Функционирование датчика кислорода имеет принципиальное значение для обеспечения рабочих характеристик современных автомобильных двигателей.
Датчик кислорода должен обеспечивать не только минимальные выбросы вредных веществ, но и высокую топливную экономичность транспортного средства.
Традиционные датчики кислорода — это дискретные выключатели, которые просто включаются и отключаются, сигнализируя о том, что концентрация кислорода выше или ниже определенного значения. Более современные датчики способны определять точное значение концентрации кислорода. Их называют линейными.
В отличие от «переключающихся» датчиков кислорода линейные датчики обладают продвинутым функционалом, благодаря которому обеспечивается более точное управление работой двигателя. За счет точного контроля состава отработавших газов эти датчики позволяют системе управления двигателем (EMS) подстраивать его параметры. В результате повышается топливная экономичность автомобиля, улучшаются его экологические характеристики, а сам двигатель даже становится «умнее».
Таким образом, применение усовершенствованных датчиков кислорода выгодно как для автопроизводителей, так и для автовладельцев — именно этот компонент делает автомобиль более экологичным, экономичным и надежным в разнообразных условиях эксплуатации. В этом материале рассказывается о принципе действия усовершенствованных датчиков кислорода, а также о том, каким образом этот компонент способствует увеличению эффективности работы двигателей современных автомобилей.
Управление составом топливовоздушной смеси
В двигателях современных автомобилей реализован ряд решений, направленных на контроль выбросов вредных веществ и поддержание состава отработавших газов в заданных пределах. Одной из таких мер контроля является трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, который очищает выхлопные газы.
Этот компонент способен эффективно работать лишь в очень узком диапазоне значений концентрации газов. Это означает, что слишком высокая или низкая концентрация углеводородов или кислорода может привести к повреждению каталитического нейтрализатора. Линейные датчики помогают защитить каталитический нейтрализатор от повреждения, позволяя электронному блоку управления двигателем (ЭБУ) определять фактическое наличие в нем кислорода.
Это означает, что при разгоне автомобиля, когда топливовоздушная смесь обогащается, или при движении накатом, когда топливовоздушная смесь обедняется, линейные датчики могут представить информацию о концентрации кислорода, на основе которой ЭБУ предпримет соответствующие корректирующие меры.
Получая информацию не только о наличии кислорода в отработавших газах, но и о его концентрации, ЭБУ может защитить каталитический нейтрализатор от избыточного/недостаточного содержания кислорода или углеводородов. Такой способ управления гарантирует эффективную работу двигателя, ограничивает уровень выбросов вредных веществ и предотвращает повреждение каталитического нейтрализатора независимо от состава топливовоздушной смеси.
Обнаружение дисбаланса цилиндров
По мере износа двигателя его цилиндры начинают работать неравномерно. Датчики могут отслеживать подобные изменения, выявлять дисбаланс цилиндров и предупреждать ЭБУ о необходимости принятия мер.
Во-первых, эти датчики (отличающиеся высокой точностью и быстродействием) будут обнаруживать отдельные импульсы в потоке отработавших газов и сигнализировать о малейших изменениях. Затем ЭБУ сможет соотнести каждый импульс с отдельным цилиндром и проверить измерения с помощью специального сигнала, например, спровоцировав пропуск зажигания, не подавая искру на один из цилиндров.
При выявлении ненормального сигнала ЭБУ сможет компенсировать снижение эффективности цилиндра, не перегружая остальные цилиндры. Это означает, что производительность поддерживается без вредного воздействия на двигатель.
Кроме того, ЭБУ может использовать информацию об этих ненормальных сигналах для генерации отчета по отклонениям отдельных цилиндров для бортовой диагностической системы (OBD). Этот отчет транслируется в диагностические коды неисправности (DTC) — впоследствии это поможет автомеханику быстро и эффективно отыскать причину неисправности.
Датчики в системах нейтрализации отработавших газов
В условиях постоянного ужесточения требований к автопроизводителям, направленных на сокращение выбросов вредных веществ, внедряются различные решения для нейтрализации отработавших газов. К таким решениям относятся система рециркуляции отработавших газов, катализаторы для нейтрализации оксидов азота и сажевые фильтры для дизельных двигателей (DPF). Все эти системы призваны сократить содержание вредных веществ в отработавших газах.
Датчики кислорода, наряду с датчиками давления и температуры, отслеживают условия работы этих систем. Они измеряют концентрацию кислорода и таким образом позволяют ЭБУ оценивать состояние этих систем в контексте соответствия установленным спецификациям. Например, для регенерации сажевого фильтра (DPF) требуется высокая концентрация кислорода и высокая температура. Датчики кислорода не только обеспечивают работоспособность этих систем, но и играют решающую роль в предотвращении потенциального, крайне дорогого ремонта.
Такие системы используются на большинстве современных автомобилей, оснащенных дизельными двигателями, и как минимум одна из них использует в своей работе один или несколько датчиков кислорода. В новых, совместных с автопроизводителями, проектах DENSO уже используются преимущества новейших датчиков в целях реализации расширенного функционала на бензиновых двигателях и приведения автомобилей в соответствие с экологическими стандартами.
Усовершенствованные датчики сокращают выбросы вредных веществ и расход топлива
Датчики кислорода, являясь ключевым элементом системы управления двигателем, позволяют оптимизировать контроль выбросов вредных веществ, не влияя на производительность двигателя. На самом деле, заметное расширение возможностей самодиагностики позволяет увеличивать и эффективность двигателя. Таким образом, обеспечивая возможность количественного контроля рабочих параметров двигателя в режиме реального времени, усовершенствованные датчики кислорода, наряду с прочими компонентами силового агрегата (ЭБУ, системой нейтрализации отработавших газов), позволяют автопроизводителям и автовладельцам ощутить преимущества более эффективных двигателей.
