Широкополосный датчик кислорода
Широкополосный лямбда-зонд или универсальный лямбда-зонд (LSU)
Широкополосный лямбда-зонд представляет собой новое поколение зондов, многократно используемых в качестве предкатализаторных и имеющих очень широкий диапазон измерений. Это позволяет оптимально использовать их для двигателей, работающих на бедных смесях, газе и дизельном топливе. Значение лямбда выдается не в виде скачкообразно растущей кривой напряжения, как у циркониевого зонда, а в виде почти линейной кривой роста силы тока. Благодаря этому теоретически возможно измерение значения лямбда в большом диапазоне измерений (более широкий диапазон) от Л = 0,7 до Л = бесконечности. Надежно анализируемые сигналы получают при значениях лямбда до 3,4. Значение А определяется не по изменению напряжения, а по изменению силы тока. Рабочая температура в регулируемом диапазоне составляет 750°С. Из-за очень низкого сопротивления нагревательного элемента рабочая температура зонда достигается через 15 секунд. Принципиальная схема LSU-зонда изображена на рисунке.
Рис. LSU-зонд: 1. Электролизный «насос» (ZrO2) 2. Платиновые электроды опорной ячейки 3. Нагревательный элемент 4. Эталонный зазор 5. Керамика из ZrO2 6. Измерительный зазор (диффузионный зазор, 10-50 мкм) 7. Опорная ячейка (измерительная ячейка, ZrOJ 8. Плат иновые электроды опорной ячейки
9, 10. Платиновые электроды электролизного «насоса»
В отличие от зонда с релейной характеристикой напряжение на электродах поддерживается постоянным. Это реализуется с помощью так называемого электролизного «насоса», подающего на электрод со стороны ОГ столько кислорода, чтобы напряжение между электродами всегда составляло 450 мВ. Это соответствует значению Л = 1 в измерительном зазоре. Потребляемый «насосом» ток пересчитывается электронным блоком управления двигателем в значение лямбда. Зонд можно заменять только в комплекте с кабелем и разъемом, так как все компоненты согласованы между собой. Разъемы нужно обязательно защищать от загрязнения, так как через них наружный воздух как эталонный газ подается внутрь датчика. Существуют 6-контактные (Bosch) и 5-контактные (NTK) варианты.
Функция зонда
Рис. Характеристика сигнала LSU-зонда
Протекание сигнала у широкополосного зонда изображено на рисунке В результате подачи напряжения на платиновые электроды электролизного «насоса» кислород перекачивается из ОГ или в ОГ через диффузионный барьер диффузионного зазора. Электроника регулирует напряжение таким образом, что состав смеси в диффузионном зазоре составляет Л = 1 (450 мВ). Протекающий через электроды электролизного «насоса» ток прямо пропорционален концентрации кислорода в ОГ.
При обеднении топливовоздушной смеси содержание кислорода в ОГ повышается, и электролизный «насос» должен откачивать кислород наружу. Соотношение кислорода к наружному воздуху изменяется при постоянной мощности насоса, и напряжение между электродами падает. Чтобы достичь напряжения в 450 мВ между электродами, нужно уменьшить концентрацию кислорода на стороне выпуска. Мощность «насоса» изменяется, и блок управления двигателем пересчитывает потребляемый «насосом» ток в значение лямбда. Состав смеси соответствующим образом изменяется.
При обогащении топливовоздушной смеси содержание кислорода в ОГ снижается, и электролизный «насос» закачивает меньше кислорода в область измерения. Направление тока меняется на обратное, и кислород выкачивается в измерительный зазор из ОГ и из реакции превращения СO2 и Н2O. Напряжение между электродами повышается. Электролизный «насос» должен изменить свою производительность, чтобы содержание кислорода в измерительной камере выросло, и напряжение между электродами снова составило 450 мВ. В таблице показаны значения напряжения зонда с соответствующим значением Л у различных типов топлива. Эти значения могут слегка различаться у отдельных автопроизводителей.
Таблица. Значения напряжения и параметры смеси LSU-зонда
(оцени первым)Широкополосный лямбда-зонд LSU4
Применение
С помощью широкополосного лямбда- зонда можно измерить концентрацию кислорода в отработавших газах в широком диапазоне и таким образом вычислить соотношение воздуха-топлива в камере сгорания. Коэффициент избытка воздуха λ отображает это соотношение воздуха к топливу.
Зонд вставлен в выхлопную трубу и определяет поток отработавших газов всех цилиндров. Он может точно выполнять измерения не только в стехиометрической точке при λ = 1, но и в диапазоне бедной (λ > 1) и богатой (λ < 1) смеси.
В сочетании с регулирующей электроникой в диапазоне 0,7 < λ < ∞ (воздух при 21% 02) он генерирует однозначный постоянный электрический сигнал (рис. 3). Благодаря этому широкополосные лямбда-зонды могут использоваться не только в системах управления двигателя с двухступенчатым регулированием (λ = 1), но и в процессах регулирования в бедных и богатых воздушно- топливных смесях. Поэтому он подходит для лямбда-регулирования в работающих на бедной смеси моделях ДВС с принудительным зажиганием, дизельных двигателях, газовых двигателях и отопительных бойлерах (отсюда их название LSU: универсальные лямбда зонды).
Для точного регулирования в некоторых системах используют несколько зондов, например, перед катализатором и после него, а также в отдельных рядах цилиндров.
| Рисунок № 1 Широкополосный лямбда-зонд (схематическая конструкция измерительной ячейки и расположения в выхлопной трубе) | |
 |
IP Ток насоса Up Напряжение накачки UH Напряжение нагрева URef Эталонное напряжение (450 мВольт, соответствует λ = 1) US Напряжение зонда |
Конструкция
Широкополосный лямбда-зонд LSU4 (рис. 2) является планарным двухкамерным зондом предельного тока. Его измерительная ячейка (рис. 1) состоит из керамики диоксида циркония (Zr02). Он представляет собой комбинацию концентрационной камеры Нернста (сенсорная камера, функционирует как двухступенчатый лямбда-зонд) и камеры накачки кислорода, которая транспортирует ионы кислорода. Камера накачки кислорода (рис. 1, поз. 8) расположена относительно концентрационной камеры Нернста (7) таким образом, что между обеими образуется диффузионная щель (6) размером 10...50 мкм. В ней находятся два пористых платиновых электрода: электрод накачки и измерительный электрод Нернста. Диффузионная щель взаимодействует с отработавшими газами через отверстие для доступа газа (10); пористый диффузионный барьер (11) должен при этом ограничивать последующий поток молекул кислорода из выхлопного газа.
Концентрационная камера Нернста соединяется с внешней атмосферой с одной стороны с помощью эталонного приточного канала (5) через отверстие; с другой стороны она подвергается воздействию отработавших газов в диффузионной щели.
Зонд требует применения регулирующей электроники для образования сенсорного сигнала и температурного регулирования зонда.
Интегрированный нагреватель (3) нагревает зонд так, что он быстро достигает рабочей температуры 650...900 °С, необходимой для создания сигнала, который подлежит обработке. Эта функция резко снижает воздействие температуры отработавших газов на сигнал зонда.
| Рисунок № 2 Широкополосный лямбда-зонд LSU4 (общий вид и разрез) | |
 |
|
Принцип действия
Выхлопной газ попадает через маленькое отверстие для доступа газа в измерительную камеру (диффузионную щель) концентрационной камеры Нернста. Благодаря этому можно отрегулировать коэффициент избыточного воздуха λ в диффузионной щели, а концентрационная камера Нернста сопоставляет газ в диффузионной щели с атмосферным воздухом в эталонном приточном канале.
| Рисунок № 3 Ток накачки IP широкополосного лямбда-зонда в зависимости от коэффициента избыточного воздуха λ отработанного газа |
 |
Весь процесс осуществляется следующим образом:
Путем приложения напряжения накачки UP к платиновым электродам камеры накачки можно откачать или закачать кислород через диффузионный барьер из отработавших газов в диффузионную щель. Электронная схема переключений в приборе управления регулирует это напряжение, существующее в камере накачки UP, с помощью концентрационной камеры Нернста таким образом, что состав газа в диффузионной щели постоянно составляет λ = 1. При бедных отработавших газах камера накачки нагнетает кислород наружу (положительный поток нагнетания). При богатых наоборот кислород выкачивается из отработавших газов в атмосферу (за счет распада С02 и Н20 на электроде отработавших газах) в диффузионную щель (отрицательный поток нагнетания). При λ = 1 не должен подаваться кислород, поток накачки равен нулю. Поток накачки пропорционален концентрации кислорода в отработавших газах и является таким образом (нелинейной) величиной коэффициента избытка воздуха λ (рис. 3).
Что такое датчик кислорода (лямбда-зонд)?
Датчик кислорода (кислородный датчик) или, как его часто еще называют, лямбда-зонд нужен автолюбителям для определения в отработавших газах количества кислорода (О2). Чтобы двигатель работал эффективно, то есть экономично и экологически, соотношение «топливо-воздух» в топливно-воздушной смеси ДВС на всех режимах его работы должно быть постоянным, об устройстве двигателя внутреннего сгорания вот тут. Это можно получить в результате применения названного выше датчика в выхлопной системе. Сам же процесс, в котором происходит управление содержанием О2 в выхлопных газах, будет называться лямбда-регулирование.
Если в смеси топлива и воздуха не хватает последнего, значит, угарный газ и углеводород в полном объеме не окисляются. А при его избытке полностью не разлагаются оксиды азота (на O2 и N2).
Лямбда-зонд обычно занимает свое место в выпускной системе. А производители некоторых моделей транспортных средств и вовсе применяют пару кислородных датчиков, при этом один помещается после каталитического нейтрализатора, а второй — до. Ведь с помощью двух кислородных датчиков можно усилить контроль за отработавшими газами и тем самым обеспечить эффективную работу нейтрализатора.
Различают всего 2 вида лямбда-зондов, которые отличаются своей конструкцией: широкополосный и двухточечный.
Двухточечный датчик.
Двухточечный кислородный датчик находится (устанавливается) перед и за нейтрализатором, который является керамическим элементом, подробнее в статье каталитический нейтрализатор. Данное устройство имеет 2-хстороннее покрытие из диоксида циркония. Двухточечный лямбда-зонд осуществляет свои измерения электрохимическим методом: электрод с одной стороны взаимодействует с атмосферой, а с другой — с выхлопными газами.
Принцип действия такого датчика — измерение содержания О2 в атмосфере и в отработавших газах. При разной их концентрации, на концах электрода образуется напряжение. При этом чем выше содержание О2, тем меньше напряжение, и наоборот, чем его содержание ниже, тем напряжение больше.
Таким образом, электрический сигнал поступает от рассматриваемого нами датчика в электронный блок управления системы управления мотором. И уже, ориентируясь на величину такого сигнала, блок управления влияет на работу последнего.
Широкополосный датчик.
Этот вид датчика кислорода лямбда зонд представляет собой более современную, в сравнении с предыдущей, конструкцию: в виде входного датчика каталитического нейтрализатора. В данном устройстве такое значение как «лямбда» определяется с использованием силы тока закачивания.
Широкополосный датчик, в отличие от двухточечного собрата, состоит из 2 керамических элементов, то есть закачивающего и двухточечного.
Под закачиванием здесь следует понимать такой физический процесс, при котором под воздействием некоторой силы тока О2 из отработанных газов осуществляется через закачивающий элемент. Принцип же работы широкополосного датчика состоит в поддержании стабильного напряжения, в размере 450 мВ, между электродами двухточечного элемента, которое возникает за счет изменения силы тока закачивания.
В результате снижения в отработавших газах концентрации кислорода, происходит рост напряжения между электродами керамического элемента. Далее сигнал от этого элемента передается в электронный блок управления, где на основании данного сигнала возникает ток на закачивающем элементе, который и обеспечивает закачку в измерительный зазор, а напряжение, тем самым, достигает нормативное значение. При этом сама величина силы тока является показателем концентрации О2 в отработавших газах. Анализ этой величины также происходит в электронном блоке управления.
При этом наиболее эффективно функционирование кислородного датчика происходит при температуре порядка 300 градусов. А чтобы достичь быстрее эту рабочую температуру, многие автовладельцы оборудуют лямбда-зонд своего авто нагревателем.
Видео
Рекомендую прочитать:
"Питер - АТ"
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453
Новости
-
Отзывы о Питер-АТ
Спасибо нашим клиентам за отзывы о нас:
-
Акция на ремонт вариаторных трансмиссий
-
Замена масла в двигателе в подарок
При замене масла в АКПП замена масла в двигателе бесплатно! -
Клиенту на заметку
-
Контрактные АКПП в СПб
