Диагностика двигателя по показаниям кислородных датчиков

Прежде чем поговорить об устройстве, работе и диагностике лямбда- зонда, обратимся к некоторым особенностям работы топливной системы. Нам поможет в этом эксперт журнала, Федор Александрович Рязанов, диагност с большим стажем работы, руководитель курсов обучения диагностов в компании «ИнжКар».

Современный автомобилист хочет владеть мощным, но в тоже время экономичным автомобилем. У экологов другое требование – минимальное содержание вредных веществ в выхлопе машины. И в данных вопросах интересы автомобилистов и экологов в итоге совпадают. И вот почему.

Известно, что когда двигатель не сжигает все топливо, расход горючего возрастает, растут затраты и на эксплуатацию автомобиля. Мощность двигателя (или ДВС) в условиях неполного сгорания топлива неизбежно падает, а крутящий момент снижается. Одновременно с этим увеличивается уровень вредных веществ в выхлопе автомобиля.

В этой связи одной из основных задач современного автомобилестроения является максимально полное сжигание топливной смеси в двигателе.

На сжигание смеси прямым образом влияет ее состав. Идеальной ситуацией является стехиометрический состав топлива. Говоря более простым языком, должна быть соблюдена пропорция – на 14,7 кг воздуха должен приходиться 1 кг топлива. Именно такое соотношение позволяет оптимально использовать и то, и другое. Владелец автомобиля получает больший крутящий момент и, как следствие, — адекватное ускорение автомобиля, равномерную работу двигателя во всех режимах работы. Также падает расход топлива, и автомобиль перестает загрязнять окружающую среду.

Отклонения от правильного состава топливной смеси – богатая и бедная смесь. Богатая топливная смесь образуется, когда в цилиндрах мало кислорода, но много топлива, которое, конечно же, из-за недостатка кислорода, полностью сгореть не сможет. Следовательно, автомобиль, работающий на богатой смеси, будет больше расходовать топливо, а избыток несгоревшего топлива, в этом случае, охладит камеру сгорания, мощность двигателя при этом будет падать, несгоревшое топливо попадет в атмосферу, загрязняя ее.

Другая ситуация: двигатель получает обедненную топливную смесь. В этом случае топливо в цилиндрах будет сгорать не полностью из-за недостатка топлива. Об экономичности, ради которой и разрабатывались такие двигатели, в этом случае также придется забыть. Ведь бедная смесь плохо горит, и это автоматически приводит к падению крутящего момента. Водителю приходится больше нажимать на газ, что в свою очередь, ведет к перерасходу топлива.

Таким образом, понятно, что со всех аспектов только стехиометрия топливной смеси (пропорция 14,7/1) является самым оптимальным режимом работы двигателя. И, конечно же, автомобиль, который только-только сошел с конвейера, обычно, укладывается во все рамки этого критерия. Но и «заводская» настройка может отличаться от идеала. Более того, в процессе эксплуатации автомобиля неизбежно наступает износ некоторых компонентов, датчики, отвечающие за настройку топливной системы, могут терять точность настроек. В итоге состав топливной смеси все больше уходит от идеальных показателей.

В этом случае как раз и необходим лямбда- зонд, он фиксирует количество кислорода в выхлопе автомобиля. И если в выхлопе окажется большое количество кислорода, это «сигнализирует» о бедной топливной смеси и, наоборот, если в выхлопе нет кислорода, это указывает на то, что смесь стала богатой. А мы уже выяснили, что и в том, и в другом случае уменьшается мощность двигателя, растет расход топлива, снижается экологичность выхлопа. Задача лямбда-зонда как раз и заключается в том, чтобы скорректировать эти отклонения.

Возьмем в качестве примера такую ситуацию: в топливной системе засорились форсунки, их производительность снизилась, смесь стала обедненной. Лямба-зонд фиксирует этот факт, а блок управления топливной системой реагирует на эту информацию и «доливает» немного топлива в цилиндры. Так происходит корректировка возникающих отклонений с учетом показаний этого датчика.

Таким образом, основное назначение лямбда- зонда заключается в том, чтобы компенсировать неизбежно возникающие в процессе эксплуатации автомобиля отклонения в составе топливной смеси.

Однако нужно понимать, что лямбда-зонд как таковой не является панацеей от всех бед, он лишь позволяет вернуть состав топливной смеси в состояние стехиометрии. Но это не устранение дефектов, а только их компенсация.

Вернемся к нашим форсункам. При загрязненных форсунках нарушается эффективность распыления бензина, топливо распыляется крупными каплями, испаряются они с трудом. И система топливоподачи рассчитывает тот объем топлива, который необходим для достижения состояния стехиометрии, для этого фиксируются показания датчика расхода воздуха. Однако если бензин в системе выпрыскивается крупными каплями, его пары полностью не смешиваются с воздухом, часть паров сгорает, а часть капель бензина попросту вылетает в выхлопную трубу. Лямбда-зонд трактует такую ситуацию как бедную смесь, а датчик топливной системы, который «не видит» отдельные капли бензина, добавляет топлива, чтобы привести смесь в состояние стехиометрии. Но в этом случае, резко повышается расход топлива.

Поэтому для работы лямбда-зонда важен не фактор того, как система справляется с выводом смеси на стехиометрию, а фактор того, какой «ценой» ей удается это сделать.

Рассмотрим осциллограмму работы лямбда- зонда. Датчик сам по себе не может отличить состояние стехиометрии от состояния богатой топливной смеси, так как и в том, и в другом случае кислорода в выхлопе нет. При отсутствии кислорода в топливе блок управления (ЭБУ – электронный блок управления) немного уменьшает количество подаваемого в цилиндр топлива. Как следствие, в выхлопе появляется кислород.

И в этом случае показания лямбда-зонда находятся ниже отметки 0,4 В, что для датчика является признаком того, что топливная смесь обеднела (LEARN). При низких показателях лямбда-зонда (ниже 0,4 В), блок управления увеличивает подачу топлива на несколько процентов, смесь становится богатой и показания датчика достигают уровня выше 0,6В. ЭБУ воспринимает это как признак того, что в топливной системе находится богатая смесь (RICH). Подача топлива уменьшается, показания лябда-зонда падают, цикл повторяется — состав смеси начинает колебаться. В такт изменению состава смеси меняются показания лямбда-зонда. Такие колебания ЭБУ понимает как нормальное явление, указывающее на то, что состав топливной смеси находится в зоне стехиометрии.

Вспомним также, что в катализаторе автомобиля обязательно есть цирконий, этот металл способен накапливать кислород. И в фазе бедной смеси кислород запасается в катализаторе, а в фазе богатой смеси он расходуется. В результате на выходе топливной смеси катализатор дожигает все ее остатки.

На холостом ходу такие колебания возникают с частотой одно колебание примерно в одну секунду. Время такого переключения – еще один важный показатель для лямба-зонда. В нашем случае (см. осциллограмму, Рис. 1) время переключения составило 88 мс, при этом нормой является – 120 мс.

Если переключение длится долго, как в случае нашей осциллограммы (см. осциллограмму, Рис. 2) – 350 мс, да к тому же такая ситуация повторяется многократно, блок управления выдаст ошибку: «замедленная реакция лямбда-зонда».

Величины, при которых появляется эта ошибка, определяются, главным образом, настройками программного обеспечения блока управления.

Таким образом, для диагностики по лямбда-зонду необходимо изучить фазы переключения датчика. И если на осциллограмме появится хотя бы одно переключение с низкого показания на высокое (максимальное – 1В, минимальное – 0В), это значит, что лямбда-зонд работает исправно. Исправный датчик делает примерно одно переключение в секунду. Напомним, что в алгоритме работы блока управления о бедной смеси «сигналят» показания лямбда-зонда ниже 0,4В, а о богатой – выше 0,6 В. Поэтому оценить состояние топливной системы автомобиля можно и по работе датчика. В нашем случае (см. осциллограмму, Рис. 3) блоку управления удалось скомпенсировать все дефекты и вывести стехиометрию.

Вернемся к примеру с загрязненными форсунками. При обедненной смеси показания лямбда-зонда падают ниже 0,4В. Блок управления добавляет топлива до того момента, когда смесь станет богатой. Отметим, что в этом случае блок управления «самостоятельно» отклонился от установленных заводом-изготовителем в его карте параметров. Величину отклонения он записывает в своей памяти как топливную коррекцию (fuel trime). Предельно допустимые показатели топливной коррекции для большинства современных автомобилей составляют ±20-25%. Коррекция в «плюс» означает, что блоку пришлось добавлять топлива, коррекция в «минус» — наоборот, убавлять.

Допустим, неисправность носит долговременный характер: блок управления уже дошел до предела топливной коррекции, загорается код ошибки — «Превышение пределов топливной коррекции». Стерев код, исправить такой дефект нельзя, а наличие этой неисправности повлечет за собой перерасход топлива. Стоит отметить, что уже на 15% топливной коррекции обнаруживаются проблемы: автомобиль почти не едет, но расходует большое количество топлива.

То есть важно помнить, что показатель топливной коррекции и работа лямбда-зонда – это комплексный параметр, он указывает на наличие дефекта, но не указывает конкретную причину, которую придется найти и устранить на автосервисе.

И немного об особенностях строения лямбда-зонда. Такой датчик имеет циркониевую колбочку, которая одной стороной помещена в выхлопные газы. Цирконий уникальный материал, так как сквозь него может проходить кислород. Ион кислорода, «прилипая» к атомам циркония, движется по ним, при этом на циркониевом колпачке возникает напряжение. И если все идет в штатном порядке, то диффузия ионов кислорода осуществляется равномерно, и напряжение на обкладках колбочки составляет 1В. Если в выхлопе появляется кислород, диффузия невозможна, и напряжение в этом случае равно 0В. Вместо циркония в лямбда-зондах может использоваться окись титана. Отличие циркониевого лямбда-зонда от титанового заключается в том, что первый вырабатывает напряжение, а другой – меняет свое сопротивление (в переделах от 0 до 5В), и ему нужна схема, которая переводит меняющееся сопротивление в напряжение.

Слой платины на колбочке поверх циркония позволяет снять с него напряжение, играет роль катализатора, дожигает бензин и несгоревший кислород. Все ухудшается при использовании некачественного топлива, а также топливных присадок, которые в прямом смысле закупоривают слой платины и циркония, и зонд выходит из строя. Однако в этом случае, если у зонда нет физических повреждений, обычная промывка вернет его в рабочее состояние. «Современный бич» – это добавки антидетонационных присадок в топливо. До недавнего времени в качестве присадки использовался ферроцент — опасное вещество, которое мы окрестили «красная смерть» за ее красный оттенок, а также за способность быстро выводить из строя свечи, лямбда-зонды и катализатор», — отмечает Федор Александрович. Зонд может «замерзнуть» в высоком или в низком положении, то есть или в фазе богатой, или в фазе бедной смеси. И в этом случае датчик достигнет пределов топливной коррекции и прекратит попытки выравнивать состав смеси до стехиометрии.

Диагностику состояния системы топливоподачи начинаем с подключения сканера к автомобилю. Отсутствие кода «Превышение пределов топливной коррекции» еще не говорит об отсутствии дефектов в системе топливоподачи. Необходимо в потоке данных (Data Stream) убедиться в наличии колебаний лямбда-зонда (стехиометрия достигнута), а также по величине топливной коррекции оценить, какой ценой она достигнута.

Подводя итог, еще раз отметим, что при проверке лямбда-зонда необходимо обращать внимание на колебания датчика, если они есть, датчик исправен; если же система лямбда регулирования не совершает колебаний, это может указывать или на неисправность лямбда-зонда или на бедную или богатую топливную смесь. То есть сначала надо проверить сами датчики. Для этого нужно принудительно обогатить или обеднить смесь, чтобы получить колебания лямбды и убедиться в том, что он исправен.

Рассмотренные выше лямбда-зонды носят название «скачковые». Т.е. они указывают на то, есть кислород в выхлопе или нет. Но все более ужесточающиеся требования к экологии заставили производителей разработать датчики, которые способны не только работать по принципу «Да-Нет», но и определять процент кисло- рода в выхлопе. Такие датчики получили название «широкополосные датчики кислорода».

Принципы их работы и особенности диагностики автомобиля по показаниям широкополосных лямбда-зондов будут рассмотрены в следующих публикациях.

МНЕНИЕ
Максим Пастухов, технический специалист компании «ДЕНСО Рус»: «Практика показывает, что основными причинами выхода из строя лямбда зондов являются: 1. Загрязнение лямбда-зонда продуктами сгорания топлива. Фактически это присадки, которые используются для повышения октанового числа бензина, устранения детонации или для других целей. Также на это влияет степень очистки топлива. Присадки, сера и парафины «закупоривают» проводящий слой лямбда-зонда, и он «слепнет». Блок управления переводит двигатель в аварийный режим, и мы видим на приборной панели значок «Проверьте двигатель». Кстати, от вышеописанных вещей страдают также свечи зажигания, клапаны, катализатор и др. компоненты двигателя. Имеет смысл комплексно подходить к ремонту, если лямбда-зонд вышел из строя. 2. Агрессивная смесь, которой посыпают наши дороги. Она разъедает изоляцию проводов и сами провода. Мы для защиты от этого используем двойную изоляцию проводов, а также прячем место сварки проводов с датчиком внутрь лямбда-зонда».

Написать комментарий

Ваш комментарий: Внимание: HTML не поддерживается! Используйте обычный текст.

Оценка: Плохо Хорошо

Введите код, указанный на картинке:

Лямбда-зонд — что это, признаки неисправности и способы проверки

Инжекторные двигатели экономичны и дружелюбны к экологии в отличии от карбюраторных моторов. Высоких показателей инженеры добились благодаря датчикам в системе питания. Один из датчиков, который непосредственно влияет на смесеобразование – это лямбда-зонд или кислородный датчик.

Если он выходит из строя, можно наблюдать потерю мощности, большой расход топлива, нестабильную работу мотора.

Зачем в автомобиле нужен лямбда-зонда, место расположения

Лямбда-зонд необходим для измерения коэффициента содержания кислорода в горючей смеси. Он устанавливается всегда в районе приемной трубы до катализатора и измеряет объем несгоревшего кислорода в продуктах сгорания. Эта информация позволит ЭБУ готовить оптимальную смесь.

Наиболее эффективно сгорает смесь, в которой содержится 14,7 частей воздуха и одна часть топлива. Это оптимальные показатели, если кислород присутствует в больших количествах, то смесь бедная, если воздуха меньше, то богатая.

Сгорание богатой смеси менее эффективно – можно наблюдать снижение мощности, повышенный расход топлива.

Так как моторы в автомобилях функционируют на совершенно разных режимах, то оптимальное соотношения воздуха и топлива может не соблюдаться. Для контроля качества смеси в системах питания применяют кислородные датчики.

На основе сигналов от лямбды ЭБУ может оценить качество смеси. Если обнаружены показатели, которые не соответствуют нормам, смесь корректируется.

Принцип работы кислородного датчика

Принцип действия кислородного датчика достаточно простой. Лямбда-зонд должен сравнивать показания с какими-то идеальными результатами, чтобы понимать, как меняется процент кислорода в смеси, поэтому замеры проводятся в двух местах – измеряется атмосферный воздух и продукты сгорания.

Такой подход позволяет датчику чувствовать разницу, если соотношения топливной смеси меняется.

ЭБУ должен получать от лямбда-зонда электрический импульс. Для этого датчик должен уметь преобразовывать замеры в электрические сигналы. Для измерения применяются специальные электроды, которые могут вступать с кислородом в реакцию.

В работе лямбды используется принцип гальванических элементов – смена условий химических реакций приводит к изменению напряжения между двумя электродами. Когда смесь богатая, а содержание кислорода за нижним порогом, тогда напряжение растет. Если смесь обедненная, напряжение будет падать.

Далее импульс, который возникает на этапе химических реакций, отправляется на ЭБУ, где параметры сравниваются с записанными в памяти топливными картами. В результате корректируется работа системы питания.

Датчик кислорода работает на химических реакциях, но при этом конструкция его относительно простая. Главный элемент – специальный наконечник из керамических материалов. В качестве сырья используется диоксид циркония, а реже – диоксид титана.

Наконечник покрыт напылением из платины – именно этот слой и вступает в реакцию с кислородом. Одной стороной этот наконечник контактирует с выхлопными газами, другой стороной – с воздухом в атмосфере.

Электроды лямбда-зонда имеют одну особенность. Так, чтобы реакция проходила эффективнее и показатели были точными, замеры содержания кислорода в выхлопе производятся при условии определенных температур.

Для того, чтобы наконечник вышел на рабочие характеристики и нужную электропроводимость, температура среды должна составлять 300-400 градусов.

Для обеспечения нужного режима температур изначально лямбда-зонд устанавливался в непосредственной близости к выпускному коллектору. Это обеспечивало нужную температуру после прогрева ДВС. В работу датчик вступал не сразу. До того, как лямбда достаточно нагреется и начнет выдавать точные параметры, ЭБУ использовало сигналы других датчиков. Оптимальная смесь в процессе прогрева не приготавливалась.

Некоторые модели кислородных датчиков оснащены электрическими нагревателями. Благодаря им лямбда может быстрее выходить на рабочие температурные режимы. Подогрев использует энергию бортовой сети автомобиля.

Признаки и причины неисправности датчика

При неисправном лямбда-зонде выхлопные газы становятся более токсичными. Определить это можно при помощи специального диагностического оборудования. При этом никаких внешних признаков не будет, также, как и не будет никакого особенного запаха.

Вырастает расход топлива. Водители, как правило следят за тем, насколько наполнен топливный бак, стараются определить скорость, при которой расход минимален. Повышенный расход будет сразу же заметен. В зависимости от серьезности поломки датчика кислорода, расход вырастет в пределах от 1 л до 4 л.

Перегрев каталитического нейтрализатора. Если лямбда неисправна, то в ЭБУ подается неверный сигнал. Это может приводить к неправильной работе катализатора. Он перегревается вплоть до красного цвета и выходит из строя.

Автомобиль будет дергаться, и водитель сможет услышать хлопки. Лямбда перестает формировать правильные сигналы, в результате – нестабильный ХХ. Обороты могут колебаться в очень широких диапазонах.

Снижаются динамические характеристики. Автомобиль теряет мощность. Эти признаки можно наблюдать в сильно запущенных случаях. Датчик не работает на холодном моторе, а автомобиль всячески сигнализирует о неисправности.

Среди причин поломок можно выделить:

• Повреждения, вызванные сильными ударами, ДТП, наездами на бордюр;
• Некорректную работу ДВС и проблемы в работе системы зажигания, когда элемент перегревается и выходит из строя;
• Засор системы и некачественное топливо. Чем больше в бензине тяжелых металлов, тем быстрее лямбда выйдет из строя;
• Поршневая группа – часто из-за изношенной ЦПГ в выпускной коллектор попадает масло, а продукты его сгорания забивают зонд;
• Замыкания в электропроводке;
• Бедная или слишком богатая смесь;
• Попадание лишнего воздуха в выхлопную систему;
• Пропуски зажигания;
• Топливные присадки.

Проверка лямбда-зонд с помощью диагностического устройства

В большинстве случае ДВС сам подсказывает есть ли неисправности в работе датчиков. Самым быстрым и эффективным способом диагностики в таком случае будет подключение ODBII сканера.

Из доступных на рынке вариантов рекомендуем обратить внимание на модель корейского производства Scan Tool Pro Black Edition.

Данное устройство относится к бюджетному сегменту, но в отличие от китайских аналогов на 8-битном чипе, имеет 32-битную базу, что позволяет осуществлять диагностику не только двигателя, но и других систем автомобиля (коробку передач, трансмиссию, ABS, ESP, систему кондиционирования и т.д.).

Сканер достаточно прост в использовании, имеет широкий функционал и совместим с большинством автомобилей начиная с 1993 года выпуска.

Если все плохо, то в ЭБУ будет выдавать следующие ошибки – это P0131, P0134, P0171. Более подробно о них в видео ниже.

Также будет загораться лампочка «проверьте двигатель», но здесь точно установить причину можно только при помощи диагностики. Чек загорается и в случае других проблем.

Как проверить лямбда-зонд мультиметром

Когда наблюдаются рывки при движении, повышенный расход горючего, и горящий “чек”, то стоит провести диагностику. Эти признаки могут говорить и о других неисправностях, но если есть мультиметр, то можно проверить кислородный датчик своими руками. Специалисты рекомендуют проверять лямбду через измерение напряжений.

Но прежде любых измерений нужно прогреть ДВС. Если лямбда холодная, она не будет работать. Также рекомендуется по возможности снять датчик и осмотреть его и проводку на предмет грязи и повреждений. Если датчик деформирован, электрод поцарапан или покрыт сажей, нагаром, то лучше его заменить.

Измерения напряжения в цепи подогрева

Включают зажигание, щупами протыкают провода, которые идут к нагревателю. Можно также втыкать щупы мультиметра в разъем. Напряжение будет примерно равно напряжению в бортовой сети. Если двигатель не запущен, то напряжения может и не быть.

Обычно плюс приходит к нагревателю напрямую. Минус подает блок управления. Если отсутствует плюс, следует проверить цепи от аккумулятора до датчика. Если отсутствует минус, тогда нужно проверить цепь от ЭБУ до датчика.

Проверка нагревателя

Можно проверить работоспособность кислородного датчика при помощи омметра. Очень часто поломка связана со спиралью подогрева или проводкой к ней.

Для проверки омметр присоединяют между контактами нагревателя. Если нагреватель исправен, то омметр покажет сопротивление от 2 до 10 ОМ. В цепи подогрева сопротивление будет от 1 кОм до 10 мОм. Если сопротивления нет, то стоит поискать обрыв в проводке.

Опорное напряжение

Имея под рукой мультиметр, можно проверить опорное напряжения. Для этого включают зажигание, затем измеряют напряжение между проводом сигнала и массой.

В правильно работающей лямбде напряжение будет в пределах 0,45 В. Если имеются отличия хотя-бы на 0,2 В, то проблемы с сигнальной цепи или плохая масса.

Проверка сигнала с датчика осциллографом

Двигатель необходимо прогреть. Осциллограф подключают между сигналом и массой. Затем поднимают обороты до 3000 и наблюдают за изменениями показаний. Сигнал должен меняться в пределах от 0,1 В до 0,9 В. Если осциллограф точный и видно, что изменения в более узком диапазоне, то лямбда неисправна.

Также стоит засечь время, в течении которого показания опускаются от большего уровня к меньшему. За 10 секунд показания должны меняться 10 раз. Если смены происходят реже, тогда может появиться ошибка под датчику.