logo1

logoT

 

Широкополосный лямбда зонд своими руками


Как проверить лямбда зонд на работоспособность своими руками мультиметром и осциллографом, где находится датчик кислорода в авто

Современные транспортные средства оснащены множеством датчиков, контролирующих работоспособность узлов и агрегатов. Одним из основных датчиков автомобиля является датчик остаточного кислорода (λ-зонд). Однако лишь немногие автомобилисты знают, как проверить лямбда-зонд самостоятельно, сэкономив время и финансы.

Что такое лямбда-зонд, и где он находится

В связи с ужесточением экологических норм для уменьшения токсичности выхлопных газов машины начали оборудовать каталитическим нейтрализатором (катализатором). Качество и продолжительность его работы находится в прямой зависимости от состава топливно-воздушной смеси (ТВС). В зависимости от сигналов, передаваемых лямбда-зондом, регулируется процентное соотношение в смеси топлива и воздуха.

Лямбда-зонд — система, определяющая, какое количество остаточного кислорода содержится в выхлопных газах. Иначе его можно назвать — кислородный датчик.

Располагается лямбда-зонд в выпускном коллекторе перед каталитическим нейтрализатором

Качественная очистка от токсичных выхлопов в катализаторе проводится только при наличии в них кислорода. Для контроля эффективности действия нейтрализатора и повышения точности исследования состояния выхлопных газов на многих моделях устанавливают второй лямбда-зонд на выходе катализатора.

Для повышения эффективности на современных автомобилях устанавливается дополнительный лямбда-зонд на выходе катализатора

Главной функцией лямбда-зонда считается измерение количество кислорода, содержащегося в выхлопных газах, и сравнение его с эталонным.

Электрические импульсы от кислородного датчика поступают в электронный блок управления (ЭБУ) топливной системой. Относительно этих данных ЭБУ регулирует состав ТВС, подаваемой в цилиндры.

Схема установки основного и дополнительного датчиков кислорода в автомобиле

Результатом совместной работы лямбда-зонда и ЭБУ является получение стехиометрической (теоретически идеальной, оптимальной) ТВС, состоящей из 14,7 частей воздуха и 1 части топлива, при которой λ=1. У обогащенной смеси (избыток бензина) λ1.

График зависимости мощности (P) и расхода топлива (Q) от величины (λ)

Разновидности лямбда-зондов

Современные машины оснащаются следующими датчиками:

  • Циркониевые;
  • Титановые;
  • Широкополосные.

Циркониевый

Одна из наиболее распространённых моделей. Создана на основе диоксида циркония (ZrO2).

Циркониевый датчик кислорода действует по принципу гальванического элемента с твёрдым электролитом в виде керамики из диоксида циркония (ZrO2)

Керамический наконечник с диоксидом циркония с обеих сторон покрыт защитными экранами из токопроводящих пористых платиновых электродов. Свойства электролита, пропускающего ионы кислорода, проявляются при нагреве ZrO2 выше 350°C. Лямбда-зонд не будет работать, не прогревшись до нужной температуры. Быстрый нагрев осуществляется за счёт встроенного в корпус нагревательного элемента с керамическим изолятором.

Важно! Повышение температуры датчика до 950°C ведёт к его перегреву.

Выхлопные газы поступают к наружной части наконечника через специальные просветы в защитном кожухе. Атмосферный воздух попадает внутрь датчика через отверстие в корпусе или пористую водонепроницаемую уплотнительную крышку (манжету) проводов.

Разница потенциалов образуется за счёт передвижения ионов кислорода по электролиту между наружным и внутренним платиновыми электродами. Напряжение, образующееся на электродах, обратно пропорционально количеству О2 в выхлопной системе.

Напряжение, которое образуется на двух электродах, обратно пропорционально количеству кислорода

Относительно сигнала, поступающего от датчика, блок управления регулирует состав ТВС, стараясь приблизить её к стехиометрической. Напряжение, поступающее от лямбда-зонда, ежесекундно меняется по несколько раз. Это даёт возможность регулировать состав топливной смеси независимо от режима работы ДВС.

По количеству проводов можно выделить несколько типов циркониевых устройств:

  1. В однопроводном датчике существует единственный сигнальный провод. Контакт на массу осуществляется через корпус.
  2. Двухпроводное устройство оснащено сигнальным и заземляющим проводами.
  3. Трёх- и четырёхпроводные датчики снабжены системой нагрева, управляющим и заземляющим проводами к ней.

Циркониевые лямбда-зонды в свою очередь разделяются на одно-, двух-, трёх- и четырёхпроводные датчики

Титановый

Визуально похож на циркониевый. Чувствительный элемент датчика создан из диоксида титана. В зависимости от количества кислорода в выхлопных газах скачкообразно меняется объёмное сопротивление датчика: от 1 кОм при богатой смеси до более 20 кОм при бедной. Соответственно, меняется проводимость элемента, о чём датчик сигнализирует блоку управления. Рабочая температура титанового датчика — 700°C, поэтому наличие нагревательного элемента обязательно. Эталонный воздух отсутствует.

Из-за своей сложной конструкции, дороговизны и привередливости к перепадам температуры большое распространение датчик не получил.

Кроме циркониевых, существуют также кислородные датчики на основе двуокиси титана (TiO2)

Широкополосный

Конструктивно отличается от предыдущих 2 камерами (ячейками):

В камере для измерений с использованием электронной схемы модуляции напряжения поддерживается состав газов, соответствующий λ=1. Насосная ячейка при работающем моторе на обеднённой смеси устраняет лишний кислород из диффузионного зазора в атмосферу, при богатой смеси — пополняет диффузионное отверстие недостающими ионами кислорода из внешнего мира. Направление тока для перемещения кислорода в разные стороны меняется, а его величина пропорциональна количеству О2. Именно значение тока и служит детектором λ выхлопных газов.

Температура, необходимая для работы (не менее 600°C), достигается за счёт работы нагревательного элемента в датчике.

Широкополосные датчики кислорода детектируют лямбду от 0,7 до 1,6

Симптомы неисправности

Основными признаками, свидетельствующими о поломке кислородного датчика, считаются:

  • Повышенная токсичность выхлопных газов;
  • Нестабильная, прерывистая разгонная динамика;
  • Кратковременное включение лампы «CHECK ENGINE» при резком увеличении оборотов;
  • Нестабильные, постоянно меняющиеся холостые обороты;
  • Увеличение расхода топлива;
  • Перегрев катализатора, сопровождающийся потрескивающими звуками в его зоне при заглушённом моторе;
  • Постоянно горящий индикатор «CHECK ENGINE»;
  • Беспричинная сигнализация бортового компьютера о переобогащённой ТВС.

Нужно иметь в виду, что все эти отклонения могут быть симптомами и других поломок.

Длительность службы лямбда-зонда примерно 60-130 тыс. км. Причинами сокращения срока службы и поломки устройства может стать:

  • Применение при монтаже датчиков, не рассчитанных на высокие температуры герметиков (силиконовых);
  • Некачественный бензин (повышенное содержание этила, свинца, тяжёлых металлов);
  • Попадание масла в выхлопную систему в результате износа маслосъёмных колец или колпачков;
  • Перегрев датчика в результате некорректно выставленного зажигания, переобогащённой ТВС;
  • Множественные попытки завести мотор, приводящие к проникновению горючих смесей в систему выхлопа;
  • Нестабильный контакт, замыкание на массу, обрыв выходного провода;
  • Нарушение целостности конструкции датчика.

Способы диагностики кислородного датчика

Специалисты советуют проверять корректность работы лямбда-зонда каждые 10000 км пробега, даже если проблем в работе устройства не наблюдается.

Диагностику начинают с проверки надёжности соединения клеммы с датчиком и на наличие механических повреждений. Далее выкручивают лямбда-зонд из коллектора и осматривают защитный кожух. Небольшие отложения очищают.

Если в ходе визуального осмотра на защитной трубке датчика кислорода были выявлены следы сажи, сильные белые, серые или блестящие отложения, то лямбда-зонд следует заменить

Как проверить лямбда-зонд мультиметром (тестером)

Проверка датчика на работоспособность проводится по следующим параметрам:

  • Напряжение в нагревательной цепи;
  • «Опорное» напряжение;
  • Состояние нагревателя;
  • Сигнал датчика.

Схема подключения к лямбда-зонду в зависимости от его типа

Наличие напряжения в цепи подогрева определяют мультиметром или вольтметром в следующей последовательности:

  1. Не снимая разъём с датчика, включают зажигание.
  2. Щупы присоединяют к цепи подогрева.
  3. Показания на приборе должны совпадать с напряжением на аккумуляторе — 12В.

«+» идёт на датчик от аккумулятора через предохранитель. При его отсутствии прозванивают эту цепь.

«—» поступает от блока управления. Если он не обнаружен, проверяют клеммы цепи «лямбда-зонд — ЭБУ».

Замеры опорного напряжения проводятся теми же аппаратами. Последовательность действий:

  1. Включают зажигание.
  2. Замеряют напряжение между сигнальным проводом и массой.
  3. Прибор должен показать 0,45 В.

Для проверки нагревателя мультиметр выставляют в режим омметра. Этапы диагностики:

  1. Снимают разъём с устройства.
  2. Замеряют сопротивление между контактами нагревателя.
  3. Показания на разных кислородниках различные, но не должны выходить за пределы 2-10 Ом.

Важно! Отсутствие сопротивления говорит о разрыве в цепи нагревателя.

Вольтметр или мультиметр используются для проверки сигнала датчика. Для этого:

  1. Заводят двигатель.
  2. Прогревают его до рабочей температуры.
  3. Щупы прибора соединяют с сигнальным проводом и проводом массы.
  4. Обороты мотора увеличивают до 3000 об/мин.
  5. Следят за замерами напряжения. Должны наблюдаться скачки в диапазоне от 0,1 В до 0,9 В.

Если хотя бы при одной из проверок показатели разнятся от нормы, датчик неисправен и нуждается в замене.

Видео: проверка лямбда-зонда тестером

Проверка осциллографом

Главным преимуществом данной диагностики лямбда-зонда перед проверкой вольтметром и мультиметром является фиксация времени между однотипными изменениями выходного напряжения. Оно не должно превышать 120 мс.

Очерёдность действий:

  1. Щуп прибора подключают к сигнальному проводу.
  2. Мотор прогревают до рабочей температуры.
  3. Обороты двигателя повышают до 2000-2600 об/мин.
  4. По показаниям осциллографа определяют работоспособность кислородного датчика.

Диагностика осциллографом даёт наиболее полную картину работы лямбда-зонда

Превышение временного показателя или пересечение пределов напряжения нижнего 0,1 В и верхнего 0,9 В говорит о неисправном кислородном датчике.

Видео: диагностика датчика кислорода осциллографом

Другие способы проверки

Если в автомобиле есть бортовая система, то по сигналу «CHECK ENGINE», выдающему определённую ошибку, можно диагностировать состояние лямбда-зонда.

Перечень ошибок лямбда-зонда

Чтобы лямбда-зонд работал долго и эффективно, необходимо заправлять автомобиль только качественным топливом. Плановая и своевременная диагностика датчика кислорода поможет вовремя обнаружить его неисправность. Эта мера способна продлить срок эксплуатации не только самого датчика, но и катализатора.

ШЛЗ продолжение. Собираем показометр широкополосного лямбда зонда. — Nissan Laurel, 2.5 л., 1998 года на DRIVE2

Очень неудобно бегать в машину и постоянно менять штатный лямбда зонд на широкополосный для проверки, поэтому все делается очень медленно. Вварить вторую гайку еще не успел.Прибор что-то показывает ))).

Поженил его с Нистюном для наглядности.

Схема довольно сырая и капризная.Очень не хотел писать теорию про работу ШЛЗ, но немного все таки придется.Это устройство не из тех, что просто собрал по примеру и оно работает. Нет, так не получится и в работу датчика придется все таки вникать.Идея в том, что при стехиометрической смеси напряжение на ячейке Нернста = 0.45В. (см рисунок)И мы ШИМ выходом микроконтроллера стараемся создать на молекулярной помпе такое напряжение (а, если быть точным, ток), при котором в измерительной камере как раз будет эта стехиометрическая смесь и на ячейке Нернста будет те самые 0.45В. Для управления ШИМ служит алгоритм ПИД регулятора.Настройка ПИД регулятора, это вообще занятие не для слабонервных.Как его настраивать никто не знает ))). Поэтому мы меняем параметры методом подбора.

В результате, то у нас дикое перерегулирование и показания скачут от мин к макс, то наоборот, система становится такой тормозной, что пока дождешься этих пресловутых 0.45В…

И вот как только поймали, измеряем ток, который проходит через молекулярный насос и по таблице из даташита на Бош ШЛЗ находим конечную величину. Т.е. лямбду…И это только часть задачи… а ведь еще есть подогрев…

В результате нужно строить газовую лабораторию и готовить идеальную смесь )))

Но… Бош, как оказалось позаботился о нас и сделал специальную микросхему — интерфейс для своих же датчиков. Ее, кстати, ставят в ЭБУ автомобилей, что ездят с ЩЛЗ. Говорят, ее тяжело купить. Но в Китае есть все…

Вот примерная схема обвязки.Как видно, без микроконтроллера никак не обойтись, так как микросхема не управляет подогревом. И придется им управлять все таки с микроконтроллера. Микросхема с микроконтроллером общается по SPI (тоже придется разбираться). Но все таки, я думаю, что Бош сделали хорошую микросхему для своих датчиков и все заработает, как надо )))

На десерт заколхозил детонметр — прибор подключается к штатному датчику детонации и измеряет напряжение на нем (с максимальной частотой, как возможно). На фото 2.5В — видимо какое-то опорное напряжение с ЭБУ.Проверить сложно, т.к. очень не хочется принудительно пускать мотор в детонацию…

Собрал контроллер и дисплей к ШЛЗ Bosch — Honda Civic Hatchback, 2.0 л., 1999 года на DRIVE2

С февраля лежит новая широкополосная лямбда бош, но она нично не значит без контроллера. Давно была мысль попробовать собрать аналог innovate lc-1 или aem uego. Схем в интернете достаточно много, сам контроллер стоит копейки по деталям, самое дорогое это сама лямбда, которая есть))).Так же нужен дисплей, чтоб принимал линейный сигнал 0-5в с контроллера и переводил его в значения AFR. Давно подготовлены печатные платы, давно набраны детальки…но вот времени собрать и отладить никак не находилось. И все таки руки дошли. Итак схема простая так как в основе лежит контроллер ATMEGA 8, она же использвуется в показометре. Сама схема взята у америкосов с сайта разработчка waltech. Разработка эта opensourсe поэтому все желающие могут скачать прошивку, печатки и партлист. Так же с контроллера выходит сигнал в виде, котором дает обычная лямбда — подключается к мозгу, чтоб тот чек не зажигал, родную то лямбду мы выкидываем.Для чего это мне необходимо — куплен хондаверт для нормальной настройки гибрида. Осталось только купить шлз типа LC1, но так как сама лямбда есть, и руки с паяльником можно сказать единое целое)))) решил попробовать собрать сам…не получится купить готовое всегда успею.Итак на фото сама лямбда справа, контроллер с 2мя светодиодами и показометр слева. Левый светодиод это индикатор питания, правый это индикатор когда включается подогреватель лямбды, тут все рулится с контроллера, поэтому перегрев лямбды не произойдет и температура всегда поддерживается необходимая. При включении дисплей показывает 00.0, после прогрева лямбды контроллер начинает снимать показания с лямбды и выводит на показометр. На чистом воздухе AFR уходит далеко за 20, сам показометр умеет показывать с 0 до 20, больше нет необходимости 20 это очень очень бедная смесь, а 0 это считай чистое топливо. обычно AFR лежит в пределах 11-14.7. Поэтому контроллер при превышении AFR равного 20 начинает показывать 99,9 что означает превышение диапазона. Реакцию лямбды на газ из зажигалки можно увидеть на видео. Когда много газа то показывает 00,0 потом газ выветривается и показывает соотношение топливо/воздух. Стоимость всего контроллера не больше 350р, лямбда бош стоит в районе 2500р как то так. Innovate стоит около 7000р

Создание контроллера ШПЛЗ для контроля смеси своими руками.

Итак, так как я занимаюсь автотюнингом, меня иногда посещают мысли, по изготовлению мелких поделок для своего проекта. Например, задался целью, сделать на коленке контроллер для широкополосного лямбда-зонда. Рассказывать для чего это — не буду, в Интернетах и так много информации по этим приблудам. На рынке, существуют множество контроллеров, в том числе и с показометрами, но цель у нас другая: необходимо сделать мелкий проект, который можно внедрять в любые поделки. В моём случае — для подключения к MegaSquirt.

Сразу скажу, я не претендую на авторство, я просто взял всеми известный контроллер от открытого проекта Waltech WBO2, который доработал немецкий коллега, точнее уменьшил и убрал лишнее.

Ничего трудного, в сборке и поиске деталей нет, схема отлажена и работоспособна.

Прошивку для контроллера, можно скачать с официального сайта Waltech.

Ну а тут, можно заказать печатную плату недорого, я для Вас уже добавил проект, достаточно просто заказать на свой адрес и оплатить. Вроде около 15$ за 3 платки.

В приложении, всё необходимое для изготовления печатной платы, перечень деталек и естественно, принципиальная схема.


Смотрите также

     ico 3M  ico armolan  ico suntek  ico llumar ico nexfil ico suncontrol jj rrmt aswf