Датчики кислорода

В современных системах управления подачей топлива в ДВС, едва ли не главную роль выполняет датчик содержания кислорода в выхлопных газах или лямбда-зонд. Его задачей является преобразование информации о концентрации кислорода в выхлопных газах в электрический сигнал, который по цепи обратной связи поступает в электронный блок управления для прецизионной коррекции состава топливной смеси. Только такое управление позволяет с высокой точностью поддерживать состав этой смеси оптимальным (с точностью до 1%). Необходимость такой регулировки иллюстрируется рис.40.

Рис40. Зависимость эффективности работы каталитического нейтрализатора от состава топливной смеси.

На практике используется два типа датчиков кислорода – «циркониевые» и «титановые». Первые построены на основе двуокиси циркония и применяются в подавляющем большинстве автомобилей. Принцип работы такого датчика состоит в генерировании э.д.с., величина которой сильно зависит от разности концентраций кислорода на противоположных поверхностях элемента 1, состоящего из керамики на основе двуокиси циркония (Рис.41). На поверхности этого элемента нанесены электроды 2 с которых снимается образующийся потенциал. Эти электроды через контакты 3 и 4 соединяются с выводами датчика, устанавливаемого в выхлопном коллекторе 5. Элемент защищается пористой керамикой, прозрачной для ионов кислорода при температуре, превышающей 300град. От этой температуры сильно зависит скорость реакции датчика. При температуре около 600град. она менее 50 мсек. Для снижения времени прогрева современных датчиков они оснащаются электрическим нагревателем с током потребления 8-12А. Конструкция нагреваемого датчика кислорода приведена на рис.42.

Рис.41 Схема устройства датчика кислорода:

1-чувствительная керамика, 2- платиновые электроды, 3,4-контакты, 5-выхлопная труба, 6-защитная керамика.

Рис.42. Нагреваемый датчик кислорода:

1- корпус датчика, 2-защитная керамическая колба, 3- соединительные провода, 4-защитный стальной кожух с прорезями, 5-циркониевый элемент, 6-контакты, 7- корпус датчика, 8-нагревательный элемент, 9-контакт нагревательного элемента.

Особенностью циркониевого датчика является то, что при незначительных изменениях состава смеси (от λ = 1,02 до λ = 0,98) э.д.с. на его выходе скачком изменяется от нескольких милливольт до одного вольта (рис.43).

Рис.43. Зависимость выходного напряжения «циркониевого» датчика от состава смеси при температуре 500-800 град.

Такая релейная характеристика датчика полностью определяет алгоритм работы всей системы автоматического регулирования состава топливной смеси (рис. 44).

Рис.44. Упрощенный алгоритм работы системы управления составом топливной смеси по сигналам датчика кислорода.

В соответствии с этим алгоритмом состав смеси в системе с контуром обратной связи непрерывно изменяется от значений порядка λ =0,98 до значений порядка λ =1,03. Сигнал реально работающей системы приведен на рис.45.

Рис.45. Сигнал на выходе датчика кислорода.

Наличие такого сигнала на выходе датчика в установившемся режиме работы двигателя говорит о полной работоспособности системы дозирования смеси (рис.46).

Рис.46. Структурная схема системы топливодозирования с датчиком кислорода:

1-расходомер воздуха, 2-двигатель, 3-датчик кислорода, 4-каталитический нейтрализатор, 5-форсунки, 6-ЭБУ.

Количество топлива подаваемого форсунками 5 в цилиндры двигателя 2 регулируется электронным блоком 6 по сигналам датчиков расхода воздуха1 установленного во впускном коллекторе и кислорода 3 установленного в выпускном коллекторе для обеспечения наиболее эффективной работы каталитического нейтрализатора выхлопных газов 4.

Титановые датчики кислорода имеют похожую характеристику (рис.47), с той лишь разницей, что этот датчик при изменении концентрации кислорода в выхлопных газах изменяет свое сопротивление. Такие датчики применяются на некоторых моделях автомобилей BMW, JAGUAR, NISSAN, но широкого распространения не получили.

Рис.47. Зависимость сопротивления «титанового» датчика от состава топливной смеси.

Датчики кислорода, как и каталитические нейтрализаторы, не выдерживают применения этилированных бензинов, на их работу отрицательно сказывается перегрев выше 850град. и перебои в искрообразовании. Наиболее распространенная болезнь датчиков кислорода – замедленная реакция. Время фронта его сигнала значительно превышает 120 мСек, что неизменно вызывает увеличенный расход топлива и заметное снижение динамики автомобиля. При этом система самодиагностики ее не фиксирует, так как этот параметр не отслеживается контроллером, который отслеживает только его полное отсутствие или выход за пределы установленного диапазона, равного 0 – 1 В.

Обнаружить указанные неисправности датчика кислорода можно только по осциллограмме его сигнала на прогретом датчике, например с помощью автомобильного осциллографа или мотор-тестера КАД-300.

Дата добавления: 2014-11-20