Разоблачение широкополосного датчика O2

Широкополосные кислородные датчики, иногда называемые датчиками соотношения воздух-топливо, могут иметь до шести проводов в зависимости от производителя и широко используются в современных системах управления двигателем. Их основная функция — соответствие строгим нормам выбросов, повышение экономичности и улучшение характеристик двигателя. Широкополосные датчики устанавливаются перед каталитическим нейтрализатором для отбора проб выхлопных газов перед их преобразованием в катализатор. Как правило, назначение датчика кислорода (O2) — измерение концентрации кислорода в выхлопных газах и передача этих данных в блок управления двигателем (ЭБУ). ЭБУ затем использует этот входной сигнал для регулирования подачи топлива в следующем такте двигателя.

Однако широкополосный датчик кислорода имеет преимущество в определении гораздо более широкого диапазона концентраций кислорода по сравнению с узкополосным аналогом, что позволяет ЭБУ регулировать оптимальное соотношение воздух-топливо. Наличие этих датчиков необходимо для двигателей, работающих на обедненных смесях, бензиновых двигателей с непосредственным впрыском и дизельных двигателей. Широкополосный датчик может измерять соотношение воздух-топливо в диапазоне от обогащенной смеси до 5 к 1 и до обедненной смеси до 20 к 1.

Если бы мы построили график и сравнили данные узкополосного и широкополосного датчиков, картина стала бы более чёткой. Становится очевидным, что широкополосный датчик может не только передавать сигнал об обогащенной или обеднённой смеси, но и более точно определять степень обогащения или обеднения, обеспечивая большую точность. Следует отметить, что выходной сигнал датчика представляет собой токовый сигнал, а не сигнал напряжения, как у узкополосных датчиков.

Итак, что же находится внутри широкополосного датчика? Давайте подробнее рассмотрим его основные элементы. Эти датчики состоят из трёх основных компонентов: ячейки Нернста, электрохимического насоса и контрольной камеры. Цель — поддерживать оптимальное напряжение ячейки Нернста на уровне 450 милливольт. Это достигается путём модуляции тока электрохимического насоса. После этого ЭБУ контролирует ток и соответствующим образом корректирует соотношение воздух-топливо.

Давайте разберёмся подробнее с принципом работы датчика. Он начинается, когда выхлопные газы попадают в вентиляционные отверстия, расположенные на конце датчика. Газы проходят через диффузионный зазор и попадают в ячейку насоса. В этот момент ячейка Нернста вырабатывает напряжение от 100 до 900 милливольт, в зависимости от соотношения воздух-топливо.

В идеале, в контрольной камере должно поддерживаться постоянное соотношение воздух-топливо 14,7:1. На это указывает напряжение ячейки Нернста 450 милливольт.

Это достигается регулировкой тока ячейки насоса, который напрямую зависит от соотношения воздух-топливо. Если соотношение воздух-топливо составляет 14,7:1, ток через ячейку насоса не будет протекать.

И наоборот, если соотношение воздух-топливо обедненное, будет избыток кислорода, и, следовательно, напряжение ячейки Нернста упадет ниже 450 милливольт. Чтобы компенсировать это, в ячейке насоса будет протекать положительный ток, что снижает содержание кислорода в контрольной камере. Сила тока будет регулироваться для достижения напряжения ячейки Нернста 450 милливольт. Блок управления двигателем (ECM) будет контролировать ток, протекающий через насосную ячейку, и соответствующим образом корректировать количество топлива для следующего такта двигателя. При обогащенной смеси происходит обратное. Кислорода будет меньше, и напряжение ячейки Нернста поднимется выше 450 милливольт. Чтобы компенсировать это, через насосную ячейку будет проходить отрицательный ток, что увеличит содержание кислорода в контрольной камере.
Сила тока будет изменяться для достижения напряжения ячейки Нернста 450 милливольт. Блок управления двигателем (ECM) снова будет контролировать ток и соответствующим образом корректировать количество топлива.

В этих системах ECM может выполнять проверку датчика, подавая напряжение на ячейку Нернста и наблюдая за реакцией насосной ячейки, как показано на рисунке. Кроме того, для эффективной работы широкополосных датчиков температура должна быть 650 градусов Цельсия или 1200 градусов Фаренгейта. Система способна делать это благодаря мощной схеме управления, в которой нагреватель модулируется по широтно-импульсной схеме для поддержания нужной температуры.

Сравним теперь диаграммы напряжения узкополосного и широкополосного датчиков. Как видите, диаграмма напряжения широкополосного датчика не должна быть флуктуирующим сигналом, как у узкополосного датчика. Более того, подобно узкополосному датчику, широкополосный датчик может быть подвержен влиянию утечек воздуха и негерметичных форсунок. Это необходимо учитывать при работе с такими датчиками, например, во время диагностики или калибровки. Причинами выхода из строя широкополосного датчика могут быть неисправность цепи нагревателя, загрязнение датчика маслом, охлаждающей ...