем, является ли смесь богатой или бедной, но и насколько она богатая или бедная. Таким образом, ЭБУ легче настроить микширование без большого количества перерегулирований и догадок.По этой причине широкополосный датчик является превосходной технологией, и вполне вероятно, что широкополосные датчики в конечном итоге заменят узкополосные датчики во всех легковых и грузовых автомобилях.

Широкополосные датчики имеют дополнительную керамическую ячейку (рис. 2). Выхлопной газ частично диффундирует через диффузионный барьер. AFR выхлопных газов в камере измеряется ячейкой Нернста. В зависимости от того, является ли AFR в камере богатым или бедным, схема управления подает напряжение на электроды насосной ячейки.Ионы кислорода переносятся от внутреннего электрода к внешнему, так что AFR в камере становится лямбда = 1. Генерируемый электрический ток, Ip, является сигналом. Существует определенный диапазон тока, соответствующий лямбде, от 0,7 до бесконечности. Сигнал равен нулю, когда AFR выхлопного газа составляет лямбда = 1. Выходная кривая обеспечивает устойчивое управление с заранее определенным номинальным значением лямбда.

Свойства современных кислородных датчиков

Нагревательные элементы кислородных датчиков обычно управляются в разомкнутом контуре с помощью широтно-импульсного модулированного напряжения, хотя современные датчики часто имеют нагревательные элементы, которые управляются в замкнутом контуре.Измеренное сопротивление керамики указывает температуру, поэтому можно легко рассчитать энергию, необходимую для поддержания постоянной температуры. Управление с обратной связью обеспечивает более надежный сигнал в различных условиях окружающей среды.

Кроме того, многим современным датчикам кислорода не нужен внешний воздух в качестве эталона. Напротив, на ячейку Нернста подается эталонный ток накачки, который имитирует влияние воздуха. В этих датчиках зазор в элементе для эталонного воздуха не требуется.Следовательно, чувствительный элемент требует меньшего объема, а его нагрев требует меньше времени и энергии. Кроме того, работа без эталонного воздуха делает датчик менее чувствительным к загрязнению.

Производителей
ACDelco, Beru, Bosch, Delphi, Denso, McLaren Electronics, Motorcraft, NGK, Standard
Для получения дополнительной информации
[1] Как работает датчик кислорода в автомобиле ?, HowStuffWorks.com, 1 апреля 2000 г.
[2] Датчик кислорода, Википедия.
[3] Датчики кислорода — важный ключ к снижению выбросов, веб-сайт Autohaus.
[4] Все о лямбда-датчиках, веб-сайт Pico Technology.
[5] O2 Sensor Basics, YouTube, 24 июля 2009 г.
[6] Как работает лямбда-зонд, веб-сайт NGK, обновлено 14 января 2013 г.
[7] Демонстрация кислородного датчика, YouTube, 20 апреля 2015 г.

Материалы, методы, конструкции и области применения

ХИМИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ

ТАБЛИЦА VI Характеристики измерения кислорода различными люмофорами, встроенными в разные полимеры

Естественная жизнь — Кислород

Люмофор Время полимера τ0 (мкс) Чувствительность, KSV Ref.

Флуорантен Викоровое стекло — 0,003 [63]

[Ru (bpy) 2+

3 (ClO−

4) 2] Кремниевый каучук-RTV 118 0,62 0,003 [62, 64]

[Ru (phen) 2+

3 (ClO−

4) 2] –do– 0,92 0,009 [62, 64]

[Ru (ph3phen) 2+

3 (ClO−

4) 2] –do– 5,3 0,033 [62, 64]

–do– Поли (акриловая кислота) — 0,0015 [65]

–do– Поли (4-стирол натрия — 0,002 [65]

сульфонат)

PtOEP Этилцеллюлоза 81 0.196 [66]

PdOEP –do– 1410 3,475 [66]

Рис. 18 Время отклика и относительное изменение интенсивности для PtOEP в кварцевом стекле

при переходе от 100% N2 к O2 и обратно [71].

по сравнению с комплексами Ru. Типичный динамический отклик

кислородного датчика PtOEP в кварцевом стекле составляет

, показанный на рис. 18. При переходе от 100% азота

к 100% кислорода время отклика составляет 5 секунд, а от O2

до N2 — около 10 секунд. . Но t90 все равно меньше 5 с

в обоих случаях [71].

Что касается интерференционных эффектов от других газов и

жидких частиц, то в обеих группах датчиков

сортов, когда гидрофобная среда используется в качестве матрицы,

различных потенциальных помех, включая отбеливатель, cy-

Хорошо исключены

клопропан, галотан, N2O, h3S, CO2 и влажность

[67, 72].

В то время как исследования по оптимизации характеристик датчика кислорода

люминесцентных материалов ведутся по всему миру, использование оптических датчиков кислорода

уже началось.Многие муниципалитеты и очистные сооружения

в США начали использовать оптические датчики кислорода

. Материалы и оптимизация производительности

этих оптических датчиков ожидается увеличение

их доли на рынке упакованных сточных вод

датчиков растворенного кислорода.

Благодарность

Авторы выражают признательность за полезные обсуждения с

Нику Сабо и Чонхуну Ли. Эта работа была поддержана

при поддержке CISM через грант NSF № EEC-9523358

и программу NASA-GMI.

Ссылки

1. J.BINDER, Датчики и исполнительные механизмы A31 (1992) 60.

2. A.M.AZAD, S.A. AKBAR, S.G.MHAISALKAR,

L.D.BIRKEFELD and K.S.GOTO, J. Электрохим. Soc.

139 (1992) 3690.

3. R.KOCACHE, Sensor Rev. 14 (1994) 8.

4. CBALCOCK, Solid State Ionics 53–56 (1992) 3.

5. JWSCHWANK и М. ДИБАТТИСТА, МИССИС Булл. Июнь

(1999) 44.

6. Т.ТАКЕУЧИ, Датчики и исполнительные механизмы 14 (1988) 109.

7.J.RIEGEL, H.NEUMANN и H.-M.WIEDENMANN,

Solid State Ionics 152–153 (2002) 783.

8. NMSAMMES, GATOMPETT, HN¨

AFE и F.

ALDINGER, Дж. Евро. Ceram. Soc. 19 (1999) 1801.

9. M.MOGENSEN, N.M.SAMMES и G.A.TOMPSETT,

Solid State Ionics 129 (2000) 63.

10. C.XIA and M.LIU, Adv. Матер. 14 (7) (2002) 521.

11. Н.М. САММС, З.КАИ, Ионика твердого тела 100 (1997) 39.

12. В.К. МАСКЕЛЛ, Б.С. Х. СТИЛ, Дж.Прил. Elec-

трохим. 16 (1986) 475.

13. K.NISHIO, в «Основах управления автомобильным двигателем, датчики

» (Fontis Media, Нидерланды, 2001).

14. Р. Рамамурти, С. Рамасами и Д.

СУНДАРАРАМАН, Дж. Матер. Res. 14 (1999) 90.

15. A.MITTERDORFER, L.J.GAUCKLER, Solid State Ion-

ics 117 (1999) 187.

16. Н.Л. Робертсон и Дж. Н. Майклс, J. Электрохим.

Soc. 137 (1990) 129.

17.H.-D.WIEMH ¨

OFER, inBritish Ceramic Proceedings on

Ceramic Oxygen Ion Conductors and их Technology

Applications, No. 56, под редакцией Б. К. Стила (Институт материалов

, 1997).

18. Э. И. ТИФФИ, К. Х. ХАРДТЛ, В. МЕНЕСКЛОУ и Дж.

РИГЕЛЬ, Electrochim. Acta 47 (2001) 807.

19. A.G.MOTIMER и G.P.REED, Датчики и исполнительные механизмы

B24 / 25 (1995) 328.

20. A.K.M.S.CHOWDHRY, S.A. AKBAR and J.R.

SCHORR, J. Электрохим. Soc. 148 (2) (2001) G91.

21. E.V.SETTEN, T.M.G¨

UR, D.H.A. BLANK, J.C.

БРАВМАН, М.Р. БИЗЛИ, Rev.Sci. Instr. 73 (2002) 156.

22. ADBRAILSFORD и EMLOGOTHETIS, датчики

и приводы B52 (1998) 195.

23. MLHITCHMAN, в «Измерение растворенного кислорода»

(John Wiley & Sons, New Йорк, 1978).

24. Г. РЕЙНХАРДТ, Р. МЕЙЕР и М.Р.

OSCH, Solid State

Ionics 150 (2002) 79.

25. T.USUI, A.ASADA, M.NAKAZAWA и H.OSANAI,

J. Electrochem. Soc. 136 (1989) 534.

26. T.USUI, K.NURI, M.NAKAZAWA and H.OSANAI,

Jpn. J. Appl. Phys. 26 (1987) L2061.

27. W.C.MASKELL, Solid State Ionics 134 (2000) 43.

28. M.BENAMMAR, Meas. Sci. Tech. 5 (1994) 757.

29. R.C.COPCUTT, W.C.MASKELL, Solid State Ionics

53–56 (1992) 119.

30. R.E.HETRICK, W.A.FATE and W.C.VASSELL,

Appl.Phys. Lett. 38 (1981) 390.

31. P.R.WARBURTON, M.P.PAGANO, R.HOOVER,

M.LOGMAN and K.CRYTZER, Anal. Chem. 70 (1998) 998.

4281

Как работает датчик кислорода в двигателе?

Что такое датчик кислорода?

Технически кислород очень важен для двигателя. Он определяет правильную работу двигателя. Таким образом, для достижения правильного соотношения воздух-топливо производители используют кислородные датчики в выхлопных системах. Кроме того, кислородный датчик выхлопных газов также известен как «лямбда-зонд».Он расположен перед каталитическим нейтрализатором в выхлопной трубе. Датчик генерирует напряжение относительно количества кислорода в выхлопных газах. Таким образом, он обеспечивает обратную связь в режиме реального времени с системой управления двигателем о составе смеси.

Датчик O2 Bosch

Кроме того, откалибрована система управления двигателем (EMS). Он обеспечивает оптимальную мощность двигателя, выбросы и экономичность во всем рабочем диапазоне двигателя. Датчик кислорода помогает EMS контролировать оптимальные выбросы в выхлопной системе.Таким образом достигается идеальное соотношение воздух-топливо 14,7: 1.

Дизайн:

Кроме того, кислородный датчик состоит из «гальванической батареи». Датчик содержит два пористых платиновых электрода. Кроме того, между ними находится керамический электролит (диоксид циркония). Датчик кислорода генерирует напряжение. Он колеблется от 100 мВ (0,1 В) до 900 мВ (0,9 В). Это зависит от уровня кислорода в выхлопных газах. Датчик кислорода сравнивает атмосферный кислород, обычно 21% прибл., к количеству кислорода в выхлопе.

Датчик O2 (любезно предоставлен Denso)

Обычно богатая смесь содержит больше топлива на одну часть кислорода. Это означает, что в нем 0% кислорода. Таким образом, датчик выдает высокое напряжение около 900 мВ. Бедная смесь содержит меньше топлива на часть кислорода. Он может содержать от 3% до 4% кислорода. Итак, датчик выдает низкое напряжение 100 мВ. Однако среднее напряжение датчика составляет ~ 450 мВ, что дает идеальное соотношение смеси 14,7: 1.

Критерии:

Rich Mixture — большая разница между уровнями кислорода в атмосфере и выхлопных газах.Это приводит к высокой проводимости между электродами. Следовательно, выходное напряжение высокое — около 900 мВ.

Lean Mixture — меньшая разница между уровнями кислорода. Это приводит к меньшей проводимости и меньшему выходному напряжению, обычно около 100 мВ.

Нормальная смесь — когда уровень смеси составляет примерно 14,7: 1. Тогда выходной сигнал кислородного датчика будет около 450 мВ.

Датчики кислорода Характеристики:

  1. Имеет проволоку из нержавеющей стали.Он обеспечивает лучшую устойчивость к коррозии и термическим нагрузкам.
  2. Производители используют позолоченные клеммы на контактах сигнального и опорного разъемов. Кроме того, он обеспечивает превосходный контакт даже для минутных сигналов напряжения / тока.
  3. Корпус датчика с двойной лазерной сваркой предотвращает попадание влаги на чувствительный элемент / нагреватель.
  4. Производители проводят функциональную проверку качества датчиков O2 при 1000 ° C.
  5. Производители также испытывают давление в керамической гильзе 420 бар, чтобы убедиться в целостности.
  6. Измерительный элемент кислородного датчика во время производства проходит испытания на «газопроницаемость».
Датчик O2 Hitachi

Датчик O2 Функция:

Кроме того, кислород очень важен для человеческого организма. Точно так же важно запустить двигатель и получить лучшую производительность. Датчик кислорода помогает поддерживать «идеальное» соотношение воздух / топливо 14,7: 1 или лямбда 1. Он обеспечивает значение лямбда, равное 1, для различных условий работы двигателя. Кроме того, он сравнивает количество кислорода в выхлопных газах с количеством кислорода в атмосфере.При таком разном количестве кислорода кислородный датчик вырабатывает и отправляет выходное напряжение в систему управления топливом двигателя.

Кроме того, AC Delco, Bosch, Denso и Hitachi являются одними из ведущих производителей датчиков O2 в мире.

Примечание: изображения (любезно предоставлены соответствующими производителями)

Смотреть Датчик кислорода в действии:

Подробнее: Как работают датчики двигателя? >>

О CarBikeTech

CarBikeTech — это технический блог.Его члены имеют опыт работы в автомобильной сфере более 20 лет. CarBikeTech регулярно публикует специальные технические статьи по автомобильным технологиям.

Посмотреть все сообщения CarBikeTech

Сравнение гальванических и оптических датчиков растворенного кислорода

Современный метод измерения растворенного кислорода (DO) в лаборатории или на местах включает датчик DO, подключенный к измерителю, который записывает данные калибровки и измерений. Датчики DO могут быть разработаны для дискретного отбора проб, тестов биологической потребности в кислороде (BOD) или долгосрочного мониторинга, в то время как измерители DO могут быть оснащены внутренним барометром, алгоритмами компенсации и другими специальными функциями и могут быть связаны с компьютером для передачи данных.


Существует два типа датчиков DO: электрохимический и оптический. Электрохимические датчики DO, также известные как амперометрические датчики или датчики типа Кларка, измеряют концентрацию растворенного кислорода в воде на основе производимого электрического тока. Электрохимические датчики DO являются полярографическими и гальваническими. Преимущества гальванических датчиков перед полярографическими датчиками заключаются в том, что они не требуют внешнего источника напряжения и времени прогрева для работы, а их электролит может использоваться в течение длительного времени.Оптические датчики DO, широко известные как люминесцентные датчики DO (LDO), но некоторые из них называются флуоресцентными датчиками, измеряют концентрацию растворенного кислорода в воде на основе тушения люминесценции в присутствии кислорода. Они могут измерять либо интенсивность, либо время жизни люминесценции, поскольку кислород влияет на оба этих фактора.1 Преимущества датчиков на основе времени жизни люминесценции перед датчиками на основе интенсивности люминесценции заключаются в том, что они менее восприимчивы к дрейфу источника света и детектора, изменениям оптического пути и т. Д. и дрейф из-за разложения или выщелачивания красителя. 2 Они демонстрируют долгосрочную стабильность 2 и сохраняют свою точность даже при некотором фотодеградации.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.