酸素センサーの装置と動作原理
酸素センサー-自動車エンジンの排気ガスに残っている酸素の量を記録するように設計されたデバイス。 それは触媒の近くの排気システムにあります。 電子エンジン制御ユニット（ECU）は、酸素発生器が受信したデータに基づいて、混合気の最適な比率の計算を修正します。 その組成の過剰空気比は、ギリシャ文字で自動車産業に示されています ラムダ（λ）、センサーがXNUMX番目の名前（ラムダプローブ）を受け取ったため。
過剰空気係数λ
酸素センサーの設計とその動作原理を分解する前に、空燃比などの重要なパラメーターを決定する必要があります：それが何であるか、それが何に影響するか、そしてなぜそれが測定されるのかセンサー。
ICE運用の理論には、次のような概念があります。 化学量論比 -これは、エンジンシリンダーの燃焼室で燃料の完全燃焼が発生する空気と燃料の理想的な比率です。 これは非常に重要なパラメータであり、これに基づいて燃料供給モードとエンジン動作モードが計算されます。 これは、14,7kgの空気と1kgの燃料（14,7：1）に相当します。 当然のことながら、このような量の混合気が同時にシリンダーに入るのではなく、実際の条件で再計算された比率にすぎません。
空気過剰率（λ） 燃料を完全に燃焼させるために理論的に必要な（化学量論的）量に対する、エンジンに入る実際の空気量の比率です。 簡単に言えば、それは「シリンダーに入る空気が必要以上に多い（少ない）」ということです。
λの値に応じて、XNUMX種類の混合気があります。
- λ= 1-化学量論的混合物;
- λ<1-「豊富な」混合物（排泄-可溶性;欠乏-空気）;
- λ> 1-「希薄」混合気（過剰-空気;不足-燃料）。
最新のエンジンは、現在のタスク（燃費、集中加速、排気ガス中の有害物質濃度の低減）に応じて、XNUMX種類すべての混合気で実行できます。 エンジン出力の最適値の観点から、係数 ラムダ 約0,9（「リッチ」混合気）の値が必要な場合、最小燃料消費量は化学量論的混合気に対応します（λ= 1）。 触媒コンバーターの効率的な動作は、混合気の化学量論的組成で発生するため、排気ガスを洗浄するための最良の結果は、λ= 1でも観察されます。
酸素センサーの目的
現代の自動車では、XNUMXつの酸素センサーが標準で使用されています（直列エンジン用）。 XNUMXつは触媒の前（上部ラムダプローブ）、もうXNUMXつは触媒の後（下部ラムダプローブ）です。 上部センサーと下部センサーの設計に違いはありません。同じである可能性がありますが、機能は異なります。
上部または前面の酸素センサーは、排気ガスに残っている酸素を検出します。 このセンサーからの信号に基づいて、エンジンコントロールユニットは、エンジンが実行されている混合気のタイプ（化学量論的、リッチ、またはリーン）を「理解」します。 人工肺の読み取り値と必要な動作モードに応じて、ECUはシリンダーに供給される燃料の量を調整します。 通常、燃料供給は化学量論的混合気に向けて調整されます。 エンジンがウォームアップすると、センサーからの信号は、動作温度に達するまでエンジンECUによって無視されることに注意してください。 下部または背面のラムダプローブは、混合物の組成をさらに調整し、触媒コンバーターの保守性を監視するために使用されます。
酸素センサーの設計と動作原理
現代の自動車で使用されているラムダプローブにはいくつかの種類があります。 それらの中で最も人気のあるものである二酸化ジルコニウム（ZrO2）に基づく酸素センサーの設計と動作原理を考えてみましょう。 センサーは、次の主要な要素で構成されています。
- 外部電極-排気ガスと接触します。
- 内部電極-大気と接触しています。
- 発熱体-酸素センサーを加熱し、より迅速に動作温度（約300°C）にするために使用されます。
- 固体電解質-XNUMXつの電極の間にあります（ジルコニア）。
- 住宅。
- チップガード-排気ガスが入るための特別な穴（ミシン目）があります。
外側と内側の電極はプラチナコーティングされています。 このようなラムダプローブの動作原理は、酸素に敏感な白金層（電極）間の電位差の発生に基づいています。 これは、電解質が加熱されたとき、酸素イオンが大気や排気ガスから電解質を通って移動したときに発生します。 センサー電極の電圧は、排気ガス中の酸素濃度に依存します。 高いほど、電圧は低くなります。 酸素センサーの信号電圧範囲は100〜900mVです。 信号は正弦波の形状をしており、100つの領域が区別されます。450〜450 mV-希薄混合気、900〜450 mV-濃厚混合気、XNUMXmVは混合気の化学量論的組成に対応します。
酸素供給装置のリソースとその誤動作
ラムダプローブは、最も急速に摩耗するセンサーの70つです。 これは、排気ガスと常に接触しており、その資源が燃料の品質とエンジンの保守性に直接依存しているためです。 たとえば、ジルコニウム酸素タンクの資源は約130〜XNUMX万キロメートルです。
両方の酸素センサー（上部と下部）の動作はOBD-IIオンボード診断システムによって監視されているため、いずれかが故障した場合、対応するエラーが記録され、インストルメントパネルの「CheckEngine」インジケーターランプが表示されます。点灯します。 この場合、専用の診断スキャナーを使用して誤動作を診断できます。 予算の選択肢から、Scan Tool Pro BlackEditionに注意を払う必要があります。
この韓国製のスキャナーは、その高いビルド品質と、エンジンだけでなく、車のすべてのコンポーネントとアセンブリを診断する機能において、アナログとは異なります。 彼はまた、すべてのセンサー（酸素を含む）の読み取り値をリアルタイムで追跡することができます。 スキャナーはすべての一般的な診断プログラムと互換性があり、許容電圧値がわかれば、センサーの状態を判断できます。
酸素センサーが正常に動作している場合、信号特性は通常の正弦波であり、8秒以内に少なくとも10回のスイッチング周波数を示します。 センサーが故障している場合、信号の形状が基準の形状と異なるか、混合物の組成の変化に対するセンサーの応答が大幅に遅くなります。
酸素センサーの主な誤動作：
- 動作中の摩耗（センサーの「経年劣化」）。
- 発熱体の開回路;
- 汚染。
これらすべてのタイプの問題は、低品質の燃料の使用、過熱、さまざまな添加剤の追加、センサーの動作領域へのオイルと洗浄剤の侵入によって引き起こされる可能性があります。
酸素供給器の誤動作の兆候：
- ダッシュボードの故障警告灯表示。
- 力の喪失。
- アクセルペダルへの反応が悪い。
- 大まかなエンジンアイドリング。
ラムダプローブの種類
ジルコニアに加えて、チタンおよび広帯域酸素センサーも使用されます。
- チタン。 このタイプの人工肺は、二酸化チタンに敏感な要素を持っています。 このようなセンサーの動作温度は700°Cから始まります。 チタンラムダプローブは、排気中の酸素濃度に応じた出力電圧の変化に基づいて動作するため、大気を必要としません。
- ブロードバンドラムダプローブは改良されたモデルです。 サイクロンセンサーとポンプエレメントで構成されています。 450つ目は、排気ガス中の酸素濃度を測定し、電位差によって生じる電圧を記録します。 次に、読み取り値を基準値（XNUMX mV）と比較し、偏差が発生した場合は、電流を流して排気から酸素イオンを注入します。 これは、電圧が指定された電圧と等しくなるまで発生します。
ラムダプローブはエンジン管理システムの非常に重要な要素であり、その誤動作は運転の困難につながり、残りのエンジン部品の摩耗を増加させる可能性があります。 また、修理ができないため、すぐに新しいものと交換する必要があります。
