Následující článek je odvozen z mé knihy «Diagnostics Strategies of Modern Automotive Systems — Sensor Testing». Zde nezacházím do detailů konstrukce senzoru O2, protože jde spíše o vzdělávání v jeho testování a diagnostice. V případě jakýchkoliv dotazů mi neváhejte zavolat na zde uvedené číslo. Užívat si.
Senzor O2 nebo kyslíku funguje jako malý generátor napětí. Ve skutečnosti produkuje napětí v teoretickém rozsahu 0.01 až 0.98 voltu. Dělá to v závislosti na obsahu kyslíku ve výfukových plynech. Tento signál je hlavním vstupem do ECM, který používá k řízení směsi vzduch-palivo a emisí.
Teorie fungování
Senzor O2 měří obsah kyslíku ve výfukových plynech. Schopnost snímání O2 senzoru vzniká vytvořením malého napětí úměrného obsahu kyslíku ve výfukových plynech. Jinými slovy, pokud je obsah kyslíku nízký, vytváří vysoké napětí (0.90 voltu – bohatá směs) a pokud je obsah kyslíku vysoký, vytváří nízké napětí (0.10 voltu – chudá směs). Ačkoli by teoreticky měl senzor O2 cyklovat mezi 0.00 volty a 1.00 volty, ve skutečnosti by měl cyklovat mezi 0.10 volty a 0.90 volty.
V mnoha moderních automobilech byl senzor O2 nahrazen senzorem AFR nebo Wide-Band. Zadní nebo zadní senzor O2 je však stále stejný staromódní senzor O2.
Při analýze signálů senzoru O2 je velmi důležitých několik klíčových otázek.
• Senzor O2 bude cyklovat mezi 0.10 až 0.90 nebo téměř 1 volt.
• Senzor O2 musí při plném provozu dosáhnout značky amplitudy 0.8x V.
• Senzor O2 musí při plném provozu také dosáhnout značky amplitudy 0.1x V.
(Plný provoz znamená, že motor je plně zahřátý, snímač O2 nad provozní teplotou 600 °F a žádné problémy s palivem nebo mechanickými problémy. Také většina zadních snímačů O2 nebude tak široký, ale během testování musíte přidejte plyn a proveďte několik WOT akcí, abyste prokázali kolísání napětí vašeho senzoru O2.)
• Přední snímač O2 se musí cyklovat alespoň jednou za sekundu, což by na diagnostickém přístroji PID zobrazilo 3 křížové počty.
• Silikon je hlavní příčinou kontaminace O2.
• Pro senzor O2 je snazší přejít z bohatého do chudého než naopak.
• Senzory O2 mají tendenci selhávat při bohatém předpětí. Jinými slovy, mají tendenci posouvat své cyklování na horní stranu nebo bohatou stranu napěťové stupnice.
• V těle senzoru O2 je malý otvor, který umožňuje vzorkovat vnější referenční kyslík.
• Na rozdíl od toho, co si mnoho lidí myslí, senzor O2 NEBUDE cyklovat sám od sebe. Cyklus snímače O2 je přímým výsledkem odezvy ECM na změny ve směsi.
• Když O2 cykluje a každou sekundu překročí značku 0.450 voltu, systém je v CLOSE-LOOP.
• I když senzor O2 cykluje a překračuje 0.450 V (ECM v uzavřené smyčce), NEZNAMENÁ to, že funguje správně.
• Provoz senzoru O2 je extrémně důležitý nejen pro udržení nízkých emisí HC & CO, ale také pro snížení NOx.
• Správné cyklování senzoru O2 určí účinnost katalyzátoru. Aby katalyzátor fungoval s maximální účinností, potřebuje cyklování senzoru O2 na správné amplitudě a frekvenci.
• Senzor O2 s vysokým napětím nemusí nutně znamenat, že směs je bohatá nebo má vysoký obsah paliva. Problém s ventilem EGR také vyšle signál O2 vysoko.
• Signál senzoru O2 zaseknutý na 450 mV je indikací přerušeného obvodu senzoru O2 (signální vodič) nebo vadného uzemnění signálu O2. Hodnota 450 mV se nazývá předpětí a není u všech výrobců stejná. Někteří výrobci používají vyhrazenou zem senzoru O2. Takový zemnící vodič je připojen k bloku motoru nebo podvozku a napájí pouze zemnicí kolík ECM O2. Tímto zemnícím vodičem je pak obvod O2 uzemněn skrz vnitřek elektronické desky ECM. Ztráta tohoto uzemnění by také zvýšila signál senzoru O2 na přibližně 450 mV, takže to vypadá jako otevřený obvod. Totéž platí pro Chrysler, ale tyto používají jiné předpětí O2, které je obvykle 2.00 až 4.00 voltů. Pamatujte, že tento obvod předpětí má velmi nízký proud.
Mezi techniky, kteří se snaží porozumět senzorům O2, je velká mylná představa, že cyklují samy. Senzor O2 pouze snímá obsah kyslíku ve výfuku, A JE TO. Přebytek kyslíku ve formě běžného okolního vzduchu vyšle napěťový signál senzoru O2 nízké (pod 0.450 voltu) a jeho nedostatek vyšle signál vysokého napětí (nad 0.450 voltu). Zaseknutý otevřený EGR ventil způsobí nedostatek kyslíku ve výfuku, protože recirkulující výfuk má všechen kyslík již spálený. ECM někdy používá snímač O2 ke kontrole správné funkce EGR a v případě potřeby nastaví kód. Mějte tedy na paměti, že vozidlo může jezdit chudé, protože ECM vidí bohatý signál O2 kvůli vadnému (zaseknutému otevřenému) ventilu EGR. Protože modul ECM vidí bohatý signál, pokusí se to opravit příkazem chudé směsi a pokusí se snížit signál vysokého napětí snímače O2. Novější systémy bez EGR tento problém nemají, protože účinek EGR se provádí prostřednictvím proměnného časování ventilů. Problém s variabilním překrytím časování ventilů však způsobí stejný efekt jako zaseknutý otevřený ventil EGR.
Podmínky, které ovlivňují provoz
POZNÁMKA: PŘI PROVÁDĚNÍ KONTROLY SENZORU O2 JE DŮLEŽITÉ MĚŘIT PŘI VOLNOBĚHU A 2000 RPM. MĚJTE NA VĚDOMÍ, ŽE PŘEDÚPRAVA O2 SENZORU JE DŮLEŽITÁ I NA NOVĚ TYPOVÝCH VYHŘÍVANÝCH O2 SNÍMACÍCH (ne AFR senzory). PŘEDSTAVTE SENZOR O2 ZVÝŠENÍM OTÁČEK MOTORU NA 2000 OTÁČEK/min. NA ASI 15 VTEŘIN. SNÍMAČ O2 MUSÍ BÝT NAD 600 º F. ABY MOHLO SPRÁVNĚ FUNGOVAT. DLOUHÁ DOBA NEČINNOSTI MŮŽE ZPŮSOBIT VYCHLADNUTÍ NEOHŘÍVANÉHO NEBO STARŠÍHO SNÍMAČE O2, ABY BYLO VŮBEC FUNGOVAT. ZÁROVEŇ SE NEPOKOUŠEJTE UVÁDĚT VYHŘÍVANÉ SNÍMAČE O2 DO PROVOZU. O2 SNÍMAČ S VADNÝM OHŘÍVAČEM PŘEJDE DO UZAVŘENÉ SMYČKY PO DOBRÉM ZAHŘÁTÍ.
Poté, co motor prošel dobou zahřívání (snímač O2 nemá žádný vliv na chod motoru, když je motor studený), ECM poté hledá hodnotu O2. Značka 0.450 voltu je téměř univerzálně považována za střední bod nebo bod křížení pro provoz senzoru O2. Pokud je signál na bohaté straně (nad 0.45 voltu), pak ECM odpoví příkazem chudé směsi (snížení pulzace vstřikovače), nebo pokud je signál na chudé straně (pod 0.45 voltu), pak ECM
odpoví bohatým příkazem (zvýšení pulzace vstřikovače). Velikost korekce pulzu vstřikovače je úměrný na napětí zaznamenané modulem ECM na signálním vodiči snímače O2. Čím vyšší je napětí, tím více ECM zkracuje dobu zapnutí vstřikovače. Čím nižší je napětí, tím více ECM prodlužuje dobu zapnutí vstřikovače. ECM neustále přesně to dělá, mírně zvyšuje a snižuje pulzaci vstřikovače. Neustálé nastavování je to, co dává signálu senzoru O2 spínací vzhled (sinusovka) na obrazovce sondy.
POZNÁMKA: Korekce palivového pulsu modulu ECM prováděné neustále na signál vstřikovače se na skeneru nazývají KRÁTKODOBÉ SEŘIZOVÁNÍ PALIVA (GM to nazval INTEGRATOR) a DLOUHODOBÉ FUEL TRIM (GM to nazývalo BLOCK LEARN). FUEL TRIMS je odchylka systému od pulzu BASE-INJECTION. Analýza LTFT a STFT je skvělý způsob, jak zjistit trend spotřeby paliva konkrétního vozidla nebo jak dobře si vozidlo vedlo s ohledem na kontrolu paliva. STFT a LTFT je první věc, kterou je třeba hledat při posuzování problémů s řízením paliva.
Skutečnost, že signál senzoru O2 přepíná bohaté-chudé-bohaté-chudé také ukazuje, že ECM řídí pulzaci vstřikovače, a proto je systém v režimu uzavřené smyčky. O ECM v plném řízení (cyklování snímače O2) se říká, že je v uzavřené smyčce kvůli sevření obvodu mezi snímačem O2 – řízením impulsů ECM – vstřikovačem, poté se snímačem O2 a zpět do ECM. ECM musí být neustále pod kontrolou, s výjimkou režimu zahřívání, WOT, obohacování výkonu a zpomalování.
Snímač O2 se musí nejen cyklovat, ale také dostatečně rychle (správná frekvence) a dostatečně široký (správná amplituda). Na signálovém vodiči musí být vidět alespoň jeden cyklus za sekundu (1 Hz), aby byl O2 považován za dobrý (ne líný). Jeden cyklus za sekundu způsobí, že stopa osciloskopu projde přes značku 0.450 voltu přibližně 3krát, což ECM rozpozná jako 3 křížové počty. Pomalý senzor O2 bude mít škodlivý účinek na katalyzátor a uvolní nadměrné množství emisí do atmosféry.
Cyklus jsou kompletní bohaté a chudé vrcholy signálu senzoru O2 při překročení napěťového bodu 0.45. Správná amplituda se vztahuje ke schopnosti senzoru O2 dosáhnout při cyklování plného bohatého (0.90 voltu) a úplného chudého stavu (0.10 voltu). Čím vyšší je napětí na signálním vedení O2, tím více ECM snižuje pulsaci do vstřikovačů. Čím nižší je napětí na signálním vedení O2, tím více ECM zvyšuje pulsaci vstřikovače. To je důvod, proč senzor O2, který nečte směs správně, při plné amplitudě a frekvenci, ve skutečnosti zavede ECM do nesprávného schématu řízení paliva. Jakmile senzor O2 dosáhne správné teploty 600 º F, hledejte cyklus signálu O2 se správnou amplitudou a frekvencí a jistě bude indikovat perfektně fungující senzor O2.
Testování komponent
POZNÁMKA: U dřívějších systémů OBD II nemá snímač O2 za katalyzátorem žádný vliv na řízení paliva. Post-katalytický senzor O2 byl původně zodpovědný pouze za monitorování účinnosti katalyzátoru. U většiny systémů by signál senzoru O2 za konvertorem nikdy neměl napodobovat nebo následovat signál O2 před kočkou. To by naznačovalo vadnou nebo nízkou schopnost akumulace kyslíku v konvertoru. Na dřívějších systémech OBD II by měl post-cat O2 senzor vykazovat malé nebo žádné kolísání napětí na křivce osciloskopu, protože všechny fluktuace směsi jsou absorbovány katalyzátorem.
Kolem modelového roku 1999 přišel na trh nový typ konvertoru nazvaný „Low Oxygen Storage Converter“ neboli LOC. S LOC se před a po O2 senzory cyklují stejnou rychlostí. Tyto převodníky jsou testovány měřením doby zpoždění mezi dvěma signály. Dalším vývojem tohoto systému je, že signál postkonvertoru se také používá pro korekci A/F, ale v menší míře.
Tyto jednoduché kroky byste měli dodržovat při každém testování senzorů O2.
1. Naskenujte vozidlo na případné kódy senzoru O2 a analyzujte PID datového toku. Napětí senzoru O2 by mělo normálně kolísat se správnou amplitudou a frekvencí. Senzor O2 zaseknutý na pevném předpětí je známkou přerušeného okruhu O2 nebo chybějícího uzemnění senzoru O2 (vyhrazeného). Pokud je to možné, použijte grafický multimetr k analýze dat senzoru O2, abyste zjistili případné problémy.
2. Při čtení hodnot skenování uvolněte plyn a sledujte minimální a maximální hodnoty senzoru O2 (0.1x voltu až 0.9x voltu). Ačkoli to není nezvratný důkaz správné funkce senzoru O2, slouží jako předběžná indikace správné funkce.
3. Někteří výrobci automobilů používají vyhrazený zemnící vodič snímače O2, který je uzemněn někde na bloku motoru nebo podvozku. Ztráta nebo prasknutí tohoto zemnicího vodiče způsobí, že senzor O2 nebude k ničemu. Tento zemnící vodič napájí pouze obvod snímače O2 ECM. Hlavní kostra motoru nenapájí tento typ obvodu snímače O2.
4. Ověřte integritu vodiče senzoru O2. Většina senzorů O2 je vychýlena a přerušený signální vodič poskytne údaj o tom, jaké je předpětí. Obvody novějšího modelu Jeep/Chrysler O2 mají tendenci být předpojaté na přibližně 2 nebo 4 volty, proto je konstantní hodnota přibližně 2 nebo 4 voltů na Chrysleru také známkou přerušeného obvodu. V mnoha z těchto případů modul ECM vloží kód „Vysoké napětí snímače O2“.
5. Nakonec ověřte správnou funkci senzoru O2 pomocí osciloskopu nebo grafického multimetru. Zkontrolujte správnou amplitudu a frekvenci. Pamatujte, že hodnoty snímače O2 skeneru jsou pouze interpretované hodnoty a nemusí zobrazovat skutečné hodnoty napětí. To je důvod k provedení tohoto závěrečného ručního testu.
Doufám, že se vám tento článek o testování O2 senzorů líbil. Je z velké části založen na jedné z mých publikací a je k dispozici zde na LinkedIn. Pro podrobnější informace o automobilové technologii nás navštivte na našem kanálu YouTube (ADPTraining), DIYCarDoctor a Automotive-Diagnostics-Publishing. Děkuji. Mandy.
