Міністерство освіти і науки україни

ВІННИЦЬКИЙ КОЛЕДЖ НУХТ

Інструкція до лабораторної роботи 6

ДІАГНОСТУВАННЯ СИСТЕМИ ЛЯМБДА-РЕГУЛЮВАННЯ МЕТОДОМ ОСЦИЛОСКОПІЇ

з навчальної дисципліни

"Комп'ютерна діагностика автомобілів"

Розробив викладач Ю.Ю. Кукурудзяк

Розглянуто і схвалено на засіданні циклової комісії “Автомеханічних дисциплін”

Протокол № ___ від "___"________ 200 р.

Голова комісії

Ю.Ю. Кукурудзяк

В і н н и ц я - 2 0 0 8 р.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 6

Тема роботи:	Діагностування системи лямбда-регулювання методом осцилоскопії
Мета роботи:	Придбати практичні навички в діагностуванні двигуна за допомогою комп’ютерного діагностичного стенду.
Зміст роботи:	Діагностування системи лямбда-регулювання. Діагностування датчика лямбда-зонд

Матеріально-технічне оснащення робочого місця:

• стенд комп’ютерної діагностики автомобілів;

• двигун автомобіля з електронною системою впорскування бензину;

• датчики системи керування двигуном, зняті з автомобіля;

• комбінований мультиметр;

• набір інструментів та пристроїв.

Теоретичні відомості

У сучасних системах керування упорскуванням палива чи не головну роль виконує датчик вмісту кисню у вихлопних газах (Oxygen Sensor). Його називають лямбда-зонд або О₂-датчик, (іноді - датчик вихлопу). Відомі два типи датчиків кисню. В одному з них чуттєвим елементом є диоксид цирконію ZrО₂, у другому - диоксид титану ТіО₂. Обидва типи датчиків реагують на парціальний тиск кисню.

Цирконієвий датчик (рис. 2) має два електроди - зовнішній 4 і внутрішній 5. Обидва електроди виконані з пористої платини або її сплаву і розділені шаром твердого електроліту. Електролітом є диоксид цирконію ZrО₂ з додаванням оксиду ітрію Y₂O₃ для підвищення іонної провідності електроліту. Середовище, що оточує внутрішній електрод, має постійний парціальний тиск кисню. Зовнішній електрод омивається потоком відпрацьованих газів у випускній системі двигуна з перемінним парціальним тиском кисню. Іонна провідність твердого електроліту, що виникає внаслідок різниці парціальних тисків кисню на зовнішньому і внутрішньому електродах, обумовлює появу різниці потенціалів між ними.

При низькому рівні парціального тиску кисню і відпрацьованих газах, коли двигун працює на збагаченій суміші ( <1), датчик, як гальванічний елемент, генерує високу напруга (700-1000 мВ). При переході на збіднену суміш ( >1) парціальний тиск кисню у відпрацьованих газах помітно збільшується, що приводить до різкого спадання напруги на виході датчика до 50-100 мВ. Таке різке спадання напруги датчика при переході від збагаченої до збідненої суміші дозволяє визначити стехиометричний склад суміші з похибкою не більш ±0,5 %.

Рис. 1. Схема цирконієвого датчика кисню ( - зонда):

1 - електропровідне ущільнення, 2 - корпус, 3 - твердий електроліт 4,5- зовнішній і внутрішній електроди

Рис. 2. Характеристика цирконієвого датчика кисню

К онструкція датчика кисню на основі діоксида цирконію показана на рис.3.

Рис. 3. Цирконієвий датчик кисню:

1 - металевий корпус, 2 - ущільнення, 3 - сполучний кабель 4 - кожух, 5 - контактний стрижень, 6 - активний елемент із двоокису цирконію, 7 - захисний ковпачок із прорізами

Конструкція датчика кисню на основі діоксида титана показана на рис. 4.

Принцип роботи датчика кисню на базі діоксида титана ТіО₂ оснований зміні електропровідності ТіО₂ при зміні парціального тиску кисню у випускній системі. Паралельно чуттєвому елементу 1 датчика підключений термістор для компенсації впливу температури на опір з'єднання ТіО₂.

Рис. 4. Датчик кисню на основі ТіО₂:

1 - чуттєвий елемент, 2 - металевий корпус 3 - ізолятор, 4 - вхідні контакти, 5 - ущільнення, 6 - захисний кожух

Як видно з назви датчика, його завдання полягає в тім щоб перетворювати інформацію про вміст кисню у вихлопних газах у електричний сигнал, що, у свою чергу, зчитується електронним блоком керування двигуном (ЕБК).

У сучасних ДВС оптимальною повітряно-паливною сумішшю вважається суміш з співвідношенням 14.7 частин повітря до 1 частини бензину. Співвідношення повітря і палива в складі паливної суміші визначається електронним блоком по отриманих сигналах датчиків, установлених на двигуні. Якість же приготовленої суміші перевіряється ЕБК по сигналах, введеного в зворотний зв'язок, датчика О₂. При зайво збагаченій або збідненій паливній суміші, ЕБК коректує її готування з урахуванням показань лямбда-зонда.

Так як датчик О₂ виконує в системі упорскування палива одну з основних функцій, робота двигуна багато в чому залежить від його справного стану.

Лямбда зонд включений у контур зворотного зв'язку системи регулювання і показує відхилення складу суміші від стехиометричного. На малюнку 3. представлений графік зміни напруги на виході цирконієвого лямбда зонда. Якщо суміш багата, то лямбда зонд видає підвищену напругу, якщо бідна те напруга мала. ЕБК, приймаючи сигнал з лямбда зонда, аналізує склад суміші, і в залежності від складу збільшує або зменшує кількість палива, намагаючись витримати стехиометричний коефіцієнт 1.0.

Фізично, лямбда зонд вкручений у випускний колектор. Існують кілька різновидів: з електричним підігрівом (ВАЗ-2110), з підігрівом від картерних газів (OPEL), з резистором (Ford), і т.д. Особливістю лямбда зонда є те, що він має високий вихідний опір. Якщо вимірювати напругу на цьому датчику, за допомогою тестера, з низьким вхідним опором, то тестер своїми вхідними ланцюгами зашунтує вихід лямбда зонда. Знімання сигналу краще робити при дискретизації 16 мкС.

Умови працездатності датчика вмісту кисню у вихлопних газах:

1. Забезпечення герметичності вихлопного тракту і безпосередньо місця установки датчика. При заміні датчика, що вийшов з ладу, необхідно змастити його різьбу спеціальною струмопровідною змазкою для запобігання заклинювання. Не варто застосовувати для цього стандартні змащення, тому що вони не є струмопровідними а різьбова частина датчика є для нього електричним контактом. Неякісний контакт (або контакт із великим опором) приведе до неправильної роботи лямбда-зонда. У деяких конструкціях передбачена установка герметизуючої шайби. Найчастіше ці шайби є одноразовими і при демонтажі датчика підлягають заміні.

2. Вважається неприпустимим попадання на корпус датчика гальмівної, охолоджуючої рідини та інших реактивів. Не слід застосовувати для очищення його поверхні які-небудь розчинники й активні миючі засоби.

3. У зв'язку з малими робочими струмами, повинні бути забезпечені належні контакти в роз’ємах електричного кола датчика.

4. Істотно знизити ресурс лямбда-зонда може застосування палива, до складу якого входить високий зміст свинцю (етилований бензин).

5. До виходу з ладу датчика може привести перегрів його корпуса. Перегрів може відбутися через неправильно встановлений кут випередження запалювання або сильно збагаченої паливної суміші. У свою чергу, паливна суміш може бути збагачена через забитий повітряний фільтр, несправний регулятор тиску палива в системі, непрацюючий датчик температу­ри охолоджуючої рідини й ін.

Функціонально лямбда-зонд працює, як перемикач і видає напругу вище граничного (0.45V) при низькому вмісті кисню у вихлопних газах (суміш збагачена). При високому рівні кисню (суміш збіднена) – датчик знижує цю напругу. При цьому, важливим параметром є швидкість переключення датчика. У більшості систем упорскування палива λ-датчик має вихідну напруга від 40-100 мВ до 0.7-1 В. Тривалість фронту (час зростання напруги від мінімальної до максимальної) повинна бути не більш 120 мСек.

Діагностування лямбда-датчика за допомогою осцилографа

1. Перевірку роботи датчика вмісту кисню у вихлопних газах варто проводити на прогрітому двигуні і частоті обертання колінчатого вала в межах – Х.Х. …1200 об/хв. Щуп осцилографа необхідно підключати до сигнального проводу датчика не відключаючи датчик від контролера.

Ознакою несправного лямбда-зонда може служити підвищення витрати палива і погіршення динаміки автомобіля, при цьому можливий нестійкий холостий хід двигуна.

2. Сигнал нормально працюючого лямбда-зонда на прогрітому двигуні, що працює на X.X. Тут і далі навмисне показані тільки амплітудні характеристики сигналу, тому що часові параметри на різних системах і двигунах можуть мати істотні розходження.

3. Вихідний сигнал ще працюючого, але з великим терміном служби і практично забитого датчика О₂. Дана осцилограма зафіксувала падіння амплітуди вихідного сигналу нижче 0 В, що говорить про несправності датчика. Дана несправність датчика найчастіше фіксується системою само діагностики і на приладовій панелі загоряється лампочка "CHECK ENGINE", що сигналізує про несправності.

4. Найбільш поширена "хвороба" датчиків вмісту кисню у вихлопних газах, що виражена в уповільненій його реакції. Час фронту сигналу (t) значно перевищує 120мСек. Дана несправність датчика неминуче викликає збільшення витрати палива і помітне зниження динаміки автомобіля, а система само діагностики її не зафіксує, тому що даний параметр не відслідковується контролером.

5. Повністю несправний датчик О₂. Несправності які не фіксуються контролером ("CHECK ENGINE".), тому що амплітудні значення сигналів не виходять із заданого для них діапазону. У більшості систем упорскування палива несправності датчиків можуть бути зафіксовані тільки при виході їхнього сигналу з цього заданого діапазону. Частіше всього це 0 або більше 1В. Таким чином, однозначно фіксується тільки повна відсутність сигналу і його мінусове значення, у цих випадках помилка індукується лампою "CHECK ENGINE". Однак, варто помітити, що в деяких ЕСКД передбачена можливість діагностики і виявлення несправності по непрямих ознаках (співвідношення показань датчика швидкості автомобіля або датчика положення колінчатого вала, датчика положення дросельної заслінки, витратоміра повітря й ін.). У цих випадках індикація "СЕ" може бути включена. При виявленні несправності датчика, контролер переходить у режим керування упорскуванням по усереднених параметрах і завищує збагачення паливної суміші в порівнянні зі звичайним її складом (-1:14.7).

6. Ресурс датчика вмісту кисню у вихлопних газах в середньому складає від 30 до 70 тис.км. і в значній мірі залежить від умов експлуатації. Довше служать, як правило, датчики з підігрівом. Робоча температура для них як правило 315-320°С. У конструкцію цих датчиків включений нагрівальний елемент, що має свої контакти в електричному роз’ємі. Перевірку працездатності нагрівального елемента таких датчиків можна проводити звичайним омметром. Їх опір складає від 3 до 15 Ом.

7. Демонтаж несправного лямбда-зонда варто робити при температурі двигуна близько 50°С, у противному випадку, через заклинювання, великий ризик зірвати різьбу. Перед тим, як приступати до демонтажу, необхідно при виключеному запалюванні від’єднати роз’єм датчика. На деяких автомобілях, щоби зняти датчик О₂, необхідно демонтувати захисний кожух випускного тракту.

8. В більшості, подібні по конструкції датчики є взаємозамінними. Можлива і заміна датчиків, що не підігріваються на датчики, що підігріваються (зворотна заміна не рекомендується). Однак часто виникає проблема несумісності роз’ємів і відсутності додаткових проводів живлення для підігрівального елемента. При цих замінах можна самостійно прокласти додаткові проводи і підключити підігрівник до реле запалювання або реле електробензонасоса. При цьому варто враховувати, що струм споживання підігрівника може складати до 8-12А.