Лямбда зонд на карбюратор своими руками

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 19.09.2024

©А. Пахомов 2007 (aka IS_18, Ижевск)

На написание этого материала натолкнуло обилие вопросов на нашем форуме, связанных с непониманием (или недопониманием) принципа работы датчика кислорода, или лямбда-зонда.

Прежде всего, нужно идти от общего к частному и понимать работу системы в целом. Только тогда сложится правильное понимание работы этого весьма важного элемента ЭСУД и станут понятны методы диагностики.

Чтоб не углубляться в дебри и не перегружать читателя информацией, я поведу речь о циркониевом лямбда-зонде, используемом на автомобилях ВАЗ. Желающие разобраться более глубоко могут самостоятельно найти и прочитать материалы про титановые датчики, про широкополосные датчики кислорода (ШДК) и придумать методы их проверки. Мы же поговорим о самом распространенном датчике, знакомом большинству диагностов.

Итак, датчик кислорода. Когда-то очень давно он представлял собой только лишь чувствительный элемент, без какого-либо подогревателя. Нагрев датчика осуществлялся выхлопными газами и занимал весьма продолжительное время. Жесткие нормы токсичности требовали быстрого вступления датчика в полноценную работу, вследствие чего лямбда-зонд обзавелся встроенным подогревателем. Поэтому датчик кислорода ВАЗ имеет 4 вывода: два из них – подогреватель, один – масса, еще один – сигнал.

Из всех этих выводов нас интересует только сигнальный. Форму напряжения на нем можно увидеть двумя способами:

а) сканером
б) мотортестером, подключив щупы и запустив самописец.

Второй вариант, вообще говоря, предпочтительнее. Почему? Потому, что мотортестер дает возможность оценить не только текущие и пиковые значения, но и форму сигнала, и скорость его изменения. Скорость изменения – это как раз характеристика исправности датчика.

Итак, главное: датчик кислорода реагирует на кислород. Не на состав смеси. Не на угол опережения зажигания. Не на что-либо еще. Только на кислород. Это нужно осознать обязательно. Как именно это происходит, в подробностях описано здесь.

На сигнальный вывод датчика с ЭБУ подается опорное напряжение 0.45 В. Чтоб быть полностью уверенным, можно отключить разъем датчика и проверить это напряжение мультиметром или сканером. Все в порядке? Тогда подключаем датчик обратно.

Для более глубокого понимания добавлю, что при наличии небольшого опыта легко установить степень изношенности датчика. Это делается по крутизне фронтов перехода с богатой смеси на бедную и обратно. Хороший, исправный датчик реагирует быстро, переход почти что вертикальный (смотреть, само собой, мотортестером). Отравленный либо просто изношенный датчик реагирует медленно, фронты переходов пологие. Такой датчик требует замены.

Понимая, что датчик реагирует на кислород, можно легко уяснить еще один распространенный момент. При пропусках воспламенения, когда из цилиндра в выпускной тракт выбрасывается смесь атмосферного воздуха и бензина, лямбда-зонд отреагирует на большое количество кислорода, содержащееся в этой смеси. Поэтому при пропусках воспламенения очень возможно возникновение ошибки, указывающей на бедную топливо-воздушную смесь.

1. Нужно совершенно четко отличать неисправность ЭСУД от неисправности лямбда-зонда.

2. Проверить зонд можно, контролируя напряжение на его сигнальном выводе сканером или подключив к сигнальному выводу мотортестер.

3. Искусственно смоделировав обедненную или, наоборот, обогащенную смесь и отследив реакцию зонда, можно сделать достоверный вывод о его исправности.

5. Наличие ошибки, указывающей на дефект лямбда-зонда, отнюдь не является поводом для его замены.

Так как по роду своей деятельности очень плотно занимаюсь настройкой карбюраторов, наконец-то решился к заказу очень дорогого, но необходимого прибора — широкополосного датчика кислорода (ШДК). Кому интересно — тыцяем.

Широкополосный датчик кислорода предназначен для точной настройки карбюраторов по стихиометрическому составу смеси, которая, как известно, для бензина составляет 14.7 кг воздуха к 1 кг топлива. Сий нехитрый, но, блин, недешевый прибор заменяет собой одновременно а) индикатор качества смеси ИКС (свечка такая, с окошком, через которое видно цвет пламени) и б) жопомер — самый распростаненный в кругах автолюбителей измерительный прибор.

Через 26 дней ОНО было у меня:

Изначально разъем присутствует только на датчике лямбды, остальные провода просто висят в воздухе. Пришлось вооружиться паяльником и соединить их согласно схемы. Кроме этого, купил и припаял вилку прикуривателя, чтобы брать питание +12В непосредственно из прикуривателя.

Индикатор представляет собой АЦП, который преобразует выход контроллера лямбды от 0.5 вольт (лямбда 0.5, соотношение воздух-топливо 7.4:1) до 5 вольт (лямбда 1.5, соотношение воздух-топливо 22.1:1). В принципе, можно использовать любой вольтметр, откалиброванный соответствующим образом.

Или как вариант посложнее и попрактичней, используется так называемая трубка Вентури:

В заключении хочу добавить, что к покупке столь дорогого девайса привела производственная необходимость :) Автор ни в коей мере не призывает всех автолюбителей следовать его примеру.

Ремонт

Датчик кислорода обнаруживает концентрацию O2 в выхлопных газах. Он находится в системе выпуска отработанных газов и помогает бортовому компьютеру определить оптимальную топливную эффективность. Этот датчик измеряет не соотношение воздух-топливо, а разницу O2 между выхлопными газами и окружающим воздухом

Устройство принцип работы

Датчик кислорода измеряет количество кислорода, оставшегося при сгорании двигателя. Соответственно, он помогает рассчитать правильное соотношение бензиновой смеси для максимизации производительности и сокращения выбросов загрязняющих веществ.

При идеальном сгорании не должно быть остатков кислорода, поэтому датчик кислорода при обнаружении молекул кислорода в автоматическом выхлопе позволяет компьютеру двигателя вносить коррективы впрыск топлива для уменьшения загрязняющих газов. Чтобы определить показания кислорода в выхлопных газах двигателя, он помещается в выпускной коллектор.

Большинство современных датчиков кислорода имеют зонд предварительного нагрева, который помогает датчику достигать температур от 300 до 550 градусов по Цельсию, потому что именно при этой температуре показания верны.

Кислород, который проходит через зонд, определяет интенсивность тока внутри него. Один помещается перед катализатором и отвечает за оптимизацию воздушно-топливной смеси, а второй помещается за катализатором и обеспечивает его эффективность. Зонд расположен перед катализатором, точнее в трубе, которая соединяет выпускной коллектор и катализатор. Если автомобиль новый, то зонд расположен за катализатором. Обычно этот зонд должен проверяться каждые 30 000 км или после 2-3 лет эксплуатации. Если автомобиль потребляет больше топлива или работает нерегулярно, скорее всего, это вина лямбды.

Если двигатель потребляет много масла или топливо слишком аддитивное или низкого качества, то лямбда просто застревает и больше не может считывать правильные значения (грязь проникает глубоко в пористую керамику).

Роль датчика в работе двигателя

Кислородный датчик помогает уменьшить количество загрязняющих веществ. Датчик измеряет количество кислорода, если бензиново-воздушная смесь была подходящей, не должно быть остатков кислорода. Правильное соотношение для отличного сгорания эквивалентно 14,7 к 1, то есть 14,7 части воздуха на 1 бензин. Поскольку в выхлопных газах есть кислород, это означает, что смесь была неправильной, поэтому компьютер продолжает увеличивать или уменьшать количество топлива, впрыскиваемого в двигатель.

Эта система неточна, поэтому компьютер непрерывно принимает показания и вносит коррективы, пока двигатель включен. Следует отметить, что все смеси производят загрязняющие газы. Это само по себе не устраняет загрязняющие газы, которые выбрасываются в атмосферу, они только уменьшают их, поэтому другие компоненты, такие как катализатор и кислородный датчик, были интегрированы после него для оценки его производительности.

Каталитический катализатор или преобразователь — это своего рода сот, образованный такими элементами, как платина и родий, он расположен в выхлопе или мофлоре транспортного средства после первого кислородного датчика.

Функция катализатора заключается в разделении загрязняющих газов, эти газы при их самостоятельном разделении не считаются вредными, такими как кислород, водяной пар, азот и углекислый газ. Все они дышащие и найдены природой в воздухе.

Частые проблемы с кислородным датчиком

Наиболее распространенными сбоями в кислородных датчиках считаются:

Короткие замыкания.
Разомкнутый контур.
Проблемы с проводкой.

Датчик кислорода посылает сигнал напряжения на компьютер так, чтобы он интерпретировал показания. Плохая смесь излучает напряжение от 0,001 Вольт до 0,450 Вольт. Богатая смесь (высокая разность потенциалов) излучает напряжение от 0,550 до 1000 Вольт. Когда имеются короткие замыкания, он излучает напряжение от 0,450 до 0,550 вольт. Кислородный датчик не может испускать точный сигнал при низких температурах, поэтому внутри установлен нагревательный резистор, он управляется компьютером для работы в диапазоне температур от 350 до 550 градусов по Цельсию.

Когда предварительный нагреватель поврежден, компьютер обнаруживает, что нет текущего потока, и испускает код неисправности, диагностируя, что обогреватель не работает.

Если имеются проблемы с проводкой, то следует знать коды, связанные с этой ошибкой. К ним относится: P0141, P0155, P0161, P0167.

Признаки неисправности кислородного датчика

Симптомы слишком очевидны, поэтому, если стало заметно, что автомобиль внезапно начинает потреблять больше топлива, чем обычно, или двигатель работает нерегулярно и не ускоряется, то ясно, что имеются большие проблемы с кислородным датчиком, и было бы неплохо как можно скорее посетить автосервис.

Признаки неисправности ЛЗ	Почему это происходит	Как ведет себя авто?
Разгерметизация корпуса	Естественное перегревание и изнашивание датчика	В двигатель поступает обогащенная смесь, значительно усиливается расход топлива, чувствуется запах из выхлопа
Датчик перегревается	Случается в случае неправильного зажигания: при пробитой катушке или проводах, которые были ошибочно подобраны или при грязных свечах	Продукты сгорания догорают в выпускном тракте. Может произойти троение мотора, проблемы с тягой, выстрелы в глушитель, хлопки во впуске
Корпус засоряется	Проблема происходит после заправки неподходящим топливом или из-за сбора отложений вследствие большого пробега автомобиля	Двигатель работает нестабильно, уходит тяга, расход бензина увеличивается, наблюдается запах из выхлопной трубы
Проводка выходит из строя	Наблюдается гниение проводки, переламывается на морозе, коротит на массу и т.д.	Мотор работает нестабильно, приемистость мотора и тяги теряется, расход топлива возрастает
Керамическая часть ЛЗ разрушается	После удара по датчику, например, после аварии, задевания препятствия деталями выхлопа или неправильного ремонта выпускного тракта	Нестабильная работа, троение, расход топлива возрастает, тяга снижается

Со временем грязь и остатки окружающей среды собираются в датчике и могут влиять на точность показаний. В зависимости от местоположения датчика и его второстепенных функций, его выход из строя может снизить производительность топлива, привести к нерегулярному простою двигателя и даже компенсировать время зажигания. Всегда нужно проверять индикатор двигателя и убедиться, что не потребляется слишком много топлива.

Причины приводящие к неисправности лямбды

Датчик O2 оказывает прямое влияние на систему впрыска топлива. В дополнение к тому, как регулировать всасывание воздуха в двигатель. Конечно, делается это путем отправки соответствующих электрических сигналов.

Можно ли чистить лямбду

Современные автомобили оснащены датчиками для мониторинга ряда операций. Они передают информацию в бортовую систему диагностики (OBD-II). Эти компоненты устраняют догадки при выявлении осложнений в автомобиле. Вполне естественно, что датчики испачкаются при регулярном использовании. К счастью, большинство систем не нужно часто чистить.

Симптомы, которые показывают, что лямбду нужно почистить:

Более высокое потребление газа.
Выхлопной дым.
Снижение производительности двигателя. Автомобиль не сможет разогнаться нормально, могут произойти осечки.

Самый надежный способ диагностики грязного устройства — это использовать сканер OBD-II. Код ошибки сообщит, находятся ли неисправности в системе выбросов, и если да, то какие детали затронуты.

Чистить старый или купить новый

Каждый автолюбитель должен принимать решение самостоятельно, но нужно учитывать показатели статистики. Дело в том, что после очистки кислородного датчика не всегда получается полностью вернуть его нормальную работоспособность.

Чем можно почистить лямбда зонд

Наиболее распространенные продукты для чистки содержат растворители, разработанные для расщепления накопленных загрязнений без ущерба для чего-либо. Нужно использовать только специальные растворители. Химическая структура различных продуктов может отличаться в зависимости от предполагаемого использования. Для этого потребуется использовать очиститель каталитического нейтрализатора (очистители системы выбросов). Средство нужно выбирать в соответствии с типом датчика.

Для оксида циркония (ZrO2)	Для оксида титана (TiO2)
Плавиковая кислота (раствор фтороводорода HF), концентрированная серная кислота (более 70% H2SO4) и щелочи	Серная кислота (H2SO4), перекись водорода (H2O2), аммиак (NH3)

Чистка лямбда зонда своими руками

Как выглядит чистика лямбда зонд своими руками:

Дать двигателю остыть.
Найти датчики.
Распылить проникающее масло.
Снять с помощью гаечного ключа.
Заполнить контейнер бензином.
Поместить датчики в контейнер.
При необходимости добавить бензин.
Запечатать контейнер и перемешать.
Положить свежее полотенце.
Очистить. Чтобы очистить кислородные датчики, нужно прочистить каждый блок мягкой щетиной.
Высушить бумажным полотенцем.
Утилизировать бензин.
С помощью гаечного ключа установить датчики на место, надежно затягивая.

Как почистить датчик кислорода ортофосфорной кислотой

Как выглядит процедура чистки:

Налить в емкость средство до уровня, который будет достаточным для погружения датчика лямбды.
Поместить ДК.
Надежно зафиксировать в одном положении.
Оставить в таком положении на 20 минут (если мало нагара) и на несколько часов при большом загрязнении.
Нагреть с помощью фена.

Как чистить лямбда зонд очистителем карбюратора

Почистить датчик кислорода очистителем карбюратора нужно также, как и ортофосфорной кислотой. Но в этом случае зонд нагревать не требуется. Этот способ недостаточно эффективен.

Очистка лямбда зонда с помощью серной кислоты

Очистка выглядит следующим образом:

В емкость набирается кислота до уровня, который позволяет установить датчик по резьбу.
Установить датчик.
Оставить датчик в кислоте 20 минут.
Если загрязнение сильное, то оставить на несколько часов.
В воде промыть датчик.

Как восстановить лямбда зонд димексидом

Как восстановить датчик кислорода уксусной кислотой

Процедура совершенно несложная. Нужно залить резьбу уксусной кислотой и оставить на 2-3 часа.

Как почистить лямбда зонд соляной кислотой

Потребуется 100 мл соляной кислоты налить в маленькую стеклянную колбу. После поместить туда сердечник загрязненной детали. Оставить на полчаса, а при больших загрязнениях – на 3 часа. Промыть датчик, высушить и установить на место.

Ремонт лямбда зонда своими руками видео

В сети блуждает небольшая схемка, на одном операционном усилителе (ОУ), но она скорее описывает общий принцип.

Я даже решил включить умного и сам попытался накидать что-то, но, слава Богу, нашлась готовая схема. Даже две.

Ссылки на интересные ресурсы:

Итак схемы, одна для NTK, другая для LSU. Они практически идентичные.

Схема управления/измерения для NTK

Схема управления/измерения для LSU

Объединённая схема (нагреватель и схема управления) с сайта

Вот ссылка на ресурс, кто захочет сделать эту самоделку, читать обязательно это:

Было принято решение ~~надабрать~~надо делать.

Часть схемы, которую я сочинил. Содержит микроконтроллер, дисплей, мост USB-UART.

Небольшое отступление. К моменту как я разобрался с ШДК и нашлась схема, мне достался условно исправный ШДК от конторы NTK (артикул 036906262 J). Этот датчик был снят с автомобиля, потому что возникала ошибка по нагревателю. Но сам нагреватель оказался в порядке, точнее сопротивление нагревателя в норме и нагреватель нагревал. Что с ним не так, было выяснено позднее, точнее это только предположение.

Развел я плату за пару вечеров. Решил, помимо схем самого управления/измерения и нагревателя разместить на плате и микроконтроллер с дисплеем, потом добавил и мост USB-UART, потому что протокол LC-1 никто не отменял. Родилась вот такая плата.

Первые испытания.
Первые испытания были самые волнительные. Изначально контроллер ATmega8A и мост USB-UART я решил не запаивать, чего детальки попусту переводить. К выходу схемы управления/измерения просто подключил мультиметр. Результаты приятно удивили. Оно работает! Видео как я запускал вот тут

Кстати на момент лабораторной работы уже работал экран и АЦП контроллера. Получилась таблица AFR-Uout. Для чистоты эксперимента поменял местами два ШДК и произвёл ещё один цикл измерений. Дальше дома в Excel строится график и аппроксимация (линия тренда). Вот тут произошёл затык, потому что точки не хотели попадать ни на что адекватное, поэтому просто, прикрыв левый глаз, сделал линейную аппроксимацию.

Работу самодельного ШДК я проверил в пути.

Примотал изолентой к бортовику и поехал катать. На ХХ и в стационарных режимах, когда работает УДК, ШДК показывает примерно 14,5-14,7 AFR. На мощностных режимах 14-13 AFR. При разгоне видно, что происходит обогащение. Я думаю, что всё получилось, система работает. Может быть с точностью ± лапоть, но мне этого достаточно, по крайней мере пока. Может быть, применив заведомо-исправный ШДК, показания будут точнее.

ШДК подключается к схеме управления как указано, далее выход схемы управления/измерения Vout идёт на схему с микроконтроллером на вход операционного усилителя LM358. Нагреватель связан со схемой управления посредствам оптопары 4N35. Для того, чтобы микроконтроллер определял готовность нагревателя кинут провод от 1-ой лапки 4N35 до 2-ой лапки микроконтроллера (программно ни на что не влияет). Дисплей применён на контроллере ST7735 размером 1,8 дюйма. Один из самых дешёвых в Китае. Дисплей питается от 3,3В при помощи установленного стабилизатора LM1117-3,3. Поэтому на самом дисплее нужно запаять перемычку J1 и по желанию снести с платы дисплея стабилизатор LM1117-3,3. Кстати, стабилизатор можно перенести на основную плату.

Программа написана на обычном СИ, без каких-либо причуд. Среда разработки и компилятор CodeVision.
Поясню по некоторым строчкам кода.
Важная строчка:
vin_f=1.0194805194805194805194805194805*(2)*((adc_data*2.56)/1024);

Дальше важная строчка:
ALF=3.319*vin_f+6.3208;

В прошивке происходит усреднение по 10 значениям напряжения на входе АЦП.

Страшные конструкции типа:
temp_ui=ALF_ui;
SetCharScale(8,1,(0x30+(temp_ui/1000)),4,2);
temp_ui=temp_ui%1000;
SetCharScale(8,1+2,(0x30+(temp_ui/100)),4,2);
SetCharScale(8,1+4,'.',4,2);
temp_ui=temp_ui%100;
SetCharScale(8,1+6,(0x30+(temp_ui/10)),4,2);
temp_ui=temp_ui%10;
SetCharScale(8,1+8,(0x30+(temp_ui)),4,2);

Это всего-навсего вывод чисел на экран.

Дальше вот эта часть:

TRANS_UART(0xB2);
TRANS_UART(0x82);
TRANS_UART(0x43);
TRANS_UART(0x13);
TRANS_UART((temp_ui>>7));
TRANS_UART((temp_ui&0b01111111));
delay_ms(81);
delay_us(920);

отвечает за протокол LC-1. Функция TRANS_UART выкидывает 1 байт в последовательный порт. Описания протокола LC-1 море в интеренте. Проверить полностью протокол я пока неуспел, но теоретически должен работать.

Финальная часть.
Как же настраивать эту невразумительную систему? Мне, как её создателю, всё понятно. Но наверно только мне. Постараюсь разложить по пунктам.
1) Конструкция собирается, проверяется.
2) Берется эталонный ШДК, вкручивается в одну выхлопную систему с самодельным ШДК.
3) Меняя состав смеси фиксируются напряжения на выходе схемы управления (самодельный ЩДК) и реальный AFR (эталонный ШДК).
4) По полученной таблице строится график и рассчитывается линия тренда (аппроксимация)
5) В коде программы заменяется строчка:
ALF=3.319*vin_f+6.3208;
На строчку с вашими коэффицентами
ALF=*vin_f+;

Даже можно заменить линейную функцию на любую другую
ALF=f(vin_f);

Переменные ALF и vin_f – это числа с плавающими точками, поэтому в формуле могут быть любые числа, не только целые.
6) Программа компилируется. Микроконтроллер прошивается. Вот тут будет больше всего трудностей… увы.
7) По возможности, скинуть мне ваши функции, исходные данные (можно прямо в Excel) и артикул применяемого ШДК. Это для того, чтобы можно было создать базу и сделать проект удобным для применения и настройки уже без эталонных ШДК.

З.Ы. Если я что-то забыл, если что-то непонятно (а наверняка так оно и есть). Спрашивайте, попробую объяснить, недостающие исходники прикреплю. СОздадим бюджетный ШДК всем миром!

Читайте также: