Содержание отчета

Наименование работы:________________________________________________

Цель работы:________________________________________________________

Задание:_________________________________________________________________________________________________________________________________

Перечень используемого оборудования: ____________________________________________________________________

Таблица 1.

Измеряемые параметры	Измеренные параметры	ТУ

Вывод:_________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольные вопросы

1.Назовите устройство дроссельного узла.

2. Назначение , устройство потенциометрического датчика.

3.Назовите признаки неисправностей датчика положения дроссельной заслонки.

4. Укажите типовые неисправности датчика положения дроссельной заслонки.

3. Нарисуйте осциллограмма напряжения выходного сигнала исправного датчика положения коленчатого вала индукционного типа .

Лабораторная работа №6 Диагностирование технического состояния датчика кислорода (лямбда-зонд).

Цель работы: изучить и освоить методы диагностирования технического состояния датчика кислорода (лямбда-зонд) с помощью осциллографа диагностическим комплексом «Автомастер».

Задание: провести диагностирование технического состояния датчика кислорода (лямбда-зонд) с помощью осциллографа.

Оборудование рабочего места:

1.Двигатель

2.Осциллограф диагностического комплекса «Автомастер».

Техника безопасности

41. К работе со стендом допускается студенты изучившие его устройство, принцип работы;

42. Подключение стенда осуществляется только при не работающем двигателе

43. Включать стенд в сеть 220 В в присутствии преподавателя;

44. Не заводить двигатель без разрешения преподавателя;

45. При работе двигателя не прикасаться к вращающим деталям и проводам высокого напряжения;

46. При работе стенда корпус должен заземлятся по средствам специальной жилы, питающего кабеля и разъема с заземляющим контактом;

47. При оперативно напряжении комплекса от сети осуществляется клавишей СЕТЬ или отключением от сети сетевого разъема;

48. Для работы с высоковольтной частью системы зажигания следует использовать диэлектрический захват

49. Для аварийной остановки двигателя диагностируемого автомобиля используется кнопка STOP

50. При подключении комплекса к автомобилю прокладку жгутов датчиков следует проводить таким образом, чтобы исключить их возможный контакт с вращающимися деталями двигателя, а также элементами выпускной системы.

Краткие теоретические сведения

Датчик кислорода (рис.1) предназначен для определения концентрации кислорода в отработавших газах, состав которых зависит от соотношения топлива и воздуха в смеси, подаваемой в цилиндры двигателя. Информация, которую выдает датчик в виде напряжения (или изменения сопротивления), используется электронным блоком управления впрыском (или карбюратором) для корректировки количества подаваемого топлива.

Рис.1.Устройство датчика кислорода:  1- металлический корпус с резьбой.  2 - уплотнительное кольцо.c 3 - токосъемник электрического сигнала. 4 - керамический изолятор. 5 - проводка. 6 - манжета проводов уплотнительная. 7 - токопроводящий контакт цепи подогрева. 8 - наружный защитный экран с отверстием для атмосферного воздуха. 9 - подогрев. 10 - наконечник из керамики. 11 - защитный экран с отверстием для отработавших газов.

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. 

Кислородные датчики бывают двух типов: электрохимические и резистивные. К первому относятся датчики на основе диоксида циркония (циркониевые), ко второму – датчики на основе оксида титана (титановые). Первый тип датчиков работает по принципу элемента, вырабатывающего электрический ток. Второй - работает, как резистор, изменяя свое сопротивление от условий среды, в которой находится. Наибольшее распространение в настоящее время получили электрохимические датчики кислорода. В них используется свойство диоксида циркония создавать разность электрических потенциалов (напряжение) при разной концентрации кислорода (в отработавших газах и окружающем воздухе).

Циркониевый зонд показан схематично на (рис. 2). Измерительный элемент, помещенный в поток отработавших газов, генерирует ЭДС, зависящую от их состава. Эту зависимость иллюстрирует( рис. 3) – она имеет «триггерный» характер. Иначе говоря, ЭДС зонда чрезвычайно резко меняется вблизи значения l=1,0 рабочей смеси в цилиндре двигателя, реагируя даже на очень слабые колебания состава в сторону обогащения или обеднения. Собственно измерительный элемент – это трубочка с одним закрытым концом (пальчиковый тип – см. рис. 2) или пластинка (планарный тип). Принцип работы один, разница только в конструкции .

Рис. 2. Схема циркониевого датчика кислорода: 1 – труба выпускной системы; 2 – корпус датчика; 3 – контактные площадки; 4 – керамический защитный слой; 5 – внешний и внутренний электроды; 6 – керамическая основа (ZrO2 и Y2O3). US – выходное напряжение.

Рис. 3. «Триггерный» характер зависимости напряжения зонда от коэффициента избытка воздуха в рабочей смеси. Вблизи значения коэффициента 1,0 напряжение зонда очень резко, почти скачком, меняется в пределах примерно 0,1–0,8 В.

Основная часть датчика - керамический наконечник, сделанный на основе диоксида циркония, на внутреннюю и наружную поверхности которого методом напыления наносится платина. Соединение наконечника и корпуса выполнено полностью герметичным во избежание попадания отработавших газов во внутреннюю полость датчика, сообщающуюся с атмосферой (рис.1). Керамический наконечник находится в потоке отработавших газов, поступающих через отверстия в защитном экране. На рис. 2 измерительный элемент (ИЭ) имеет напыление благородного металла – платины с внутренней и внешней сторон. Внутри же – «твердый электролит» (керамика) из смеси диоксида циркония ZrO2 и оксида иттрия Y2O3. Работает по принципу гальванического элемента с твердым электролитом: по достижении температуры 300–350°С керамика начинает проводить ионы кислорода (это минимально возможная температура функционирования ИЭ, тогда как при работе реального двигателя температура датчика около 600°С. Ограничена и максимальная рабочая температура – около 900–1000°С в зависимости от типа датчика, перегрев грозит его повреждением.)

Работа датчик кислорода. При работе двигателя концентрация кислорода внутри выпускной системы и снаружи ее, в окружающем воздухе, совершенно разная. Вот эта разница и заставляет ионы кислорода двигаться в твердом электролите, в результате чего на электродах ИЭ появляется разность потенциалов – сигнал датчика кислорода. Зависимость сигнала ИЭ от температуры показана на рис. 4: как видите, реакции на богатые и бедные смеси различаются очень сильно, но при падении температуры ниже 300°С разница постепенно уменьшается – эта зона уже нерабочая.

Рис. 4. Зависимость выходного сигнала зонда от температуры. Зона ниже 300°С – нерабочая: 1 – реакция на богатые смеси; 2 – реакция на бедные смеси.

Место установки датчика кислорода. В связи с тем, что датчик кислорода может вырабатывать электрический сигнал только при температуре 300-350°С и выше, датчики без нагревателя устанавливаются в выпускном трубопроводе ближе к двигателю (рис.5), а с нагревательными элементами - перед нейтрализатором.

Рис.5. Место установки датчика кислорода

В некоторых автомобилях в каталитическом нейтрализаторе установлен датчик температуры, который не следует путать с кислородным. Иногда устанавливается два кислородных датчика - до нейтрализатора и после не Современные датчики кислорода – с электроподогревом, которым управляет электронный блок управления двигателем, меняя ток нагревателя. (Соответственно, ЭБУ контролирует и исправность цепи нагревателя, что очень важно.) Датчики кислорода с различным количеством проводов: провод сигнала, провод "массы" сигнала, провод питания подогрева, провод "массы" подогрева. Датчики без нагревателя могут иметь один, или два сигнальных провода, датчики со встроенным электрическим нагревателем - три или четыре провода. Как правило, провода светлых цветов относятся к нагревателю, а темных - к сигнальному проводу. Титановые датчики. В их работе используется свойство оксида титана изменять свое сопротивление в зависимости от концентрации кислорода. Этому датчику связь с наружным воздухом не требуется. Рабочая температура значительно выше, чем у циркониевого, – начинается с 500°С. Выходная характеристика – на (рис. 6). Привлекает то, что сигнал этого датчика можно сразу (обойдясь без усиления) привязать к используемому в ЭБУ уровню +5 В.Здесь тоже резкий скачок напряжения выходного сигнала при колебаниях состава смеси около стехиометрического. Но в противовес циркониевому датчику низкий сигнал соответствует богатой смеси, а высокий – бедной.

Рис. 6. Характеристика титанового датчика кислорода.

Ресурс и периодичность контроля работоспособности. Датчики кислорода имеют неразборную конструкцию и не требуют обслуживания. Ресурс электрохимических датчиков кислорода составляет от 60 до 80 тыс. км пробега автомобиля при соблюдении условий эксплуатации, нарушение которых резко сокращает срок службы. Рекомендуется проверять датчики кислорода при каждом техническом обслуживании автомобиля.  Причины преждевременного выхода из строя датчика кислорода: 1. Применение этилированного бензина или несоответствующей марки топлива.  2. Использование при установке датчика герметиков, вулканизирующихся при комнатной температуре или содержащих в своем составе силикон.  3. Перегрев датчика из-за неправильно установленного угла опережения зажигания, переобогащения топливо-воздушной смеси, перебоев в зажигании и т. д.  4. Многократные (неудачные) попытки запуска двигателя через небольшие промежутки времени, что приводит к накапливанию несгоревшего топлива в выпускном трубопроводе, которое может воспламениться с образованием ударной волны.  5. Проверка работы цилиндров двигателя с отключением свечей зажигания.  6. Попадание на керамический наконечник датчика любых эксплуатационных жидкостей, растворителей и моющих средств.  7. Обрыв, плохой контакт или замыкание на "массу" выходной цепи датчика.  8. Негерметичность в выпускной системе.  Возможные признаки неисправности датчика кислорода:

1. Неустойчивая работа двигателя на малых оборотах. 2. Повышенный расход топлива.  3. Ухудшение динамических характеристик автомобиля.  4. Характерное потрескивание в районе расположения каталитического нейтрализатора после остановки двигателя.  5. Повышение температуры в районе каталитического нейтрализатора или его нагрев до раскаленного состояния.  6. На некоторых автомобилях загорание лампы "СНЕСК ЕNGINЕ" при установившемся режиме движения.  Контролируются следующие параметры: 1. при значении Лямбда=0,9 (обогащенная горючая смесь) напряжение на сигнальном проводе должно быть не менее 0,65 В; 2. при значении лямбда=1,1 (обедненная горючая смесь) напряжение на сигнальном выводе должно быть не более 0,25 В; 3. время срабатывания при обедненной горючей смеси - не более 250 мс; 4. время срабатывания при обогащенной горючей смеси - не более 450 мс; 5. сопротивление при температуре 350 + 50 "С не более 10кОм.

Бензиновому двигателю для работы требуется смесь с определенным соотношением воздух-топливо. Соотношение, при котором топливо максимально полно и эффективно сгорает, называется стехиометрическим и составляет оно 14,7:1. Это означает, что на одну часть топлива следует взять 14,7 частей воздуха. На практике же соотношение воздух-топливо меняется в зависимости от режимов работы двигателя и смесеобразования. Двигатель становится неэкономичным. Это и понятно!

Коэффициент избыточности воздуха - L (лямбда) характеризует - насколько реальная топливно-воздушная смесь далека от оптимальной (14,7:1). Если состав смеси - 14,7:1, то L=1 и смесь оптимальна. Если L < 1, значит недостаток воздуха, смесь обогащенная. Мощность двигателя увеличивается при L=0,85 - 0,95. Если L > 1, значит налицо избыток воздуха, смесь бедная. Мощность при L=1,05 - 1,3 падает, но зато экономичность растет. При L > 1,3 смесь перестает воспламеняться и начинаются пропуски в зажигании. Бензиновые двигатели развивают максимальную мощность при недостатке воздуха в 5-15% (L=0,85 - 0,95), тогда как минимальный расход топлива достигается при избытке воздуха в 10-20%% (L=1,1 - 1,2). Таким образом соотношение L при работе двигателя постоянно меняется и диапазон 0,9 - 1,1 является рабочим диапазоном лямбда-регулирования. В то же время, когда двигатель прогрет до рабочей температуры и не развивает большой мощности (например работает на ХХ), необходимо по возможности более строгое соблюдение равенства L=1 для того, чтобы трехкомпонентный катализатор смог полностью выполнить свое предназначение и сократить объем вредных выбросов до минимума.

Порядок проведения работы

Рис.7.Схема подключения датчика кислорода