Борьба за экологию постоянно находится на ножах с техническим прогрессом. В частности, самый главный враг чистого воздуха, как оказалось не так давно, никакие не химкомбинаты, ядерные отходы и миллионы тонн ракетного
топлива, которое распыляется над планетой ежедневно. Самый коварный враг экологии - это наши автомобили. Довольно спорное утверждение, тем более что последние исследования это категорически опровергают. Тем не менее каждый двигатель должен пройти сертификацию на соответствие экологическим нормам, поэтому год от года растет количество приборов и устройств, которые душат двигатель в угоду экологии. Главным препятствием для крутящего момента стал каталитический нейтрализатор.
Способ и устройство для определения отношения лямбда-воздуха с использованием газового датчика. Способ определения отношения лямбда-воздуха с использованием газового датчика, имеющего керамический измерительный элемент, выходное напряжение датчика газа изменяется внезапно, если лямбда изменяется в диапазоне вокруг лямбда = 1, а датчик газа имеет начальное обратное напряжение, которое зависит на температуру газового датчика. Пороговое значение для начального обратного напряжения устанавливается для предела между величиной лямбда ниже и выше 1 в зависимости от температуры газового датчика.
Что такое катализатор и лямбда-зонд?
Каталитический нейтрализатор представляет собой целую систему, интегрированную в организм автомобиля. Он призван контролировать и оптимизировать количество вредных выбросов, которые появляются в результате работы двигателя. Это и копоть, и несгоревшее топливо, и химически активные вещества - продукты сгорания, словом, все, что выходит за пределы экологических норм, катализатор должен нейтрализовать любой ценой. Цена такой нейтрализации довольно высока как в плане стоимости элементов системы катализатора, так и мощностью приходится платить за чистый воздух.
Также описано устройство для реализации метода. Способ и устройство позволяют управлять газовыми датчиками, имеющими керамический измерительный элемент, при еще более низкой температуре, чем в соответствии с уровнем техники, и таким образом сократить период между началом двигателя внутреннего сгорания и эксплуатационной готовностью лямбда-регулирования. Это позволяет снизить расход топлива, а также выброс нежелательных компонентов выхлопных газов.
Способ определения отношения лямбда-воздуха с использованием газового датчика, имеющего керамический измерительный элемент, выходное напряжение газового датчика внезапно изменяется, если значение лямбда изменяется в диапазоне от лямбда-значения = 1, а датчик газа имеет начальный обратный которое зависит от температуры газового датчика, содержащее.
Если пунктирно обозначить принцип действия катализатора, то картина выглядит следующим образом. В выхлопной системе установлено несколько датчиков кислорода. Они следят за тем, чтобы количество СО не превышало норму, которую уже знает электронный блок управления двигателем. Называются эти датчики лямбда-зондами, и приносят они массу проблем, когда не работают корректно, да и в рабочем состоянии радости от них мало. Именно с этими датчиками нужно столкнуться вплотную, чтобы обезопасить себя и свой автомобиль от поломок, а кошелек от ненужных трат.
Коротко о принципе действия лямбда-зонда
Устанавливая пороговое значение для начального обратного напряжения для предела между величиной лямбда ниже и выше 1 в зависимости от температуры газового датчика. Определяя отношение лямбда-воздуха один из в тракте выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания и в измерительном пространстве датчика выхлопных газов, соединенного с трактом выхлопных газов через диффузионный барьер.
Способ по п. 1, дополнительно содержащий. Определяя температуру датчика газа от внутреннего сопротивления керамического измерительного элемента газового датчика. Способ по п. 3, в котором пороговое значение для начального обратного напряжения установлено на основе предсказания одной из кривых температуры газового датчика и кривой внутреннего сопротивления керамического измерительного элемента. Способ по п. 4, в котором предсказание для одной из кривой температуры газового датчика и кривой внутреннего сопротивления керамического измерительного элемента является по меньшей мере одним из проверенных и скорректированных путем измерения одной из температуры и внутреннее сопротивление.
Зачем нужен лямбда-зонд?
Лямбда - маленькая греческая буковка, которая в автомобильной инженерии обозначает коэффициент избытка воздуха в отработанных газах. Избыток - это превышение нормы O в топливовоздушной смеси на любом участке впускного или выпускного тракта. Его еще называют датчиком кислорода, а остаточный О говорит о характере сгорания топлива в конкретный момент времени. Датчик нужен для того, чтобы передавать на электронный блок управления полную информацию о составе отработанных газов, в частности, о количестве кислорода, которое через него проходит. В принципе, это нужно для того, чтобы каталитический нейтрализатор функционировал исправно, то есть дожигал остатки топлива и препятствовал их выбросу в атмосферу.
Устройство для определения отношения лямбда-воздуха с использованием газового датчика, имеющего керамический измерительный элемент. Блок управления для оценки выходного напряжения газового датчика, выходное напряжение газового датчика, имеющее характеристическую кривую, которое резко изменяется в диапазоне около лямбда-значения = 1, а газовый датчик имеет начальное обратное напряжение, которое зависит от температура газового датчика, причем блок управления включает в себя устройство для определения порогового значения для предела выходного напряжения газового датчика между величиной лямбда ниже и выше 1 в зависимости от температуры керамического измерительного элемента.
Дело в том, что нормальным соотношением воздуха и топлива считается такое, когда топливо сгорает безостаточно. Тогда и уровень выброса вредных веществ в атмосферу минимальный. В цифрах это выражается так - для сгорания 14,6 кг воздуха необходим 1 кг топлива. В коэффициенте лямбда это выглядит в виде цифры 1. А вот чтобы обеспечить такую точную пропорцию (14,6:1), нужно очень точно дозировать воздух и подачу бензина. Это стало возможным с применением инжекторных систем питания, поэтому только с появлением инжектора стали поголовно на все автомобили устанавливать катализаторы. В принципе, лямбда-зонд - контроллер этой пропорции.
Способ использования устройства для определения отношения лямбда-воздуха с использованием газового датчика, имеющего керамический измерительный элемент, причем устройство включает в себя блок управления для оценки выходного напряжения газового датчика, выходное напряжение газового датчика имеет характеристическую кривую, которая резко изменяется в диапазоне от лямбда-значения = 1, а датчик газа имеет начальное обратное напряжение, которое зависит от температуры газового датчика, причем блок управления включает в себя устройство для определения порогового значения для предела выхода напряжение датчика газа между величиной лямбда ниже 1 и выше 1 в зависимости от температуры керамического измерительного элемента, причем способ содержит.
Где установлен и устройство лямбда-зонда?
Идеальное место для установки лямбда-зонда - как можно ближе к двигателю в выпускной системе. Это связано с тем, что в связи с конструктивными особенностями, датчик работает только при температурах от 300°C и выше. Только в этих условиях он может генерировать электрический импульс и подавать его на ЭБУ. В некоторых системах выпуска установлено по несколько зондов, но их не стоит путать с датчиками температуры. В автомобилях, которые сертифицированы по старым стандартам Евро, установлен только один датчик, в новых системах ставят два: один — до катализатора, второй — после.
Определение концентрации кислорода в тракте выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания; а также. Констатируя состав воздушно-топливной смеси, подаваемой в двигатель внутреннего сгорания. Кроме того, настоящее изобретение относится к устройству для определения отношения лямбда-воздуха с использованием газового датчика, имеющего керамический измерительный элемент, имеющего блок управления для оценки выходного напряжения газового датчика, выходное напряжение газового датчика, имеющего характеристическую кривую, которая резко изменяется в диапазоне лямбда = 1, а датчик газа имеет начальное обратное напряжение, которое зависит от температуры газового датчика. С этой целью нежелательные вещества в выхлопных газах, такие как оксиды азота и окись углерода, превращаются в вещества, которые считаются некритичными, такие как водяной пар, диоксид углерода и азот с помощью регулируемых трехходовых каталитических нейтрализаторов. Это преобразование требует, чтобы воздушно-топливная смесь, подаваемая в двигатель внутреннего сгорания, находилась в определенном диапазоне состава вокруг стехиометрического состава. Эта композиция называется параметром лямбда = состав воздушно-топливной смеси контролируется с использованием датчиков выхлопных газов, предусмотренных в тракте выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания, например, в виде широкополосных лямбда-датчиков, которые определяют парциальное давление кислорода. Широкополосные лямбда-датчики состоят, среди прочего, из ячейки Нернста, которая определяет концентрацию кислорода, ячейки накачки, которая регулирует концентрацию кислорода, полость, с которой связаны две ячейки, и диффузионный барьер, через который выхлопной газ способен диффундировать из тракта выхлопных газов в полость. В альтернативном варианте концентрация кислорода определяется с помощью датчика дискретного уровня, также называемого двухточечным лямбда-сенсором, сигнал которого указывает на резкое изменение выходного сигнала в узком диапазоне вокруг лямбда = В обоих случаях, лямбда-датчик основан на твердом электролите, который является проводящим для ионов кислорода при температуре выше 350 ° С, что называется температурой активации. Температура, при которой лямбда-датчик работает оперативно и соответствует требованиям в системе управления двигателем, находится между температуры активации и номинальной температуры датчика. Над этой температурой регулирование лямбда может быть активировано и способствует уменьшению выбросов нежелательных компонентов в выхлопных газах двигателя внутреннего сгорания. В целях сокращения выбросов выхлопных газов лямбда-датчик должен, с одной стороны, максимально быстро достигать подходящей температуры, а с другой стороны, как можно быстрее обнаруживать оперативную готовность. Этот вывод основан на измерении температуры лямбда-датчика. Дискретные датчики могут быть сконструированы таким образом, что напряжение на твердом электролите поднимается, причем одна сторона подвергается выхлопному газу двигателя внутреннего сгорания, а другая сторона подвергается воздействию наружного воздуха в качестве эталонного газа. Обнаружение электрического сигнала датчика лямбда-датчика. . Целью метода и связанного с ним управления является коррекция выходного сигнала лямбда-сенсора в отношении влияний вариаций или старения, связанных с производством, и, помимо прочего, температурной характеристики внутреннего сопротивления лямбда-датчика.
Схема и устройство лямбда-зонда приведены на чертеже, а принцип работы его заключается в следующем. Задача любого датчика проста - выдать электрический импульс на головное устройство. Вот и датчик кислорода тоже посылает импульс в пределах 0,5 В в том случае, если содержание кислорода в выхлопных газах ниже нормы. При высоком содержании О в газах датчик меняет показания и снижает напряжение до 0,1 вольта. Причем, чем быстрее он отреагирует на смену количества кислорода, тем быстрее ЭБУ внесет коррективы в состав смеси. А, следовательно, расход топлива станет меньше, а выхлоп — чище. Рабочий диапазон напряжения датчика в среднем колеблется от 0,1 до 1 вольта, но при этом скорость срабатывания должна быть не ниже 120 миллисекунд. Проверить такие точные параметры не удается даже ЭБУ, поэтому для точной проверки работоспособности датчика его необходимо снимать и проверять на специальном оборудовании.
В публикации не рассматривается расширение диапазона измерения лямбда-датчика для снижения рабочих температур. Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы более быстро обеспечить способ повышения эксплуатационной готовности датчика выхлопных газов.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание устройства для реализации способа. Задача настоящего изобретения, относящаяся к способу, достигается тем, что пороговое значение для начального обратного напряжения устанавливается для предела между величиной лямбда ниже и выше 1 в зависимости от температуры газового датчика. Выходное напряжение керамических измерительных элементов датчиков дискретного уровня зависит от температуры керамики, когда лямбда предопределена. Напряжение для лямбда-значения = 1 также зависит от температуры.
Причины неисправности датчика кислорода
Отказы и нарушения в функциональности датчика чаще всего связаны с банальными обрывами и окислениями контактов. Выводят систему из строя:
- разрыв цепи;
- окисление контактных групп вследствие коррозии или оплавления;
- загрязнение датчика и рабочего циркониевого органа продуктами сгорания топлива;
- перегрев при не настроенном зажигании или богатой смеси;
- механические дефекты;
- замыкание.
Сильно влияет на состояние лямбда-зонда количество специальных присадок в топливо. Дело в том, что их состав никто не регламентирует, а они могут содержать химически агрессивные вещества, которые убивают циркониевый или титановый рабочий орган. Также очень не нравится зонду ситуация, когда в топливо попадает масло из-за плохого состояния маслосъемных колец и попадание в бензин антифриза. Переобогащенная длительное время смесь тоже может привести к смерти зонда.
Регулирование лямбда двигателя внутреннего сгорания не действует до достижения этой рабочей температуры. Чтобы минимизировать выбросы нежелательных веществ в двигателе внутреннего сгорания, необходимо обеспечить оперативную готовность газового датчика как можно быстрее.
Газовые датчики, конечно, нагреваются электрически и выхлопными газами, тем не менее, значительная длина время до тех пор, пока не будет достигнута вышеуказанная рабочая температура, и было бы полезно иметь возможность использовать датчик газа уже при более низкой температуре. В соответствии с настоящим изобретением это достигается за счет напряжения для богатых и неточных определяемую исходя из температуры керамического измерительного элемента 300 ° С и пороговым значением для начального обратного напряжения для предела между величиной лямбда ниже 1 и выше 1, устанавливаемой из этих напряжений в зависимости от температуры.
Содержание СО в выхлопных газах при неисправном лямбда-зонде может составлять до 3%. Повлиять на этот параметр без замены датчика практически невозможно даже в двигателях старой конструкции, на которых установлен один зонд. Можно попытаться отрегулировать СО регулятором качества смеси, но его диапазона практически всегда не хватает. На автомобилях с двумя кислородными датчикам без замены зонда вопрос можно решить только вмешательством в электронику, но для этого необходимы крепкие знания и правильная диагностическая аппаратура. Или чистка зонда специальными препаратами, в ультразвуковой ванне.
Типичные поломки и их причины
Согласно одному варианту осуществления изобретения отношение лямбда-воздуха определяется в тракте выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания или в измерительном пространстве датчика выхлопных газов, соединенного с трактом выхлопных газов через диффузионный барьер. Это позволяет применить метод к датчику дискретного уровня в тракте выхлопных газов или к ячейке Нернста широкополосного лямбда-сенсора.
Особенно надежный и экономичный вариант осуществления предусматривает, что температура газового датчика определяется из внутреннего сопротивления керамического измерительного элемента газового датчика. В этом варианте осуществления дополнительный температурный датчик не требуется, и температура определяется непосредственно на керамическом компоненте.
Симптомы неисправности зонда определяются и без замера СО и такая диагностика проводится своими силами. Как правило, это выражается в:
- нестабильных холостых;
- низком уровне сигнала с датчика;
- высоком расходе при исправном зажигании и системе впрыска;
- разгонная динамика падает, а уровень СО растет.
В нормальных условиях лямбда-зонд имеет большой ресурс и требует замены каждых 50-70 тысяч км. Для датчиков с подогревом ресурс составляет около 100 тысяч км. Замененный вовремя датчик позволит сэкономить топливо на 10-15%, а также продлить ресурс дорогущего катализатора. Само собой, изменится и динамика, и расход, и токсичность выхлопа.
Если пороговое значение для начального обратного напряжения установлено на основе предсказания кривой температуры газового датчика или кривой внутреннего сопротивления керамического измерительного элемента, можно уменьшить количество измерений температуры и, следовательно, уменьшить поляризацию газового датчика, что может повлиять на результат измерения. Кроме того, использование прогнозируемых значений может уменьшить влияние электрических помех.
Предсказание может присутствовать в форме формулы или в виде одиночных значений таблицы. В этом температурном диапазоне вероятность отказа датчика газа снижается, поскольку керамический измерительный элемент в этом случае нечувствителен к водяному молотку из конденсата в выхлопных газах. Задача настоящего изобретения, относящаяся к устройству, достигается тем, что блок управления содержит устройство для определения порогового значения для предела выходного напряжения газового датчика между величиной лямбда ниже и выше 1 в зависимости от температуры керамического измерительного элемента.
Как проверить и правильно снять/установить зонд?
При первых признаках неработающего лямбда зонда определенная категория публики начинает ставить обманки, пытаться обойти датчик и думать, как отключить датчик. Обманку своими руками сделать проще простого. Только после этого придется вносить существенные коррективы в настройки системы управления двигателем, и не факт, что они будут выполнены правильно, а ресурс мотора не уменьшится. К этому подталкивает цена датчика, потому что многие, посмотрев, сколько стоит новый зонд, не спешат его устанавливать. Так, полная замена катализатора на универсальный (то есть не потребуется прошивка ЭБУ под евро) будет стоить от 12 тысяч, установка электронной обманки для удаления ошибок в системе управления - около 5 тысяч. А новый лямбда-зонд от Бош стоит 2,5 тысячи. Причем на новых моторах их ставят два, а в автомобилях с двумя катализаторами - четыре.
Толком проверить лямбда-зонд можно только при наличии осциллографа, поскольку ЭБУ не в состоянии оценить степень повреждения или работоспособности датчика, а своими руками без прибора ничего выяснить не получится. Любая проверка стоит денег, но мы настоятельно не рекомендуем тратить их впустую, поскольку работа датчика на нашем бензине приводит к смерти его через 3-4 года при умеренном пробеге и редко дотягивает до номинальных регламентных замен. Замена датчика своими руками не представляет никаких сложностей, единственное, что нужно учесть - снимать его на прогретом двигателе. На новых датчиках резьбовая часть уже промазана специальной смазкой, если нет - мажем графитовой. После замены датчика необходимо, от греха подальше, сбросить ОЗУ в блоке управления. Чистка памяти осуществляется отключением ЭБУ от питания на 15 минут.
Лямбда-зонды можно визуально проверить на предмет механических повреждений и отложений. Типичные визуально определяемые неисправности:
Однако важнее анализа механических повреждений является знание сигналов лямбда-зондов. Интерпретировать сигналы можно путем их записи с помощью осциллографа. На основании характеристики сигнала можно сделать выводы о состоянии старения зонда. В ЭБУ записываются номинальные значения регулировочных характеристик зондов. Управляющая электроника в рамках внутренней проверки правдоподобности сравнивает фактические значения сигналов с заданными. При запуске двигателя все старые значения зонда удаляются из ЭБУ. Во время движения в заданном для диагностики диапазоне нагрузок и оборотов формируются минимальные и максимальные значения регулирующих процессов.
Рис. Зонд вышел из строя
Новый лямбда-зонд выдает на осциллографе изображенную на рисунке характеристику сигнала. Отклонения в сторону богатой и бедной смесей примерно одинаковы. Время реакции «бедная-богатая» и «богатая-бедная» составляет 300-500 миллисекунд. Неисправные зонды выдают почти постоянную характеристику сигнала. Типичными неисправностями являются механические повреждения, слишком большой уровень или низкое качество масла. У автомобилей с OBD в этом случае в память записывается неисправность.
Рис. Ошибка амплитуды
У изношенных или старых лямбда-зондов амплитуда регулирования становится все меньше. Заданные значения напряжения больше не достигаются. Точное распознавание слишком богатой или слишком бедной смеси невозможно. Контур лямбда-регулирования не может выполнять свою функцию. У автомобилей с OBD в этом случае в память записывается неисправность.
Рис. Ошибка времени реагирования
У старых лямбда-зондов может значительно замедлиться реакция на изменения состава смеси. Текущий состав смеси определяется неточно. Система слишком инертно реагирует на необходимость обогащения или обеднения смеси. При превышении заданной предельной длительности распространения сигнала у автомобилей с системами OBD, в память записывается сбой.
Рис. Ошибка частоты регулирования
У старых лямбда-зондов слишком долго может длиться и частота регулирующих процессов. Время на полное регулирование (период) слишком велико, из-за чего необходимая реакция на изменения состава смеси оказывается недостаточно быстрой. Зонд слишком долго пребывает в диапазоне бедной или богатой смеси. В этом случае у автомобилей с OBD также в память записывается неисправность.
При всех проверках лямбда-зондов нужно обязательно соблюдать инструкции изготовителя. При замене зондов должны соблюдаться моменты затяжки (в зависимости от изготовителя в основном 40-60 Нм). При превышении момента затяжки может произойти механическое разрушение керамических элементов зонда. Точная проверка работоспособности лямбда-зонда посредством возмущающего воздействия и проверки контура регулировки не всегда возможна. При проверке контура регулировки возникает опасность того, что при неисправном лямбда-регулировании современные системы управления двигателями так быстро и точно регулируют топливовоздушную смесь путем точного определения нагрузки, что всегда достигается значение лямбда, равное 1.
Если измерение проводится мультиметром, то следует установить диапазон измерений 1 или 2 В. После запуска двигателя отображается значение 0,4-0,6 В, что соответствует опорному напряжению. Когда лямбда-зонд нагревается до рабочей температуры (двигатель тоже должен быть прогрет до рабочей температуры), напряжение начинает колебаться в диапазоне 0,1-0,9 В. Для измерения следует использовать только высокоомные аналоговые или цифровые мультиметры.
С помощью систем диагностики двигателей, имеющих функцию осциллографа, можно записывать характеристики сигналов зондов и использовать их для диагностики неисправностей. При ручной настройке на осциллографе следует выбирать диапазон напряжения 1-5 В и время 1-2 с. При проверке зондов из диоксида титана на дисплее отображается синусоидальное напряжение переменного тока. В характеристике сигнала можно оценивать три параметра: размах амплитуды в диапазоне напряжения максимум 0,9 В и минимум 0,1 В, время реакции и длительность периода в диапазоне частот 0,5-4 Гц, т.е. 0,5-4 раза в секунду. Обороты коленчатого вала двигателя при измерении в обоих случаях должны составлять 2000-2500 мин^-1.
При оценке нагрева можно проверить внутреннее сопротивление и электропитание нагревательного элемента. Для этого нужно отсоединить разъем лямбда-зонда. Затем со стороны лямбда-зонда омметром измеряется сопротивление на обоих проводах нагревательного элемента. Оно должно составлять 2-14 Ом. Если сопротивление превышает 30 Ом, значит нагревательный элемент неисправен. Со стороны жгута проводов автомобиля можно вольтметром измерить напряжение. Оно должно составлять более 10,5 В. В таблице показаны различные возможности подключения лямбда-зондов.
Таблица. Разъемы лямбда-зондов (см. инструкции изготовителя)
В рамках OBD происходит дальнейшая интерпретация характеристики сигнала лямбда-зонда при контроле функции катализатора. Путем сравнения характеристик сигнала управляющего и диагностического зондов можно сделать выводы об эффективности катализатора.
У V-образных и олпозитных двигателей с двухпоточной системой выпуска ОГ используется как минимум два лямбда-зонда. У каждого ряда цилиндров есть свой собственный контур регулировки состава смеси. Однако и у более крупных рядных двигателей для отдельных пар цилиндров устанавливается по одному лямбда-зонду (например для цилиндров 1-3 и 4-6). В новых системах с селективной (в отдельных цилиндрах) регулировкой смеси сигналы лямбда-зондов привязываются к сигналам зажигания. Регулирующая электроника на основе сигналов зонда может сделать выводы о составе смеси в предыдущем цилиндре и выполнить корректировки образования смеси и ее сгорания в следующем цилиндре. Для этого в современных 8-и 12-цилиндровых двигателях используется до четырех обогреваемых зондов, устанавливаемых перед катализатором, и столько же - за катализатором.