датчик состава смеси a f что это
Возможные проблемы с топливом. Часть 5
Не спится, вот и решил пописать немного.
Не долго был я безработным. Все творческий отпуск закончен. Новые планы, проекты. Сегодня на совещании нашей команды были определены задачи всем. И у многих запланированы командировки, кто решать сложные вопросы с программистами, ну а мне осталось дождаться получения визы и ждет меня 14 часовой перелет. Еду на ознакомление, изучение и практику новых интересных разработок в области автоспорта и тюнинга двигателей. Необходимо к поездке подготовится, но пару ночей еще у меня есть, что бы закончить серию этих постов.
Я понимаю, становятся они для многих скучными. Но я всячески стараюсь писать, как можно проще и не забывайте, что для меня это очень сложно писать по-русски. Да, я учился в школе, в институте в России, но это было очень давно и все дальнейшее образование в этой области я получил на различных иностранных языках и просто не владею русской терминологией. Буду очень признателен, если кто-то в комментариях будет поправлять мои корявые выражения.
Вот к примеру Drive-by-wire – я знаю как работает, что это, сколько проводов, для чего каждый из них, но как это перевести на русский язык?
Ладно, вернемся к скукоте, к нашим баранам. Не, еще одна мысля пришла. Я вырос в семье физиков брат старший, отец – да Пап поздравляю тебя, у тебя же сегодня день рождения. Так вот они меня научили не запоминать уравнения, законы, теоремы, а главное их прочувствовать. Если достичь такого понимания процессов, то ты всегда будешь в состоянии, потом сам вывести любое уравнение или доказать теорему. Для чего я это, все просто, много комментариев, сообщений получил типа – а какой цвет провода и т.д. Да это не важно, они не постоянны, зависят от изготовителя.
Или многие спрашивают совета как настроить машину, какая смесь и т.д. Не с этого надо начинать. Вы же не можете попросить вас научить, скажем, вырезать аппендицит. Я не думаю, что это как то сложно, если тебе покажут, расскажут и возможно, наверное, даже не быв ДОКТОРОМ произвести эту операцию. Но, что ПРОИЗОЙДЕТ если там будет что то не так? Человек может просто умереть. Вы не можете подходить к изучению вопроса локально, надо комплексно. Наверное, поэтому врачи больше всего и учатся, у них ошибка может стать кому то жизни.
ДАТЧИКИ СОСТАВА ТОПЛИВНО-ВОЗДУШНОЙ СМЕСИ
— Wideband sensors, – широкополосные датчики кислорода,
— Air Fuel sensors – датчики составе смеси TOYOTA/SUBARU
— Lean Mixture (датчики обедненной смеси)
Как вы помните, обычный кислородный датчик характеризуется наличием двух устойчивых состояний. При обогащенной смеси он вырабатывает повышенное напряжение, а при избытке кислорода пониженное. Эта ´переключательностьª приводит к тому, что блок управления (БУ) не в состоянии определить точный состав смеси и необходимую в данный момент степень её изменения.
По мере повышения требований к содержанию вредных веществ в отработавших газах и дальнейшего развития конструкции двигателей внутреннего сгорания такие обычные кислородные датчики перестали удовлетворять требованиям к инжекторным системам, так как не позволяли определять точный состав смеси.
Это потребовало разработки датчиков новой конструкции. Основной параметр (крутизна) выходной характеристики обычного кислородного датчика не позволяет оценивать (определять) состав отработавших газов при работе двигателя. С помощью этих датчиков БУ может определять только приблизительный состав смеси, то есть богатая она или бедная, но не может определить на сколько состав смеси отличается от стехиометрической величины (14.7:1)
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ШИРОКОПОЛОСНОГО КИСЛОРОДНОГО ДАТЧИКА
Широкополосные датчики состоят из двух ячеек: измерительной ячейки и ячейки накачки. С помощью измерительной ячейки содержанию кислорода в выхлопных газах, попадающих в детекторную камеру, сопоставляется напряжение, которое сравнивается с заданной величиной 450 мВ (это значение для стехиометрической смеси).
Любое отличие от 450мВ приводит к тому, что с помощью тока накачки в измерительную камеру подается или отводится столько ионов кислорода, чтобы между электродом на стороне эталонного воздуха и электродом измерительной камеры установилась величина напряжения 450 мВ.
Этот ток накачки является измеряемой величиной, которая почти линейно описывает состояние топливно-воздушной смеси и значение ее лямбда-показателя.
В стехиометрической смеси эта величина равна нулю, поскольку парциальное давление кислорода измерительной камеры соответствует указанной выше заданной величине 450 мВ
Если смесь стехиометрическая (лямбда = 1), то никакой ток через ячейку накачки не идет.
Если смесь богатая, количество остаточного кислорода в выхлопных газах очень незначительно, в ячейке накачивания индуцируется негативный ток и кислород накачивается в детекторную камеру.
При обедненной смеси концентрация остаточного кислорода в отработанных газах высокая, в ячейке накачивания индуцируется положительный ток и кислород откачивается из детекторной камеры.
Главное отличие любого датчика состава топливно-воздушной смеси от скачкового датчика кислорода это в том, что выходных значением для измерения состава смеси является значение тока, а не напряжение. Напряжение является управляющими сигналами или выходными из контролера, без которого данный вид сенсоров не способен работать. И конечно он более чувствителен.
В чем разница между широкополосным датчиком кислорода wideband и A/F sensor? Wideband О2 сенсор обычно (не без исключения к примеру Хонда) имеет 5 проводов, а A/F сенсор 4 провода.
Рассмотрим сегодня немного 5 проводные датчики
Цвета соответствуют LSU BOSCH
Широкополосные кислородные датчики имеют пять кабельных соединений. Нагревательный элемент снабжается током через серый и белый кабель. Сигнал тока накачки (Ip+) протекает через красный кабель, сигнал измерительной ячейки (Vs+) — через черный кабель. Желтый кабель создаёт измерительное соединение для ячейки накачки и измерительной ячейки (Опорное напряжение IP/ VS)
Для того что бы была одинаковая чувствительность сенсора (одинаковый выходной ток для одной и той же лямбды) устанавливается калибровочное сопротивление Rcal но это кабель идет не от датчика а от ЭБУ или контролера к разъему. Очевидно, что заводские датчики все откалиброваны, и калибровочное сопротивление Rcal обычно установлено в самом разъеме.
Если этой опции нет, как к примеру у контролеров которые используют UEGO (Universal Exhaust Gas Oxygen) датчик (AEM, Innovate …) в таком случае обязательна калибрация на воздухе.
Запомните, что все датчики такого типа имеют как минимум 5 проводов от сенсора к разъему и 6 или 7 от разъема.
Вообще желательно всегда знать, что у Вас за датчик кислорода, для этого есть специальный документ. К примеру, на BOSCH LSU 4.2 www.daytona-sensors.com/download/Bosch_LSU4.pdf
Для сравнения, выходное (измеряемое, определяющее) значения тока для BOSCH LSU 4.2
Очень немало важный фактор. Сила тока на нагревательном элементе намного выше т.к. минимальная рабочая температура датчика состава топливно-воздушной смеси 750 градусов. Подробно об этом контуре поговорим в следующем посте.
Место расположения, установки. Для любителей ставить близко к турбине (или вообще перед ней) рекомендую взглянуть на следующий график
На нем указан % ошибки показаний в зависимости от давления. Учтите 1 бар – это атмосферное давление.
Продолжение следует (датчики тайота/субару)
A/F сенсор: широкий подход к смесеобразованию
A/F расшифровывается как Air-Fuel (воздух – топливо). По сути, они относятся к системе управления двигателем как важный компонент в цепи управления составом топливовоздушной смеси, которое необходимо для обеспечения эффективной, равномерной работы двигателя при соблюдении самых строгих экологических требований. Эволюция датчиков соотношения воздух/топливо привела к созданию уже 5-го поколения этого оборудования.
Датчики соотношения воздух/топливо относятся к широкополосным или датчикам с близкой к линейной характеристикой сигнала. В отличие от обычных датчиков, широкополосный датчик соотношения воздух/топливо с высокой точностью определяет концентрацию кислорода в отработавших газах и передает линейный электронный сигнал о соотношении воздуха и топлива в смеси. На основании полученного сигнала ЭБУ (электронный блок управления) анализирует отклонение соотношения воздух/топливо от стехиометрического (идеального с точки зрения полного сгорания топлива) и корректирует впрыск топлива.
Точность, быстрота измерения, малое время на включение в работу (время от момента холодного пуска до достижения рабочей температуры) и долговечность – главные критерии, предъявляемые к работе таких датчиков. Время выхода датчика в рабочий режим (до 10 с) – самый важный параметр в плане экономии топлива и соответствия ужесточенным нормам выбросов Евро 5 и Евро 6. Новейшие датчики соотношения воздух/топливо способны определить, был ли даже один пропуск зажигания. Более того, на основании показаний датчика блок управления двигателем может распознать цилиндр, в котором произошел пропуск зажигания, даже если для всех цилиндров используется общий выпускной коллектор.
Возраст автомобилей, на которые устанавливаются такие датчики, обычно меньше 10 лет, и, соответственно, в ближайшие годы ожидается постепенный рост спроса на услуги по их замене них на рынке постгарантийного обслуживания автомобилей. Кроме того, теперь датчики соотношения воздух/топливо используются и в дизельных двигателях.
Сложные условия работы датчика повышают риск его выхода из строя. В частности, загрязнение чувствительного элемента (например, углеродистыми отложениями) и его растрескивание при резком перепаде температур из-за конденсации водяного пара являются наиболее распространенными причинами поломок.
В первом случае при загрязнении датчика, которое обычно образуется с течением времени, быстродействие сенсора снижается. По этой причине блок управления двигателем не способен точно дозировать подачу топлива, что приводит к увеличению расхода топлива.
Во втором случае растрескивание при резком перепаде температур приводит к немедленному отказу. Примерно то же самое происходит с хрупкой пластиной, если ее извлечь из горячей печи и положить на лед. Резкое локальное охлаждение приводит к сжатию материала. Внутреннее напряжение становится настолько высоким, что материал не выдерживает и покрывается трещинами. Растрескивание при резком перепаде температур обычно происходит во время запуска двигателя в холодное время, когда на нагревательном элементе скапливается конденсат.
 |  |
 |  |
Стоимость оригинальных лямбда-зондов этого типа достаточно высока, поэтому выгодной альтернативой является продукция непосредственно от разработчика поставщика первичной комплектации. Еще раз напоминаем, что в виду особых характеристик оригинальных датчиков с технологией широкополосного измерения соотношения воздух/топливо их нельзя заменить сенсорами других производителей. Кроме того, каждый датчик разрабатывается для определенной модели автомобиля. Это означает, что попытка использовать один датчик для разных типов транспортных средств, скорее всего, приведет к некорректной работе.
Разработчиком и производителем большого количества оригинальных A/F-датчиков является компания DENSO. На основе технологии измерения соотношения воздух/топливо инженеры корпорации разработали широкий ряд конструктивных решений, позволяющих адаптировать датчик для конкретного варианта применения. Собственная технология широкополосного измерения соотношения воздух/топливо, разработанная корпорацией DENSO, обеспечивает уникальные возможности, которые не могут быть замещены продуктами других производителей.
Для каждой модели автомобиля DENSO изучает специфические особенности и требования и разрабатывает уникальную конструкцию. Четкая выверенность конструкции касается не только геометрических параметров чувствительного элемента датчика. В зависимости от конфигураций системы выпуска отработавших газов изменяются все параметры системы, оказывающие влияние на конструкцию датчика. Вот лишь несколько примеров таких параметров:
• расстояние от камеры сгорания;
• диаметр трубы и наличие изгибов;
• положение, в которое устанавливается датчик (направлен вверх, направлен вниз, устанавливается горизонтально);
• диапазон рабочих температур;
• скорость потока отработавших газов.
С целью удовлетворения требований автопроизводителя многие компоненты датчика разрабатываются и изготавливаются индивидуально с использованием особых материалов с точно заданными свойствами. Например, во избежание загрязнения датчика керамический материал должен иметь несколько покрытий, в том числе – слой оксида алюминия. Через них легко проходят ионы кислорода, но в то же время взаимодействие с любыми другими веществами исключается.
Специальные защитные кожухи вокруг чувствительного элемента датчика DENSO оберегают его от теплового удара. Их основная функция – препятствовать попаданию конденсата на чувствительный элемент датчика. При этом отработавшие газы должны поступать к элементу с минимальными ограничениями.
В отличие от своих конкурентов, корпорация DENSO всегда гарантирует, что продукция для постгарантийного обслуживания автомобилей соответствует тем же техническим требованиям, что и оригинальные запчасти. Компания не стремится к универсальности линейки продукции, объединяя различные конструкции датчиков и спецификации. Это становится очевидным при сравнении конструкций чувствительных элементов датчиков: используются одинаковые тепловые экраны, а «носик» оригинального датчика соответствует расположению вентиляционных отверстий.
Исходя из потребностей рынка послепродажного обслуживания, DENSO значительно увеличивает ассортимент лямбда-зондов, делая ставку именно на широкополосные датчики соотношения воздух/топливо. Из 30 новых позиций лямбда-зондов 24 являются широкополосными датчиками соотношения воздух/топливо, работающими по собственной уникальной технологии, запатентованной DENSO. Новые позиции закрывают 155 вариантов применения. Все артикулы приведены в каталогах TecDoc и AutoCat, а также в электронном каталоге DENSO на сайте.
Опубликовано в журнале autoExpert №7 2015. Использование материалов возможно только со ссылкой на источник.
Возможные проблемы с топливом. Часть 6. A/F sensor Toyota/subaru, Ошибка Р0031…
Любой Широкополосный датчик состава топливно-воздушной смеси отличается от обычного кислородного датчика тем, что не генерирует напряжение, а является источником тока при фиксированном напряжении на электродах чувствительного элемента. При постоянно приложенном напряжении, этот ток линейно зависит от состава смеси. Его изменение используется для точного определения коэффициента смеси во всем диапазоне её изменения. То есть этот датчик является линейным и широкодиапазонным.
Поговорим сегодня о Wide Range Air/Fuel Sensor Toyota/Subaru и о ошибке Р0031, Heater Control Circuit Low (Bank 1 Sensor 1)
Вполне корректно этот датчик можно определить как результат дальнейшего совершенствования датчиков обедненной смеси. Отличие этого состоит в том, что, подавая на датчик напряжение смещения, удалось расширить диапазон измеряемого состава смеси.
ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА
Принцип подобный, как я уже описывал ранее, когда смесь беднее оптимальной, то из-за прокачки ионов кислорода из системы выпуска к окружающей среде ток увеличивается. Когда смесь богаче, то кислород «качается» из окружающей среды в систему выпуска.
При постоянном напряжении ток изменяется при изменении состава смеси. Это изменение оказывается достаточно линейно и используется для определения состава смеси во всем допустимом диапазоне его изменения. Рассматриваемый датчик состава топливно-воздушной смеси выполнен так, чтобы в зоне стехиометрического состава смеси при напряжении на чувствительном элементе 3.3 В и разности потенциалов между электродами, равной 0.3 В, его выходной ток равен нулю, что показано на рисунке
При богатой смеси (малом содержании кислорода в отработавших газах) генерируется «отрицательный» ток, и ЕСМ понижает напряжение на датчике. При этом кислород «качается» из окружающей среды в систему выпуска
При обедненной смеси (высоком содержании кислорода) изменяется направление протекания тока и, соответственно напряжение на датчике увеличивается более 3.3 В. При этом ток увеличивается из-за прокачки кислорода из системы выпуска к атмосфере.
На этом рисунке представлена выходная характеристика датчика состава топливно-воздушной смеси, то есть зависимость тока датчика от приложенного напряжения при разном составе топливно-воздушной смеси. Стоит обратить внимание на то, что в значительном диапазоне напряжения ток через датчик зависит в основном от состава смеси
Большое заблуждение многих начинающих тюнеров использовать значения топливно-воздушной смеси AFR полученных с различных OBD сканеров, устройств делающих логии и т.д. Истинное значение AFR можно получить только с использованием дилерского сканера, в котором вводится VIN код автомобиля. Конечно, направление изменения смеси вам это покажет, но не более.
В таком случае даже более информативным (но конечно не корректным) будет сравнения данных с плюсового управляющего провода на сенсор с ЭБУ согласно данного графика
Но тут стоит уточнить, что Обычные (Generic) диагностические сканеры данных, исключая Mastertech/Toyota и Intelligent Tester II (IT-II) отображают напряжение этого датчика в «привычном» диапазоне напряжений. Toyota несколько схитрила и обычным сканерам «выдает» данные, приведенные(адаптированные) к диапазону, свойственному обычным кислородным датчикам. То есть, как бы производит «деление на 5» реального напряжения. Поэтому обычные сканеры данных определяют этот датчик как обычный кислородный, и соответственно, обозначают его как «O2B1S#. Поэтому выводимые данные несколько отличаются от реальных (См. таблицу )
В принципе Вы можете обыкновенным вольтметром измерить эти значения. Предлагаю посмотреть на схему
Рассмотрим каждый провод. Я против указания цветов т.к. это не имеет смысла, они зависят от изготовителя и т.д. но в данном примере я укажу часто используемые цвета на современных Тойтах и субару. Имейте ввиду, что такие же цвета могут быть и на обыкновенном датчике кислорода (О2 сенсор 2).
На рисунке представлена осциллограмма напряжения на подогревателе.
Достаточно часто питание (12 Вольт) на нагреватель этих датчиков подается через отдельный предохранитель. В системах с двумя датчиками напряжение на подогреватель подается через реле (A/F Relay) – кабель также черного цвета, на схеме это +В.
Чтобы закрепить теоретический материал давайте рассмотрим возможные проблемы и как их можно решить на реальном примере.
Как то была такая Тойота Камри, если интересно вот БЖ Владелицы
Кстати в стоке у нее была мощность всего 150 сил с колес, а на видео 275 сил с колес, увеличение всего составило 125 сил с колес. Мотор сток (ничего с ним не делали), был установлен турбо КИТ (заменена система выпуска)
У нее была следующая ошибка Р0031, Heater Control Circuit Low (Bank 1 Sensor 1)
Данная ошибка указывает на проблему в цепи нагревательного элемента. При неисправности датчика или нагревателя и электрических цепей его питания в память БУ записываются соответствующие коды самодиагностики. Причем система весьма чувствительна к величине сопротивления датчика.
Максимальный ток подогревателя – более 6 А. Поэтому проверку этого датчика стоит начинать с измерения сопротивления подогревателя и напряжения на нем. При температуре комнатной его сопротивление составляет 0.8 – 3.4 Ома. Для этого необходимо отсоединить датчик и измерить сопротивление между (+В) и (НТ). Если не попали в данные показатели – датчик на замену.
Если вы в пределах 0.8-3.4 Ома, Измеряем сопротивление (НТ) и (АF-) – должно быть не менее 10 кОм, если нет, то замена.
Пока у Вас нет точной спецификации сопротивления Вашего A/F сенсора, Вы не можете быть уверены, что показания, которые измеряете, есть верные. Скажем для 2003 Toyota Camry сопротивление должно быть в пределах 0.8-1.4 Ома (1.1 Ома при 20 градусах). В то время на машинах 2005 Camry у которых датчики характеризуются значительно меньшим временем вхождения в рабочий температурный режим. Сопротивление нагревателя таких датчиков изготовлено из окислов алюминия и составляет примерно 1.8-3.4 Ом (2.8 Ома при 20 градусах). Внешне такие датчики на 13 мм короче обычных.
Измерив сопротивление стало ясно что датчик вышел из строя. Заказав новый, согласно VIN кода машины и после его установки ошибка пропала. Но, не на долго.
Подключив осциллограф к НТ контакту я заметил странную вещь. Сначала все идет как полагается, пульсирующий сигнал после прогрева сенсора (от 0 до 14 вольт), но в момент перехода из разомкнутого в замкнутый режим работы ЭБУ, пульсация прекращается, остается только постоянное бортовое напряжение (12-14 вольт) на данном проводе и появляется ошибка.
— если сопротивление нагревательного элемента не соответствует данному типу двигателя (прошивки ЭБУ)
— Падение напряжения на проводе (В+) подающим питание на нагревательный элемент
— Падение напряжения на (НА1А или НТ) проводе.
А вот здесь я должен сделать отступление от данной темы и показать Вам как можно и нужно искать возможные проблемы в проводке. Если Вы помните, с чего все начиналось, данная серия постов (Возможные проблемы с топливом) я там указывал на плохой сигнал загрузочного датчика, землю и т.д. — рекомендую освежить память здесь
Давайте научимся эти недостатки выявлять.
Различные датчики, различные сигналы. Одни сигналы дают ЭБУ информацию, другие инструкцию. Сигнал датчик положения коленвала говорит ЭБУ где коленчатый вал есть в данный момент. Инжектор сигнал посылаемый с ЭБУ форсункам дает команду (инструкцию) на открытие. Есть много видов и типов сигналов.
Большинство сигналов сравнивается с сигналом земли (ground signal). Если заземление которое ЭБУ использует для какого-то сигнала, датчика плохое, в таком случае и сигнал будет неверный.
В большинстве случаев проблемы, которые возникают с Электра проводкой в двигателя, являются следствием плохого заземления.
Давайте для примера возьмем МАФ сенсор на 500 сильном моторе. Мощность напрямую зависит от измеренной массы воздуха. Если МАФ сенсор посылает сигнал 0 – 5 Вольт, это значит, что на каждые 100 сил МАФ сенсор изменяет сигнал на 1 Вольт. Значит для каждой 1 л/с сигнал изменяется на 0.01 Вольт (Это грубо, для понимания). Если сигнал или заземление не верное на несколько милливольт, это значит, что какие-то лошади в этом 500 сильном двигателе не получат топлива (еды) и умрут.
Это должно быть понятно, что ЭБУ должен следить и быть очень чувствительным даже к незначительному изменению вольтажа.
Для определения, измерения хороший или плохой провод заземления необходимо измерять падение напряжения на этом проводе (контуре). Вы должны понять, что измеряя сопротивление даст Вам информацию только о том, что он разорван или соединен. Причина простая, если даже в проводе будет живой хотя бы один тоненький проводок, то сопротивление будет ноль Ом
На данной картинке показано, как можно измерить потерю напряжения положительной, питающем проводе. Здесь видно, что потери составили 0.8 Вольт.
Для тестирования заземления, или провода обеспечивающего заземление определенного датчика, устройства и т.д. необходимо пользоваться точно таким же способом. Для этого желательно использовать хороший цифровой вольтметр. Необходимо установить так, что бы прибор показывал до сотых (две цифры после запятой). Заведите двигатель и пусть он работает на холостом ходу. Соедините черный провод Вашего вольтметра напрямую с минусом аккумулятора. А красный провод присоедините к металлическим частям двигателя. Показания НЕ ДОЛЖНЫ БЫТЬ БОЛЬШЕ 0.04 ВОЛЬТА. Любое значение выше этого говорит о наличии проблемы, которую необходимо найти и устранить.
Точно таким же способом вы можете измерять состояние проводки в любом месте сигнального провода или заземления и разъемом.
Если земля между минусом аккумулятора и двигателем ОК, произведите измерение между минусом и шасси, если и здесь все в порядке, но проблема осталась, необходимо сделать тест заземление сигнального провода. Проверьте заземление между ЭБУ и двигателем (это очень важно) так как это заземление потом используется, как земля для всех датчиков. Очень часто минусовой провод, который крепится к двигателю или коллектору имеет плохой контакт.
Для тестирования заземления (signal ground) датчиков также заведите двигатель, оставьте его работать на холостом ходу. Произведите измерения между минусом аккумулятора и минусом (землей) проводом одного из датчиков (MАF, TPS, MAP… О2). И все это должно быть меньше 0.04 Вольт. Произведите тест сигнального кабеля на потерю напряжения (между выходом из ЭБУ и самим датчиком)
В примере с Тойота Камри проблема была в одном из проводов ведущим к нагревательному элементу датчика кислорода со стороны ЭБУ. Падение напряжения была около 0.2 Вольт.