Η συσκευή και η αρχή λειτουργίας του αισθητήρα οξυγόνου

Αισθητήρας οξυγόνου - μια συσκευή που έχει σχεδιαστεί για να καταγράφει την ποσότητα οξυγόνου που απομένει στα καυσαέρια ενός κινητήρα αυτοκινήτου. Βρίσκεται στο σύστημα εξάτμισης κοντά στον καταλύτη. Με βάση τα δεδομένα που λαμβάνονται από τη γεννήτρια οξυγόνου, η ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου κινητήρα (ECU) διορθώνει τον υπολογισμό της βέλτιστης αναλογίας του μείγματος αέρα-καυσίμου. Ο λόγος περίσσειας αέρα στη σύνθεσή του αναφέρεται στην αυτοκινητοβιομηχανία με το ελληνικό γράμμα λάμδα (λ), λόγω του οποίου ο αισθητήρας έλαβε ένα δεύτερο όνομα - λάμδα ανιχνευτή.

Υπερβολικός συντελεστής αέρα λ

Πριν αποσυναρμολογήσετε τη σχεδίαση του αισθητήρα οξυγόνου και την αρχή της λειτουργίας του, είναι απαραίτητο να προσδιορίσετε μια τόσο σημαντική παράμετρο όπως η αναλογία περίσσειας αέρα του μείγματος καυσίμου-αέρα: τι είναι, τι επηρεάζει και γιατί μετράται από το αισθητήρας.

Στη θεωρία της λειτουργίας ICE, υπάρχει μια έννοια όπως στοιχειομετρική αναλογία - αυτή είναι η ιδανική αναλογία αέρα και καυσίμου, στην οποία πραγματοποιείται πλήρης καύση καυσίμου στον θάλαμο καύσης του κυλίνδρου κινητήρα. Αυτή είναι μια πολύ σημαντική παράμετρος, βάσει της οποίας υπολογίζονται οι τρόποι παροχής καυσίμου και λειτουργίας κινητήρα. Ισούται με 14,7 kg αέρα με 1 kg καυσίμου (14,7: 1). Φυσικά, μια τέτοια ποσότητα του μείγματος αέρα-καυσίμου δεν εισέρχεται στον κύλινδρο σε μια χρονική στιγμή, είναι απλώς μια αναλογία που υπολογίζεται εκ νέου για πραγματικές συνθήκες.

Λόγος περίσσειας αέρα (λ) Είναι η αναλογία της πραγματικής ποσότητας αέρα που εισέρχεται στον κινητήρα προς τη θεωρητικά απαιτούμενη (στοιχειομετρική) ποσότητα για πλήρη καύση του καυσίμου. Με απλά λόγια, είναι «πόσος περισσότερος (λιγότερος) αέρας εισήλθε στον κύλινδρο από ό, τι θα έπρεπε».

Ανάλογα με την τιμή του λ, υπάρχουν τρεις τύποι μείγματος αέρα-καυσίμου:

• λ = 1 - στοιχειομετρικό μείγμα;
• λ < 1 – «πλούσιο» μείγμα (υπερβολή – καύσιμο, ανεπάρκεια – αέρας).
• λ> 1 - "άπαχο" μείγμα (περίσσεια αέρα · έλλειψη - καύσιμο).

Οι σύγχρονοι κινητήρες μπορούν να λειτουργούν και στους τρεις τύπους μιγμάτων, ανάλογα με τις τρέχουσες εργασίες (οικονομία καυσίμου, εντατική επιτάχυνση, μείωση της συγκέντρωσης επιβλαβών ουσιών στα καυσαέρια). Από την άποψη των βέλτιστων τιμών ισχύος κινητήρα, ο συντελεστής λάμδα θα πρέπει να έχει τιμή περίπου 0,9 («πλούσιο» μείγμα), η ελάχιστη κατανάλωση καυσίμου θα αντιστοιχεί στο στοιχειομετρικό μείγμα (λ = 1). Τα καλύτερα αποτελέσματα για τον καθαρισμό των καυσαερίων θα παρατηρηθούν επίσης στο λ = 1, καθώς η αποτελεσματική λειτουργία του καταλυτικού μετατροπέα συμβαίνει με μια στοιχειομετρική σύνθεση του μίγματος αέρα-καυσίμου.

Σκοπός των αισθητήρων οξυγόνου

Δύο αισθητήρες οξυγόνου χρησιμοποιούνται ως στάνταρ στα σύγχρονα αυτοκίνητα (για έναν κινητήρα εν σειρά). Ένα μπροστά από τον καταλύτη (άνω λάμδα καθετήρα) και το δεύτερο μετά (κάτω λάμδα ανιχνευτή). Δεν υπάρχουν διαφορές στο σχεδιασμό των άνω και κάτω αισθητήρων, μπορεί να είναι οι ίδιοι, αλλά εκτελούν διαφορετικές λειτουργίες.

Ο άνω ή εμπρός αισθητήρας οξυγόνου ανιχνεύει το εναπομένον οξυγόνο στα καυσαέρια. Με βάση ένα σήμα από αυτόν τον αισθητήρα, η μονάδα ελέγχου κινητήρα «κατανοεί» τι είδους μείγμα αέρα-καυσίμου λειτουργεί ο κινητήρας (στοιχειομετρική, πλούσια ή λιτή). Ανάλογα με τις μετρήσεις του οξυγονωτή και τον απαιτούμενο τρόπο λειτουργίας, το ECU ρυθμίζει την ποσότητα καυσίμου που παρέχεται στους κυλίνδρους. Συνήθως, η παροχή καυσίμου ρυθμίζεται προς το στοιχειομετρικό μείγμα. Πρέπει να σημειωθεί ότι όταν ο κινητήρας θερμαίνεται, τα σήματα από τον αισθητήρα αγνοούνται από τον ECU του κινητήρα έως ότου φτάσει στη θερμοκρασία λειτουργίας. Ο κάτω ή ο πίσω ανιχνευτής λάμδα χρησιμοποιείται για την περαιτέρω προσαρμογή της σύνθεσης του μείγματος και την παρακολούθηση της λειτουργικότητας του καταλυτικού μετατροπέα.

Σχεδιασμός και λειτουργία αισθητήρα οξυγόνου

Υπάρχουν διάφοροι τύποι ανιχνευτών λάμδα που χρησιμοποιούνται στα σύγχρονα αυτοκίνητα. Ας εξετάσουμε το σχεδιασμό και την αρχή λειτουργίας των πιο δημοφιλών από αυτά - τον αισθητήρα οξυγόνου με βάση το διοξείδιο του ζιρκονίου (ZrO2). Ο αισθητήρας αποτελείται από τα ακόλουθα κύρια στοιχεία:

• Εξωτερικό ηλεκτρόδιο - έρχεται σε επαφή με καυσαέρια.
• Εσωτερικό ηλεκτρόδιο - σε επαφή με την ατμόσφαιρα.
• Στοιχείο θέρμανσης - χρησιμοποιείται για τη θέρμανση του αισθητήρα οξυγόνου και τον φέρνει σε θερμοκρασία λειτουργίας πιο γρήγορα (περίπου 300 ° C).
• Στερεός ηλεκτρολύτης - που βρίσκεται μεταξύ δύο ηλεκτροδίων (ζιρκονία).
• Στέγαση.
• Προστατευτικό άκρου - έχει ειδικές οπές (διατρήσεις) για είσοδο καυσαερίων.

Τα εξωτερικά και εσωτερικά ηλεκτρόδια είναι επικαλυμμένα με πλατίνα. Η αρχή λειτουργίας ενός τέτοιου ανιχνευτή λάμδα βασίζεται στην εμφάνιση πιθανής διαφοράς μεταξύ των στρωμάτων πλατίνας (ηλεκτρόδια), που είναι ευαίσθητα στο οξυγόνο. Εμφανίζεται όταν ο ηλεκτρολύτης θερμαίνεται, όταν τα ιόντα οξυγόνου κινούνται μέσω του ατμοσφαιρικού αέρα και των καυσαερίων. Η τάση στα ηλεκτρόδια του αισθητήρα εξαρτάται από τη συγκέντρωση οξυγόνου στα καυσαέρια. Όσο υψηλότερη είναι, τόσο χαμηλότερη είναι η τάση. Το εύρος τάσης σήματος του αισθητήρα οξυγόνου είναι 100 έως 900 mV. Το σήμα έχει ημιτονοειδές σχήμα, στο οποίο διακρίνονται τρεις περιοχές: από 100 έως 450 mV - άπαχο μείγμα, από 450 έως 900 mV - πλούσιο μείγμα, 450 mV αντιστοιχεί στη στοιχειομετρική σύνθεση του μίγματος αέρα-καυσίμου.

Πόρος οξυγόνου και οι δυσλειτουργίες του

Ο ανιχνευτής λάμδα είναι ένας από τους πιο γρήγορα φθαρμένους αισθητήρες. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι βρίσκεται σε συνεχή επαφή με καυσαέρια και ο πόρος του εξαρτάται άμεσα από την ποιότητα του καυσίμου και τη δυνατότητα συντήρησης του κινητήρα. Για παράδειγμα, μια δεξαμενή οξυγόνου ζιρκονίου έχει πόρο περίπου 70-130 χιλιάδες χιλιόμετρα.

Επειδή η λειτουργία και των δύο αισθητήρων οξυγόνου (άνω και κάτω) παρακολουθείται από το ενσωματωμένο σύστημα διάγνωσης OBD-II, εάν κάποιο από αυτά αποτύχει, θα καταγραφεί ένα αντίστοιχο σφάλμα και η ενδεικτική λυχνία "Check Engine" στον πίνακα οργάνων θα ανάψει. Σε αυτήν την περίπτωση, μπορείτε να διαγνώσετε μια δυσλειτουργία χρησιμοποιώντας έναν ειδικό διαγνωστικό σαρωτή. Από τις επιλογές προϋπολογισμού, θα πρέπει να προσέξετε το Scan Tool Pro Black Edition.

Αυτός ο σαρωτής κορεατικής κατασκευής διαφέρει από ανάλογα στην υψηλή ποιότητα κατασκευής και τη δυνατότητα διάγνωσης όλων των εξαρτημάτων και συγκροτημάτων ενός αυτοκινήτου και όχι μόνο του κινητήρα. Είναι επίσης σε θέση να παρακολουθεί τις μετρήσεις όλων των αισθητήρων (συμπεριλαμβανομένου του οξυγόνου) σε πραγματικό χρόνο. Ο σαρωτής είναι συμβατός με όλα τα δημοφιλή διαγνωστικά προγράμματα και, γνωρίζοντας τις επιτρεπόμενες τιμές τάσης, μπορείτε να κρίνετε την υγεία του αισθητήρα.

Όταν ο αισθητήρας οξυγόνου λειτουργεί σωστά, το χαρακτηριστικό του σήματος είναι ένα κανονικό ημιτονοειδές, δείχνοντας μια συχνότητα μεταγωγής τουλάχιστον 8 φορές μέσα σε 10 δευτερόλεπτα. Εάν ο αισθητήρας είναι εκτός λειτουργίας, τότε το σχήμα του σήματος θα διαφέρει από το σημείο αναφοράς ή η απόκρισή του σε μια αλλαγή στη σύνθεση του μείγματος θα επιβραδυνθεί σημαντικά.

Οι κύριες δυσλειτουργίες του αισθητήρα οξυγόνου:

• φθορά κατά τη λειτουργία (αισθητήρας «γήρανση»)
• ανοιχτό κύκλωμα του θερμαντικού στοιχείου.
• ρύπανση.

Όλοι αυτοί οι τύποι προβλημάτων μπορούν να προκληθούν από τη χρήση καυσίμου χαμηλής ποιότητας, την υπερθέρμανση, την προσθήκη διαφόρων προσθέτων, την είσοδο λαδιών και καθαριστικών στην περιοχή λειτουργίας του αισθητήρα.

Σημάδια δυσλειτουργίας οξυγόνου:

• Ένδειξη προειδοποιητικής λυχνίας βλάβης στο ταμπλό.
• Απώλεια ισχύος.
• Κακή ανταπόκριση στο πεντάλ αερίου.
• Τραχύ ρελαντί κινητήρα.

Τύποι ανιχνευτών λάμδα

Εκτός από τη ζιρκονία, χρησιμοποιούνται επίσης τιτάνιο και ευρυζωνικοί αισθητήρες οξυγόνου.

• Τιτάνιο. Αυτός ο τύπος οξυγόνου έχει ευαίσθητο στο διοξείδιο του τιτανίου στοιχείο. Η θερμοκρασία λειτουργίας ενός τέτοιου αισθητήρα ξεκινά από 700 ° C. Οι ανιχνευτές τιτανίου λάμδα δεν απαιτούν ατμοσφαιρικό αέρα, καθώς η αρχή λειτουργίας τους βασίζεται σε αλλαγή στην τάση εξόδου, ανάλογα με τη συγκέντρωση οξυγόνου στα καυσαέρια.
• Ο ανιχνευτής λάμδα ευρείας ζώνης είναι ένα βελτιωμένο μοντέλο. Αποτελείται από έναν αισθητήρα κυκλώνα και ένα στοιχείο άντλησης. Το πρώτο μετρά τη συγκέντρωση οξυγόνου στα καυσαέρια, καταγράφοντας την τάση που προκαλείται από τη διαφορά δυναμικού. Στη συνέχεια, η ένδειξη συγκρίνεται με την τιμή αναφοράς (450 mV) και, σε περίπτωση απόκλισης, εφαρμόζεται ρεύμα, προκαλώντας την έγχυση ιόντων οξυγόνου από την εξάτμιση. Αυτό συμβαίνει έως ότου η τάση γίνει ίση με τη δεδομένη.

Ο ανιχνευτής λάμδα είναι ένα πολύ σημαντικό στοιχείο του συστήματος διαχείρισης κινητήρα και η δυσλειτουργία του μπορεί να οδηγήσει σε δυσκολίες στην οδήγηση και να προκαλέσει αυξημένη φθορά των υπόλοιπων εξαρτημάτων του κινητήρα. Και επειδή δεν μπορεί να επισκευαστεί, πρέπει να αντικατασταθεί αμέσως με ένα νέο.