Датчик концентрации кислорода
Рис. 3. Осциллограммы сигналов исправного (а) и неисправного (б) датчиков положения дроссельной заслонки
Нужен автомобильный мультиметр с режимом определения максимального и минимального значения сигнала или запоминающий осциллограф. ДПД следует проверять в следующих случаях:
• при получений соответствующих кодов неисправностей;
• при затрудненном пуске, неустойчивой работе или остановках двигателя на холостом ходу;
• при повышенном расходе топлива, детонации, обратной вспышке, задержках, провалах, подергивании двигателя и т.д.
6. Датчик концентрации кислорода
В современных автомобильных двигателях, снабженных системой впрыска топлива и каталитическим нейтрализатором, необходимо точно контролировать состав топливовоздушнои смеси (ТВ-смеси) и поддерживать коэффициент избытка воздуха на постоянном уровне (а = 1), чем обеспечиваются экономия топлива и уменьшение содержания токсичных веществ в выхлопе, для этого применяются датчики концентрации кислорода (ДКК), устанавливаемые в системе отвода выхлопных газов, вырабатывающие сигнал, зависящий от концентрации кислорода в выхлопе. При изменении концентрации кислорода в отработанных газах ДКК формирует выходное напряжение, которое изменяется приблизительно от 0,1 В (высокое содержание кислорода — бедная смесь), до 0,9 В (при низком содержании кислорода — богатая смесь). Для нормальной работы датчик должен иметь температуру не ниже 300 °С. Поэтому для быстрого прогрева датчика после пуска двигателя, в него встроен нагревательный элемент. Сигнал от ДКК используется в ЭБУ двигателя для коррекции длительности открытого состояния форсунок и поддержания тем самым стехиометрического состава топливовоэдушной смеси. Если смесь бедная (низкая разность потенциалов на выходе датчика), то в ЭБУ-Д вырабатывается команда на обогащение смеси. Если смесь богатая (высокая разность потенциалов) — дается команда на обеднение смеси.
В основном используются циркониевые и титановые датчики концентрации кислорода, работа которых основывается на том, факте, что их выходное напряжение остается постоянным (равным 0,45 В при а = 1), но может изменяться -скачком от 0,1 В до 0.9 В при изменении коэффициента избытка воздуха в диапазоне а = 0,99…11,1 при переходе через значение а = 1.
Имеется несколько разновидностей датчиков концентрации кислорода.
• Датчик одним потенциальным выводом и заземляемым корпусом. От потенциального вывода сигнал поступает в ЭБУ-Д. В качестве второго сигнального провода используется «масса» автомобиля;
• Датчик с двумя потенциальными выводами. Здесь измерительная цепь датчика не связана с «массой», а используется второй провод;
• Датчик с тремя выводами, на одном из которых — измерительный сигнал, два провода — для питания электронагревателя датчика. В качестве измерительной «земли» используется «масса» автомобиля;
• Датчик с четырьмя выводами. Здесь и нагреватель и датчик изолированы от «массы».
Диагностика датчика концентрации
Кислорода с помощью сканера
Процедура диагностирования следующая.
· Подключить сканер к диагностическому разъему автомобиля.
· В режиме холостого хода хорошо прогреть двигатель и датчик концентрации кислорода, затем поднять обороты до 2500 об/мин.
· Убедиться, что система управления двигателем работает в замкнутом режиме.
· Установить на сканере режим записи параметров ДКК и произвести запись.
· Просмотреть запись и определить параметры выходного сигнала датчика кислорода.
· При исправности системы подачи топлива и датчика ДКК, амплитуда сигнала должна равномерно колебаться с частотой 3 — 10 Гц (чем выше частота сигнала, тем надежнее работает система) при достоянной скорости вращений коленвала двигателя. Нижний уровень сигнала должен находиться в диапазоне 0,1 - 0,3 В, верхний — между уровнями 0,6 - 0,9 В. Фронты сигнала крутые.
Диагностика датчика концентрации кислорода
С помощью мультиметра
Используется цифровой мультиметр (лучше автомобильный) в режиме измерения постоянного напряжения с высоким входным сопротивлением. Подключение мультиметра к датчику кислорода показано на рис. 4.
Двигатель прогревают, система управления должна работать в замкнутом режиме, мультиметр покажет среднее значение напряжения на выходе датчика:
• если датчик не реагирует на изменяющуюся концентрацию кислорода в выхлопных газах, на его выходе" будет'тю-стоянное напряжение примерно 450 мВ. Однако вывод о неисправности датчика делать преждевременно, так как исправный датчик; с симметричным выходным сигналом даст выходной сигнал со средним значением напряжения 450 — 500 мВ;
• показания более 550 мВ означают, что большую часть времени напряжение на выходе датчика высокое, т.е. топливная система подает в двигатель богатую смесь, или датчик закоксован;
Рис. 4. Подключение мультиметра к датчику кислорода: 1 — сигнальный провод; 2 — провода нагревателя; 3 — датчик
• показания менее 350 мВ означают, что большую часть времени напряжение на выходе датчика низкое, т. е. топливная система подает в двигатель бедную смесь. Возможна утечка разрежения во впускном коллекторе или ограничена подача топлива через засорившиеся фильтр или форсунку. Если используемый мультиметр поддерживает режим определения максимального и минимального значений сигнала, результат будет более информативен (табл. 2).
Таблица 2
| Мин. напряжение, мВ | Макс. напряжение, мВ | Среднее значение, мВ | Комментрий |
| Меньше 200 | Больше 800 | 400—500 | Датчик исправен |
| Больше 200 | Любое | 400—500 | Датчик неисправен |
| Любое | Меньше 800 | 400—500 | Датчик неисправен |
| Меньше 200 | Больше 800 | Меньше 400 | Система работает «как бы» на обедненной смеси. Следует проверить наличие Поступления (подсасывания) воздуха в выпускной коллектор до датчика кислорода |
| Меньше 200 | Меньше 800 | Меньше 400 | Система работает на обедненной смеси. Следует добавить пропан (из переносного баллона с редуктором) через патрубок забора воздуха, чтобы проверить правильность реакции датчика кислорода на обогащение |
| Меньше 200 | Больше 800 | Больше 500 | Система работает на богатой смеси |
| Больше 200 | Больше 800 | Больше 500 | Система работает на богатой смеси. Следует отключить вакуумный шланг от штуцера задроссельной зоны впускного коллектора |
| Мин. напряжение, мВ | Макс. напряжение, мВ | Среднее значение, мВ | Комментрий |
9. Проверка датчика кислорода
с помощью осциллографа
Осциллограф является удобным средством для проверки датчика кислорода. Прибор подключается к выходу датчика, двигатель прогревается, система управления должна работать в замкнутом режиме. Осциллограмма для случая полной исправности датчика ДКК показана на рис. 5: колебания равномерные, максимальное напряжение больше 800 мВ, минимальное меньше 200 мВ, частота 0,5 — 10 Гц, фронты крутые.
Рис. 5. Сигнал исправного
Датчика кислорода
Рис. 7. Выходной сигнал датчика Рис. 6. Выходные сигналы датчика
кислорода при подаче пропанакислорода в различных режимах
На рис. 6 представлены осциллограммы выходного сигнала датчика кислорода при ускорении и торможении автомобиля на испытательном тормозном стенде. Топливная смесь соответственно обогащается или обедняется.
По осциллограмме выходного сигнала датчика кислорода можно проверить правильность работы системы управления двигателем в замкнутом режиме. Двигатель должен быть прогрет. Наблюдая за экраном осциллографа, следует подать немного пропана из баллона в воздухозаборник двигателя. Датчик отреагирует на обогащение смеси: осциллограмма сначала будет такой, как показано на рис. 7, затем ЭБУ-Д уменьшит подачу топлива, и снова установятся колебания, как на рис. 5. После прекращения подачи пропана сначала осциллограмма будет, как на рис. 8, затем восстановится рабочий режим (рис. 5).
Рис.8. Выходной сигнал датчика кислорода при отключении пропана
В соответствии с требованиями стандарта ОВD-II ситема управления двигателем с двумя датчиками кислорода контролирует исправность каталитического нейтрализатора. Для этого используется второй датчик кислорода, на его выходе. На рис. 9 показаны,.две осциллограммы выходных напряжений датчиков кислорода на входе и выходе каталитического нейтрализатора.
Рис. 9. Сигнал первого датчика кислорода на входе каталитического нейтрализатора (вверху); сигнал второго датчика кислородана выходе эффективного (исправного) каталитического нейтрализатора (в середине) и сигнал второго датчика кислорода на выходе неэффективного (засоренного) каталитического нейтрализатора (внизу)
10. Неисправности, приводящие
к неверным показаниям датчика кислорода
Напомним, что датчик кислорода реагирует на парциальное давление кислорода в выхлопном газе, а не на наличие топлива. Поэтому в некоторых случаях датчик кислорода ложно индицирует либо бедную, либо богатую, смесь.
· При пропуске зажигания (например, неисправна или закоксована свеча) не вступивший в реакцию горения кислород поступает из цилиндра в выпускной коллектор, где датчик кислорода ложно регистрирует обеднение топливовоздушной смеси.
· При негерметичности выпускного; коллектора датчик кислорода будет реагировать на кислород воздуха, поступающего извне.
В любых случаях электронный блок управления двигателем реагирует на ложное обеднение ТВ-смеси как на истинное и автоматически увеличивает подачу топлива в цилиндры. Это приводит к забрызгиванию свечей зажигания, к пропускам воспламенения и к значительному перерасходу топлива.
Датчик кислорода выдает ложный сигнал об обогащении ТВ-смеси, если имеет место «отравление» датчика. Отравление наступает при появлении некоторых веществ в выпускном коллекторе, что вызывает изменение статических характеристик датчика кислорода и постепенный выход его из строя. Чаще всего отравителями являются свинец (Рb) из этилированного бензина или кремний (Si) из силиконовых герметиков (рис. 10).
Ложное обогащение может иметь место и при неисправности перепускного клапана в системе рециркуляции выхлопных газов, от электрических наводок со стороны близкорасположенного высоковольтного провода системы зажигания, а также при плохом заземлении датчика кислорода.
Рис. 10. Влияние различных факторов на характеристики датчика кислорода
11. Внешний осмотр датчика кислорода
Неисправный датчик кислорода ремонту не подлежит и требует замены, но перед заменой целесообразно внимательно осмотреть снятый датчик. Это поможет выяснить причину, из-за которой датчик вышел из строя. В противном случае новый датчик прослужит недолго.
• Черная сажа на датчике обычно образуется при работе на богатой ТВ-смеси.
• Отложение на датчике белого (как мел) порошка бывает при «отравлении» датчика кремнием, например, если при ремонте двигателя был неправильно применен силиконовый герметик.
• Наличие белого песка на датчике означает его отравление антифризом из системы охлаждения. Датчик в этом случае может быть и зеленого цвета, при этом, скорее всего, дефектны головка цилиндров или прокладка головки.
• Темно-коричневые отложения на, датчике свидетельствуют, что в выхлопных газах слишком много масла (не исправна система вентиляции картера, изношены уплотнительные кольца поршней и т. д.).
12. Датчики расхода воздуха
Электронная система управления впрыском топлива нуждается в информации о массе поступающего в цилиндры воздуха. Для измерения объема воздуха используются расходомеры, для измерения массы воздуха — массметры.
Для определения массы воздуха с помощью расходомера (по объемному расходу воздуха) в ЭБУ-Д решается уравнение, где в качестве исходных параметров используются значения сигналов от четырех датчиков: разрежения во впускном коллекторе, положения дроссельной заслонки, температуры охлаждающей жидкости и температуры воздуха во впускном коллекторе. Датчик объемного расхода воздуха (расходомер) обычно выполняется с измерительной (парусной) заслонкой (рис. 11).
Рис. 11. Датчик расхода воздуха с измерительной заслонкой
Воздушный поток воздействует на измерительную (парусную) заслонку прямоугольной формы. Заслонка закреплена на оси электрического потенциометра, на который подается стабилизированное напряжение +5 В от ЭБУ-Д. Поворот заслонки преобразуется потенциометром в напряжение, пропорциональное объемному расходу воздуха.
Воздействие воздушного потока на измерительную заслонку уравновешивается пружиной. Для гашения колебаний вызванных пульсациями воздушного потока и динамическими воздействиями, характерными для автомобиля (особенно при езде по плохим дорогам), в расходомере имеется пневматический демпфер.
Из сказанного ясно, что основой датчика в расходомере воздуха с измерительной заслонкой является потенциометрический преобразователь. Диагностика его неисправностей проводится так же, как и для ДПД (см. «Ремонт & Сервис», № 9, 2002). На последних моделях автомобилей расходомеры воздуха не применяются, их заменили массметрами.
Датчик массового расхода воздуха (массметр) устанавливается между воздушным фильтром и шлангом, идущим к дроссельному патрубку. В датчике используется чувствительный элемент в виде платиновой нити. Одна часть нити — это элемент, определяющий температуру воздуха, две другие части, соединенные параллельно, нагреваютея до определенной температуры электрическим током, поступающим от электронной измерительной схемы. Проходящий через датчик воздух охлаждает нагреваемые элементы. Электронная измерительная схема датчика определяет массовый расход воздуха путем измерения мощности электрического тока, необходимой для поддержания заданной температуры нагреваемых элементов. Информацию о расходе воздуха датчик выдает в виде частотного сигнала (2...10 кГц) или в виде постоянного напряжения. Чем больше расход воздуха, тем выше частота сигнала или выходное напряжение датчика. Блок управления использует информацию от датчика массового расхода воздуха для формирования длительности импульса, определяющего время открытого состояния форсунок.
Прежде чем проверять датчик расхода воздуха (независимо от его конструкдии), следует убедиться в герметичности системы подачи воздуха в двигатель (рис. 12). Весь воздух, поступающий в двигатель, должен проходить только через датчик расхода воздуха, иначе ЭБУ-Д будет обеднять ТВ-смесь.
При нарушении герметичности в системе подачи воздуха следует с помощью сканирующего тестера определить средние коэффициенты коррекции подачи топлива в двух случаях: на холостых оборотах, и на повышенных оборотах 3000 об/мин. В первом случае (на холостых оборотах) сканер зафиксирует обеднение ТВ-смеси, а во втором (на 3000 об/мин) — увеличенное потребление воздуха станет незаметным.
Рис. 12. Впускная система двигателя. 1 — следует проверить, нет ли. трещин в гофрированном соединительном шланге (шноркеле)
Выходной сигнал исправного датчика массового расхода воздуха независимо от его конструкции (с выходом по напряжению или по частоте) должен линейно меняться с изменением оборотов двигателя. Для проверки этого можно использовать мультиметр или осциллограф.
Датчик массового расхода воздуха следует проверять в следующих случаях:
• при получении соответствующих кодов неисправностей;
• при затрудненном пуске или невозможности запуска двигателя;
• при неустойчивой работе или остановках двигателя на холостом ходу;
• при повышенном расходе топлива, обратной вспышке, детонации, неисправностях каталитического нейтрализатора;
При проведении диагностики датчиков ЭСАУ-Д с помощью сканирующего тестера следует иметь в виду, что схема электронного резервирования в ЭБУ-Д заменяет показания неисправных датчиков на аварийные значения и использует их в управляющих алгоритмах. При этом параметры выходных сигналов датчиков (напряжение, частота) будут иметь как бы истинные значения.
Например, при отключении датчика температуры охлаждающей жидкости на двигателе с температурой +40 °С сигнал на входе ЭБУ-Д будет соответствовать температуре +80 °С, и в алгоритме управления будет задействовано аварийное значение +80 °С, как истинное.
При отключении датчика массового расхода воздуха сигнал на входе ЭБУ-Д соответствует расходу 0 г/с. Но при вычислении времени открытого состояния форсунок будет использовано Значение 7г/с, определенное по сигналам других датчиков.
В подозрительной (неопределенной) ситуации следует проверить как значение информационного параметра сигнала датчика, так и значение измеряемой физической величина в ЭБУ-Д. Например, при подозрении на неисправность датчика температуры двигателя надо измерить и напряжение на выходе датчика температуры охлаждающей жидкости, и температуру, используемую в ЭБУ-Д.
13. Индукционные датчики углового
положения и угловой скорости
Индукционные датчики используются при определении скорости автомобиля в системах АБС и круиз-контроля, а также для определения углового положения и частоты вращения коленчатого и распределительного валов.
Индукционный датчик (рис. 13) состоит из постоянного магнита с обмоткой и зубчатого диска-ротора, закрепленного в ступице или на валу. При вращении зубчатого диска в обмотке датчика наводится ЭДС. Например, для АБС диск-ротор имеет 45 зубцов, что соответствует одному периоду выходного напряжения на 8° поворота. Частота выходного сигнала пропорциональна скорости вращения автомобильного колеса. ЭБУ-АБС использует эту информацию для определения скорости вращения колес и ускорения при торможении.
Рис. 13. Датчик скорости вращения колеса
В датчике положения коленчатого вала два зубца на роторе отсутствуют для синхронизации.
Чувствительность индукционных датчиков зависит от скорости вращения задающего диска-ротора. Современные датчики выполняются, как правило, на основе магнитоуправляёмых микросхем, благодаря чему выдают сигнал даже при остановленном зубчатом диске.
Датчики углового положения лучше проверять с помощью осциллографа (рис. 14). На рис. 15 показаны характерные осциллограммы.
Рис. 14. Проверка датчика скорости АБС с помощью осциллографа: