Датчик кислорода. Двухточечный и широкополосный. Принцип действия.

Для того, чтобы добиться наибольшей продуктивности от работы двигателя необходимо обеспечить наилучшее сгорание топливно-воздушной смеси, в свою очередь для этого необходимо точно определить необходимые пропорции впрыскиваемого топлива и поступающего воздуха. Полученная смесь гарантирует наилучшее сгорание, продуктивную работу и наименьшее количество вредных веществ от выхлопа. Для определения доли кислорода в отработанных газах автомобиля, используется кислородный датчик (он же лямбда зонд, в народе).

Для полного сгорания 1 кг топлива необходимо 14,7 кг воздуха. Такой состав топливо-воздушной смеси называют стехиометрическим, он обеспечивает наименьшее содержание токсичных веществ в отработавших газах и, соответственно, эффективное их "дожигание" в каталитическом нейтрализаторе.

Для оценки состава топливо-воздушной смеси используют коэффициент избытка воздуха - отношение количества воздуха, поступившего в цилиндры, к количеству воздуха, теоретически необходимого для полного сгорания топлива. В мировой практике этот коэффициент называют лямбда. При стехиометрической смеси лямбда = 1, если лямбда < 1 (недостаток воздуха), смесь называют богатой, при лямбда >1 (избыток воздуха) смесь называют бедной.
Наибольшая экономичность при полностью открытой дроссельной заслонке бензинового двигателя достигается при лямбда=1,1-1,3. Максимальная мощность обеспечивается, когда лямбда =0,85-0,9.

 

Сам датчик состоит из 2 электродов, внешнего и внутреннего. Внешний электрод сделан из платинового напыления, поэтому особо чувствителен к кислороду, из за химический свойств платины, ну а внутренний сделан из циркония. Лямбда зонд устанавливается таким способом, чтобы через него проходили отработанные газы автомобиля, при прохождении, внешний электрод улавливает кислород в отработанных газах, при этом изменяется потенциал между электродами, чем больше кислорода – тем выше потенциал! Особенностью циркониевого сплава, из которого сделан внутренний электрод – это его рабочая температура, которая достигает отметки в 300-1000 градусов. Именно по этой причине кислородные датчики имеют в своей конструкции подогреватели, которые доводят температуру самого датчики до рабочей в момент холодного запуска двигателя.

Лямбда зонды бывают 2 видов:

· Двухточечный датчик.

· Широкополосный датчик.

Эти два вида датчика между собой схожи по внешним признакам, но при этом выполняют работу различными способами.

Двухточечный датчик – это пример того датчика, который мы описывали ранее, состоит он с двух электродов, он фиксирует коэффициент избытка воздуха в топливной смеси, по величине концентрации кислорода в отработанных газах автомобиля.

Широкополосный датчик – является современной конструкцией лямбда зонда, в нем значение получают благодаря использование силы тока закачивания. По своей конструкции широкополосный датчик состоит из двух керамических элементов, двухточечного и закачивающего. Закачивающий элемент – физическим процессом закачивает в себя кислород из отработанных газов автомобиля, с использованием определенной силы тока. Датчик держит постоянное напряжение 450 мВ, если концентрация кислорода уменьшается – напряжение между электродами возрастает и подается сигнал в электронно управляющий блок. Как только сигнал поступил на ЭБУ, создается ток определенной силы на закачивающем элементе, этот ток обеспечивает закачку кислорода в измерительный зазор. В этом всем процессе, величины силы тока, которая подается на закачивающий элемент – это уровень концентрации кислорода в отработанных газах.

Основные причины и признаки неисправностей. Существует несколько признаков, по которым можно определить неисправность кислородного датчика:

· Увеличение токсичности выхлопных газов. Этот показатель на «глаз» определить невозможно, только с помощью замера специальным прибором, можно сделать вывод что уровень СО выхлопных газов увеличен. Показания прибора о увеличении СО гласит о нерабочем датчике лямбда зонд.

· Увеличение расхода топлива. Этот признак более заметен, чем предыдущий. Любой автомобилист интересуется, какой количество топлива расходуется автомобилем на определенное расстояние, поэтому повышение расхода будет заметно практически сразу. Единственный нюанс в этом способе определения – не всегда увеличение расхода топлива говорит о неисправности кислородного датчика.

· Check Engine. Все инжекторные автомобили имеют блок управления, который можно диагностировать на причину поломки в том или ином узле. Как правило, при появлении неисправности на приборной панели загорается соответствующая лампочка «Check Engine». В большинстве случаев, горение этой лампы говорит о неисправности лямбда зонда, более подробно можно узнать при диагностике на сервисе.

Причины неисправностей:

· Качество топлива. При некачественном топливе, на кислородном датчике откладывается небольшими долями свинец, этот слой со временем снижает чувствительность внешнего электрода к кислороду. Такой датчик можно со временем смело считать нерабочим.

· Механическая неисправность. К этим неисправностям относятся чисто механические повреждения самого датчика. Например, повреждение корпуса датчика, нарушение целостности обмотки обогрева и прочее. Решаются такие причины путем замены датчика на новый, ремонт практически невозможен и не целесообразен.

· Неисправность в топливной системе автомобиля. Из-за неисправности форсунок, в цилиндры двигателя подается большее количество топлива, чем требуется, следовательно, оно не сгорает, а выходит в выхлопную систему в виде черного налета (сажи). Со временем эта сажа накапливается на всех узлах выхлопной системы автомобиля, в том числе и на лямбда зонде, это становиться причиной неправильной работы датчика. Как лечение, можно использовать тряпки и средства очистки, чтобы вычистить кислородный датчик, но если такие загрязнения будут постоянными – можно смело выбрасывать датчик и устанавливать новый.

10. Экологические требования и конструктивные особенности ДВС по экологическому классу Евро 1,2,3,4,5.

Европейские экологические стандарты (нормы "Евро") регламентируют содержание в выхлопе автомобилей углеводородов, оксидов азота, угарного газа и твердых частиц. Содержание в выхлопе углекислого газа не оговаривается, однако Еврокомиссия предлагает ввести с 2012 года норму в 120 г/км. Различаются нормы для дизельных и бензиновых моторов, а также для легковых, легких коммерческих автомобилей разной массы, грузовиков и автобусов.

Стандарт "Евро–1" предусматривает выброс бензиновым двигателем оксида углерода (СО) не более 2,72 г/км, углеводородов (СН) – не более 0,72 г/км, оксидов азота (NO) – не более 0,27 г/км. "Евро–1" действовал в Европе с 1992 года, а в 1995 году его сменил более жесткий – "Евро–2". В стандарте "Евро–2" были ужесточены почти в 3 раза нормы по содержанию в выхлопе углеводородов, они стали равны 0,29 г/км. Экологический стандарт "Евро–2" был принят правительством России осенью 2005 года.

Стандарт "Евро–3" – это снижение уровня выбросов по сравнению с "Евро–2" на 30–40 %. В "Евро–3" предусматривается максимальный выброс СО в количестве 0,64 г на километр пробега для легковых автомобилей. По данным специалистов, "Евро–3" позволяет снизить уровень "грязных" выбросов по сравнению с "Евро–2" на 20 %. Стандарт "Евро–3" был введен в Евросоюзе в 1999 году, в России – с 1 января 2008 года.

Стандарт "Евро–4" жестче уровня "Евро–3" на 65 – 70%. Он был введен в Евросоюзе в 2005 году. Стандарт "Евро–4" позволяет снизить выброс в атмосферу вредных веществ на 40 % по сравнению со стандартом "Евро–3". Стандарт "Евро–4" предусматривает снижение выбросов СО по сравнению с "Евро–3" в 2,3 раза, а углеводородов – в 2 раза. "Евро–4" уменьшает содержание окиси азота в выхлопе на 30%, а твердых частиц – на 80%, содержание серы на 0,005%, ароматических углеводородов на 35%, бензола на 1%.

Власти РФ намерены ввести этот стандарт начиная с 2010 года.

Стандарт "Евро–5" предусматривает для бензиновых двигателей снижение окисей азота и углеводородов на 25%, а для дизельных – снижение на 80% выбросов сажи и на 20% - окисей азота. "Евро–5" также предусматривает сокращение выброса твердых частиц в выхлопных газах с нынешних 25мг/км ("Евро–4") до 5 мг/км. Это касается прежде всего дизелей. Содержание угарного газа в выхлопе дизелей должно сократиться на 20%, а у бензиновых двигателей – на 25%. Кроме того, уменьшены сроки эксплуатации катализаторов и установлены сроки эксплуатации для сажевых фильтров. Стандарт "Евро–5" был введен в 27 странах ЕС 1 cентября 2009 года.

Для достижения норм применяются каталитические нейтрализаторы, система впрыска топлива, система рециркуляции отработанных газом, система непосредственного впрыска топлива.

Уровень загазованности может быть снижен рядом конструктивных и эксплуатационных мероприятий, направленных не только на снижение объема выбросов, но и их токсичности. Среди мероприятий конструктивного характера можно отметить следующие:

· применение устройств нейтрализации и очистки выбросов от токсичных компонентов;

· применение устройств, оптимизирующих дозирование смесеобразование топлива, а также рабочий процесс (электронные и электромеханические системы впрыска топлива, транзисторные системы

· зажигания, форкамерно-факельные дожигатели, рециркуляция выхлопа, термостатирование воздуха и пр.);

· применение нетрадиционных видов топлива (газовое топливо, водород, синтетический бензин, спирт);

· создание новых силовых установок.

Значительное уменьшение выброса СО может быть достигнуто равномерным распределением смеси путем непосредственного впрыска топлива или улучшения условий испарения топлива в карбюраторе и во впускном трубопроводе; обеспечение состава и качества образуемой смеси нагрузке и частоте вращения коленчатого вала двигателя. Для снижения выброса углеводородов СnНm, двигатель внутреннего сгорания переводят на работу на бедных смесях, стремясь достичь большей однородности смеси и равномерности ее распределения по цилиндрам. Кроме того, стараются уменьшить долю остаточных газов в смеси при работе двигателя на частичных нагрузках правильным выбором формы и размеров камеры сгорания. Значительно сократить выбросы СО и СnНm с отработавшими газами можно использованием для питания двигателя водорода или газообразного топлива, а также послойным смесеобразованием.