Das Gerät und Funktionsprinzip des Sauerstoffsensors

Sauerstoffsensor - ein Gerät zur Aufzeichnung der in den Abgasen eines Automotors verbleibenden Sauerstoffmenge. Es befindet sich im Abgassystem in der Nähe des Katalysators. Basierend auf den vom Sauerstoffgenerator empfangenen Daten korrigiert das elektronische Motorsteuergerät (ECU) die Berechnung des optimalen Anteils des Luft-Kraftstoff-Gemisches. Das Luftüberschussverhältnis in seiner Zusammensetzung wird in der Automobilindustrie durch den griechischen Buchstaben angegeben Lambda (λ), aufgrund dessen der Sensor einen zweiten Namen erhielt - Lambdasonde.

Luftüberschusskoeffizient λ

Vor dem Zerlegen des Aufbaus des Sauerstoffsensors und des Funktionsprinzips muss ein so wichtiger Parameter wie das Luftüberschussverhältnis des Kraftstoff-Luft-Gemisches ermittelt werden: Was ist das, was beeinflusst es und warum wird es von der gemessen? Sensor.

In der Theorie des ICE-Betriebs gibt es ein Konzept wie stöchiometrisches Verhältnis - Dies ist das ideale Verhältnis von Luft und Kraftstoff, bei dem eine vollständige Verbrennung von Kraftstoff im Brennraum des Motorzylinders erfolgt. Dies ist ein sehr wichtiger Parameter, auf dessen Grundlage die Kraftstoffzufuhr und die Motorbetriebsarten berechnet werden. Dies entspricht 14,7 kg Luft und 1 kg Kraftstoff (14,7: 1). Natürlich gelangt eine solche Menge des Luft-Kraftstoff-Gemisches nicht zu einem bestimmten Zeitpunkt in den Zylinder, sondern ist nur ein Anteil, der für die tatsächlichen Bedingungen neu berechnet wird.

Luftüberschussverhältnis (λ) Ist das Verhältnis der tatsächlichen Luftmenge, die in den Motor eintritt, zur theoretisch erforderlichen (stöchiometrischen) Menge für die vollständige Verbrennung des Kraftstoffs. In einfachen Worten ist es „wie viel mehr (weniger) Luft in den Zylinder gelangt ist, als es hätte sein sollen“.

Abhängig vom Wert von λ gibt es drei Arten von Luft-Kraftstoff-Gemischen:

• λ = 1 - stöchiometrische Mischung;
• λ <1 - "reiches" Gemisch (Ausscheidung - löslich; Mangel - Luft);
• λ> 1 - "mageres" Gemisch (Luftüberschuss; Kraftstoffmangel).

Moderne Motoren können je nach den aktuellen Aufgaben (Kraftstoffverbrauch, intensive Beschleunigung, Reduzierung der Schadstoffkonzentration in den Abgasen) mit allen drei Gemischtypen betrieben werden. Unter dem Gesichtspunkt der optimalen Werte der Motorleistung ist der Koeffizient Lambda Sollte der Wert etwa 0,9 betragen („fettes“ Gemisch), entspricht der minimale Kraftstoffverbrauch dem stöchiometrischen Gemisch (λ = 1). Die besten Ergebnisse für die Reinigung von Abgasen werden auch bei λ = 1 beobachtet, da der effiziente Betrieb des Katalysators mit einer stöchiometrischen Zusammensetzung des Luft-Kraftstoff-Gemisches erfolgt.

Zweck von Sauerstoffsensoren

In modernen Autos werden standardmäßig zwei Sauerstoffsensoren verwendet (für einen Reihenmotor). Eine vor dem Katalysator (obere Lambdasonde) und die zweite danach (untere Lambdasonde). Es gibt keine Unterschiede im Design der oberen und unteren Sensoren, sie können gleich sein, aber sie erfüllen unterschiedliche Funktionen.

Der obere oder vordere Sauerstoffsensor erfasst den verbleibenden Sauerstoff im Abgas. Basierend auf dem Signal von diesem Sensor „versteht“ das Motorsteuergerät, auf welcher Art von Luft-Kraftstoff-Gemisch der Motor läuft (stöchiometrisch, fett oder mager). Abhängig von den Oxygenatorwerten und der erforderlichen Betriebsart passt die ECU die Kraftstoffmenge an, die den Zylindern zugeführt wird. Typischerweise wird die Kraftstoffzufuhr in Richtung des stöchiometrischen Gemisches eingestellt. Es ist zu beachten, dass beim Aufwärmen des Motors die Signale vom Sensor von der Motor-ECU ignoriert werden, bis die Betriebstemperatur erreicht ist. Die untere oder hintere Lambdasonde wird verwendet, um die Zusammensetzung des Gemisches weiter einzustellen und die Gebrauchstauglichkeit des Katalysators zu überwachen.

Design und Funktionsprinzip des Sauerstoffsensors

Es gibt verschiedene Arten von Lambda-Sonden, die in modernen Autos verwendet werden. Betrachten wir das Design und das Funktionsprinzip des beliebtesten von ihnen - des Sauerstoffsensors auf der Basis von Zirkoniumdioxid (ZrO2). Der Sensor besteht aus folgenden Hauptelementen:

• Außenelektrode - kommt mit Abgasen in Kontakt.
• Interne Elektrode - in Kontakt mit der Atmosphäre.
• Heizelement - wird verwendet, um den Sauerstoffsensor zu erwärmen und schneller auf Betriebstemperatur zu bringen (ca. 300 ° C).
• Festelektrolyt - befindet sich zwischen zwei Elektroden (Zirkonoxid).
• Wohnen.
• Spitzenschutz - hat spezielle Löcher (Perforationen), durch die Abgase eindringen können.

Die äußere und innere Elektrode sind platinbeschichtet. Das Funktionsprinzip einer solchen Lambdasonde basiert auf dem Auftreten einer Potentialdifferenz zwischen sauerstoffempfindlichen Platinschichten (Elektroden). Es tritt auf, wenn der Elektrolyt erhitzt wird, wenn Sauerstoffionen aus atmosphärischer Luft und Abgasen durch ihn strömen. Die Spannung an den Sensorelektroden hängt von der Sauerstoffkonzentration in den Abgasen ab. Je höher es ist, desto niedriger ist die Spannung. Der Spannungsbereich des Sauerstoffsensorsignals beträgt 100 bis 900 mV. Das Signal hat eine sinusförmige Form, in der drei Bereiche unterschieden werden: Von 100 bis 450 mV - mageres Gemisch, von 450 bis 900 mV - reiches Gemisch entsprechen 450 mV der stöchiometrischen Zusammensetzung des Luft-Kraftstoff-Gemisches.

Oxygenator-Ressource und ihre Fehlfunktionen

Die Lambdasonde ist einer der am schnellsten abgenutzten Sensoren. Dies liegt an der Tatsache, dass es ständig mit Abgasen in Kontakt steht und seine Ressource direkt von der Qualität des Kraftstoffs und der Wartungsfreundlichkeit des Motors abhängt. Beispielsweise hat ein Zirkonium-Sauerstofftank eine Ressource von etwa 70 bis 130 Kilometern.

Da der Betrieb beider Sauerstoffsensoren (oben und unten) vom Borddiagnosesystem OBD-II überwacht wird, wird bei einem Ausfall eines dieser Sensoren ein entsprechender Fehler aufgezeichnet und die Kontrollleuchte „Motor prüfen“ auf der Instrumententafel angezeigt wird aufleuchten. In diesem Fall können Sie eine Fehlfunktion mit einem speziellen Diagnosescanner diagnostizieren. Bei den Budgetoptionen sollten Sie auf das Scan Tool Pro Black Edition achten.

Dieser in Korea hergestellte Scanner unterscheidet sich von Analoga durch seine hohe Verarbeitungsqualität und die Fähigkeit, alle Komponenten und Baugruppen eines Autos und nicht nur den Motor zu diagnostizieren. Er kann auch die Messwerte aller Sensoren (einschließlich Sauerstoff) in Echtzeit verfolgen. Der Scanner ist mit allen gängigen Diagnoseprogrammen kompatibel und bei Kenntnis der zulässigen Spannungswerte kann der Zustand des Sensors beurteilt werden.

Wenn der Sauerstoffsensor ordnungsgemäß funktioniert, ist die Signalkennlinie eine reguläre Sinuskurve, die innerhalb von 8 Sekunden eine Schaltfrequenz von mindestens 10 Mal anzeigt. Wenn der Sensor nicht in Ordnung ist, unterscheidet sich die Signalform von der Referenzform, oder die Reaktion auf eine Änderung der Mischungszusammensetzung wird erheblich verlangsamt.

Die Hauptstörungen des Sauerstoffsensors:

• Verschleiß während des Betriebs (Alterung des Sensors);
• offener Stromkreis des Heizelements;
• Verschmutzung.

Alle diese Arten von Problemen können durch die Verwendung von Kraftstoff geringer Qualität, Überhitzung, die Zugabe verschiedener Additive, das Eindringen von Ölen und Reinigungsmitteln in den Betriebsbereich des Sensors ausgelöst werden.

Anzeichen einer Fehlfunktion des Oxygenators:

• Störungswarnleuchte am Armaturenbrett.
• Leistungsverlust.
• Schlechte Reaktion auf das Gaspedal.
• Rauer Motor im Leerlauf.

Arten von Lambda-Sonden

Neben Zirkonoxid werden auch Titan- und Breitband-Sauerstoffsensoren eingesetzt.

• Titan. Diese Art von Sauerstoffkammer hat ein Titandioxid-empfindliches Element. Die Betriebstemperatur eines solchen Sensors beginnt bei 700 ° C. Titan-Lambda-Sonden benötigen keine atmosphärische Luft, da ihr Funktionsprinzip auf einer Änderung der Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration im Abgas beruht.
• Die Breitband-Lambda-Sonde ist ein verbessertes Modell. Es besteht aus einem Zyklonsensor und einem Pumpelement. Der erste misst die Sauerstoffkonzentration im Abgas und zeichnet die durch die Potentialdifferenz verursachte Spannung auf. Als nächstes wird der Messwert mit dem Referenzwert (450 mV) verglichen, und im Falle einer Abweichung wird ein Strom angelegt, der die Injektion von Sauerstoffionen aus dem Abgas provoziert. Dies geschieht so lange, bis die Spannung der angegebenen entspricht.

Die Lambdasonde ist ein sehr wichtiges Element des Motormanagementsystems, und ihre Fehlfunktion kann zu Schwierigkeiten beim Fahren führen und zu einem erhöhten Verschleiß anderer Motorteile führen. Und da es nicht repariert werden kann, muss es sofort durch ein neues ersetzt werden.