KIA



 
Кондиционирование
Система безопасности
Двигатель
Неисправности двигателя
Проверка и регулировка клапанного зазора
Проверка компрессии двигателя
Щитки двигателя
Кронштейны двигателя
Снятие и установка силового агрегата
Система ремней
Приводной ремнень, ролики и натяжитель
Шкив коленвала
Замена переднего сальника
Крышка цепи ГРМ
Цепь ГРМ
Устройство ГБЦ
Снятие и установка крышки ГБЦ
Система плавнорегулируемого газораспределения
Снятие и установка распредвала
Блок цилиндров
Маховик
Водяная рубашка блока цилиндров
Задний сальник
Замена охлаждающей жидкости
Радиатор
Вентилятор радиатора
Контроль температуры воды
Помпа
Термостат
Замена масла двигателя
Масляный насос
Масляный датчик
Поддон картера Компоненты и их расположение
Поддон картера двигателя
Воздушный фильтр
Впускной коллектор
Выпускной коллектор
Система выпуска
Топливная система
Неисправности топливной системы
Система управления двигателем
Блок управления двигателем
Модуль управления дроссельной заслонкой
Коллекторный датчик абсолютного давления
Датчик температуры поступающего воздуха
Датчик температуры охлаждающей жидкости
Датчик положения коленвала
Датчик положения распредвала
Датчик детонации
Кислородный датчик (лямбда зонд)
О циркониевом лямбда зонде
Датчик давления в топливной рампе
Датчик положения педали акселератора
Топливная форсунка
Клапан продувки накопителя паров топлива
Клапан управления расходом масла
Клапан системы впуска
Регулятор давления топлива
Система остановки и запуска на холостом ходу
Система подачи топлива
Топливный бак
Топливный насос
Топливный фильтр
Датчик уровня топлива
Регулятор давления топлива
Топливопровод
Горловина топливного бака
Педаль газа
Топливная рампа
Топливный насос высокого давления
Система контроля токсичности ОГ
Клапан вентиляции картера PCV
Система снижения токсичности топлива
Адсорбер
Крышка топливного бака
Система плавнорегулируемого газораспределения
Трансмиссия
Подвеска
Тормозная система
Рулевое управление
Электрооборудование
Кузов
Электросхемы

Циркониевый лябда зонд

(Проверка и замена лямбда зонда на Kia Ceed)

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

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

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

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

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

Если в цилиндр подавать больше бензина чем требуется для полного сгорания поступившего воздуха, то смесь будет богатой (λ < 1). В выхлопных газах по мере обогащения смеси будет увеличиваться содержание угарного газа (СО), и уменьшаться СO2 и Н2O. При работе на богатой смеси в выхлопе почти нет кислорода O2. Температура горения низкая и оксиды азота практически не образуются. Небольшое обогащение смеси приводит к повышению мощности двигателя, но потери экономичности. Сильное обогащение приводит к потере и мощности и экономичности.

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

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

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

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

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

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

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

Прогрели двигатель и начали проводить эксперимент.

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

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

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

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

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

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

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

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

схпма работы датчика кислорода из циркония

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Андрей Шульгин
Авто-Мастер

 
© 2016 г.
manual-yamaha@narod.ru

Яндекс.Метрика