الجهاز ومبدأ تشغيل مستشعر الأكسجين
محتوى
مستشعر الأكسجين - جهاز مصمم لتسجيل كمية الأكسجين المتبقية في غازات العادم لمحرك السيارة. يقع في نظام العادم بالقرب من المحفز. استنادًا إلى البيانات التي يتلقاها مولد الأكسجين ، تقوم وحدة التحكم الإلكترونية في المحرك (ECU) بتصحيح حساب النسبة المثلى لخليط الوقود والهواء. يشار إلى نسبة الهواء الزائد في تركيبته في صناعة السيارات بالحرف اليوناني لامدا (λ)، بسبب حصول المستشعر على الاسم الثاني - مسبار lambda.
معامل الهواء الزائد λ
قبل تفكيك تصميم مستشعر الأكسجين ومبدأ تشغيله ، من الضروري تحديد معلمة مهمة مثل نسبة الهواء الزائد لخليط الوقود والهواء: ما هو ، وما هو تأثيره ، ولماذا يتم قياسه بواسطة المستشعر.
في نظرية عملية ICE ، هناك مفهوم مثل نسبة متكافئة - هذه هي النسبة المثالية للهواء والوقود ، حيث يحدث الاحتراق الكامل للوقود في غرفة الاحتراق بأسطوانة المحرك. هذه معلمة مهمة للغاية ، على أساسها يتم حساب أوضاع توصيل الوقود وتشغيل المحرك. يعادل 14,7 كجم من الهواء إلى 1 كجم من الوقود (14,7: 1). وبطبيعة الحال ، فإن مثل هذه الكمية من خليط وقود الهواء لا تدخل الأسطوانة في وقت واحد ، إنها مجرد نسبة يتم إعادة حسابها للظروف الحقيقية.
نسبة الهواء الزائد (λ) هي نسبة الكمية الفعلية للهواء الداخل إلى المحرك إلى الكمية المطلوبة نظريًا (مقياس التكافؤ) من أجل الاحتراق الكامل للوقود. بعبارات بسيطة ، هو "مقدار الهواء (الأقل) الذي دخل الأسطوانة أكثر مما ينبغي".
اعتمادًا على قيمة λ ، هناك ثلاثة أنواع من خليط وقود الهواء:
- λ = 1 - خليط متكافئ ؛
- λ <1 - خليط "غني" (إفراز - قابل للذوبان ؛ نقص - هواء) ؛
- λ> 1 - خليط "خفيف" (هواء زائد ؛ نقص - وقود).
يمكن تشغيل المحركات الحديثة على جميع الأنواع الثلاثة من المزيج ، اعتمادًا على المهام الحالية (الاقتصاد في استهلاك الوقود ، والتسارع المكثف ، وتقليل تركيز المواد الضارة في غازات العادم). من وجهة نظر القيم المثلى لقوة المحرك ، المعامل لامدا يجب أن يكون له قيمة حوالي 0,9 (خليط "غني") ، فإن الحد الأدنى لاستهلاك الوقود سوف يتوافق مع الخليط المتكافئ (λ = 1). ستتم أيضًا ملاحظة أفضل النتائج لتنظيف غازات العادم عند λ = 1 ، نظرًا لأن التشغيل الفعال للمحول الحفاز يحدث بتركيبة متكافئة من خليط الهواء والوقود.
الغرض من مجسات الأكسجين
يتم استخدام مستشعرين للأكسجين كمعيار قياسي في السيارات الحديثة (لمحرك مدمج). واحد أمام المحفز (مسبار لامدا العلوي) ، والثاني بعده (مسبار لامدا السفلي). لا توجد اختلافات في تصميم المستشعرات العلوية والسفلية ، فقد تكون متماثلة ، لكنها تؤدي وظائف مختلفة.
يكتشف مستشعر الأكسجين العلوي أو الأمامي الأكسجين المتبقي في غاز العادم. استنادًا إلى الإشارة الواردة من هذا المستشعر ، "تفهم" وحدة التحكم في المحرك نوع خليط الهواء والوقود الذي يعمل عليه المحرك (متكافئ ، غني أو خفيف). اعتمادًا على قراءات المؤكسج ووضع التشغيل المطلوب ، تقوم وحدة التحكم الإلكترونية بضبط كمية الوقود التي يتم توفيرها للأسطوانات. عادة ، يتم ضبط توصيل الوقود باتجاه خليط القياس المتكافئ. وتجدر الإشارة إلى أنه عند ارتفاع درجة حرارة المحرك ، يتم تجاهل الإشارات الصادرة من المستشعر بواسطة وحدة التحكم الإلكترونية في المحرك حتى تصل إلى درجة حرارة التشغيل. يتم استخدام مسبار لامدا السفلي أو الخلفي لضبط تكوين الخليط بشكل أكبر ومراقبة إمكانية خدمة المحول الحفاز.
تصميم مستشعر الأكسجين ومبدأ التشغيل
هناك عدة أنواع من مجسات لامدا تستخدم في السيارات الحديثة. دعونا ننظر في تصميم ومبدأ تشغيل أكثرها شيوعًا - مستشعر الأكسجين القائم على ثاني أكسيد الزركونيوم (ZrO2). يتكون المستشعر من العناصر الرئيسية التالية:
- القطب الخارجي - يتصل بغازات العادم.
- قطب كهربائي داخلي - ملامس للغلاف الجوي.
- عنصر التسخين - يستخدم لتسخين مستشعر الأكسجين وإعادته إلى درجة حرارة التشغيل (حوالي 300 درجة مئوية) بسرعة أكبر.
- إلكتروليت صلب - يقع بين قطبين (زركونيا).
- الإسكان.
- واقي طرف - به فتحات خاصة (ثقوب) لدخول غازات العادم.
الأقطاب الكهربائية الخارجية والداخلية مطلية بالبلاتين. يعتمد مبدأ تشغيل مسبار لامدا هذا على حدوث فرق محتمل بين طبقات البلاتين (الأقطاب الكهربائية) الحساسة للأكسجين. يحدث عندما يتم تسخين المنحل بالكهرباء ، عندما تتحرك أيونات الأكسجين من خلاله من الهواء الجوي وغازات العادم. يعتمد الجهد في أقطاب المستشعر على تركيز الأكسجين في غازات العادم. كلما ارتفع ، انخفض الجهد. نطاق جهد إشارة مستشعر الأكسجين هو 100 إلى 900 مللي فولت. للإشارة شكل جيبي ، حيث يتم تمييز ثلاث مناطق: من 100 إلى 450 مللي فولت - خليط خفيف ، من 450 إلى 900 مللي فولت - خليط غني ، 450 مللي فولت يتوافق مع التركيب المتكافئ لخليط وقود الهواء.
مورد المؤكسج وأعطاله
يعتبر مسبار لامدا من أسرع المستشعرات المهترئة. هذا يرجع إلى حقيقة أنه على اتصال دائم بغازات العادم وتعتمد موارده بشكل مباشر على جودة الوقود وإمكانية خدمة المحرك. على سبيل المثال ، يحتوي خزان الأكسجين الزركونيوم على مورد يبلغ حوالي 70-130 ألف كيلومتر.
نظرًا لأن تشغيل كل من مستشعرات الأكسجين (العلوي والسفلي) يتم مراقبتهما بواسطة نظام التشخيص الموجود على اللوحة OBD-II ، إذا فشل أي منهما ، فسيتم تسجيل الخطأ المقابل ، ومصباح مؤشر "فحص المحرك" على لوحة العدادات سوف تضيء. في هذه الحالة ، يمكنك تشخيص عطل باستخدام ماسح ضوئي تشخيصي خاص. من خيارات الميزانية ، يجب الانتباه إلى Scan Tool Pro Black Edition.
يختلف هذا الماسح الضوئي الكوري الصنع عن نظائره في جودة بنائه العالية وقدرته على تشخيص جميع مكونات وتجميعات السيارة ، وليس المحرك فقط. كما أنه قادر على تتبع قراءات جميع أجهزة الاستشعار (بما في ذلك الأكسجين) في الوقت الفعلي. الماسح الضوئي متوافق مع جميع برامج التشخيص الشائعة ، ومعرفة قيم الجهد المسموح بها ، يمكن للمرء أن يحكم على صحة المستشعر.
عندما يعمل مستشعر الأكسجين بشكل صحيح ، تكون خاصية الإشارة عبارة عن جيب عادي ، يظهر تردد تبديل لا يقل عن 8 مرات في غضون 10 ثوانٍ. إذا كان المستشعر معطلاً ، فسيختلف شكل الإشارة عن الشكل المرجعي ، أو ستتباطأ استجابته للتغيير في تركيبة الخليط بشكل كبير.
الأعطال الرئيسية لجهاز استشعار الأكسجين:
- ارتداء أثناء التشغيل (جهاز الاستشعار "الشيخوخة") ؛
- دائرة مفتوحة لعنصر التسخين ؛
- التلوث.
يمكن أن تحدث كل هذه الأنواع من المشاكل عن طريق استخدام وقود منخفض الجودة ، وارتفاع درجة الحرارة ، وإضافة مواد مضافة مختلفة ، ودخول الزيوت وعوامل التنظيف إلى منطقة تشغيل المستشعر.
علامات عطل المؤكسج:
- إشارة ضوء تحذير عطل على لوحة القيادة.
- فقدان القوة.
- استجابة ضعيفة لدواسة البنزين.
- تباطؤ المحرك الخشن.
أنواع مجسات لامدا
بالإضافة إلى الزركونيوم ، تُستخدم أيضًا مستشعرات الأكسجين ذات النطاق العريض والتيتانيوم.
- التيتانيوم. يحتوي هذا النوع من غرف الأكسجين على عنصر حساس لثاني أكسيد التيتانيوم. تبدأ درجة حرارة تشغيل هذا المستشعر من 700 درجة مئوية. لا تتطلب مجسات Titanium lambda هواءًا جويًا ، نظرًا لأن مبدأ عملها يعتمد على تغيير جهد الخرج ، اعتمادًا على تركيز الأكسجين في العادم.
- يعتبر مسبار lambda ذو النطاق العريض نموذجًا محسنًا. يتكون من مستشعر الإعصار وعنصر الضخ. الأول يقيس تركيز الأكسجين في غاز العادم ، ويسجل الجهد الناتج عن فرق الجهد. بعد ذلك ، تتم مقارنة القراءة مع القيمة المرجعية (450 مللي فولت) ، وفي حالة حدوث انحراف ، يتم تطبيق تيار ، مما يؤدي إلى حقن أيونات الأكسجين من العادم. يحدث هذا حتى يصبح الجهد مساويًا للجهد المعطى.
يعتبر مسبار لامدا عنصرًا مهمًا جدًا في نظام إدارة المحرك ، ويمكن أن يؤدي عطله إلى صعوبات في القيادة ويسبب زيادة تآكل أجزاء المحرك الأخرى. وبما أنه لا يمكن إصلاحه ، يجب استبداله على الفور بآخر جديد.
