Электрохимические датчики газов

ЗАМЕНА ДАТЧИКА
КИСЛОРОДА (ЛЯМБДА ЗОНД).

Альтернативные лямбда зонды от NGKNTK таблица применяемости

Что такое лямбда зонд и
какие они бывают.

Зачем нужен лямбда-зонд

Жесткие экологические нормы давно узаконили
применение на автомобилях каталитических нейтрализаторов (в обиходе –
катализаторы) – устройств, способствующих снижению содержания вредных веществ в
выхлопных газах. Катализатор вещь хорошая, но эффективно работает лишь при
определенных условиях. Без постоянного контроля состава топливно-воздушной смеси
обеспечить катализаторам «долголетие» невозможно – вот тут и приходит на помощь
датчик кислорода, он же О2-датчик, он же лямбда-зонд (ЛЗ).

Название датчика происходит от греческой буквы l (лямбда),
которая в автомобилестроении обозначает коэффициент избытка воздуха в
топливно-воздушной смеси. При оптимальном составе этой смеси, когда на 14,7
части воздуха приходится 1 часть топлива, l равна 1.

Зависимость мощности двигателя (P) и
расхода топлива (Q) от коэффициента избытка воздуха (l)

«Окно» эффективной работы катализатора очень узкое:
l=1±0,01. Обеспечить такую точность возможно только с помощью систем питания с
электронным (дискретным) впрыском топлива и при использовании в цепи обратной
связи лямбда-зонда.

Избыток воздуха в смеси измеряется – путем
определения в выхлопных газах содержания остаточного кислорода (О2). Поэтому
лямбда-зонд и стоит в выпускном коллекторе перед катализатором. Электрический
сигнал датчика считывается электронным блоком управления системы впрыска топлива
(ЭБУ), а тот в свою очередь оптимизирует состав смеси путем изменения количества
подаваемого в цилиндры топлива. На некоторых современных моделях автомобилей
имеется еще один лямбда-зонд. Расположен он на выходе катализатора. Этим
достигается большая точность приготовления смеси

Зависимость напряжений лямбда-зонда
от коэффициента избытка воздуха (l) при температуре датчика 500-800оС

А – условная точка средних показаний (Uвых » 0,5 В,
при l=1,0). (Обогащение смеси (уменьшение О2 в выхлопе). Обеднение смеси
(увеличение О2 в выхлопе).

Полное сгорание и максимальная мощность достигается
при l=1. и и контролируется эффективность работы катализатора

Схема l-коррекции с одним и двумя
датчиками кислорода двигателя

1 – впускной коллектор; 2 – двигатель; 3 – блок
управления двигателем; 4 – топливная форсунка; 5 – основной лямбда-зонд; 6 –
дополнительный лямбда-зонд; 7 – каталитический нейтрализатор.

Принцип работы

Лямбда-зонд действует по принципу гальванического
элемента с твердым электролитом в виде керамики из диоксида циркония (ZrO2).
Керамика легирована оксидом иттрия, а поверх нее напылены токопроводящие
пористые электроды из платины. Один из электродов «дышит» выхлопными газами, а
второй – воздухом из атмосферы (рис.2). Эффективное измерение остаточного
кислорода в отработавших газах лямбда-зонд обеспечивает после разогрева до
температуры 300 – 400оС. Только в таких условиях циркониевый электролит
приобретает проводимость, а разница в количестве атмосферного кислорода и
кислорода в выхлопной трубе ведет к появлению на электродах лямбда-зонда
выходного напряжения.

При пуске и прогреве холодного двигателя управление
впрыском топлива осуществляется без участия этого датчика, а коррекция состава
топливо-воздушной смеси осуществляется по сигналам других датчиков (положения
дроссельной заслонки, температуры охлаждающей жидкости, числа оборотов коленвала
и др.). Особенностью циркониевого лямбда-зонда является то, что при малых
отклонениях состава смеси от идеального (0,97 Ј l Ј 1,03) напряжение на его
выходе изменяется скачком в интервале 0,1 — 0,9 В (график 2).

Кроме циркониевых,
существуют кислородные датчики на основе двуокиси титана (TiO2). При изменении
содержания кислорода (О2) в отработавших газах они изменяют свое объемное
сопротивление. Генерировать ЭДС титановые датчики не могут; они конструктивно
сложны и дороже циркониевых, поэтому, несмотря на применение в некоторых
автомобилях (Nissan, BMW, Jaguar), широкого распространения не получили.

так выглядит «титановый» лямбда зонд
(применяется на двигателе В5252) будьте внимательны при выборе замены.

Для повышения чувствительности лямбда-зондов при пониженных
температурах и после запуска холодного двигателя используют принудительный
подогрев. Нагревательный элемент (НЭ) расположен внутри керамического тела
датчика и подключается к электросети автомобиля

Конструкция датчика кислорода с
подогревателем

1 – керамическое основание; 2, 8 – контакты НЭ; 3 –
нагревательный элемент (НЭ); 4 – твердый электролит ZrO2 с напыленными
платиновыми электродами; 5 – защитный кожух с прорезями; 6 – металлический
корпус с резьбой крепления; 7 – уплотнительное кольцо; 9 – выводы датчика.

Если ЛЗ «врет»

В этом случае ЭБУ начинает работать по усредненным
параметрам, записанным в его памяти: при этом состав образующейся
топливно-воздушной смеси будет отличаться от идеального. В результате появится
повышенный расход топлива, неустойчивая работа двигателя на холостом ходу,
увеличение содержания СО в отработавших газах, снижение динамических
характеристик, но машина при этом остается на ходу. В некоторых моделях
автомобилей ЭБУ реагирует на отказ лямбда-зонда очень серьезно и начинает так
рьяно увеличивать количество подаваемого в цилиндры топлива, что запас горючего
в баке «тает» на глазах, из трубы валит черный дым, СО «зашкаливает», а
двигатель «тупеет» и на ближайшую СТО вам, скорее всего, придется добираться на
буксире.

Перечень возможных неисправностей лямбда-зонда
достаточно большой и некоторые из них (потеря чувствительности, уменьшение
быстродействия) самодиагностикой автомобиля не фиксируются. Поэтому
окончательное решение о замене датчика можно принять только после его тщательной
проверки, которую лучше всего поручить специалистам. Следует особо отметить, что
попытки замены неисправного лямбда-зонда имитатором ни к чему не приведут – ЭБУ
не распознает «чужие» сигналы, и не использует их для коррекции состава
приготавливаемой горючей смеси, т.е. попросту «игнорирует».

При сгоревшем или отключенном лямбда-зонде
содержание СО в выхлопе возрастает на порядок: от 0,1 – 0,3% до 3 – 7% и
уменьшить его значение не всегда удается, т. к. запаса хода винта качества смеси
может не хватить. В автомобилях, система l-коррекции которых имеет два
кислородных датчика, дело обстоит еще сложнее. В случае отказа второго
лямбда-зонда (или «пробивки» секции катализатора) добиться нормальной работы
двигателя практически невозможно.

Вообще лямбда-зонд – наиболее уязвимый датчик
автомобиля с системой впрыска. Его ресурс составляет 40 – 80 тыс. км в
зависимости от условий эксплуатации и исправности двигателя. Плохое состояние
маслосъемных колец, попадание антифриза в цилиндры и выпускные трубопроводы,
обогащенная топливно-воздушная смесь, сбои в системе зажигания сильно сокращают
срок его службы. Применение этилированного бензина категорически недопустимо –
свинец «отравляет» платиновые электроды лямбда-зонда за несколько бесконтрольных
заправок.

Схема датчика кислорода на основе
диоксида циркония, расположенного в выхлопной трубе

1 – твердый электролит ZrO2; 2, 3 – наружный и
внутренний электроды; 4 – контакт заземления; 5 – «сигнальный контакт»; 6 –
выхлопная труба.

Махнем не глядя!

Рекомендованный заводом-изготовителем лямбда-зонд и
сходные по конструкции циркониевые датчики взаимозаменяемы.
Возможна замена неподогреваемых датчиков на подогреваемые (но не наоборот!).
Однако при этом может возникнуть проблема несовместимости разъемов и отсутствия
в машине цепи питания для нагревателя лямбда-зонда. Недостающие провода можно
проложить самостоятельно, а вместо разъема использовать стандартные
автомобильные контакты.

Цветовая маркировка выводов лямбда-зондов может
различаться, но сигнальный провод всегда будет иметь темный цвет (обычно –
черный). «Массовый» провод может быть белым, серым или желтым (рис. 4).
Титановые лямбда-зонды от циркониевых легко отличить по цвету
«накального» вывода подогревателя – он всегда красный. При замене
3-контактного лямбда-зонда на 4-контактный необходимо надежно соединить с
«массой» автомобиля провод заземления подогревателя и сигнальный «минус», а
накальный провод подогревателя через реле и предохранитель подключить к «плюсу»
аккумулятора.

Подключение напрямую к катушке зажигания
нежелательно, т. к. в цепи ее питания может стоять понижающее сопротивление.
Подключиться к контактам топливного насоса достаточно сложно. Лучше всего
подключить реле подогревателя лямбда-зонда к замку зажигания.

Теперь о наших Вольво 850.
Как менять лямбда зондна аналогичный от ВАЗ.

Распайка датчика кислорода.

Для ВАЗ :

• два белых провода,
  чёрный провод, серый провод. Итого: 4 провода.

• Сигнал идёт по
  чёрному проводу,
  

• Белые
  провода — это подогрев датчика.

• Серый —
  масса .

Для Вольво 850. Выпускалось несколько видов датчиков и все они
комплектовались разными разъемами.

10 клапанная версия двигателя В5252 — один четырех контактный разъем.

Внимание ВАЖНО!!!
На данных моделях двигателей установлена система управления впрыском Fenix 5.2 и
в составе используется лямбда зонд на основе двуокиси титана ( фото и об
особенностях читайте выше). Заменить его на обычный (циркониевый) датчик от ВАЗ
невозможно из-за другой характеристики работы.

• Титановый (пассивный)  датчик кислорода
  

• Белый и красный провода — подогрев.

• черный-сигнал

• желтый-масса

20 клапанная версия В5254 — два двух контактных
разъема. У меня на машине 1996 года установлен уже четырех контактный разъем.
Циркониевый (активный) датчик кислорода

• белые провода — подогрев

• черный — сигнал

• серый — масса

На турбированных моторах с двумя датчиками кислорода до и после
катализатора , применяются циркониевые датчики — разъемы четырех контактные .

• белые провода — подогрев

• черный — сигнал

• серый — масса

Замечу что все циркониевые датчики взаимозаменяемы,
необходимо только перепаять разъем и подключить соответственно маркировке. Можно
использовать датчики от ГАЗ и ВАЗ . Не нравится от нашемарок, купите любой BOSCH
, и дерзайте в руках с паяльником и ключами.

Лямбда зонд фирмыBOSCH, для ВАЗ 2110 стоит 700 рублей. Он представляет собой четырехконтактный датчик,
с чёрным разъемом. Провод длиной 30 см. Разъем  можно откусить или лучше
сделать переходник, используя разъем от неисправного старого вашего датчика и
купить в магазине ЗЧ ответную часть разъема проводки машины.

Теперь следующая
проблема.Необходимо снять старый датчик. Он
находится на приемной трубе рядом с катализатором.

Откручивание лямбды.

Не забудьте отключить
минусовой провод от аккумулятора. Если хочетсяслушать магнитолу, то отключите только провода лямбды.

• Рассоедините разъём. Сия процедура
  отключает лямбду от системы.

• Отсоедините хомуты крепления проводки датчика от опоры двигателя.

• Потребуется специальный ключ для демонтажа датчиков кислорода.

Есть еще один способ. Снять катализатор. И паяльной
лампой или газосваркой нагреть место крепления лямбды. Дать остыть , а потом
легко все выкручивается ,без эмоций. Самый простой вариант кстати.

Установка зонда

Берём новый зонд,
вкручиваем его предварительно распаяв
контакты по схеме.
Стираете  коды ошибок. Сделайте пробные поездки. Если ошибки появляются
вновь, то «поздравляю« Вы что-то не туда припаяли или неисправность не связана
с исправностью датчика. Приступайте к поиску причины неисправности. Если всё
работает, торасход топлива составит
примерно 9-10 литров на 100 км.

ДАТЧИК КИСЛОРОДА от Volvo 850Т двигатель В5234Т
с двумя лямбда зондами,( на фото передний зонд и его замена )

LSH 25 BOSCH 0 258 005 062 9125 371 Made in
Germany

LSH 25 BOSCH 0 258 005 247 387082 12V Russia

Выдержки
из VADIS 2005А о работе лямбдазонда

(00 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ – СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ)

 Датчик кислорода

Вне зависимости от эффективности
сгорания, в выхлопных газах всегда остается немного кислорода O2. Датчик
кислорода , который также называется нагреваемым датчиком кислорода, измеряет
содержание кислорода в выхлопных газах.

Модуль управления точно регулирует
количество топлива, используя сигнал от датчика кислорода.

Модуль управления может
отрегулировать исходное количество топлива на /- 25%, основываясь на сигналах
от датчика кислорода. Например, исходное количество соответствует времени
открытия форсунки в 4 мс. Датчик кислорода может воздействовать на это так,
чтобы оно стало минимум 3 мс или максимум 5 мс.

 ”Регулировка подачи топлива”

Модуль управления реагирует на
сигнал от датчика кислорода немедленно. Он увеличивает или уменьшает время
открытия форсунки. В результате топливовоздушная смесь в один момент может
содержать слишком мало топлива, а в последующий момент слишком много топлива.
Однако, среднее значение всегда будет близким к идеальному значению, другими
словами λ = 1. Так как топливовоздушная смесь быстро меняется с бедной на
богатую, сигнал от датчика кислорода будет колебаться.

 Задний датчик кислорода

Некоторые системы оборудованы 2
датчиками кислорода. Второй датчик тогда устанавливается после каталитического
преобразователя тройного действия (TWC). Цель заднего датчика кислорода —
обеспечить еще более точную регулировку количества топлива. Более того, модуль
управления может проверять эффективность каталитического преобразователя
тройного действия (TWC). Это производится путем сопоставления сигналов от обоих
датчиков.

 00 КОНСТРУКЦИЯ И РАБОТА – БЕНЗИНОВЫЕ
ДВИГАТЕЛИ

 Смещенный вперед задний датчик
кислорода

 На B5254T, у которого как и всех
двигателей есть каталитический преобразователь с дополнительным металлическим
блоком до обычных керамических блоков, задний датчик кислорода смещен вперед по
сравнению с B5254S оборудованным Motronic 4.4.

 28 ДРУГИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ —
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ MOTRONIC 4.3

Нагреваемый датчик кислорода HO2S,
передний и задний

Передний: черный провод

Задний: серый провод

Задний датчик HO2S устанавливается только в некоторых
странах.

Сопротивление на терморезисторе: 

-Холодный HO2S ( 20°C): 1,5 — 2,5 Ω

-Горячий HO2S (больше 350 °C): 6 — 10 Ω

 Момент затяжки: 56 Нм

Используйте герметик, Шифр 1161 408, для всех резьбовых
соединений датчика HO2S.

 28 КОНСТРУКЦИЯ
И РАБОТА — ФУНКЦИИ УПРАВЛЕНИЯ

 Когда HO2S
(7/15) (или два HO2S на
автомобилях для некоторых стран) достигает рабочей температуры, этот сигнал
также используется для вычисления количества топлива.

Основная программа
ECM вычисляет продолжительность (цикл) впрыска на основании информации о
нагрузке двигателя, т.е. массового расхода воздуха и оборотов двигателя.
Вычисляемая таким образом продолжительность впрыска не используется напрямую, а
изменяется интегратором, использующим сигнал HO2S
для настройки продолжительности впрыска, при которой достигалась бы
λ=1, соответствующая оптимальному составу горючей
смеси. На автомобилях с двумя датчиками HO2S
(только для некоторых стран), ECM также использует
сигнал заднего датчика HO2S
для корректирования интегратора, и, в результате, продолжительности впрыска.
Помимо всего прочего, это обеспечивает более точную
регулировку.

Управление осуществляется быстро,
до нескольких раз за секунду. Эта функция краткосрочной регулировки подачи
топлива может изменять продолжительность впрыска, вычисленную основной
программой, приблизительно на ±25 %.

Адаптивные настройки цикла
впрыска, называемые долгосрочной регулировкой подачи топлива, хранятся в
ECM после остановки двигателя. Это означает, что сразу же после запуска
двигателя будут восстановлены условия, необходимые для обеспечения оптимальной
пропорции горючей смеси, еще до того, как HO2S
достаточно нагреется для начала работы.

 28 КОНСТРУКЦИЯ И РАБОТА — ФУНКЦИИ
ДИАГНОСТИКИ

 Диагностика HO2S (только для некоторых стран)

 В некоторых странах Motronic 4.3
SFI использует два устройства HO2S. Эти устройства HO2S проверяются на предмет
короткого замыкания и разрыва проводки. Если обнаружена неисправность, то
выводится код DTC 2–1–2 (передний датчик HO2S) или DTC 1–5–3 (Задний датчик
HO2S), и будет произведена проверка правильности сигнала переднего датчика HO2S.

ECM получает информацию о
содержании кислорода в выхлопных газах от переднего датчика HO2S. Этот сигнал
используется при вычислении продолжительности впрыска. Поскольку передний датчик
HO2S устанавливается до TWC, он отслеживает загрязненные выхлопные газы. Со
временем это приводит к порче устройства и к изменению качества сигнала. Данная
ситуация контролируется следующим образом:

ECM использует сигнал от заднего
датчика HO2S, измеряющего содержание кислорода в газах после TWC, для вычисления
среднего значения сигнала переднего датчика HO2S. При помощи этой информации,
ECM может принять в расчет старение переднего датчика HO2S при вычислении цикла
впрыска.

Среднее напряжение сигнала заднего
датчика HO2S должно быть приблизительно 0,6 В при контроле с помощью двух
датчиков. Продолжительность впрыска сначала рассчитывается на основании сигнала
переднего датчика HO2S и среднего значения, а затем проверяется сигнал заднего
датчика HO2S. Если его значение отличается от 0,6 В, рассчитанный
Продолжительность впрыска корректируется до достижения правильного среднего
значения. DTC 4–3–6 “Компенсация заднего датчика HO2S” записывается при
превышении определенного уровня корректировок за несколько последовательных
попыток расчета.

При движении автомобиля модуляция
сигнала заднего датчика HO2S может быть и положительной, и отрицательной; если
нет, то выводится код DTC 4–2–5 для заднего датчика HO2S.

Модуляция для двух HO2S
запускается, если:

Контроль с помощью двух датчиков
прерывается в случае прекращения подачи топлива, когда ECM регистрирует пропуск
зажигания (коды DTC 4–5–X, 5–4–2, 5–4–3, 5–4–4, 5–4–5 и 5–5–X) или если ECM
обнаруживает неисправность в одном из следующих компонентов:

Поскольку даже неисправный датчик
HO2S может посылать правильное среднее значение сигнала, цикл сигнала переднего
датчика HO2S также отслеживается, ECM измеряет время между несколькими
последовательными изменениями сигнала с сильного на слабый. Эта проверка
осуществляется на холостом ходу, когда разница между исправным и неисправным
датчиками наиболее ощутима. DTC 4–3–5 “передний датчик HO2S, задержка ответа”
если цикл подачи сигналов увеличивается в течение нескольких последовательных
попыток.

 28 КОНСТРУКЦИЯ И РАБОТА — ФУНКЦИИ
ДИАГНОСТИКИ – СИГНАЛЫ НА ВХОДЕ

 Нагреваемые датчики кислорода HO2S

Передний датчик HO2S 

Передний датчик HO2S используется
для обеспечения ECM информацией о составе горючей смеси.

HO2S расположен на выхлопной трубе
перед TWC. Электрически нагреваемый датчик HO2S выдает импульсы, напряжение
которых меняется в зависимости от содержания кислорода в выхлопных газах.

Для измерения содержания кислорода
HO2S требуется приток воздуха извне, с которым происходит сравнение. Поскольку
приток воздуха извне осуществляется через проводку, для точности измерений
необходимо, чтобы кабель не был засорен или поврежден.

Совершенно недопустимо смазывать
разъемы HO2S, так как смазка может смешиваться с опорным воздухом.

 Задний датчик HO2S

 В некоторых странах автомобили
также оснащаются задним датчиком HO2S, который устанавливается позади TWC и
измеряет содержание кислорода и этой точке. Это делается в следующих целях:

 Задний датчик HO2S отличается от
переднего тем, что он обладает более медленной реакцией и выглядит несколько
иначе.

 Принцип действия

 датчик HO2S работает только при
температурах свыше приблизительно 285°C. Нормальная рабочая температура
составляет от 350 до 850°C.

Датчик нагревается электрически.
На один из контактов подается напряжение 12 В от главного реле, а со второго
идет провод на ECM. Когда этот провод заземлен, ток идет через сопротивление
PTC. При холодном HO2S, значение сопротивления понижается, а значение тока в
цепи возрастает. (Для предотвращения повреждения сопротивления, ECM вначале
работает в пульсирующем режиме). При повышении температуры в резисторе PTC и
повышении сопротивления резистора, пульсирующий режим постепенно отменяется.
Период нагревания составляет приблизительно 30 сек.

Разогретый HO2S может испортиться,
если на нем конденсируется влага.

B5234T/B5204T (модели 1994 года):
Модуль управления ждет до начала нагрева HO2S; для переднего датчика HO2S — до 1
минуты, а для заднего датчика HO2S — до 7 минут. При этом повышается температура
вокруг обоих HO2S, что снижает опасность конденсации.

B5234T/B5204T/B5234T5 (модели 1995
года): Разогрев HO2S начинается сразу же после запуска двигателя, но может быть
прерван в первые три минуты при переходе двигателя на холостой ход.

Разогрев заднего датчика HO2S
задерживается на 7 минут для того, чтобы дать подняться температуре вокруг HO2S,
что снижает опасность конденсации.

B5254S. Разогрев HO2S начинается
сразу же после запуска двигателя. Температура HO2S достигает 350°C и остается
постоянной до тех пор, пока температура выхлопных газов на переднем HO2S и
температура TWC на заднем HO2S не достигнут уровня, исключающего риск
конденсации.

Оба провода датчика подсоединены к
ECM.

При обогащенной топливной смеси
(λ<1), содержание кислорода в выхлопных газах понижается (даже до нуля), и
напряжение выходного сигнала составляет приблизительно 0,9 В.

При обедненной горючей смеси
(λ>1), содержание кислорода в выхлопных газах повышается, и напряжение выходного
сигнала падает почти до 0 В.

Изменение сигнала с сильного на
слабый происходит при идеальном (теоретически необходимом для сгорания)
соотношении кислорода и топлива, т.е при 14,2 кг/1кг.

ECM использует сигнал HO2S для
контроля впрыска топлива и поддержания значения λ=1.

 28 ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ – MOTRONIC 4.3 – ОПИСАНИЕ
СИГНАЛОВ

 #A14Сигнал управления
предварительным нагревом переднего датчика HO2S Ubat Предварительный нагрев
отключен: U≈U bat Предварительный нагрев включен: U≈ 0,3 В05

#A19Сигнал (-), задний датчик HO2S
(Только для некоторых стран, кроме B 5204 T)U≈ 0,7 В Измеряется только при
включенном зажигании