- Описание устройства и где находится
- Какие показания еще может выдать мультиметр и что они означают?
- Виды кислородных датчиков
- Инструкция по замене датчика своими руками
- Назначение и принцип работы
- Неисправность датчика, диагностируем elm327 и motordata obd, без его замены
- Причины выхода из строя
- Проверка осциллографом
Описание устройства и где находится
С появлением систем электронного впрыска бензина перед конструкторами встала задача корректировки состава топливной смеси. Для этого стали применяться датчики кислорода или лямбда-зонды. Устройства поддерживают состав топливной смеси в определенных переделах, что позволяет обеспечивать максимальную эффективность каталитического нейтрализатора. При иных составах смеси нейтрализатор начинает работать некорректно и выходит из строя.
В зависимости от конструкции выхлопной системы используется один или два датчика:
- Первый установлен непосредственно в выхлопном коллекторе и замеряет состав выхлопных газов перед каталитическим нейтрализатором. На ранних системах этот девайс был единственным.
- С введением нормативов Евро-3 стал применяться второй зонд, расположенный после нейтрализатора. Электронный блок управления анализирует данные от двух зондов и косвенно оценивает эффективность работы катализатора, а также корректирует состав смеси.
Производители установили для изделий срок службы:
- зонд без спирали подогрева — не более 80 тыс. км;
- узел с подогревом — до 100 тыс. км;
- планарные (широкополосные) зонды — до 160 тыс. км.
Заявленный ресурс зондов не является точным. Срок работы устройств зависит от множества факторов и может быть меньше или больше указанных значений.
Какие показания еще может выдать мультиметр и что они означают?
Не меняющееся значение 0,8 – 0,9 вольт указывает на то, что топливная смесь постоянно обогащенная (высококалорийная), кислорода мало.
На это будет указывать и ряд других признаков (хлопки в глушитель, изменился цвет дыма из выхлопной трубы и так далее.
Причины проблемы сразу нужно искать в:
- загрязнении воздушного фильтра;
- регулировок зажигания и топливной системы;
- неправильной работе форсунок (льет топливо);
- выходе из строя датчика расхода воздуха;
- неправильной работе экономайзера;
- другие причины.
Если показания мультиметра остаются неизменными в пределах 0,1- 0,2 вольта, то смесь постоянно обедненная (кислорода много, 15-17 кг на 1 кг бензина). Или, наоборот, кислорода норма, а бензина поступает мало, при том же соотношении 17 к 1.
Причин избытка воздуха в цилиндрах много, в первую очередь, нужно смотреть прокладки выпускного коллектора, не порвана ли диафрагма усилителя тормозов, правильно ли работает система вентиляции картера (проверьте хорошо ли закручена пробка маслозаливной горловины, плотно ли вставлен масляной щуп – воздух не должен попадать в картер извне).
Если есть подозрения, что топлива поступает мало, то вспомните, когда последний раз чистились форсунки, менялся топливный фильтр. Обратите внимание на бензонасос, скорее всего, срок его службы подходит к концу, и он работает на пределе.
Возможны и другие неисправности диагностика которых требует профессионального подхода.
Проверить можно и другим способом.
Проводим тесты на богатую и обедненную топливную смесь
Для проведения теста на богатую топливную смесь сделайте следующее:
- Тест лучше делать на уже прогретом двигателе и с напарником;
- Отключите от датчика все провода, при этом он должно находиться на штатном месте;
- Подключите к лямбда зонду мультиметр (в режимах 2 или 20 вольт);
- Запустите мотор и доведите частоту оборотов коленвала до 2600 в минуту;
- Резко сбросьте обороты и сразу же отсоедините патрубок от вакуумного регулятора давления, т.е., происходит искусственное обогащение топлива;
- Зафиксируйте показания мультиметра, они должны быть в пределах 0,7 — 0,9 вольт. Если динамики изменений не происходит или цифры далеки от указанных выше, значит, лямбда зонд неисправен.
Проверка на обедненную смесь:
- На заведенном автомобиле возьмите конец уже снятой трубки вакуумного регулятора давления и создайте в ней любым удобным методом подсос воздуха (искусственно обедняем смесь);
- Одновременно замерьте показания мультиметра, они должны быть в пределах 0,1 – 0,2 вольта. При этом показания должны измениться менее чем за 1 секунду.
Как провести тест на динамические режимы работы показано ниже.
Виды кислородных датчиков
- При выборе λ-зонда необходимо знать, что они бывают нескольких видов, отличающихся по конструктивным особенностям и эффективности работы. К основным типам стоит отнести:
- Устройства без нагревателя. Бывают 1- и 2-проводными. Встречались в старых моделях автомобилей. В 1-проводной конструкции применяется только один провод для подачи сигнала, а в 2-проводном — общий («земля») и основной. Такие устройства монтируются непосредственно возле выхода из ДВС. Недостаток — неудобное расположение и долгий набор рабочей температуры.
- Λ-зонд с нагревателем — 3-х или 4-проводный датчик с устройством, обеспечивающим быстрое достижение нужной температуры. Нагреватель представлен в виде сопротивления, которое греется при прохождении тока. Сами датчики стоят на выходе системы выхлопа и работают в оптимальном режиме. Во всех современных лямбда-устройствах предусмотрены нагревательные элементы.
- Плоскостные. В качестве активных компонентов применяется глинозем и цирконий. Такая конструкция способствует быстрому нагреву, снижении массы и точным данным. Среднее время нагрева — 5-13 секунд.
- FLO и UFLO—датчик с ускоренным разогревом со специальным нагревателем, обеспечивающим более быстрый набор нужной температуры. Для ее достижения нужно не больше 20 с, что позволяет уменьшить загрязнение от выхлопа.
- На базе диоксида титана. Такие λ-зонды, как правило, применялись на машинах Ниссан в 80-90-х годах и ряде других машин из Европы. Сегодня они не устанавливаются.
- Широкополосные — 5-проводные датчики с новой технологией контроля. Отличаются более высокой точностью, высокой скоростью регулировки и быстрым управлением зажиганием.
- Оригинальные —устанавливаются конкретными производителями и имеют индивидуальный каталожный номер. При их покупке нужно быть внимательным, чтобы избежать ошибки.
- Универсальные — подходят для всех авто, если учесть тип ДВС и модель λ-зонда. Иногда требуется внесение правок в проводку и разъем для подключения мотора. При наличии сомнений в выборе лучше купить лямбда зонд, который рекомендуется заводом-изготовителем (оригинальный вариант),
Инструкция по замене датчика своими руками
Перед началом работ требуется подготовить материалы и инструменты:
- Новый зонд.
- Гаечный ключ или насадку, которая позволит выкрутить корпус датчика из коллектора. На некоторых автомобилях можно попытаться снять устройство обычным рожковым ключом на 22 мм или газовым разводным ключом. Но основная часть машин требует использования специализированной насадки.
- Удлинитель для насадки.
- Динамометрический ключ до 50-100 Н/м.
- Защитные перчатки и нарукавники, поскольку работы производятся на нагретом коллекторе.
- Гаечные ключи для демонтажа защитных теплоизоляционных экранов и/или коллектора.
Менять лямбда-зонды следует на такую же модель или аналогичную, подходящую по параметрам. Устанавливать первый попавшийся датчик нельзя. Перед монтажом нужно внимательно изучить инструкцию, прилагаемую производителем.
Приблизительная последовательность действий при замене первого зонда:
- Прогреть силовой агрегат до рабочей температуры. При этом происходит термическое расширение элементов выхлопной системы, что позволяет облегчить задачу выкручивания сенсора из коллектора или выхлопной трубы.
- Выключить двигатель.
- Снять клемму с аккумулятора для исключения вероятности запуска электрического вентилятора системы охлаждения.
- Аккуратно разъединить разъем зонда с проводкой.
- Надеть защитные перчатки и снять провод зонда с фиксаторов.
- При помощи насадки выкрутить зонд. На этом этапе возможны трудности, поскольку стык зонда и коллектора забивается ржавчиной и сгоревшей смазкой. Для облегчения процесса может применяться локальный прогрев газовой горелкой, который позволяет выжечь ржавчину. После этого следует попытаться сдернуть зонд с места, если деталь не начала откручиваться — прогрев повторить заново.
- Протереть место установки от остатков старой графитной смазки.
- Проверить наличие штатной смазки на резьбе нового зонда. Средство может входить в комплект поставки в отдельном пакетике. Смазывающее вещество наносится тонким равномерным слоем на резьбу. Категорически запрещается нанесение на защитный колпачок, поскольку это приводит к образованию твердого нагара и ухудшению параметров работы зонда. Если на автомобиле использован датчик, закрепленный двумя болтами, то они не нуждаются в смазке.
- Аккуратно закрутить датчик на место от руки до упора.
- Затянуть зонд ключом с требуемым моментом. Большинство производителей указывают силу 40-45 Н/м, но рекомендуется уточнять значение по сервисной литературе. При отсутствии динамометрического ключа затяжка производится доворотом зонда на 180º после закручивания рукой до упора.
- Проложить жгут по фиксаторам, закрепить при необходимости хомутами.
- Подключить аккумулятор и удалить ошибки из блока управления. Ошибки убираются при помощи компьютера или иным способом (в зависимости от марки и модели автомобиля).
При установке зонда требуется соблюдать момент затяжки. Превышение силы приводит к разрушению корпуса зонда или срыву резьбы, низкий момент является причиной прорыва выхлопных газов и неравномерного прогрева детали.
Назначение и принцип работы
Лямбда зонд – это устройство, предназначенное для контроля состава выхлопных газов. С помощью него определяется объем кислорода, оставшийся после сгорания топлива, а полученные данные по сигнальным проводам передаются на ЭБУ автомобиля. Для чего это нужно?
Дело в том, что работа систем выпуска отработанных газов и топливной тесно взаимосвязаны.
Связующим звеном в этой цепи является электронный блок управления, который не только получает данные от датчика кислорода в виде электрических импульсов, но и передает на его сигнальный вывод опорное напряжение 0.45 вольт (это важно).
Правильное соотношение топлива и воздуха для определенных условий работы двигателя, при которых горючая смесь сгорает полностью, называется стехиометрической топливовоздушной смесью.
Также существует такое понятие как коэффициент избытка воздуха или уровень лямбда.
В идеальных условиях, когда все пропорции топлива и воздуха соблюдены правильно (14,7 частей воздуха и 1 часть топлива) этот коэффициент равен 1.
Если смесь обедненная (15:1 и выше), то уровень лямбда будет больше 1, если обогащенная (ниже 14:1), меньше.
Представим, что лямбда зонд неисправен и передает ошибочные данные на ЭБУ. В результате для разных режимов работы двигателя будет формироваться неправильная топливовоздушная смесь, а это минимум большой расход топлива и потеря мощности.
Дальше идет экологическая составляющая, без которой на современных автомобилях никуда, речь идет про каталитический нейтрализатор.
При сгорании топлива образуется ряд токсических компонентов, увеличенное количество которых в выхлопных газах негативно влияет на эффективность работы катализатора.
К основным токсическим веществам можно отнести:
- Несгоревшие углеводороды — CH;
- Угарный газ и окись кислорода — CO;
- Окись азота – Noх.
Ошибки в работе лямбда зонда, и как следствие, неправильное сгорание топлива, приводит к увеличению содержания вредных веществ в выхлопных газах, а с таким количеством катализатор уже не в состоянии справиться.
Существует такое понятие, как «медленный датчик», это когда время его срабатывания превышает 120 мСек и по этой причине ЭБУ не успевает подготовить правильную топливную смесь, отсюда и повышенная токсичность отработанных газов. Но об этом ниже.
Получается, что лямбда зонд является важным устройством, от работы которого зависит насколько правильно будет формироваться стехиометрический состав топливовоздушной смеси при тех или иных режимах работы силового агрегата.
Когда он исправен погрешность в формировании стехиометрического состава равна ±1% и это очень важно, а когда нет, эта цифра увеличивается.
Неисправность датчика, диагностируем elm327 и motordata obd, без его замены
Стоимость датчиков порой сравнима со стоимостью б/у двигателя на разборке. С учетом этого, менять датчик только из-за ошибки по нему — довольно рискованное мероприятие. Как избежать этих рисков — расскажем ниже.
Теоретическая база
Начнем традиционно с общих слов. Вообще, в идеальном мире, где датчики не ломаются, блок управления двигателем мог бы вообще не задумываться об их состоянии, всегда считая их исправными, а их показания — корректными. Увы, мы живем в реальном мире. А где реальность — там много “приземляющих” факторов. Поэтому блок управления не только учитывает показания датчиков, но и контролирует их корректность.
Единственный параметр, которым оперирует блок управления при этом — электрический сигнал, получаемый с датчика. Если сигнал не соответствует критериям, заданным в прошивке блока управления — блок регистрирует соответствующую ошибку. Большинство датчиков имеют три вывода — “землю”, питание 5В и сигнальный вывод, идущий на блок управления. Так, в частности, подключаются датчики положения дроссельной заслонки и педали акселератора. Как правило, на сигнальном выводе блок управления ожидает получать напряжение в диапазоне не строго от нуля до пяти вольт, а с некоторым запасом, например, от 0.5В до 4.5В. Если на входе оказывается сигнал 0В или 5В — блок управления однозначно зарегистрирует ошибку по выходу значения за допустимые пределы.
Ошибки по этим датчикам могут быть вызваны как отказом самого датчика, так и проблемами с проводкой. Принципиально не исключены и проблемы с конкретным входом блока управления, но это более редкая проблема.
Таким образом, если блок управления выдает ошибку по конкретному датчику, в первую очередь необходимо проверить целостность проводки до датчика и наличие питания у датчика. Если с проводкой и питанием датчика все хорошо — желательно проверить и сам датчик, если это возможно. Большинство датчиков в системе управления такую возможность дают.
Также существуют двухвыводные датчики. Например, датчик температуры охлаждающей жидкости часто представляет собой резистор, меняющий сопротивление в зависимости от температуры. На один его вывод подаются постоянные 5 В, а со второго вывода идет сигнал на вход блока управления. Конечно, блок управления не измеряет напряжения, а точно так же “видит” на входе уровень напряжения в определенном диапазоне.
Отдельным абзацем надо сказать о датчике кислорода, так как он отличается от остальных. Сигнал с датчика кислорода — особенный, поэтому вышесказанное к нему неприменимо. При штатной работе системы впрыска сигнал с порогового датчика кислорода переключается с определенной периодичностью, и если время переключения слишком долгое — блок управления регистрирует ошибку P0133 по слишком медленному переключению. Также блок управления контролирует цепь подогрева датчика, и фиксирует обрыв по ней. В этом случае он регистрирует ошибку по обрыву цепи подогрева.
Бывают и другие варианты датчиков, которые имеют свои особенности. Методика их проверки может отличаться, но общий принцип так или иначе останется без изменений — проверка целостности проводки, наличия питания и тест самого датчика.
Практическая часть
Чтобы не быть голословными, рассмотрим вышесказанное на двух примерах. Для этого возьмем автомобиль Mitsubishi Outlander XL с двигателем 6B31 (бензиновый атмосферник объемом 3.0 литра). Из датчиков в легком доступе у него датчик температуры ОЖ, а также датчик кислорода. С ними и будем работать.
Датчик температуры ОЖ
Расположен датчик в корпусе термостата, под воздуховодом, ведущим к воздушному фильтру:
Сначала снимем с него разъем и проверим, что блок управления регистрирует ошибку P0118 по датчику температуры охлаждающей жидкости:
Итак, ошибку мы видим. Значит ли это, что надо менять датчик? Конечно, нет, ведь мы сами вызвали ее появление, сняв разъем. Но при реальной диагностике никакой железной уверенности нет. А цель диагностики — как раз достоверно установить причину возникновения проблемы, исключив по возможности всяческие случайности.
Поэтому приступим к проверке. Первое, что следует проверить — целостность проводов, ведущих к блоку управления. Датчик здесь двухвыводной, как описано в теоретической части. Вот его схема подключения:
Оба вывода датчика подключены к выводам блока управления (номера выводов указаны на схеме).
Снимаем клемму с аккумулятора, после чего отключаем разъем с блока управления и прозваниваем эти два провода от разъема датчика до разъема блока.
Клемму снимать необходимо в первую очередь для того, чтобы не снимать разъем блока управления при поданном на него питании. Вообще, блоки управления делают довольно стойкими к внешним воздействиям — просто исходя из тех условий, в которых им приходится работать. Но тем не менее, это не повод устраивать блоку очередные испытания, подтверждающие его стойкость.
Процесс прозвонки проводов. Результат в виде писка мультиметра на нулевом сопротивлении отобразить фотографией затруднительно.
Что ж теперь можно проверить наличие напряжения 5В на одном из выводов датчика. Для этого надеваем обратно разъем блока управления, подключаем аккумулятор и включаем зажигание. Теперь переводим мультиметр в режим измерения напряжения, одним щупом соединяемся с “землей”, а вторым касаемся вывода на разъеме датчика. Видим напряжение около 4.6 В. Это в допуске, а значит, вывод блока управления работает корректно.
Процесс проверки напряжения на первом выводе разъема датчика
Теперь остается проверить сам датчик. Существует таблица, отображающая его сопротивление при определенных температурах. Перед тем, как снимать датчик, мы посмотрели значение температуры ОЖ. Оно составило 38°C:
Значит, сопротивление должно быть примерно в диапазоне 0.9-1.3 кОм:
Переводим мультиметр в режим измерения сопротивления и щупами подключаемся к выводам датчика. Видим сопротивление чуть выше 1.3 кОм, но и температура ОЖ стала несколько ниже, пока мы экспериментировали. Значит, и эта проверка прошла удачно, датчик исправен.
На самом деле, если проверять всё — то надо проверить и сигнальный вход на блоке управления. Самый простой вариант с точки зрения электронщика — найти несколько резисторов сопротивлениями, похожими на указанные в таблице, поочередно подключать их вместо датчика температуры и контролировать температуру в параметрах блока управления. Этот эксперимент мы не проводили, но в целом, и он не является слишком уж сложным.
Датчик кислорода
Самой частой и явной проблемой с лямбда-зондом является вышедший из строя подогрев. Слово “явной” употреблено здесь не случайно. Дело в том, что сам датчик кислорода имеет обыкновение стареть. В частности, это выливается в замедление скорости переключений, а также в ряд других эффектов, которые чаще всего не приводят к регистрации ошибок блоком управления и становятся заметны автовладельцу только когда проблемы датчика становятся больше похожи на клиническую смерть. А вот проблемы с подогревом блок управления “ловит” моментально, и через некоторое время регистрирует ошибку.
Для воспроизведения ошибки мы отключаем разъем датчика кислорода:
Из практики — чаще всего ошибка по подогреву лямбда-зонда действительно говорит о проблемах с подогревом в самом датчике, а значит, датчик подлежит замене. Тем не менее, учитывая стоимость датчика, правильнее не “приговаривать” его по одному только коду ошибки, а предварительно проверить этот диагноз с помощью мультиметра. Тем более, что это очень простая операция. Для этого надо замерить сопротивление между выводами подогрева. Для данного автомобиля оно должно составить 4.5-8.0 Ом.
В нашем случае сопротивление составило 6.4 Ом, то есть, укладывается в норму. Если бы там был обрыв — приговор бы обжалованию не подлежал, датчик требовал бы замены.
Выводы
Основной вывод остается прежним — любая диагностика упирается в первую очередь не в инструментальные средства, а в понимание принципов работы системы. Зная их, можно найти способ проверить предположение имеющимися средствами. Тем не менее, неправильно было бы игнорировать возможности самодиагностики, предоставляемые блоком управления. А для доступа к ним чаще всего достаточно адаптера ELM327 и программы Motordata OBD.
Видео к статье:
Бочканов Евгений Александрович
© Легион-Автодата
Москва, г. Зеленоград
service-193@mail.ru
Причины выхода из строя
Причины поломки лямбда зонда могут быть следующие:
- Обрыв проводов, идущих к датчику, плохой контакт;
- Механическое повреждение, приведшее к деформации устройства и, как следствие, разрушение гальванического элемента;
- Перегрев датчика в результате нарушений в работе систем топливной, зажигания или неправильного тюнинга двигателя;
- Закоксованность верхнего слоя с платиновым покрытием, в результате чего ионы кислорода не улавливаются датчиком. Происходит по причине износа деталей цилиндропоршневой группы и выброса в коллектор большого количества масла или другие причины (смотрите ниже);
- Закоксованность сопла форсунки в результате чего игла полностью не садится на свое место и не перекрывает отверстие. По этой причине в цилиндры постоянно приникает топливо вне зависимости от такта, происходит переизбыток бензина, который в результате сгорания выделяет большой объем угарного газа, который, в свою очередь, и оседает в виде сажи на рабочей поверхности датчика кислорода;
- Использование плохого топлива приводит к образованию на платиновой поверхности свинцовых блестящих вкраплений, которые перекрывают доступ ионам кислорода к гальваническому элементу. Предвестник проблемы – отклонение цвета дыма из выхлопной трубы от нормы;
- Проникновение отработанных горячих газов вовнутрь лямбда зонда в результате разгерметизации его корпуса;
- Попадание охлаждающей жидкости в цилиндры двигателя, признак — белый дым из выхлопной трубы, в результате чего на керамическом элементе также возникают отложения, мешающие взаимодействию ионов кислорода с платиновым покрытием;
- Естественный износ – менять лямбда зонд нужно своевременно. После 50 000 – 70 000 км пробега – неподогреваемые устройства, через, 100 000 км – подогреваемые. Планарные можно менять через 150 000.
Проверка осциллографом
Диагностика осциллографом будет более продуктивной, поскольку в этом случае можно зафиксировать промежуток времени, за которое меняется выходное напряжение. Нормальными считаются показатели ниже 120 мСек.
Итак, алгоритм проверки будет таким:
- Найти сигнальный провод датчика и подключить к нему осциллограф. Затем нужно завести мотор и разогреть его до 60–70 o C. Это нужно, чтобы прогреть датчик воздуха и дождаться от него обратной связи. В процессе подготовки на осциллографе уже появится сигнал о генерации небольшого тока (до 1 В).
- Когда начнёт прогреваться лямбда-датчик, напряжение ещё немного вырастет. По мере прогрева до 300–400 o C диаграмма приобретёт динамику.
- Если на прогретом двигателе дойти до 2500–3000 оборотов, исправный датчик должен показать такую картину:
- Если резко отпустить газ, смесь переходит в режим обогащения, а лямбда откликается таким образом:
В процессе проверки важно засечь, через какое время датчик переходит в рабочий режим, то есть когда на диаграмме появляется динамика. Также анализируется реакция на работу двигателя на 2000–3000 оборотов в минуту. Если после прогрева сигнал стабильно находится только в нижнем или только в верхнем положении, датчик придётся менять. Если сигнал напоминает плавную извилистую линию, как на картинке ниже, датчик сгорел или вышел из строя.
