Лабораторная работа 1 Устройство и принцип работы осциллографа диагностического комплекса Автомастер модели ам1

• Название: Лабораторная работа 1 Устройство и принцип работы осциллографа диагностического комплекса Автомастер модели ам1
• Дата: 02.03.2022
• Размер: 3.2 Mb.
• Имя файла: 000ece9e-46287a45.docx
• Тип: Лабораторная работа; #380774
• страница: 5 из 5

Проверка выходного сигнала Датчика кислорода

Измерение напряжения выходного сигнала лямбда-зонда блок
управления двигателем производит относительно сигнальной "массы"
датчика. Сигнальная "масса" двух- и четырёх-проводных лямбда-зондов
BOSCH выведена через отдельный провод (провод серого цвета идущий от
датчика) на разъём датчика. Сигнальная "масса" одно- и трёх-проводных
лямбда-зондов BOSCH соединена с металлическим корпусом датчика и при
установке датчика автоматически соединяться с "массой" автомобиля через
резьбовое крепление датчика. Выведенная через отдельный провод на разъём
датчика сигнальная "масса" лямбда-зонда в большинстве случаев так же
соединена с "массой" автомобиля. Встречаются блоки управления двигателем, где провод сигнальной "массы" лямбда-зонда подключен не к "массе" автомобиля, а к источнику опорного напряжения. В таких системах, измерение напряжения выходного сигнала лямбда-зонда блок управления двигателем производит относительно источника опорного напряжения, к которому подключен провод сигнальной "массы" лямбда-зонда. Для просмотра осциллограммы напряжения выходного сигнала лямбда-зонда,
чёрный зажим типа "крокодил" осциллографического щупа должен быть подсоединён к "массе" двигателя диагностируемого автомобиля, пробник щупа должен быть подсоединён параллельно сигнальному выводу датчика (провод чёрного цвета идущий от датчика).


Рис.8.Схема подключения осциллографа к лямбда-зонду BOSCH (на основе оксида циркония).
1 – точка подключения чёрного зажима типа "крокодил" осциллографического щупа;
2 – точка подключения пробника осциллографического щупа.

Когда лямбда-зонд прогревается до рабочей температуры, его выходное
электрическое сопротивление значительно снижается, и он приобретает
способность отклонять опорное напряжение, поступающее от блока
управления двигателем через резистор с постоянным электрическим
сопротивлением. В большинстве блоков управления двигателем, значение
опорного напряжения равно 450mV. Такой блок управления двигателем
считает лямбда-зонд готовым к работе только после того, как вследствие
прогрева датчик приобретает способность отклонять опорное напряжение в
диапазоне более чем ±150…250mV.

Лямбда-зонд на основе оксида циркония. Лямбда-зонд на основе оксида циркония генерирует выходной сигнал напряжением от 40-100mV до 0. 7-1. 0V. Размах напряжения выходного сигнала исправного лямбда-зонда достигает 950mV.



Рис.9.Осциллограмма выходного напряжения лямбда-зонда BOSCH (на основе оксида циркония).

A: – значение напряжения в момент времени указанный маркером(рис.9). В данном случае соответствует максимальному напряжению выходного сигнала лямбда-зонда и равно 840mV;

A-B: – значение разности напряжений между двумя указанными маркерами моментами времени. В данном случае соответствует размаху выходного напряжения сигнала зонда и составляет 740mV. При пониженном содержании кислорода в отработавших газах, вызванном работой двигателя на обогащённой топливовоздушной смеси, датчик генерирует сигнал высокого уровня напряжением 0. 65-1V. При повышенном содержании кислорода в отработавших газах (обеднённая топливная смесь) датчик генерирует сигнал низкого уровня напряжением 40-250mV. Исправный лямбда-зонд начинает работать только после прогрева чувствительного элемента до температуры выше 350°С, когда его выходное электрическое сопротивление значительно снижается, и он приобретает способность отклонять опорное напряжение, поступающее от блока управления двигателем через резистор с постоянным электрическим сопротивлением. В блоках управления двигателем большинства производителей опорное напряжение равно 450mV. Такой блок управления двигателем считает лямбда-зонд готовым к работе только после того как вследствие прогрева, датчик приобретает способность отклонять опорное напряжение в диапазоне более чем ±150250mV.



Рис.10.Осциллограмма выходного напряжения лямбда-зонда BOSCH (на основе оксида циркония) при пуске двигателя.

Пуск прогретого до рабочей температуры двигателя. DT: – значение интервала времени между двумя маркерами. В данном случае соответствует времени прогрева лямбда-зонда и равно 30s;

A: – значение напряжения в момент времени указанный маркером. В данном случае соответствует опорному напряжению, поступающему от блока управления двигателем и равно 450mV;

A-B: – значение разности напряжений между двумя указанными маркерами моментами времени.

В данном случае соответствует отклонению опорного напряжения, поступающего от блока управления двигателем на величину, по достижении которой лямбда-зонд считается прогретым и готовым к работе и равно 250mV(рис.10). Опорное напряжение на сигнальном проводе лямбда-зонда в блоках управления двигателем может иметь и другие значения. Например, для блоков управления производства Ford оно равно 0V, а для блоков управления двигателем производства Daimler Chrysler – 5V. Измерение напряжения выходного сигнала лямбда-зонда блок управления двигателем производит относительно сигнальной "массы" датчика. Сигнальная "масса" лямбда-зонда в зависимости от его конструкции может быть выведена через отдельный провод на разъём датчика, а может быть соединена с корпусом датчика и при установке датчика, в таком случае, автоматически соединяться с "массой" автомобиля через резьбовое соединение. Сигнальная "масса" лямбда-зонда выведенная через отдельный провод на разъём датчика в большинстве случаев соединена с "массой" автомобиля.



Рис.11.Осциллограмма выходного напряжения лямбда-зонда BOSCH (на основе оксида циркония) при низкой частоте переключения выходного сигнала.

F: – значение частоты полученное путём пересчёта интервала времени между двумя маркерами (1/dT)(рис.11). В данном случае соответствует частоте переключения выходного сигнала лямбда-зонда и составляет 1,2Hz. Низкая частота переключения выходного сигнала лямбда-зонда указывает на увеличенный диапазон отклонения состава топливовоздушной смеси от техиометрического.



Рис.12.Осциллограмма выходного напряжения лямбда-зонда BOSCH (на основе оксида циркония) с большим временем перехода выходного напряжения зонда от одного уровня к другому из-за старения или отравления датчика.

F: – значение частоты полученное путём пересчёта интервала времени между двумя маркерами (1/dT)(рис.12). В данном случае соответствует частоте переключения выходного сигнала лямбда-зонда и составляет 0,6Hz. Такая неисправность может быть вызвана возросшим временем перехода выходного напряжения зонда от одного уровня к другому из-за старения или отравления датчика. Время перехода выходного напряжения зонда от одного уровня к другому не должно превышать 120ms.



Рис.13.Осциллограмма выходного напряжения лямбда-зонда BOSCH (на основе оксида циркония) низкого уровня.

DT: – значение интервала времени между двумя маркерами (рис.13). В данном случае соответствует времени перехода выходного напряжения зонда от низкого уровня к высокому и составляет 78ms. Причиной значительного увеличения времени перехода выходного напряжения зонда от одного уровня к другому может стать отравление либо старение датчика. Отравление датчика может быть вызвано применением содержащих свинец и некоторые другие элементы присадок к топливу или маслу, либо применением при ремонте двигателя некоторых видов герметиков. Старение датчика происходит вследствие его работы в агрессивной среде под высокой температурой.

Анализируя осциллограмму напряжения выходного сигнала лямбда-зонда на различных режимах работы двигателя, можно выявить неисправности как самого датчика, так и системы управления двигателем в целом. Ниже приведена осциллограмма напряжения выходного сигнала исправного лямбда-зонда неисправной системы управления двигателем. Двигатель прогрет до рабочей температуры и работает на холостых оборотах без нагрузки более двух минут. Закладка установлена в точке осциллограммы соответствующей моменту резкого открытия дроссельной заслонки.



Рис.14 Осциллограмма выходного напряжения лямбда-зонда BOSCH (на основе оксида циркония) в момент резкого открытия дроссельной заслонки.

A: – значение напряжения в момент времени указанный маркером. В данном случае соответствует среднему напряжению выходного сигнала лямбда-зонда и составляет 800mV;

A-B: – значение разности напряжений между двумя указанными маркерами моментами времени. В данном случае соответствует размаху выходного напряжения сигнала зонда при резком изменении режима работы двигателя и составляет 700mV; закладка, отмечающая момент резкого открытия дроссельной заслонки. По приведенной осциллограмме видно, что во время работы двигателя на холостом ходу, зонд генерировал сигнал со средним напряжением равным 700mV и размахом ±150mV. После резкого открытия дроссельной заслонки (момент времени отмечен закладкой "Snap throttle") выходное напряжение резко снизилось на 700mV. Размах напряжения выходного сигнала лямбда-зонда вследствие реакции на изменения уровня содержания кислорода в отработавших газах и малое время перехода выходного напряжения датчика от одного уровня к другому указывают на исправность датчика и его готовность к работе. Итак, двигатель прогрет до рабочей температуры и работает на холостых оборотах без нагрузки более двух минут, лямбда-зонд до рабочей температуры прогрет и генерирует сигнал, указывающий блоку управления на переобогащённую топливовоздушную смесь, но блок управления на это адекватно не реагирует вследствие чего, смесь по-прежнему остаётся переобогащённой. Кроме того, видно, что топливовоздушная смесь становится обеднённой сразу после резкого открытия дроссельной заслонки. Резкая перегазовка является одним из режимов, когда состав топливовоздушной смеси должен быть обогащённым.

Всё выше сказанное указывает на неисправность системы управления двигателем, а не самого лямбда-зонда. Неисправность может быть вызвана обрывом цепи сигнального провода зонда, неисправностью одного или нескольких датчиков системы управления двигателем или их электропроводки, поломкой блока управления двигателем или его электропроводки. Из-за старения (рис15), выходное электрическое сопротивление лямбда-зонда снижается при значительно более высокой температуре чувствительного элемента до значения, при котором датчик приобретает способность отклонять опорное напряжение. Из-за возросшего выходного электрического сопротивления размах выходного напряжения сигнала лямбда-зонда уменьшается. Стареющий лямбда-зонд легко можно выявить по осциллограмме напряжения его выходного сигнала на таких режимах работы двигателя, когда поток и температура отработавших газов снижаются. Это режим холостого хода и малых нагрузок. Практически стареющий лямбда-зонд всё ещё работает на движущемся автомобиле, но как только нагрузка на двигатель снижается (холостой ход), размах сигнала быстро начинает уменьшаться вплоть до пропадания колебаний.



Рис.15.Осциллограмма выходного напряжения лямбда-зонда BOSCH (на основе оксида циркония) при старении.

A: – значение напряжения в момент времени указанный маркером. В данном случае соответствует среднему значению напряжения выходного сигнала лямбда-зонда, и равно 550mV.

Напряжение выходного сигнала становится почти стабильным, его значение становится близким опорному напряжению 300-600mV. В случае значительного повышения температуры чувствительного элемента, выходное электрическое сопротивление лямбда-зонда несколько снижается, и его способность отклонять опорное напряжение возрастает.



Рис.16.Осциллограмма выходного напряжения лямбда-зонда BOSCH (на основе оксида циркония) при значительном повышении температуры.

A: – значение напряжения в момент времени указанный маркером (рис.16). В данном случае соответствует максимальному напряжению выходного сигнала лямбда-зонда и равно 720mV;

A-B: – значение разности напряжений между двумя указанными маркерами моментами времени. В данном случае соответствует размаху выходного напряжения сигнала зонда и равно 260mV. Этой особенностью датчика диагност может воспользоваться, повысив температуру и скорость потока отработавших газов путём увеличения нагрузки либо оборотов двигателя, разогревая таким образом чувствительный элемента зонда до более высокой температуры. Если в таком режиме работы двигателя осциллограмма выходного сигнала приобретает привычный вид, это указывает на то, что лямбда-зонд всё ещё способен обеспечить близкий к заданному состав рабочей смеси во время движения автомобиля. При этом работа двигателя на холостом ходу может быть неустойчивой, может появляться "качание" оборотов холостого хода. Иногда встречается неисправность лямбда-зонда, вызывающая появление выбросов напряжения отрицательной полярности.



Рис.17.Осциллограмма выходного напряжения лямбда-зонда BOSCH (на основе оксида циркония) отрицательной полярности.

A: – значение напряжения в момент времени указанный маркером(рис.17). В данном случае соответствует напряжению выходного сигнала лямбда-зонда во время работы двигателя на холостом ходу и составляет 45mV;

A-B: – значение разности напряжений между двумя указанными маркерами моментами времени. В данном случае соответствует размаху выходного напряжения сигнала зонда при резком изменении режима работы двигателя и составляет 650mV. Закладка, отмечающая момент резкого открытия дроссельной заслонки. В случае появления такой неисправности, расход топлива очень сильно возрастает, приёмистость двигателя значительно снижается, при резких перегазовках наблюдаются выбросы сажи из выхлопной трубы, рабочая поверхность изоляторов свечей зажигания покрывается сажей. Неисправность возникает вследствие внутренней, а иногда и внешней разгерметизации лямбда-зонда. Чувствительный элемент зонда сравнивает уровень содержания кислорода в отработавших газах и в атмосферном воздухе. В случае возникновения значительной разности уровней содержания кислорода в камере с атмосферным воздухом и в отработавших газах, датчик генерирует напряжение 1V. Полярность этого напряжения зависит от того, в какой из камер снизился уровень содержания кислорода. В исправной системе уровень содержания кислорода изменяется только со стороны отработавших газов и только в сторону уменьшения. Уровень содержания кислорода в камере с атмосферным воздухом при этом оказывается значительно выше уровня содержания кислорода в выхлопных газах, вследствие чего зонд генерирует напряжение 1V положительной полярности. В случае разгерметизации лямбда-зонда, в камеру с атмосферным воздухом проникают отработавшие газы с низким содержанием кислорода. На режиме торможения двигателем (закрытая дроссельная заслонка при вращении двигателя с высокой частотой, подача топлива при этом отключена), в выхлопную систему двигателем выбрасывается почти чистый атмосферный воздух. В таком случае, уровень содержания кислорода в выхлопной системе резко возрастает и уровень содержания кислорода в атмосферной камере зонда оказывается значительно ниже уровня содержания кислорода в отработавших газах, вследствие чего зонд генерирует напряжение 1V отрицательной полярности. Блок управления двигателем в таком случае считает лямбда-зонд исправным, так как вскоре после пуска двигателя и прогрева, датчик отклонил опорное напряжение и снизил его до 0V. Выходное напряжение зонда напряжением 0V свидетельствует о близком уровне содержания кислорода в отработавших газах и в разгерметизированой атмосферной камере зонда. На блок управления двигателем поступает сигнал зонда низкого уровня, что является для него свидетельством обеднённой топливовоздушной смеси. Вследствие этого, блок управления двигателем обогащает топливовоздушную смесь. Таким образом, разгерметизация лямбда-зонда приводит к значительному обогащению топливовоздушной смеси. При этом многие системы самодиагностики выявить данную неисправность зонда не способны.

Лямбда-зонд на основе оксида титана. Напряжение выходного сигнала лямбда-зонда на основе оксида титана колеблется в диапазоне от 10-100mV до 4-5V.



Рис.18. Осциллограмма выходного напряжения лямбда-зонда SIEMENS (на основе оксида титана).

A: – значение напряжения в момент времени указанный маркером. В данном случае соответствует максимальному напряжению выходного сигнала лямбда-зонда и равно 4,5V;

A-B: – значение разности напряжений между двумя указанными маркерами моментами времени. В данном случае соответствует размаху выходного напряжения сигнала зонда и равно 4,4V. На изменение состава выхлопных газов такой зонд реагирует изменением своего электрического сопротивления. Сопротивление датчика высокое при высоком содержании кислорода в отработавших газах (бедная смесь) и резко снижается при обогащении топливовоздушной смеси. За счёт этого датчик шунтирует поступающее от блока управления двигателем через резистор с постоянным электрическим сопротивлением опорное напряжение 5V. Таким образом, в отличие от датчиков на основе оксида циркония, выходное напряжение лямбда-зонда на основе оксида титана низкое при работе двигателя на обогащённой смеси и высокое при работе на обеднённой смеси. Выходной сигнал лямбда-зонда на основе оксида титана значительно быстрее реагирует на изменения уровня содержания кислорода в отработавших газах, по сравнению со скоростью реакции датчика на основе оксида циркония. Это позволяет более точно поддерживать оптимальным состав топливовоздушной смеси. Но хотя эти датчики более точны и быстры, они редко используются так как очень дороги.

Содержание отчета

Наименование работы:________________________________________________

Цель работы:_________________________________________________________

Задание:_________________________________________________________________________________________________________________________________

Перечень используемого оборудования: ____________________________________________________________________
Таблица 1.

Измеряемые параметры	Измеренные параметры	ТУ

Вывод:______________________________________________________________________________________________________________________________­­­­­­­­­­­­­____


Контрольные вопросы

1.Назовите типы датчика кислорода.

2. Назначение датчика кислорода.

3.Работа цирконевого датчика кислорода.

4. Укажите причины выхода из строя лямда-датчика.

5. Расскажите что происходт при старении датчика кислорода.

Литература

Основная литература

1. 
   Диагностика электронных систем автомобилей приборами НПП «НТС»: справочное пособие.- Самара: //ООО НПП «НТС», 2010
   
2. 
   Крымский А. Электроника в автодиагностике// Радио.- 2011.№ 11
   
3. 
   Мигунов А.Л. Исследование и диагностика электронных систем управления двигателем (ЭСУД) с распределенным впрыском топлива на стенде ЭСУД.- М., 2008
   

Дополнительная литература

1 Автомобильный справочник / Пер. с англ. - 2-е ИЗД., перераб. И доп.

- М.: ЗАО «КЖИ За рулем», 2004.- 992 с.

2 Богданов В.И. Электротехника И электроника в автомобиле И автомобильном

хозяйстве: Учеб. пособие / в.и. Богданов. – Шахты: Изд.- во ЮРГУЭС,

2000.- 339 с.

6 Звонкин Ю.З. Современный автомобиль и электронное управление: Учебное

пособие / Ю.З. Звонкин. – Ярославль: Изд.-во Ярославского [ТУ,

2006. - 250с.
Интернет- источники:

1.http://www.chiptuner.ru/content/sensor

2. http://www.autodiagnostic1.ru/viewpage.php?id=11