Urządzenie i zasada działania czujnika tlenu

Czujnik tlenu - urządzenie przeznaczone do rejestracji ilości tlenu pozostałego w spalinach silnika samochodowego. Znajduje się w układzie wydechowym w pobliżu katalizatora. Na podstawie danych otrzymanych przez generator tlenu, elektroniczna jednostka sterująca silnika (ECU) koryguje obliczenia optymalnej proporcji mieszanki paliwowo-powietrznej. Współczynnik nadmiaru powietrza w jego składzie jest oznaczony w przemyśle motoryzacyjnym grecką literą lambda (λ), dzięki czemu czujnik otrzymał drugie imię - sonda lambda.

Współczynnik nadmiaru powietrza λ

Przed demontażem konstrukcji sondy lambda i zasady jej działania należy określić tak ważny parametr jak stosunek nadmiaru powietrza mieszanki paliwowo-powietrznej: co to jest, na co wpływa i dlaczego jest mierzony czujnik.

W teorii działania ICE istnieje takie pojęcie jak stosunek stechiometryczny - to idealna proporcja powietrza i paliwa, przy której całkowite spalanie paliwa następuje w komorze spalania cylindra silnika. Jest to bardzo ważny parametr, na podstawie którego obliczane są dawki paliwa i tryby pracy silnika. Odpowiada to 14,7 kg powietrza na 1 kg paliwa (14,7: 1). Oczywiście taka ilość mieszanki paliwowo-powietrznej nie dostaje się jednocześnie do cylindra, jest to tylko proporcja przeliczana na rzeczywiste warunki.

Współczynnik nadmiaru powietrza (λ) Jest stosunkiem rzeczywistej ilości powietrza wpływającego do silnika do teoretycznie wymaganej (stechiometrycznej) ilości do całkowitego spalenia paliwa. Mówiąc najprościej, jest to „o ile więcej (mniej) powietrza dostało się do cylindra, niż powinno”.

W zależności od wartości λ wyróżnia się trzy rodzaje mieszanki paliwowo-powietrznej:

• λ = 1 - mieszanina stechiometryczna;
• λ <1 - mieszanka „bogata” (wydalanie - rozpuszczalne; niedobór - powietrze);
• λ> 1 - mieszanka „uboga” (nadmiar - powietrze; brak - paliwo).

Nowoczesne silniki mogą pracować na wszystkich trzech typach mieszanek w zależności od aktualnych zadań (oszczędność paliwa, intensywne przyspieszanie, redukcja stężenia szkodliwych substancji w spalinach). Z punktu widzenia optymalnych wartości mocy silnika współczynnik lambda powinna mieć wartość około 0,9 (mieszanka „bogata”), minimalne zużycie paliwa będzie odpowiadać mieszance stechiometrycznej (λ = 1). Najlepsze wyniki oczyszczania spalin obserwuje się również przy λ = 1, ponieważ efektywna praca katalizatora zachodzi przy stechiometrycznym składzie mieszanki paliwowo-powietrznej.

Przeznaczenie czujników tlenu

W nowoczesnych samochodach standardowo stosowane są dwa czujniki tlenu (dla silnika rzędowego). Jeden przed katalizatorem (górna sonda lambda), a drugi za nim (dolna sonda lambda). Nie ma różnic w konstrukcji górnych i dolnych czujników, mogą być takie same, ale pełnią różne funkcje.

Górny lub przedni czujnik tlenu wykrywa pozostały tlen w spalinach. Na podstawie sygnału z tego czujnika sterownik silnika „rozpoznaje” rodzaj mieszanki paliwowo-powietrznej, na której pracuje silnik (stechiometryczna, bogata lub uboga). W zależności od wskazań oksygenatora i wymaganego trybu pracy ECU dostosowuje ilość paliwa dostarczanego do cylindrów. Zazwyczaj dopływ paliwa jest dostosowywany do mieszanki stechiometrycznej. Należy zauważyć, że gdy silnik się nagrzewa, sygnały z czujnika są ignorowane przez ECU silnika, aż do osiągnięcia temperatury roboczej. Dolna lub tylna sonda lambda służy do dalszej regulacji składu mieszanki i monitorowania sprawności katalizatora.

Budowa i zasada działania czujnika tlenu

Istnieje kilka rodzajów sond lambda stosowanych w nowoczesnych samochodach. Rozważmy konstrukcję i zasadę działania najpopularniejszego z nich - czujnika tlenu na bazie dwutlenku cyrkonu (ZrO2). Czujnik składa się z następujących głównych elementów:

• Elektroda zewnętrzna - styka się ze spalinami.
• Elektroda wewnętrzna - w kontakcie z atmosferą.
• Element grzejny - służy do podgrzania sondy lambda i szybszego doprowadzenia jej do temperatury roboczej (ok. 300 ° C).
• Elektrolit stały - umieszczony pomiędzy dwiema elektrodami (tlenek cyrkonu).
• Obudowa.
• Osłona wywrotki - posiada specjalne otwory (perforacje) do przedostawania się spalin.

Elektrody zewnętrzne i wewnętrzne są pokryte platyną. Zasada działania takiej sondy lambda polega na występowaniu różnicy potencjałów pomiędzy wrażliwymi na tlen warstwami platyny (elektrodami). Występuje, gdy elektrolit jest podgrzewany, gdy przemieszczają się przez niego jony tlenu z powietrza atmosferycznego i spalin. Napięcie na elektrodach czujnika zależy od stężenia tlenu w spalinach. Im wyższa, tym niższe napięcie. Zakres napięcia sygnału czujnika tlenu wynosi od 100 do 900 mV. Sygnał ma kształt sinusoidalny, w którym wyróżniono trzy obszary: od 100 do 450 mV - mieszanka uboga, od 450 do 900 mV - mieszanka bogata, 450 mV odpowiada składowi stechiometrycznemu mieszanki paliwowo-powietrznej.

Zasoby dotleniacza i jego awarie

Sonda lambda jest jednym z najszybciej zużywających się czujników. Wynika to z faktu, że ma stały kontakt ze spalinami, a jego zasób zależy bezpośrednio od jakości paliwa i sprawności silnika. Na przykład cyrkonowy zbiornik tlenu ma zasoby około 70-130 tysięcy kilometrów.

Ponieważ działanie obu czujników tlenu (górnego i dolnego) jest monitorowane przez pokładowy system diagnostyczny OBD-II, w przypadku awarii któregokolwiek z nich zostanie zarejestrowany odpowiedni błąd, a lampka kontrolna „Check Engine” na tablicy przyrządów zaświeci się. W takim przypadku możesz zdiagnozować usterkę za pomocą specjalnego skanera diagnostycznego. Z opcji budżetowych należy zwrócić uwagę na Scan Tool Pro Black Edition.

Ten koreański skaner różni się od analogów wysoką jakością wykonania i możliwością diagnozowania wszystkich komponentów i zespołów samochodu, a nie tylko silnika. Potrafi również śledzić odczyty wszystkich czujników (w tym tlenu) w czasie rzeczywistym. Skaner jest kompatybilny ze wszystkimi popularnymi programami diagnostycznymi i znając dopuszczalne wartości napięcia, można ocenić stan czujnika.

Gdy czujnik tlenu działa prawidłowo, charakterystyka sygnału jest regularną sinusoidą, wykazującą częstotliwość przełączania co najmniej 8 razy w ciągu 10 sekund. W przypadku niesprawności czujnika kształt sygnału będzie się różnił od wzorcowego lub jego reakcja na zmianę składu mieszanki ulegnie znacznemu spowolnieniu.

Główne awarie czujnika tlenu:

• zużycie podczas pracy („starzenie się” czujnika);
• otwarty obwód elementu grzejnego;
• zanieczyszczenie.

Wszystkie tego typu problemy mogą być wywołane stosowaniem niskiej jakości paliwa, przegrzaniem, dodatkiem różnych dodatków, wnikaniem olejów i środków czyszczących w obszar działania czujnika.

Oznaki awarii dotleniacza:

• Kontrolka ostrzegawcza awarii na desce rozdzielczej.
• Utrata mocy.
• Słaba reakcja na pedał gazu.
• Ciężka praca silnika na biegu jałowym.

Rodzaje sond lambda

Oprócz tlenku cyrkonu stosuje się również tytanowe i szerokopasmowe czujniki tlenu.

• Tytan. Ten typ oksygenatora zawiera element wrażliwy na dwutlenek tytanu. Temperatura pracy takiego czujnika zaczyna się od 700 ° C. Tytanowe sondy lambda nie wymagają powietrza atmosferycznego, ponieważ ich zasada działania opiera się na zmianie napięcia wyjściowego w zależności od stężenia tlenu w spalinach.
• Szerokopasmowa sonda lambda to ulepszony model. Składa się z czujnika cyklonowego i elementu pompującego. Pierwsza mierzy stężenie tlenu w spalinach, rejestrując napięcie spowodowane różnicą potencjałów. Następnie odczyt porównuje się z wartością odniesienia (450 mV) iw przypadku odchylenia przykładany jest prąd, który powoduje wtryskiwanie jonów tlenu ze spalin. Dzieje się tak, dopóki napięcie nie stanie się równe podanemu.

Sonda lambda jest bardzo ważnym elementem systemu sterowania silnikiem, a jej nieprawidłowe działanie może prowadzić do utrudnień w jeździe i powodować zwiększone zużycie innych części silnika. A ponieważ nie można go naprawić, należy go natychmiast wymienić na nowy.