З 1 березня 2006 р. в Росії було введено стандарт "Євро-2". Згідно з новим вимогам, вміст CO у відпрацьованих газах не повинно перевищувати 0,5% на холостих обертах і 0,3% - на підвищених. В Європі цей стандарт був введений з січня 1996 р. (сьогодні провідні виробники вже готуються до переходу на "Євро-5"). Цей стандарт накладає досить жорсткі вимоги на роботу всіх елементів системи живлення двигуна, якість самого двигуна і якість палива. Навіть якщо двигун абсолютно справний, необхідно дуже точно витримувати співвідношення повітря/горюча суміш.
Для оптимального згоряння 1 кг палива потрібно 14,7 кг повітря. Тоді забезпечується найменша вміст токсичних речовин у вихлопі, максимальна економічність і "силові" характеристики двигуна. Даний склад суміші називається "стехіометричним", а ставлення стехіометричного складу суміші до наявного прийнято позначати буквою λ. Якщо λ (надлишок повітря) - збагаченою. При технічному огляді автомобілів цей параметр контролюється (повинен знаходитися в межах 0,97... 1,03).
За кордоном вже більше 20 років для підтримки стехіометричного складу застосовуються пристрої оперативного контролю процесу згоряння (по продуктах згоряння) з організацією зворотного зв'язку. Це стало можливим з появою електронних систем керування упорскуванням і випередженням запалювання. Сьогодні практично кожен автомобіль, пропонований на ринку розвинених країн, оснащений такою системою контролю.
Для роботи цієї системи у випускний колектор двигуна поміщається спеціальний кисневий датчик, який називається "лямбда-зонд (рис.1).
Дане удосконалення стало епохальним в історії автомобілебудування. Робочий елемент датчика - пористий керамічний матеріал на основі двоокису цирконію, покритий методом напилення платиною. Вихлопні гази обтікають робочу поверхню. Датчик реагує на різницю між рівнем кисню у вихлопних газах і в атмосфері, виробляючи на виході відповідну різницю потенціалів.
Перші "лямбда-зонди" були резистивними, тобто змінювали свій опір. Сучасні датчики працюють як порогові елементи: напруга на виході (рис.2) може приймати або високий логічний рівень (збагачена суміш), або низький (збіднена суміш). Швидкість реакції настільки велика, що тривалість фронту сигналу можна не розглядати.
Електронний пристрій управління (ЭУУ) двигуном з певною періодичністю (не менше 2 разів в секунду на холостих обертах і чаші при збільшенні обертів двигуна і ряду інших параметрів) знімає сигнал з лямбда-зонда"" порівнює з закладеними в пам'ять значенням. Якщо поточне значення відрізняється від заданого (оптимального, відповідного обраному робочого режиму), то контролер видає команду на збільшення або зменшення тривалості впорскування палива форсунками, тобто здійснюється точна підстроювання режиму роботи двигуна під поточну ситуацію з досягненням максимальної економії палива і мінімізації шкідливих викидів.
Робота датчика можлива тільки при температурі не нижче чутливих елементів 300...350°С (інакше він не видає сигнал), а гранична температура може досягати 950°С. Перші модифікації "лямбда-зонда" намагалися розташувати як можна ближче до випускного колектора для забезпечення швидкого прогріву і включення датчика в роботу.
Сучасні зонди забезпечені спеціальним нагрівальним елементом, і місце установки стало не настільки критичним. Пристрій датчика показано на рис.3.
До недавнього часу різниця потенціалів знімалася між сигнальним дротом і "масою". Такі датчики вкручувалися у вихлопну трубу з використанням спеціальної токопроводя щей мастила. З часом ймовірність зникнення контакту збільшувалася. Останні модифікації позбавлені цього недоліку. Тепер "маса" виведена окремим дротом (рис.4).
Рівні сигналів, що видаються більшістю датчиків, приблизно однакові, хоча є і винятку (!). Низькому рівню сигналу відповідає напруга в межах 0,1...0,2 В. високої - 0,8...0.9 Ст. Фірмові датчики досить надійні. Термін їх служби складає 80... 160 тис. км пробігу автомобіля. По мірі старіння датчика напруга, відповідне низького логічного рівня, підвищується (більше 0,25), а високого - знижується (менше 0,65). Також збільшується ""інерційність" датчика. Якщо його "відгук" складає більше 250 мс при збідненої горючої суміші і більше 450 мс - при збагаченої, то датчик вважається несправним. Це - усереднені дані. При перевірці бажано керуватися за даними конкретного датчика, встановленого на автомобіль, але подібної інформації, на жаль, публікується дуже мало.
В автосервісі для контролю лямбда-зонда" застосовуються спеціальні мотортестери, але в домашніх умовах можна скористатися звичайним осцилографом. Розетка для підключення до датчика зазвичай розташована на головному джгуті проводів, що йдуть під дефлекторами для стікання води з лобового скла. Датчик містить дуже крихкі і чутливі компоненти. При обслуговуванні вихлопної системи його не можна піддавати ударам, а також промивати якими миючими засобами або розчинниками. При установці датчика можна використовувати герметики, полімеризуючі при кімнатній температурі, а також містять у своєму складі силікон (на різьбу нових датчиків вже нанесена спеціальна контактна мастило).
Передчасний вихід з ладу лямбда-зонда" найчастіше викликається:
- застосуванням етильованого бензину або містить нерегламентовані присадки;
- багаторазовими невдалими спробами запуску двигуна, в результаті яких в випускному трубопроводі скупчуються пари незгорілого палива, здатного запалати з утворенням ударної хвилі;
- перегрівом наконечника датчика, викликаним перебоями в запалюванні, порушеннями в системі контролю випередження запалювання, коли двигун тривалий час працює на переобогащенной паливної суміші;
- надмірної "перегазовкою", коли тахометр знаходиться в "червоній зоні".
Можливими ознаками виходу з ладу кисневого датчика є:
- сигнал бортової системи діагностики (запалювання контрольної лампи "CHECK ENGINE" і фіксація певних кодів несправностей в пам'яті [1]);
- короткочасне запалювання контрольної лампи "CHECK ENGINE" при прискоренні автомобіля;
- нестійка робота двигуна на холостих обертах;
- підвищена витрата палива і погіршення динаміки автомобіля;
- потріскування і запах гару в районі установки каталізатора, а також підвищення температури або нагрівання каталізатора до розжареного стану. Характерний запах тухлих яєць, присутній у вихлопі при попаданні в каталізатор великого кількості незгорілого палива.
Датчик кисню - не самостійний пристрій. Він працює "в зв'язці" з каталітичним нейтралізатором відпрацьованих газів (багатьох автовласників боляче "кусає" його ціна: 400...600 доларів). Каталітичний нейтралізатор - трикомпонентні пристрій, призначений для окислення токсичних речовин (окису вуглецю, вуглеводнів і оксиду азоту) до вуглекислого газу, азоту та води у результаті каталітичної реакції. Оптимальна робота каталізатора (нейтралізація приблизно 80% всіх компонентів) досягається тільки тоді, коли двигун працює при стехіометрії століттям складі суміші (рис.5).
Зникнення або спотворення сигналу з лямбда-зонда" призводить до збільшення вміст токсичних речовин у продуктах згоряння, а отже, до різкого скорочення терміну служби каталізатора.
Варто зазначити, що до недавнього часу досить часто практикувався демонтаж несправних "лямбда-зонда" і каталізатора з подальшою установкою труби-вставки. Таким чином було "доопрацьовано" велика кількість іномарок внаслідок неможливості здійснення дорогого ремонту. Але з введенням нових правил при проходженні техогляду буде вимагатися наявність і працездатність всього обладнання, якщо автомобіль оснащувався їм штатно (при виготовленні).
Література
Автор: І. Наговіцин, п. Талагі-Нафтобаза Архангельської обл.