ДМИТРИЙ СПЛОШНОВ,
АЛЕКСЕЙ КРЫЛОВ
|
Ушло то время, когда, открыв капот какой-нибудь иномарки, водитель или механик произносили с уважением: «Инжектор..!» Сегодня электронными системами управления двигателем никого не удивишь, ведь ими оснащаются все большее число отечественных автомобилей. Теперь и мы не лыком шиты - слышали и про блоки управления, и про датчики, и про все такое прочее. Хотя опыта в этих делах еще не у всех хватает. Особенно в тех случаях, когда нарушения в работе двигателя вызваны неисправностью кислородного датчика. Кислородный датчик, он же лямбда-зонд, EGO - (exhaust gas oxygen) или просто oxygen sensor, был разработан и внедрен в массовое производство автомобилей еще в конце 70-х годов. Вызвано это было ужесточением экологических требований к токсичности выхлопных газов.
В те времена повсеместно начали устанавливать на автомобили каталитические нейтрализаторы. А для эффективного снижения выбросов токсичных веществ стало необходимо строго поддерживать перед нейтрализатором определенный состав выхлопных газов.
Зачем нужен кислородный датчик? Как известно, полное сгорание топлива в двигателе осуществляется при коэффициенте избытка воздуха l, равном единице. При таком значении l, называемом стехиометрическим, на 1 кг подаваемого в двигатель топлива необходимо приблизительно 14,7 кг воздуха. Именно при этом соотношении «воздух/топливо» можно в нейтрализаторе «убить» сразу трех «зайцев» - одновременно и резко снизить выбросы CO, CH и NOх (см. «АБС-авто», № 10, 1998г.).
Но как обеспечить поддержание l=1 на разных режимах работы двигателя, да еще с точностью не хуже 1%. Точно настроить систему управления двигателем? Вряд ли это удастся, тем более, что любое, даже самое небольшое изменение условий работы двигателя (температура, давление, влажность воздуха, температура деталей, степень их износа или загрязнения и т.д.) легко может привести к нарушению регулировок.
Короче, блок управления не сможет просто так, по входным параметрам двигателя (частота вращения, положение дроссельной заслонки, давление, температура и т.д.), точно дозировать подачу топлива. И не поймет он, почему это вдруг, при всех исправных системах, качество топливовоздушной смеси отклонилось от заданного. И уж тем более не вернет его обратно к значению l=1.
Получилось, что нужен еще один параметр, по которому блок управления скорректирует подачу топлива в нужную сторону. Другими словами, блоку управления нужна обратная связь: при изменении какого-либо выходного параметра двигателя, связанного с составом смеси, подача топлива корректируется, причем так, чтобы выходной параметр вернулся к исходному значению.
Что измерять на выходе, нашли быстро: количество кислорода в выхлопных газах. Очевидно, при богатой смеси кислорода там почти не останется - он практически весь пойдет на окисление топлива. А вот как только смесь станет бедной, кислород появится, и чем беднее смесь, тем его будет больше.
Значит, чтобы держать l=1, достаточно определить содержание кислорода в выхлопных газах. Если мало, подачу топлива надо уменьшить, много - наоборот, увеличить. Для решения этой задачи пришлось сконструировать специальный датчик - кислородный, и установить его в выхлопной системе между двигателем и нейтрализатором.
Как устроен кислородный датчик? Кислородный датчик большинства автомобилей представляет собой гальванический элемент, генерирующий электрическое напряжение под воздействием кислорода на поверхности его электродов. Внешний и внутренний электроды, контактирующие соответственно с выхлопными газами и окружающим воздухом, изготовлены из платины и разделены слоем твердого электролита из двуокиси циркония ZrO2.
Рабочая поверхность датчика защищена от выхлопных газов пористым слоем керамики, предотвращающим эрозию платины, и закрыта защитным колпачком с прорезями для вентиляции.
Датчик реагирует на свободный кислород, содержащийся в выхлопных газах и окружающем воздухе. При чуть обогащенной смеси (l=0,98) напряжение на выводах датчика составляет 700-1000 мВ (0,7-1,0 В). Небольшое обеднение смеси (l=1,02) вызывает скачкообразное падение напряжения до 50-100 мВ. Такая «релейная» характеристика датчика прекрасно сочетается с линией обратной связи системы управления двигателем.
Аналогичную характеристику имеют датчики кислорода на основе двуокиси титана TiO2, с той лишь разницей, что у этих датчиков изменяется не напряжение, а сопротивление. Правда, титановые датчики не получили пока широкого распространения.
При работе двигателя на установившихся режимах система управления с контуром обратной связи все время регулирует качество смеси, при этом l непрерывно изменяется от значений 0,97-0,98 до 1,02-1,03. Колебания l и соответствующие им колебания выходного напряжения кислородного датчика говорят о нормальной работе и датчика, и всей системы управления в целом.
Правда, работать кислородный датчик начинает только при прогреве до температуры 300-400oС. При меньшей температуре его выходное напряжение оказывается слишком низким.
Первые датчики, появившиеся еще в 70-х годах, были однопроводными, с «массой» на корпусе, и достигали рабочей температуры, нагреваясь от выхлопных газов. Очевидно, для прогрева датчика требуется определенное время, в течение которого сигнал датчика заменяется в блоке управления постоянным «опорным» напряжением (например, режимы пуска и прогрева двигателя). При этом система управления работает по сигналам от других датчиков, не учитывая сигнал от кислородного датчика.
Условия установки однопроводных датчиков должны соответствовать определенному температурному режиму работы выхлопной системы. Например, слишком близкое расположение датчика к выпускному коллектору или непосредственно на нем может привести к перегреву и быстрому выходу датчика из строя. Напротив, расположение датчика слишком далеко от коллектора требует большего времени на прогрев и в некоторых случаях даже может привести к сбою в работе системы управления.
К концу 80-х годов дальнейшее ужесточение норм токсичности выхлопа привело к созданию кислородных датчиков со встроенным подогревом (HEGO-Heated EGO sensor). Такое решение позволило достигать рабочей температуры за очень короткое время независимо от температуры выхлопных газов. Кроме того, стало возможным разместить датчик на большом удалении от выпускного коллектора, повысив тем самым его надежность и долговечность. В результате появились двух-, трех- и четырехпроводные кислородные датчики.
Тем не менее отказы кислородных датчиков случаются совсем не редко. Когда датчик неисправен Отказ кислородного датчика приводит к повышению расхода топлива и падению мощности двигателя. Почему так происходит, разобраться нетрудно. В блоке управления есть схема, контролирующая правильность работы датчика кислорода. При отсутствии его сигнала на прогретом двигателе блок управления начнет регулировать время открытия форсунок по сигналам других датчиков. Состав смеси уже не будет оптимальным, и двигатель, скорее всего, заметно потеряет в экономичности. Правда, добраться до дома или ближайшей СТО можно. Хотя при этом расход топлива легко может возрасти на 3-5 л/100 км по сравнению с паспортными нормативами - в зависимости от внешних условий, режима движения и особенностей конкретной системы управления.
При отказе кислородного датчика, так же как и при неисправности других компонентов системы управления, на панели приборов зажигается лампа Check Engine, а в память блока записывается соответствующий код неисправности (на некоторых автомобилях лампы может и не быть).
Существует несколько кодов, указывающих на неисправность кислородного датчика, - все зависит от фирмы-изготовителя и модели системы впрыска. Так, например, «фордовская» система EEC 1997 года передает и регистрирует через модуль РСМ обрыв в цепи кислородного датчика или отсутствие сигнала, обрыв встроенного подогревателя, обедненную и обогащенную топливовоздушную смесь.
В первых двух случаях после проверки соединений и проводов неминуема замена датчика, а причину остальных неисправностей придется искать в других компонентах системы управления. Обычно кислородный датчик вполне способен работать не менее 80-90 тыс. км. И когда дело доходит до его замены, особенно досрочной, желательно проанализировать причины выхода из строя - иначе неисправность может повториться.
Почему кислородный датчик вышел из строя? Причин отказов немало. И способствуют этому условия работы датчика, которые благоприятными назвать никак нельзя. На досрочный выход датчика из строя может повлиять несоответствие качества применяемого масла (по классификации API), добавка в топливо моющих присадок или даже применение дешевых герметиков при ремонте двигателя.
И все же самая распространенная причина преждевременной «кончины» - использование этилированного бензина или вообще горючей «микстуры» неизвестного происхождения. Хотя в подобных условиях не только датчику, но и всему двигателю может не поздоровиться: помимо разного рода «хрюкания» и «мяукания», характерных для работы на коктейлях типа «солярка с 76-м бензином», двигатель напоследок может еще и «крякнуть».
На следующем месте - холодный пуск двигателя на сильном морозе. Судите сами: после многократных неудачных попыток запуска свечи зажигания залиты бензином. А куда еще попадет бензин? В выхлопную систему, прямиком к кислородному датчику. Но нагревательный элемент вполне мог уже прогреть датчик, что называется, докрасна. И тогда не миновать ему эффекта «банного камня», против которого керамика вряд ли устоит - скорее всего рассыплется.
Наконец, где-то на последнем месте окажутся механические повреждения датчика. Например, при ударе о препятствие. Хотя неквалифицированный монтаж - тоже не такая уж редкая причина преждевременного выхода датчика из строя. Поэтому совершенно нелишне знать...
Как правильно заменить датчик Вообще отворачивать кислородный датчик без особой необходимости не рекомендуется - даже незначительные механические напряжения, возникающие при этом в корпусе датчика, могут ускорить его выход из строя. Замену старого датчика на новый желательно производить на прогретой системе выпуска. Иначе можно повредить резьбовое отверстие. А тогда ремонт резьбы, учитывая плохой доступ к месту установки датчика, можно будет выполнить лишь после демонтажа системы выхлопа. При замене надо стараться избегать разных случайностей. К примеру, когда новый датчик случайно падает на бетонный пол, его дальнейшая судьба, скорее всего, сложится по принципу «как повезет».
Если точно установлено, что датчик вышел из строя, самое простое и правильное - купить новый. Но иногда приходится принимать в расчет и экономические соображения. Для многих иномарок цена кислородного датчика весьма высока - 100-200 долл. США. В то же время ВАЗовский четырехпроводный датчик в десять (!) раз дешевле. И прекрасно подходит ко многим моделям BMW, VW и Opel, а при изменении схемы подключения прогрева - и на Ford. Если же предстоит замена сразу двух датчиков в раздельной системе выхлопа V-образного мотора, то можно сэкономить долларов этак 350 - есть над чем задуматься!
Подключить ВАЗовский датчик совсем нетрудно: фиолетовый провод с датчика - к черному штатному, два темно-коричневых с датчика - к белым штатным, а светло-коричневый - к серому штатному. Соединять провода необходимо трубчатой клипсой, т.к. пайке провода не поддаются. Места соединений не следует собирать в одном месте, лучше их располагать со смещением по длине на отрезке в 15-20 см.
Перед подключением нужно обязательно обратить внимание на сопротивление нагревателя. У ВАЗовского датчика оно составляет 3,8-4,0 Ом, что является средним значением для большинства европейских машин. А вот если сопротивление нагревателя штатного датчика заметно больше, к примеру, 11-16 Ом, то лучше огород не городить и использовать только штатный новый датчик.
У некоторых «японцев» свои «заморочки». Так, Toyota иногда ставит сразу два очень похожих датчика кислорода. Один, с малым числом отверстий на колпачке, отвечает за бедную смесь и экономичные режимы работы двигателя. Другой, с большим числом отверстий, готовит богатую смесь для мощностных режимов. Ошибочная замена одного датчика на другой, очевидно, ни к чему хорошему не приведет
|
Схема системы управления двигателем с контуром обратной связи по составу смеси (l). Входные параметры: aдр - положение дроссельной заслонки; n - частота вращения; Gв - расход воздуха; Po,tо - давление и температура окружающей среды; tдв - температура охлаждающей жидкости; Pк - давление во впускном коллекторе.
Выходные параметры: Gт - расход топлива (длительность импульсов на форсунках); Qоз - угол опережения зажигания.
Все датчики кислорода похожи, но отличаются количеством выводов и схемой их подключения:
а) однопроводный с массой на корпусе;
б) двухпроводный с подогревом и общей массой на корпусе;
в) трехпроводный с вынесенной массой подогрева и массой на корпусе для сигнала;
г) четырехпроводный с вынесенной массой подогрева и продублированной массой сигнала.
|
 |
| Зависимость выходного напряжения датчика на основе ZrO2 от состава смеси имеет «релейный» характер. |
 |
| При работе двигателя выходное напряжение датчика колеблется вместе с колебаниями состава смеси вблизи l=1. |
 |
| Схема системы управления двигателем с контуром обратной связи по составу смеси (l) |
 |
| После работы на этилированном бензине керамическая рабочая часть датчика изменила цвет (справа). Длительная работа на подобном топливе часто приводит к выходу датчика из строя. |
|
