Home ] Up ] ABS ] Catalizator ] InjSystem ] Tools ] [ O-2 ] On-BoardDiagnostic ] Spark ] u ]

The Oxygen Sensors (O2S)

 

Content on this page requires a newer version of Adobe Flash Player.

Get Adobe Flash player

Контакты чувствительного элемента (стрелки). На дальнем плане нагреватель.С наиболее подробным, полным описанием практически всех вариантов реализации датчиков кислорода, в том числе "широкополосных" датчиков состава смеси (Oxygen Sensors, Sensors Lean Mixture, Wide Range Air/Fuel Ratio Sensors) можно ознакомится в этой брошюре autodata.ru/old/legion/2169.htm и в WEB-варианте ее отредактированных и дополненных глав - в статьях:  http://alflash.com.ua/story.htm.

Как известно, для   правильной работы бензинового двигателя требуется определенное соотношение между объемами поступающего топлива и воздуха. Соотношение 14,7:1 (14,7 кг воздуха на 1 кг бензина) теоретически является наиболее оптимальным по критерию полного сгорания и называется коэффициентом избытка воздуха λ = 1 (рис.1). Назначением электронной системы управления подачей топлива является поддержание этого соотношения в пропорции, наиболее соответствующей температурным условиям, нагрузке на двигатель, достаточной динамике разгона, требованиям экономичности и защиты окружающей среды.

Коэффициент избытка воздуха λ, определяются так называемым Лямбда-зондом (Oxygen Sensors, O2 Sensor, Lambda, ЛЗ), который расположен в выпускном коллекторе. При  λ=1 смесь является оптимальной (рис.2). В современных автомобилях после катализатора установлен дополнительный датчик для учета "старения" основного и для анализа состояния катализатора. В зависимости от выходного напряжения Oxygen Sensors, ECM (Electronic Control Module) корректирует параметры топливно-воздушной смеси.

При прогретом двигателе и исправной инжекторной системе, ECM находится в замкнутой системе регулирования Closed Loop Mode, т.е. в режиме с замкнутой обратной связью по напряжению датчика (Oxygen Sensors). При этом ECM постоянно отслеживает  выходное напряжение зонда: При повышении его напряжения - уменьшает время открывания форсунок. При слишком бедной смеси (низком выходном напряжении зонда) - несколько увеличивает.

При неисправном зонде ECM переходит в режим, при котором его  показания не учитываются для определения параметров топливно-воздушной смеси, т.е. режим без обратной связи по выходному напряжению датчика содержания кислорода - "Open Loop" (OL).

Прим.Т.е. в данном случае Closed надо переводить НЕ как "закрытый" (цикл), а как "замкнутый" (с  обратной связью по данным O2 Sensor}.

В современном автомобиле этот параметр (PID "FUEL SYS #1" or #2) может принимать следующие значения (статус):

- OL: Разомкнутый контур обратной связи из-за несоблюдения условий для его "замыкания". Отсутствует обратная связь по данным датчика(ов)

- CL: Замкнутый контур – подогреваемый(-е) кислородный(-е) датчик(-и) включен(-ы) в цепь обратной связи для коррекции подачи топлива

- OL DRIVE: Разомкнутый контур, что обусловлено режимом движения (режим обогащения топлива при резком ускорении)

- OL FAULT: Разомкнутый контур из-за (при) обнаружения в системе неисправности

- CL FAULT: Замкнутый контур, но работа одного из подогреваемых кислородных датчиков, используемых для управления подачей топлива, нарушена.

Проверка возможности и результатов замены "штатного" зонда O2имитатором на двигателях 1G-GE, 3S-FE показали, что в лучшем случае ECM игнорирует "задурение своих мозгов" подачей на его вход  импульсов напряжения соответствующей частоты, амплитуды и длительности и от достаточно высокоомного источника сигналов.OxygenSensor

После подключении имитатора на соответствующий вход ECM поступают импульсы напряжения, НО совершенно не синхронно с его попытками изменять состав смеси. При подаче постоянного напряжения от внешнего источника (например, от параметрического стабилизатора на п/п диоде), изменения напряжения вообще НЕ ПРОИСХОДИТ! Т.е. ECM вообще "не видит" изменения состава топливной смеси, что должно происходить при отсутствии подачи топлива в режиме принудительного ХХ (в ситуации, при которой педаль газа отпущена, но обороты двигателя ещё большие).

Как следствие, в обоих случаях он переходит из режима "с обратной связью" в режим, при котором показания Oxygen Sensors не учитываются при управлении подачей топлива. Такая реакция ECM на имитатор характерна не только для Toyota, но и для инжекторных систем других производителей.

 

Циркониевый ЛЗ (Zirconia Oxygen Sensor) представляет собой керамический корпус, в котором установлены платиновые электроды. Один из них находится в потоке выхлопных газов, а второй в атмосфере.

При высокой температуре керамика ZrO2 легированная оксидом иттрия, является твердым электролитом, т.е. проводит ионы кислорода. Между платиновыми электродами  создается разность потенциалов, которая характеризует степень обогащения топливно-воздушной смеси (Рис.2). И которая пропорциональна разности количества кислорода в атмосфере и в отработанных газах.

Применение этилированного бензина в системах с Oxygen Sensors недопустимо, т.к. вызывает "отравление" материала чувствительного элемента датчика.

В наше время используются Oxygen Sensors с нагревателем. Активный  керамический элемент такого зонда имеет внутренний подогреватель, чтобы датчик был прогрет до рабочей температуры и его показания были достоверными даже при невысокой температуре отработанных газов.

Следует отметить, что некоторые неисправности ЛЗ (снижение чувствительности, уменьшение быстродействия) ECM прошлых лет не фиксировали. Поэтому и судить об исправности Oxygen Sensors можно было только после соответствующих инструментальных проверок, и не ограничиваясь только считыванием кодов самодиагностики.

Нынешние системы самодиагностики современных автомобилей в состоянии определить практически любые неисправности этих датчиков и на экране диагностического сканера можно просмотреть графики и численные значения десятка параметров определяющих их состояние.

Проверять выходное напряжение (осциллографом, тестером) необходимо подключаясь к сигнальному проводу зонда при работающем и прогретом двигателе. На рис.3 приведен график выходного напряжения (k4) кислородного датчика, скорости вращения двигателя (W2), времени открывания форсунок (t5) при ХХ двигателя. Заметно, что система функционирует при замкнутой обратной связи по выходному напряжения зонда ("closed mode"). ECM уменьшает время открывания форсунок при увеличении выходного напряжения ЛЗ (Oxygen Sensors). И наоборот, при бедной смеси - увеличивает подачу топлива.

 

O2_Output_Voltage at IdleРис.3

 Из выше сказанного следует, что в этом режиме НЕ ВОЗМОЖНА абсолютно достоверная проверка быстродействия (постоянной времени) датчика.

Время нарастания (как и время уменьшения) его выходного напряжения зависит не только и не столько от его динамических свойств, а от "программной" постоянной времени инжекторной системы. Т.е. от дискретности приращения длительности следующего управляющего форсункой импульса напряжения (или их количества -  Nissan). Проверка быстродействия зонда по его выходному напряжению возможна только при анализе его выходного напряжения после "принудительного холостого" хода или при Vf1-диагностике (практика) и теория. Пример методов полного "исследования" состояния.

Ресурс датчика содержания кислорода в выхлопных газах обычно составляет десятки тыс. км и в значительной степени зависит от условий эксплуатации. Снижение ресурса зондов провоцирует применение этилированного бензина, низкая кондиция маслосъемных колец или колпачков, попадание в выхлопную систему тосола или силиконового герметика. Сопротивление нагревательного элемента обычно составляет от 1.2...15 Ohm.

Признаком необходимости проверки Oxygen Sensors является повышение расхода топлива, увеличение содержания СО, ухудшение динамики разгона автомобиля, неустойчивый ХХ (Idle). При этом возможно считывание соответствующего кода неисправности при проверке результатов самодиагностики. Неисправность зонда может провоцировать выход из строя катализатора и /или быть причиной неправильного функционирования системы рециркуляции отработанных газов.

Возможна самостоятельная проверка состояния датчика и такая экспресс-проверка с помощью недорого самодельного устройства.

Проверка состояния зонда при диагностике причин неисправности топливной системы техническим персоналом СТО - обязательна. Но перед её проведением стоит узнать расценки на перечисленные ниже диагностические работы и справиться о достоверности её результатов.

"Круглые глаза" или уговоры исполнителей: "...а зачем Вам это проверять?" должны насторожить при оценке квалификации исполнителей и желании иметь с ними дело. Диагноз: "...у Вас "мертвая лямбда..." должен подтверждаться объективными параметрами и готовностью "ответить" за свой диагноз, а не просто "аргументом": "Я так вижу..." или другими аргументами порочной практики диагностики "на слух", "на нюх", "на глаз" , на "ощупь"!

Безответственная замена узлов "по кругу", в надежде, что клиент "устанет" платить и "отвалит" - сколь массовое, столь и недопустимое явление! Синдром "стынь-сервиса", увы, присущ не только "гаражному спецу ремонта на коленке", но и навороченным якобы "дилерским" СТО с весьма приличным прикидом, кофе для VIP-клиентов, но с уровнем качества работы и порядочностью исполнителей - ниже уровня плинтуса ;(

В wwwboards.auto.ru/toyota/429578.html пример когда проводится замена без дОлжной диагностики причин происходящего :-(((

 SENSOR OXYGEN, Toyota Part No. 89465-2205 & Part  No.89465-12050. 

Обращаю Ваше внимание на то, что перед изготовлением переходника для использования Лямбда-зонда BOSCH (фото) lexa38.narod.ru/lambda_k.html, изBosch 4-wires Heater Oxygen Sensorмерьте расстояние между центрами крепежных отверстий "родного" зонда. У верхнего зонда оно равно 44 мм, у нижнего 38 мм.

Прим. Наваривать гайку необязательно, толщины фланца вполне достаточно для нарезания полноценной резьбы М18х1.5 (примерно 5 "ниток").

Проверьте осциллографом выходное напряжение зонда при ХХ и при принудительном ХХ (т.е. при отпущенной педали газа, но достаточно больших оборотах двигателя, когда осуществляется "отсечка" подачи топлива) и сравните с графиками ниже. Вывод о необходимости замены Oxygen Sensors только на основании того, что "постоянно низкое его выходное напряжение при ХХ двигателя" - преждевременный. Это необходимое, но не достаточное условие замены. Например, при негерметичности впускного коллектора (т.н. "подсос воздуха"), двигатель будет работать на слишком бедной смеси, выходное напряжение зонда будет низким, но датчик при этом будет "не виноват".

Видео реальных данных реального датчика см. в http://alflash.com.ua/avtovideo/library_6/index.php ( логин: user  Пароль: user )

Если выходное напряжение зонда на ХХ двигателя постоянно больше 0,5...0,6 В, то необходимо проверить время открывания форсунок при ХХ, давление в топливной системе, датчик температуры двигателя,  датчик разрежения или потока воздуха, убедиться в герметичности форсунок. И, конечно, с помощью диагностического сканера проверить параметры топливной коррекции.

Если Oxygen Sensor с подогревом (3-х или 4-х контактный), то проверьте сопротивление его нагревателя  и напряжение его питания.

Если в результате проведенной диагностики окажется что неисправен зонд, то его необходимо заменить. Не исключен вариант неисправности катализатора или датчика его перегрева. Иногда причиной того, что не гаснет индикатор "Check Engine"("MIL") при заведенном двигателе, является небрежность технического персонала при проведении ремонтных работ. Например включение зажигания при снятом разъеме какого-нибудь узла инжекторной системы, в т.ч. и Oxygen Sensors. Выходное напряжение зонда можно проверить стрелочным вольтметром с достаточно высоким входным сопротивлением (minimum input inpedance 10 megohm)  или индикатором.

Положительный опыт замен "родных" Oxygen Sensors на "вазовские зонды" BOSCH LSH 25 0 258 005 133 (4-х контактные, 2 белых провода - подогрев, черный - сигнальный, серый - общий) и доступность их цены, позволяЛ рекомендовать этот вариант как альтернативу покупке "фирменного" Oxygen Sensor. По крайней мере, был риск потерять всего лишь 4 сотни русских рублей, а не 1-2 сотни американских...

Смотрите графики выходного напряжения зондов и практику их замены на двигателях Mazda, Mitsubishi, Toyota.

Датчики содержания кислорода в выхлопных газах ("точка зрения" ATRis v.5.0 IV кв. 2000 г.)

Mazda
323F (Z5 1.5L)

929 (JE 3,0L)

Nissan
Maxima (VQ30DE)
Primera (P10,P11,W10)

Mitsubishi
4G37 carb
4G63,4G92,4G93

Honda (5-wires HO2)

Toyota

При замене на  4-х контактный зонд необходимо один провод подогревателя и сигнальный "минус" (экран) надежно подключить к корпусу автомобиля. Второй провод подогревателя необходимо подключить к контакту, на котором всегда "+" после включения "IGN". Подключение к контакту "+" катушки зажигания нецелесообразно, т.к. некоторые системы используют дополнительные "гасящие" сопротивления в цепи питания катушки, а также из-за значительного увеличения токовой нагрузки на эту электрическую цепь при холодном подогревателе ЛЗ. Подключение к контактам топливного насоса иногда достаточно трудоемко. На мой  взгляд, стоит использовать контакт "IGN1,2" замка зажигания.

Обращаю Ваше внимание на то, что при использовании Oxygen Sensor from BOSCH следует сравнить сопротивления подогревателей. У "родных" оно иногда составляет примерно 12...15 Ом, а у bosch - значительно меньше (1,5...3 Ом). Я не уверен, что транзистор каждого ECM сможет это выдержать. Поэтому вместо нагревателя можно подключить реле (чтобы не возникала неисправность "обрыв подогревателя), через которое подается напряжение 12 В на подогреватель. Естественно, что для ограничения выбросов напряжения "противо-э.д.с." (электромагнитной обмотки) параллельно подключается обычный диод.

 

A/F Sensors (23767 bytes)Методика проверки состояния Лямбда-зондов, описание принципиальных отличий  титановых и циркониевых датчиков.

На этом форуме обсуждаются конкретные вопросы теории и практики диагностики кислородных датчиков.

А в этой теме вы можете ознакомиться с небольшим описанием их типов.

Параметры Oxygen Sensors BOSCH для инжекторной системы ВАЗ приведены в отдельной заметке.

С 1997 года в инжекторных системах автомобилей используется Wide Range AIR/FUEL Ratio Sensors.

The A/F sensor signal voltage varies accordingto the amount of oxygen sensors in the ehhaust stream (see figure). Unlike the signal voltage from a heated oxygen sensors (HO2S), the A/F sensors signal voltage increases as the air-fuel mixture leans and decreases as the air-fuel mixture richens. The signal voltage ranges from 0.48 to 0.80 volts(!) Besides, in a 1999 Camry voltage that corresponds with a specific A/F ratio is above  (to 4.0 Volts). While the vehicle runs in closed loop mode, the ECU uses the A/F sensor signal to lengthen or shorten the fuel injector pulse width until attaining a stoichiometric air-fuel mixture.Honda Lean Air Fuel Sensors (5 wires)

The A/F sensor containts a ECM-controlled heater. At start-up, the heater helps warm the A/F sensors to quickly operating temperature. With minimal exhaust gas flow, the heater keeps the A/F sensor from cooling down.
(The voltage shown on the a this sensor output voltage chart is what one would see if one were using the factory Toyota scan
tool to measure the A/F sensor parameter). This is not true! 

Описание других, в т.ч. "5-wires A/F Ratio Sensors" - можно найти в этой страничке

Photo of New Oxygen Sensors

Другие, т.н. "широкополосные датчики (Air/Fuel Ratio Sensor) на основе циркония, но более сложной конструкции и с другим алгоритмом измерения состава смеси.


to DTC P0136 of LX470 a 2007 (O2S2)
 

 Следует помнить, что современные кислородные датчики имеют более сложную (многослойную) конструкцию чувствительного элемента и, например, используют остаточный водород (для более точного определения содержания кислорода в выхлопных газах).

 

К вопросу o "восстановлении" HO2 Sensors

Эта статья о Sensor Lean Mixture (датчики обедненной смеси) снимет все вопросы о принципах работы и методах  проверки этих прародителей широкополосных датчиков состава топливной смеси. 

В этом разделе автофорума много других интересных матеоиалов.

Другие статьи о диагностике

 2000-2016 al tech page