Как отличить циркониевый лямбда зонд от титанового

Обновлено: 04.07.2024

Но как обеспечить столь высокую точность и одновременно стабильность топливодозирования? Известно, что карбюраторные моторы при всей их простоте по этому пункту не проходят.

Цель была достигнута с появлением электронной системы автоматического регулирования с датчиком кислорода в отработавших газах — по-другому, лямбда-зондом. Этот датчик — важнейший элемент обратной связи в системе топливодозирования на современных автомобилях, позволяющей поддерживать стехиометрический состав на установившихся режимах работы двигателя с точностью до ±1%.

[caption align="aligncenter" width="150" caption ]

Как же работает датчик кислорода? Очевидно, что при работе двигателя концентрация кислорода внутри выпускной системы и снаружи ее, в окружающем воздухе, совершенно разная. Вот эта разница и заставляет ионы кислорода двигаться в твердом электролите, в результате чего на электродах ИЭ появляется разность потенциалов — сигнал датчика кислорода.

Зависимость сигнала ИЭ от температуры показана на рис. 4: как видите, реакции на богатые и бедные смеси различаются очень сильно, но при падении температуры ниже 300°С разница постепенно уменьшается — эта зона уже нерабочая.

Современные датчики кислорода — с электроподогревом, которым управляет электронный блок управления двигателем, меняя ток нагревателя. (Соответственно, ЭБУ контролирует и исправность цепи нагревателя, что очень важно.)

А теперь — несколько слов о титановых зондах. В их работе используется свойство оксида титана изменять свое сопротивление в зависимости от концентрации кислорода. Этому датчику связь с наружным воздухом не требуется. Рабочая температура значительно выше, чем у циркониевого, — начинается с 500°С. Выходная характеристика — на рис. 5. Привлекает то, что сигнал этого датчика можно сразу (обойдясь без усиления) привязать к используемому в ЭБУ уровню +5 В.

Мы рассмотрели самые общие вопросы, касающиеся роли датчика кислорода. А как он выполняет свои функции в реальной жизни? Об этом — в следующей беседе.

Одна из острейших проблем, с которой сталкиваются современные автопроизводители, – экологическая безопасность. Массовое использование автомобилей в повседневной жизни грозит ростом загазованности современных городов. Для уменьшения количества токсичных веществ, содержащихся в составе выхлопных газов, используются специальные системы их очистки, так называемые каталитические нейтрализаторы, для обеспечения последним необходимых условий работы применяется кислородный датчик.

На что влияет кислородный датчик?

Работа ДВС сопровождается выделением выхлопных газов (ВГ), содержащих вредные для человека вещества. Их значительная концентрация влияет на самочувствие и здоровье окружающих. Среди этих токсичных веществ необходимо особо отметить угарный газ, не полностью сгоревшие углеводороды и окислы азота. Чтобы уменьшить их содержание в составе ВГ, как уже отмечалось, на современных автомобилях используется каталитический нейтрализатор.

Однако у него есть особенность – он успешно работает в достаточно ограниченном диапазоне соотношения кислорода и бензина, и если смесь обогащенная, или наоборот, слишком бедная, то содержание в составе ВГ токсичных веществ остается высоким. Вот кислородный датчик и участвует в обеспечении необходимого соотношения кислорода и бензина.

С его помощью контроллер управления двигателем отслеживает процесс сгорания ТВС, для чего измеряется в ВГ содержание кислорода. При необходимости изменяется состав ТВС таким образом, чтобы обеспечить полное сгорание топлива и уменьшить выделяемое количество токсичных веществ.

Как работает кислородный датчик?

На сегодняшний день существует лямбда зонд трех разновидностей:

циркониевый;
титановый;
широкополосный.

Наиболее распространенными из них являются первые два типа. Свое название они получили от используемого материала, и соответственно, принцип работы кислородного датчика из-за этого у них разный.

Циркониевый датчик кислорода

Как устроен подобный лямбда зонд, изображено на рисунке.

Конструктивно он может быть выполнен по-разному, либо цилиндрический (пальчиковый), либо пластина (планарный датчик). По сути дела, это слоистая структура, внутренняя и наружная поверхности которой выполнены из платины и разделены слоем специальной керамики. Она защищена снаружи корпусом с отверстиями для поступления ВГ к платиновой поверхности кислородного датчика и имеет связь с наружным воздухом.

При своей работе лямбда зонд контролирует содержание кислорода в составе ВГ, для чего его надо располагать в потоке этих газов. Принцип, по которому он работает, чем-то напоминает аккумулятор, только твердотельный. При достаточно высоких температурах (не ниже трехсот градусов) через керамику, разделяющую слои платины, начинают проходить ионы кислорода. Их содержание в окружающем воздухе и в составе ВГ разное, вследствие чего между слоями датчика появляется разность потенциалов.

Именно она и есть тот сигнал, что лямбда зонд выдает контроллеру управления двигателем. На его величину влияет содержание кислорода в ВГ. Получив эти данные, контролер отвечает тем, что изменяет ТВС, уменьшая или увеличивая количество впрыскиваемого бензина. Вот для чего нужен лямбда зонд, с его помощью контроллер определяет, насколько полностью сгорает ТВС, и подбирает ее оптимальный состав, обеспечивая при этом эффективность работы ДВС и его топливную экономичность.

Описанный принцип работы, основанный на движении ионов кислорода, реализуется при температурах от трехсот до девятисот градусов, поэтому и помещают лямбда зонд в выхлопную систему автомобиля.

Титановый датчик кислорода

Принцип работы, который использует такой датчик, совсем другой. В этом случае применяется зависимость проводимости диоксида титана от парциального давления кислорода в смеси газов. Чем больше содержание кислорода в составе ВГ, тем хуже лямбда зонд проводит электрический ток. Его выходное напряжение пропорционально количеству кислорода и изменяется скачкообразно.

Кислородный датчик подобного типа работает при температуре от семисот градусов, и для него не требуется эталонный воздух.

Широкополосный датчик

Он в обычных машинах используется довольно редко, его отличает совершенно другой принцип работы. У него имеются две специальные камеры – измерительная и камера накачки. Если предыдущие типы датчиков генерировали высокое либо низкое напряжение на выходе в зависимости от содержания кислорода в составе ВГ, то широкополосный датчик выдает напряжение, пропорциональное его значению.

Про эксплуатацию датчика

Лямбда зонд – неразборная конструкция и рассчитана на пробег до восьмидесяти тысяч километров. Правда, этот показатель может значительно уменьшиться при нарушении правил эксплуатации.
Среди них стоит отметить:

Могут быть и другие причины, вызывающие отказ датчика, но и уже приведенных достаточно для понимания, что это хрупкое изделие и требует в процессе работы бережного отношения. Полностью проверить датчик с необходимой степенью достоверности можно, воспользовавшись осциллографом.
Однако результаты работы датчика видны невооруженным взглядом по ряду признаков:

увеличение расхода топлива;
увеличение содержания окиси углерода в составе ВГ;
ухудшение динамики машины;
неустойчивая работа мотора.

Причин отказов датчика может быть несколько, но независимо от них ремонт для него не предусмотрен, только замена.

Лямбда зонд в современных автомобилях контролирует количество кислорода в составе ВГ. Он также осуществляет выдачу данных в контроллер управления двигателем с целью изменения состава ТВС для полного сгорания смеси и обеспечения необходимых условий работы нейтрализатора.
" alt="">

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.

Если в цилиндр подавать больше бензина чем требуется для полного сгорания поступившего воздуха, то смесь будет богатой (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.

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?

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.

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.

Замена титанового лямбда на циркониевый, доработка.

Доброго времени суток коллеги, хочу поделиться своим опытом, дело в схеме преобразователя напряжения в сопротивление. В общем собрал я эту схему, вложения 60р (*3), и собирал я её за нового 3 раза))) Дело в том, что данная схема при отсутствий входного сигнала , это время прогрева и начала работы циркониевого лямбды, на выходе усилителя выдаёт высокое напряжение , а значит низкое сопротивление преобразования , что означает обогощенную смесь в ЭБУ. В кратце трясет машину во время прогрева, даже когда движок горячий , на улице +30, но на пол часа заглушил движок.
Решил я эту проблему установкой нагрузки на входе усилителя (сигнал от лямбды) резистором 2,2 Мом , меньшее сопротивление нагрузки садит входное напряжение. Вот все секрететы ;-) не знаю почему до сих пор никто не поднимал эту тему, она актуальна сегодня завтра и ещё столько же лет, сколько живут наши старушки.

Хм, логично, вход то открытый остается, что там на проводе наводится только гадать можно, надо будет подцепить резистор проверить. Есть расколбас на неостывшем двигателе, но остывшей лямбдой. Пока не прогреется даже не хочет ехать..

Параллельно С3, или между 3 и 4 ногой микросхемы, или между черным и серым проводом циркониевого ЛЗ.
Нет схемы в электронке, а рисовать с нуля пока че-то нет настроения)

У меня летят оптроны!, аот127 и какой-то 4 ногий дип покупал, посмотрел справочник: выходной ток маленький на аоте , в 2 раза меньше чем на 4n33, завтра его куплю поставлю, и на входе думаю 2 киллома поставить, усилитель работает стабильно.

А я силён в электрике, и могу со 100% уверенностью сказать что провёл все тесты и могу сказать точно, что дело в этом, может у меня какой-то странный циркониевий лямбда (вошь 133)

Отнюдь,я тоже такой ставил. Схемы то ,отличаюцца друг от друга - даже со своими мизерными знаниями в этой области ,я вижу,что на одной 10 элементов,а на другой 14!

Два свето-диода и два резистора к ним не имеют никакой роли.

Начались у меня недавно перебои в работе двигателя - на ХХ его трясет, при трогании - затыкается, и на газ какой-то тугой стал. Посмотрел по-быстрому на телефоне - ЛЗ перекидывается, но нижнее напряжение увеличилось до 600-700мВ.
Так вот, полез сегодня разбираться - при подключении ЛЗ к разъему, или просто при подаче напряжения на провода подогрева ЛЗ на черном проводе появляется напряжение - около 3В. Попробовал другую лямбду, которая с такими же симптомами в прошлом году отошла в ящик (думал, что залило плату) - то же самое, но только около 3В.
Начал провода по одному отключать-подключать и - как любой из белых подкидываю к +12, так сразу на черном появляется напряжение. В итоге ЛЗ тупит на двигателе. Проверка сопротивления между черным и белыми ничего не дала. Но у мультиметра и проверочное напряжение то большое, это же не мегометр..

По входу ОУ на плате стоит 4Мом, с сентября все нормально работало до недавних дождей. И в прошлом году у меня ЛЗ после дождей отошел. В общем че-то с лямбдой, стоящей внизу на трубе не того происходит( :( Дохнут они у меня там что-то.
Плата сама по себе нормально отрабатывает, достаточно даже пальцами касаться входа и + или - питания.

Перемерил Fluke'ом - между сигнальным и нагревателем 4МОм и сопротивление растет.

Поменял лямбду, все заработало как раньше. Это уже третья лямбда будет..

Ууу давненько не заходил ) уже пару лет с лямбдой проблем нет ) проблема в жоре Бенза , сейчас 18 литров примерно, от заправки до заправка , буду проверять люмбду, проводку всю поменял , может конечно все из-за широких дисков 17 радиуса)))) , готов лямбду поменять , но диски не сниму !((-

На бензожер не столько влияет диаметр,сколько ширина резины! Я на Фронтере заменил 245х70 на 235х75 (внешний размер колеса практически не изменился) и расход сразу упал на 1.5 литра.

Оп комом Ее не проверишь )))) тема то про замену нашей титановой дорогой лямбды на обычный вазовский ) там только напряжение прыгает , то 0,67 то 4,7

Значит работает.Если постоянно висит опорное напряжение - значит пипец ей! Если повиснет Р0135,значит накрылся подогревочный элемент в лямбде или его цепь.

Я так понимаю, здесь любой операционник прокатит? Ну там какой-нить OPA134, например. На роль оптопары напросился PC817 - в компутерном БП встретил. По самой схеме. Порог срабатывания надо делать вариативным или это здесь нафиг это не нужно? ±лапоть и нормально?

я не хочу плату городить и планирую на банальной макетке собрать сей девайс, соответственно у меня всё с ногами будет.

В отличие от зонда напряжения (циркониевого зонда) зонд из диоксида титана является резистивным. У этого зонда в зависимости от содержания кислорода в ОГ скачкообразно изменяется электрическое сопротивление. Это, в свою очередь, вызывает изменения напряжения на зонде. Для этого зонда не требуется опорная атмосфера. Она реагирует на абсолютное парциальное давление кислорода. Вокруг нескольких толстопленочных элементов зонда расположен герметичный корпус. Электрическое сопротивление диоксида титана изменяется пропорционально парциальному давлению кислорода в смеси. При слишком большой концентрации кислорода в ОГ (Л > 1) диоксид титана вступает в реакцию и становится менее проводимым. При низкой концентрации кислорода в ОГ (Л

Читайте также: