Кислородные датчики: подробное руководство | Denso AM
Вы наверняка знаете, что в вашем автомобиле установлен кислородный датчик (или даже два!)… Но зачем он нужен и как он работает? На часто задаваемые вопросы отвечает Стефан Верхоеф (Stefan Verhoef), менеджер DENSO по продукту (кислородные датчики).
B: Какую работу выполняет датчик кислорода в автомобиле?
O: Датчики кислорода (также называемые лямбда-зондами) помогают контролировать расход топлива вашего автомобиля, что способствует снижению объема вредных выбросов. Датчик непрерывно измеряет объем несгоревшего кислорода в выхлопных газах и передает эти данные в электронный блок управления (ЭБУ). На основании этих данных ЭБУ регулирует соотношение топлива и воздуха в топливовоздушной смеси, поступающей в двигатель, что помогает каталитическому нейтрализатору (катализатору) работать более эффективно и уменьшать количество вредных частиц в выхлопных газах.
B: Где находится датчик кислорода?
O: Каждый новый автомобиль и большинство автомобилей, выпущенных после 1980 г.
, оснащены датчиком кислорода. Обычно датчик установлен в выхлопной трубе перед каталитическим нейтрализатором. Точное местоположение датчика кислорода зависит от типа двигателя (V-образное или рядное расположение цилиндров), а также от марки и модели автомобиля. Для того чтобы определить, где расположен датчик кислорода в вашем автомобиле, обратитесь к руководству по эксплуатации.
В: Почему состав топливовоздушной смеси нужно постоянно регулировать?
O: Соотношение «воздух — топливо» крайне важно, поскольку оно влияет на эффективность работы каталитического нейтрализатора, который снижает содержание оксида углерода (CO), несгоревших углеводородов (CH) и оксида азота (NOx) в выхлопных газах. Для его эффективной работы необходимо наличие определенного количества кислорода в выхлопных газах. Датчик кислорода помогает ЭБУ определить точное соотношение «воздух — топливо» в смеси, поступающей в двигатель, передавая в ЭБУ быстроизменяющийся сигнал напряжения, который меняется в соответствии с содержанием кислорода в смеси: слишком высокого (бедная смесь) или слишком низкого (богатая смесь).
ЭБУ реагирует на сигнал и изменяет состав топливовоздушной смеси, поступающей в двигатель. Когда смесь слишком богатая, впрыск топлива уменьшается. Когда смесь слишком бедная — увеличивается. Оптимальное соотношение «воздух — топливо» обеспечивает полное сгорание топлива и использует почти весь кислород из воздуха. Оставшийся кислород вступает в химическую реакцию с токсичными газами, в результате которой из нейтрализатора выходят уже безвредные газы.
В: Почему на некоторых автомобилях устанавливаются два кислородных датчика?
O: Многие современные автомобили дополнительно кроме датчика кислорода, расположенного перед катализатором, оснащаются и вторым датчиком, установленным после него. Первый датчик является основным и помогает электронному блоку управления регулировать состав топливовоздушной смеси. Второй датчик, установленный после катализатора, контролирует эффективность работы катализатора, измеряя содержание кислорода в выхлопных газах на выходе.
Если весь кислород поглощается химической реакцией, происходящей между кислородом и вредными веществами, то датчик выдает сигнал высокого напряжения. Это означает, что катализатор работает нормально. По мере износа каталитического нейтрализатора некоторое количество вредных газов и кислорода перестает участвовать в реакции и выходит из него без изменений, что отражается на сигнале напряжения. Когда сигналы станут одинаковыми, это будет указывать на выход из строя катализатора.
В: Какие бывают датчики?
О: Существует три основных типа лямбда-сенсоров: циркониевые датчики, датчики соотношения «воздух — топливо» и титановые датчики. Все они выполняют одни и те же функции, но используют при этом различные способы определения соотношения «воздух — топливо» и разные исходящие сигналы для передачи результатов измерений.
Наибольшее распространение получила технология на основе использования циркониево-оксидных датчиков (как цилиндрического, так и плоского типов).
Эти датчики могут определять только относительное значение коэффициента: выше или ниже соотношение «топливо — воздух» коэффициента лямбда 1.00 (идеальное стехиометрическое соотношение). В ответ ЭБУ двигателя постепенно изменяет количество впрыскиваемого топлива до тех пор, пока датчик не начнет показывать, что соотношение изменилось на противоположное. С этого момента ЭБУ опять начинает корректировать подачу топлива в другом направлении. Этот способ обеспечивает медленное и непрекращающееся «плавание» вокруг коэффициента лямбда 1.00, не позволяя при этом поддерживать точный коэффициент 1.00. В итоге в изменяющихся условиях, таких как резкое ускорение или торможение, в системах с циркониево-оксидным датчиком подается недостаточное или избыточное количество топлива, что приводит к снижению эффективности каталитического нейтрализатора.
Датчик соотношения «воздух — топливо» показывает точное соотношение топлива и воздуха в смеси. Это означает, что ЭБУ двигателя точно знает, насколько это соотношение отличается от коэффициента лямбда 1.
00 и, соответственно, насколько требуется корректировать подачу топлива, что позволяет ЭБУ изменять количество впрыскиваемого топлива и получать коэффициент лямбда 1.00 практически мгновенно.
Датчики соотношения «воздух — топливо» (цилиндрические и плоские) впервые были разработаны DENSO для того, чтобы обеспечить соответствие автомобилей строгим стандартам токсичности выбросов. Эти датчики более чувствительны и эффективны по сравнению с циркониево-оксидными датчиками. Датчики соотношения «воздух — топливо» передают линейный электронный сигнал о точном соотношении воздуха и топлива в смеси. На основании значения полученного сигнала ЭБУ анализирует отклонение соотношения «воздух — топливо» от стехиометрического (то есть Лямбда 1) и корректирует впрыск топлива. Это позволяет ЭБУ предельно точно корректировать количество впрыскиваемого топлива, моментально достигая стехиометрического соотношения воздуха и топлива в смеси и поддерживая его. Системы, использующие датчики соотношения «воздух — топливо», минимизируют возможность подачи недостаточного или избыточного количества топлива, что ведет к уменьшению количества вредных выбросов в атмосферу, снижению расхода топлива, лучшей управляемости автомобиля.
Титановые датчики во многом похожи на циркониево-оксидные датчики, но титановым датчикам для работы не требуется атмосферный воздух. Таким образом, титановые датчики являются оптимальным решением для автомобилей, которым необходимо пересекать глубокий брод, например полноприводных внедорожников, так как титановые датчики способны работать при погружении в воду. Еще одним отличием титановых датчиков от других является передаваемый ими сигнал, который зависит от электрического сопротивления титанового элемента, а не от напряжения или силы тока. С учетом данных особенностей титановые датчики могут быть заменены только аналогичными и другие типы лямбда-зондов не могут быть использованы.
В: Чем отличаются специальные и универсальные датчики?
O: Эти датчики имеют разные способы установки. Специальные датчики уже имеют контактный разъем в комплекте и готовы к установке. Универсальные датчики могут не комплектоваться разъемом, поэтому нужно использовать разъем старого датчика.
B: Что произойдет, если выйдет из строя датчик кислорода?
O: В случае выхода из строя датчика кислорода ЭБУ не получит сигнала о соотношении топлива и воздуха в смеси, поэтому он будет задавать количество подачи топлива произвольно. Это может привести к менее эффективному использованию топлива и, как следствие, увеличению его расхода. Это также может стать причиной снижения эффективности катализатора и повышения уровня токсичности выбросов.
B: Как часто необходимо менять датчик кислорода?
O: DENSO рекомендует заменять датчик согласно указаниям автопроизводителя. Тем не менее следует проверять эффективность работы датчика кислорода при каждом техобслуживании автомобиля. Для двигателей с длительным сроком эксплуатации или при наличии признаков повышенного расхода масла интервалы между заменами датчика следует сократить.
Ассортимент кислородных датчиков
• 412 каталожных номеров покрывают 5394 применения, что соответствует 68 % европейского автопарка.
• Кислородные датчики с подогревом и без (переключаемого типа), датчики соотношения «воздух — топливо» (линейного типа), датчики обедненной смеси и титановые датчики; двух типов: универсальные и специальные.
• Регулирующие датчики (устанавливаемые перед катализатором) и диагностические (устанавливаемые после катализатора).
• Лазерная сварка и многоэтапный контроль гарантируют точное соответствие всех характеристик спецификациям оригинального оборудования, что позволяет обеспечить эффективность работы и надежность при длительной эксплуатации.
В DENSO решили проблему качества топлива!
Вы знаете о том, что некачественное или загрязненное топливо может сократить срок службы и ухудшить эффективность работы кислородного датчика? Топливо может быть загрязнено присадками для моторных масел, присадками для бензина, герметиком на деталях двигателя и нефтяными отложениями после десульфуризации. При нагреве свыше 700 °C загрязненное топливо выделяет вредные для датчика пары.
Они влияют на работу датчика, образуя отложения или разрушая его электроды, что является распространенной причиной выхода датчика из строя. DENSO предлагает решение этой проблемы: керамический элемент датчиков DENSO покрыт уникальным защитным слоем оксида алюминия, который защищает датчик от некачественного топлива, продлевая срок его службы и сохраняя его рабочие характеристики на необходимом уровне.
Дополнительная информация
Более подробную информацию об ассортименте кислородных датчиков DENSO можно найти в разделе Кислородные датчики, в системе TecDoc или у представителя DENSO.
Что такое лямбда-зонд или кислородный датчик
Согласно строгому определению, лямбда-зонд или кислородный датчик – это устройство, оценивающее концентрацию кислорода в отработавших выхлопных газах. Казалось бы, зачем «мозгам» двигателя знать, что вылетает наружу? Очень просто – чтобы приготовить оптимальную топливно-воздушную смесь и снизить токсичность выхлопных газов.
При чем тут лямбда?
Название «лямбда-зонд» не случайно происходит от греческой литеры «лямбда» (λ) – в автомобилестроении она обозначает коэффициент избытка воздуха в топливно-воздушной смеси (соотношении топлива и воздуха). Когда ее состав оптимален – а таким принято считать 14,7 кг воздуха к 1 кг топлива – то коэффициент избытка воздуха равен единице, а смесь считается стехиометрической и обеспечивает полное сгорание топлива. В зависимости от коэффициента существует три вида топливно-воздушной смеси – это упомянутая выше оптимальная стехиометрическая, «богатая» с избытком топлива (в данном случае λ < 1) и «бедная» с не оптимально большим содержанием воздуха (λ > 1).
Если датчик увидел наличие свободного кислорода, не вступившего в реакцию, то это означает, что топлива должно быть больше. В противном случае, когда воздуха наоборот мало, требуется сократить подачу горючего.
Двигатели способны работать не только на оптимальной топливно-воздушной смеси, но также на «богатой» или «бедной» – все зависит от целей и задач, к которым относится динамика, экономичность и снижение вредных выбросов.
Где расположен кислородный датчик
Лямбда-зонд находится в выпускном тракте (проще говоря, он вкручен в систему) и соседствует с каталитическим нейтрализатором. У современных автомобилей кислородный датчик установлен как перед ним (называется верхний лямбда-зонд), так и на выходе катализатора (нижний лямбда-зонд).
Конструктивно они идентичны, но выполняют несколько разные замеры. Так, верхний датчик отслеживает, сколько кислорода содержится в отработавших газах. Сигнал с него отправляется в электронный управляющий блок двигателя и тот считывает характеристики топливно-воздушной смеси – проще говоря, понимает, стехиометрическая ли она, обогащенная или обедненная. В зависимости от результата, происходит корректировка объемов подаваемого в цилиндры топлива для приготовления смеси с оптимальным составом. Что касается нижнего кислородного датчика, то он нужен для контроля работы каталитического нейтрализатора и более точной корректировки. Отметим, что в стародавние времена гораздо менее строгих экологических норм нижние лямбда-зонды не применялись.
Как устроен кислородный датчик
Наиболее популярны устройства на основе диоксида циркония. Выглядят они как металлический стержень, конец которого скруглен, с проводом. Непосредственно с выхлопными газами контактирует наружный электрод (для этого в защитном кожухе предусмотрены отверстия), в то время как с атмосферой взаимодействует внутренний.
Между ними как раз и находится двуокись циркония или твердый электролит. Оба электрода имеют платиновое напыление. Есть и нагревательный элемент, который призван как можно скорее выводить лямбда-зонд на высокую рабочую температуру в районе 300 °С.
Неисправности кислородного датчика
Датчик работает в крайне неблагоприятных тяжелых условиях, находясь в потоке горячих отработавших газов. Водитель узнает о неисправности и дело не в загоревшейся контрольной лампе Check Engine на приборной панели. Выход лямбда-зонда из строя сопровождается увеличением расхода топлива, неустойчивой работой двигателя на холостых оборотах и снижением мощности, а также характерным «бензиновым» запахом из выхлопной трубы – резким и «токсичным». В общем, автомобиль подаст сигнал.
Причины неисправностей кислородного датчика редко провоцируются механическими повреждениями – все-таки он сравнительно неплохо защищен. Наиболее часто лямбда-зонд требует замены из-за износа в процессе эксплуатации, либо загрязнения или обрыва электрической цепи нагревательного элемента.
Прикончить датчик может некачественное топливо, технические проблемы, например, сгорание масла из-за плохого состояния маслосъемных колец или антифриз в топливе. Правда, в этом случае проблемы с лямбда-зондом будут наименьшей из сложностей. Бывает, что он работает с перебоями из-за электрического питания и окисления контактов, что отражается на топливно-воздушной смеси и, соответственно, поведении автомобиля.
Можно ли заменить самостоятельно
Как видите, неисправность кислородного датчика не только делает езду на автомобиле проблематичной, но в ряде ситуаций способна повлечь за собой другие поломки. Поменять датчик можно самостоятельно, если до него получиться добраться. Перед этим следует обесточить автомобиль и снять с датчика колодку. Дальше – самое интересное: далеко не всегда удается выкрутить прикипевший лямбда-зонд с первого раза, поэтому следует проявить осторожность, чтобы не сломать. Если вывернуть удалось, то не забудьте перед установкой нового очистить резьбу в выпускной системе.
История кислородного датчика — Продукция Walker
История кислородного датчика
Продукция Walker > Учебное руководство по кислородному датчику > История кислородного датчика
Загрузить учебное пособие в формате PDF для печати ДАТЧИКИ
Функция
Кислородный или лямбда-зонд в правильно функционирующей выхлопной системе отслеживает соотношение A/F до ста раз в секунду и передает эту информацию в ECU автомобиля или блок управления двигателем (также называемый PCM или ECM). Затем вносятся соответствующие коррективы, чтобы убедиться, что это соотношение является идеальным или стехиометрическим, что помогает автомобилю сжигать топливо более эффективно. В большинстве кислородных датчиков используется материал сердечника из циркония, который вырабатывает напряжение в зависимости от количества кислорода в выхлопных газах.
Evolution
Кислородные датчики были разработаны компанией Robert Bosch и впервые использовались в автомобилях Volvo в конце 1970-х годов.
Первоначально автомобильные кислородные датчики имели только один или два провода и были сделаны из циркония в форме наперстка. Они полагались на тепло выхлопной системы, чтобы нагреть их до необходимой рабочей температуры. Проблема, связанная с этой концепцией, заключалась в том, что датчикам требовалось очень много времени для перехода из нерабочего состояния (таким образом, блок управления двигателем оставался в режиме разомкнутого контура) в рабочее состояние (что необходимо для режима замкнутого контура), обычно более минуты. Некоторые производители автомобилей намеренно увеличивали угол опережения зажигания, чтобы нагреть выхлопные газы, чтобы обеспечить более быстрый прогрев кислородного датчика и катализатора. При расположении близко к двигателю (требование прогреть датчики до соответствующей рабочей температуры) было невозможно контролировать выхлопные газы обоих рядов двигателей — еще один недостаток ранних конструкций датчиков.
В начале 1980-х годов производители кислородных датчиков добавили небольшой стержневой нагреватель в центр наперстка, который намного быстрее нагревал керамический наперсток до рабочей температуры.
Датчики с подогревом можно было бы установить ниже по потоку рядом с каталитическим нейтрализатором — более предпочтительное место, поскольку выхлопные газы были в более однородном состоянии, а вероятность перегрева датчика была значительно снижена. Первые версии представляли собой трехпроводные датчики, в которых для сигнала датчика использовалось заземление корпуса. В более поздних приложениях использовались четырехпроводные версии с изолированным заземлением.
Начиная с начала 1990-х годов для автомобилей в Калифорнии и с 1996 года для других 49 штатов были реализованы элементы управления OBDII. Требования к кислородному датчику резко возросли. Были разработаны новые технологии, и датчики были размещены в большем количестве мест, что увеличило их обратную связь с ЭБУ. Текущие узкополосные датчики, которые позволяли считывать только «богатые» или «бедные», были заменены. Новое поколение четырех- и пятипроводных широкополосных датчиков в настоящее время используется во многих транспортных средствах.
Эти датчики позволяют точно измерять соотношение A/F, обеспечивая истинный контроль выбросов.
В то время как первые автомобили, оснащенные датчиками, имели один датчик, современные автомобили могут иметь до восьми. К оригинальному однопроводному датчику в виде наперстка присоединились нагреваемые, планарные датчики, датчики на основе титана, FLO (быстрое выключение света), UFLO (сверхбыстрое выключение света), широкополосные датчики и датчики отношения A/F. Современный кислородный датчик, благодаря своей сложности и размещению, позволяет использовать впрыск топлива и двигатели с низким уровнем выбросов в современных автомобилях.
Типовые компоненты датчика
История кислородного датчика — в сети
| Особенности
Часть целого здания Улучшенные виджеты в Bosch
Несколько недель назад я посетил завод в Андерсоне, Южная Каролина, управляемый корпорацией Robert Bosch, который производит кислородные датчики для автомобильных систем управления двигателем.
Если вы думаете, что экскурсия по заводу, где собирают какие-то малоизвестные детали вашего двигателя, может быть скучной, вы абсолютно правы. Теперь я уверен, что для серьезных молодых мужчин и женщин, работающих в Bosch, кислородные датчики — это очень увлекательно, но на первый взгляд, для вас и меня, они просто еще одна из тех штук, которые помогают сделать наши автомобили лучше. бегать.
И все же…. когда я узнал, как работает кислородный датчик, и наблюдал за кропотливым процессом изготовления устройств, я начал питать если не восхищение, то, по крайней мере, уважение к маленьким устройствам.
В 1899 году немец профессор Вальтер Нернст разработал «Ячейку Нернста», газонепроницаемый керамический электролит, который становится электропроводным при температурах выше 620F. Ячейка Нернста переносит ионы кислорода из воздуха внутри ячейки в воздух снаружи ячейки, одновременно генерируя измеримое напряжение. Уровень генерируемого напряжения зависит от разницы в содержании кислорода между газом внутри и снаружи ячейки.
Хотя это было умное устройство, в начале 1900-х у него было мало практического применения.
А теперь перенесемся в 1970-е годы, когда Агентство по охране окружающей среды (EPA) ввело строгие правила по выбросам выхлопных газов. Чтобы соответствовать этим правилам, двигатель должен был быть оснащен каталитическим нейтрализатором, а для его правильной работы требовался способ измерения количества кислорода в выхлопной системе. Введите кислородный датчик, также называемый лямбда-зондом, потому что он дает представление о соотношении воздуха и топлива (которое называется лямбда-коэффициентом), потребляемом двигателем. Volvo первой применила кислородный датчик в 1977, когда он оснастил этим устройством модели Volvo 240, направляющиеся в Калифорнию. Вскоре каждому автопроизводителю понадобился прибор для контроля и регулировки топливной смеси в двигателях и контроля выбросов выхлопных газов.
Дополнительные требования к бортовой диагностике (OBD) в 1998 году внезапно сделали необходимыми два кислородных датчика, один перед и один после нейтрализатора, что фактически удвоило рынок устройств.
Фактически, многие автомобили с двигателями V6 и V8 теперь имеют четыре кислородных датчика, по два на каждый ряд цилиндров.
Гонщики быстро обнаружили, что они тоже могут использовать кислородный датчик для контроля того, что происходит внутри их гоночных двигателей. Спортивные автомобили, Indycars и команды Формулы-1 нашли устройства полезными для точной настройки критического соотношения лямбда и контроля сгорания. Даже в гонках NASCAR, где использование карбюраторов, казалось бы, противоречит компьютеризированному управлению, кислородные датчики используются в испытательных стендах и динамометрах, где необходимо контролировать и оптимизировать каждый аспект сгорания, прежде чем двигатель будет отправлен на гоночную трассу.
Кислородный датчик представляет собой довольно безобидное на вид устройство размером и формой с палец маленького ребенка. Корпус устройства изготовлен из циркониевой керамики с металлическим основанием, которое ввинчивается в отверстие в выхлопной системе.
Но технология, используемая для создания датчика кислорода, требует чистой среды, которая во много раз чище, чем хирургическая операция в больнице. Высокотехнологичные системы машинного зрения, привязанные к компьютерам, используются для отслеживания почти каждого шага.
Сырье добывается на пляже в Австралии, перерабатывается в Великобритании и закупается в Канаде перед доставкой на завод в Южной Каролине. Плазменное порошковое покрытие происходит с частицами, движущимися со скоростью звука. Для обеспечения газонепроницаемых уплотнений используются два отдельных этапа лазерной сварки. Инженеры Bosch тестируют и повторно тестируют датчики практически на каждом этапе производственного процесса. Испытания на разрыв проводятся при давлении воды 6000 фунтов на квадратный дюйм. Другие тесты проверяют и калибруют точность датчиков при тех же температурах 1200F, которые они увидят в потоке выхлопных газов двигателя, так что частота отказов новых датчиков составляет два на миллион отгруженных.
И завод отгружает семь миллионов датчиков в год.
Внезапно эта скучная маленькая часть двигателя начинает выглядеть как что-то, что можно найти в космической программе. И сегодня недостаточно создать что-то, что хорошо работает. Кислородные датчики будущего должны срабатывать быстрее, предоставляя данные за 5 секунд. вместо 20 сек. Они должны быть меньше по размеру и иметь более высокую термостойкость по мере того, как КПД двигателя будет повышаться. Это требует дополнительных исследований и еще больших инвестиций в высокотехнологичное производство. Легко понять, почему только крупные и авторитетные компании имеют средства для ведения такого рода бизнеса.
Когда я шел по заводу Bosch, мне пришло в голову, что в других местах, на других чистых и опрятных предприятиях по всему миру, другие столь же серьезные инженеры и техники усердно производили другие, казалось бы, незначительные детали с тем же уровнем качества и с использованием такие же космические технологии.
Им это необходимо, если они хотят стать частью глобальной системы поставщиков, обеспечивающей работу сборочных линий автопроизводителей. Инвестиции в исследования и разработки, технологии и производство ошеломляют, но без всего этого автомобили, на которых мы ездим сегодня, были бы невозможны.
Подумайте о миллионах деталей, необходимых для изготовления автомобиля. Там есть все эти мелочи, такие как болты, гайки, зажимы и крепления, свечи зажигания, топливные форсунки и датчики кислорода, и даже более мелкие детали, такие как тумблеры дверных замков. А еще есть более крупные детали, такие как блок цилиндров, поршни и коленчатый вал. Однако независимо от размера каждый из них должен быть разработан и испытан, доработан и отточен, чтобы соответствовать техническим требованиям, требованиям к качеству и долговечности. Это начинает походить на космическую программу, пока вы не осознаете, что каждая часть должна быть дополнительно усовершенствована, чтобы соответствовать строгим требованиям по стоимости и упаковке перед доставкой.
В отличие от государственной программы, в какой-то момент автопроизводитель и каждый поставщик должны найти способ сделать это, получая при этом прибыль, иначе они не продержатся в бизнесе очень долго.
На первый взгляд мой день на заводе Bosch по производству датчиков кислорода в Южной Каролине может показаться довольно скучным. Это делает одну маленькую деталь, о которой заботятся немногие автовладельцы. Но сделайте шаг назад и посмотрите на картину шире. Каждая часть современного автомобиля имеет решающее значение, и каждая из них должна быть спроектирована с учетом технологий и качества, которые были невообразимы всего несколько лет назад. Люди, которые приносят нам те детали и системы, которые делают современные автомобили такими замечательными, являются невоспетыми героями автомобилей, которые мы так любим.
Скучно? Отнюдь не.
Trending Pages
NCCC отменяет гибрид C8 Chevy Corvette Запрет на участие в мероприятиях
Toyota RAV4 против гибрида RAV4: что купить?
Лучший маленький блок Chevy Heads: Dyno Shootout!
Toyota RAV4 Prime против RAV4 Hybrid: 5 причин разориться на Prime и еще 5 причин приобрести гибрид
Популярные страницы
NCCC отменяет гибрид C8 Chevy Corvette Запрет на участие в мероприятиях
Toyota RAV4 vs.
