Ликбез. Кислородные датчики

Специалисты Delphi Corporation делятся своими знаниями и умениями в области систем управления рабочим процессом двигателя

Специалисты Delphi Corporation делятся своими знаниями и умениями в области систем управления рабочим процессом двигателя

 

 

В связи с ужесточением требований по нормированию состава отработавших газов становится понятно, почему автопроизводители уделяют столь пристальное внимание процессу сгорания и контролю над уровнем выбросов.

Стратегии, которым следовали ранее, не соответ­ствуют действующим требованиям по нормированию состава автотранспортных выбросов. Мы уже привыкли к системам с замкнутым контуром и соответствующим топливом. Система управления двигателем полагается на многочисленные датчики, которые должны работать правильно, предоставляя все необходимые данные для обеспечения максимальной эффективности работы двигателя.

Когда были внедрены каталитические нейтрализаторы отработавших газов, их функция состояла в строгом контроле коэффициента соотношения воздуха/топлива 14,7:1 или лямбды λ=1,0. Это означало, что система управления двигателем нуждалась в способе определения концентрации топливовоздушной смеси. Необходимые данные удалось получить путем измерения количества кислорода в выхлопных газах после завершения процесса сгорания.

Закрытая система, или система с замкнутым контуром представляет собой стратегию, при которой система управления двигателем полагается только на те данные, которые были предоставлены кислородными датчиками с целью регулирования продолжительности впрыска топлива. Во время прогрева двигателя система управления двигателем полагается на запрограммированную продолжительность впрыска топлива, не воспринимая сигналы, поступающие от кислородных датчиков.

 

Кислородный датчик

Самым распространенным типом датчика, установленным на системах впрыска бензинового топлива, является циркониевый. До того, как появился каталитический нейтрализатор отработавших газов (Pre cat — «предварительный каталитический нейтрализатор»), существовал один датчик; другой датчик был разработан после того, как появился каталитический нейтрализатор отработавших газов (Post cat). Сам датчик изготовлен из двуокиси циркония, одна часть элемента открывается в атмосферу, а другая взаимодействует с отработавшими газами. Платиновый контакт присоединен к каждой из сторон элемента из двуокиси циркония.

 

 

 

Действие кислородного датчика

Кислород содержит отрицательно заряженные ионы, которые собираются на платиновых электродах, и когда датчик достигает температуры около 400°C, любая разность потенциалов образует электрическое напряжение. В случае если смесь бедная, содержание кислорода в отработавших газах высокое. При сравнении с содержанием кислорода в атмосфере существует только очень маленькая разность потенциалов, и, как следствие, возникает небольшое напряжение (около 0,2–0,3 В).

В случае если смесь богатая, то содержание кислорода в отработавших газах низкое. Создается большая разность потенциалов, поэтому возникает относительно более высокое напряжение (0,7–0,9 В). Система управления двигателем будет непрерывно подстраивать длительность импульсного сигнала под форсунки с целью выйти на среднее напряжение, составляющее около 0,4–0,6 В при значении лямбда около 1.0. Поскольку в процессе движения режимы работы двигателя по­стоянно изменяются, значение напряжения колеблется в обе стороны от среднего значения. Поэтому данный датчик в силу своей неспособности определить небольшие изменения в содержании кислорода известен как узкополосный.

Датчик, установленный после каталитического нейтрализатора отработавших газов, действует по тому же способу, что и датчик перед ним, но с одним очень большим отличием. После того, как газы были обработаны каталитическим нейтрализатором, содержание кислорода в них остается на неизменном уровне. Это обеспечивает постоянное напряжение около 0,4–0,6 В. Теперь система управления двигателем может эффективно отслеживать работу каталитического нейтрализатора отработавших газов.

Стандартные неисправности

В связи с тяжелыми условиями эксплуатации и минимальными значениями напряжения проблемы могут возникнуть очень легко. Зная, как работает датчик, вы получаете ключ к успешной диагностике кислородных датчиков.

Контакт 1 — Нагреватель +
Контакт 2 — Нагреватель —
Контакт 3 — Сигнал напряжения
Контакт 4 — Земля

Обратите внимание, что все проверки сопротивления и непрерывности цепи необходимо выполнять при разъединенной цепи.

Если у вас есть диагностический код неисправности, он даст вам некоторое представление о целостности цепи, но вы узнаете гораздо больше, если сами проведете испытание датчика. На датчике с четырьмя проводами два провода отвечают за нагревательный элемент, который предназначен для того, чтобы как можно быстрее довести температуру датчика до рабочей температуры 400°C. Самое простое, с чего можно начать, это проверить целостность цепи элемента нагревателя. Отключите датчик и измерьте сопротивление на контактах 1 и 2. Если оно лежит в пределах 5–30 Ом, проверьте сигнал, который поступает от электронного блока управления двигателем. Обычно он приводится в действие за счет сигнала модуляции длительности импульса (PWM), поступающего от электронного блока управления. Чтобы замерить воздействующий сигнал нагревателя, потребуется задействовать осциллоскоп.

Следующий шаг — испытание самого датчика; сначала проверьте контакт между зажимом заземления 4 и землей. Если это возможно, исследуйте сигнал только после того, как двигатель достигнет рабочих условий, т.е. достаточно прогреется, и система управления начнет работать с замкнутым контуром. Сигнал должен переключаться между богатым и бедным состояниями ( с 0,2–0,3 В на 0,7–0,9 В); данное переключение должно происходить приблизительно каждую секунду.

Если сигнал мал (среднее напряжение 0,3 В) или слишком велик (среднее напряжение 0,7 В), то, вероятно, датчик стал жертвой коррозии на платиновых электродах или загрязнения в отверстиях.

Если автомобиль оснащен несколькими кислородными датчиками pre и post, можно получить более точную информацию. Используя данные двух или четырех каналов и накладывая сигналы, можно получить точные сведения о времени реакции и операционной/рабочей эффективности: сигналы от исправных датчиков должны быть зеркальным отражением друг друга».