Датчик кислорода отработавших газов

Датчик кислорода используется для получения информации о соответствии состава горючей смеси оптимальному значению. Он представляет собой источник электрического тока в виде гальванического элемента, помещенный в систему выпуска автомобиля перед нейтрализатором, т. е. в среду горячих отработавших газов.

Устройство датчика приведено на рис. 4.11.

Рис. 4.11. Датчик кислорода: I — защитный кожух, 2 — чувствительный элемент, 3 — нагревательный элемент, 4 — корпус, 5 — соединительные выводы.

Чувствительным элементом датчика является обтекаемый отработавшими газами керамический наконечник, защищенный от механических повреждений металлическим защитным кожухом с прорезями для прохода отработавших газов. Внутренняя часть керамического наконечника контактирует с атмосферным воздухом, проникающим через щели в корпусе датчика. Благодаря своему составу на основе окиси циркония, разогретая горячими газами керамика становится источником тока, меняющим напряжение в зависимости от наличия или отсутствия кислорода в отработавших газах.

Кислородный датчик должен быть достаточно прогрет в нормальном режиме работы. Для ускорения прогрева после пуска двигателя большинство современных кислородных датчиков имеют встроенный электрический нагревательный элемент, работающий при включенном зажигании. Благодаря свойствам проводящего материала нагревателя его мощность автоматически изменяется в зависимости от температуры чувствительного элемента датчика. При низкой температуре сопротивление нагревателя минимально, а мощность максимальна. При высокой температуре сопротивление нагревателя максимально, а мощность минимальна. Это позволяет исключить необходимость применения дополнительных средств управления температурой датчика.

Электрическое сопротивление чувствительного элемента холодного датчика велико и резко падает по мере его прогрева, что дает возможность точно отследить момент, когда ставится возможной передача датчиком правильной информации о составе горючей смеси.

При богатой горючей смеси, т. е. при избытке топлива, свободный кислород в отработавших газах практически отсутствует. В этом случае датчик кислорода за счет большой разности концентраций кислорода на внутренней и наружной поверхностях керамического наконечника генерирует напряжение около 1 В. При бедной горючей смеси в отработавших газах появляется свободный кислород и вырабатываемое датчиком напряжение уменьшается до 0,1 В, т. е. на порядок.

Переход напряжения датчика от высокого уровня к низкому уровню и наоборот происходит в узком диапазоне изменения состава. Таким образом, ориентируясь на момент изменения величины напряжения, при помощи такого датчика можно точно определить текущий состав смеси с учетом всех особенностей регулировки карбюратора, состояния воздушного фильтра, случайных подсосов воздуха и других внешних факторов, не позволяющих заранее выбрать требуемый состав смеси. По сигналам датчика кислорода электронный блок управляет расположенными на карбюраторе электромагнитными клапанами управления составом смеси (актюаторами).