Датчик кислорода назначение и устройство.
Датчик кислорода является своеобразным гальваническим элементом, то есть при своей работе датчик вырабатывает электрический ток. Устройство датчика кислорода состоит из корпуса, нагревательного элемента и чувствительного наконечника, защищённого от внешних механических повреждений, кожухом. Наконечник сделан из керамики с добавлением окиси циркония.
Принцип работы.
При высокой температуре и попадании на одну из его поверхностей молекул кислорода, на ней начинает появляться ток. С другой стороны происходит такой же процесс, но с противоположной полярностью. С наружной стороны конус, через прорези в защитном колпаке, омывается выхлопными газами. С внутренней стороны через отверстия в корпусе к нему поступает наружный воздух. Следовательно, при наличие кислорода с наружной и с внутренней стороны чувствительного конуса, на нём не буде образовываться ток. Но так как количество свободных молекул кислорода в отработавших газах всегда ниже чем в наружном воздухе, то даже при максимальном их количестве на датчик кислорода будет генерировать ток 0,1 — 0,2В. При отсутствии свободных молекул кислорода в отработавших газах на конусе будет образовываться напряжение равное 0,8 – 0,9 В.
На основании выше изложенного делаем выводы:
1. при бедной смеси, когда в отработавших газах будет большое количество свободных молекул кислорода, на датчике генерируется минимальное напряжение 0,1 – 0,2 В
2. при богатой смеси соответственно 0,8 – 0,9В.
3. изменение напряжения на датчике происходит в довольно узком диапазоне состава смеси, очень близкой к стехиометрической практически при α = 1.
Благодаря этому контролируя момент изменения величины напряжения можно судить о качестве состава смеси непосредственно в данный момент. На основании показаний датчика электронный блок регулирует подачу топлива.
Датчик кислорода нагревательный элемент.
Для нормальной работы датчика чувствительный конус должен выполняться определённые условия. Самое главное датчик должен быть нагрет и в тоже время не перегрет. Нагрев осуществляется за счёт выхлопных газов, а охлаждение за счёт вентиляции через отверстия в корпусе. За поддержание оптимальной температуры датчика отвечает нагревательный элемент. Так же он осуществляет первоначальный нагрев датчика до рабочей температуры после пуска двигателя. Нагревательный элемент получает постоянное питание при включении зажигания. Применение при его изготовлении материала с изменяющимся сопротивлением при нагреве, исключает надобность применения дополнительных приспособлений и оборудования.
При холодном датчике сопротивление нагревательного элемента минимально, а следовательно, потребляемый ток и мощность максимальны. При нагреве сопротивление повышается, ограничивая потребляемый ток и мощность. Максимальный потребляемый ток нагревателя на холодном двигателе равен 3А.
Работа датчика кислорода.
Контроллер при пуске двигателя не учитывает показания датчика кислорода до его прогрева и начала работы. При этом производит приготовление смеси только по показаниям других датчиков.
Для контроля над состоянием датчика, контроллер через встроенный в нём резистор подаёт опорное напряжение на 0,8В на датчик. Сигналом о готовности датчика давать достоверные данные о составе смеси является сопротивление его чувствительного элемента, которое очень высоко при холодном датчике и стремительно падает при прогреве. Снижение падения напряжения говорит контроллеру о готовности датчика к работе.
Подводя итог можно сделать следующее заключение.
- При пуске холодного двигателя происходит подготовка рабочей смеси без участия показаний датчика кислорода, так называемый разомкнутый цикл. В тоже время происходит нагрев датчика встроенным нагревательным элементом и проверка готовности датчика со стороны контроллера.
- При определении контроллером готовности датчика к работе, процесс приготовления смеси переходит на замкнутый цикл. При этом контроллером делается поправка в алгоритме подготовки смеси на основании наличия и содержания молекул свободного кислорода, не участвующих в процессе сгорания топлива.
