E-OBD: КОМПОНЕНТЫ СИСТЕМЫ УМЕНЬШЕНИЯ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРУ

Общие сведения

Типичные для двигателя V8 компоненты:

  • Правый каталитический нейтрализатор
  • Задние подогреваемые кислородные датчики (всего 2)
  • Левый каталитический нейтрализатор
  • Передние подогреваемые кислородные датчики (всего 2)

Основными компонентами системы выпуска отработавших газов являются каталитические нейтрализаторы, представляющие собой неотъемлемую часть сборочного узла передней выпускной трубы. Каталитические нейтрализаторы входят в состав системы по снижению выбросов в атмосферу окислов углерода (CO), окислов азота (NOx) и углеводородов (HC). Активными компонентами каталитических нейтрализаторов являются платина (Pt), палладий (Pd) и родий (Rh). Каталитические нейтрализаторы для автомобилей с малым уровнем выбросов (LEVs), предназначенных для рынка Североамериканских Штатов должны с 2000 модельного года иметь в качестве активной компоненты только палладий или родий. Правильное функционирование каталитических нейтрализаторов зависит от строгого контроля концентрации кислорода в отработавших газах, поступающих в каталитический нейтрализатор. Каталитический нейтрализатор расположен на каждой из передних труб от выпускного коллектора V-образных двигателей; одиночный каталитический нейтрализатор расположен на передней трубе двигателя с рядным расположением цилиндров.

Корпус каталитического нейтрализатора изготовлен из нержавеющей стали и является цельносварной конструкцией. В каждом каталитическом нейтрализаторе находятся два элемента, содержащие экструдированный керамический носитель, образующий сотовую структуру из ячеек малого размера (используемый в автомобиле Discovery имеет плотность 62 соты/см2 ). Поверхность керамического элемента подвергнута особой обработке, называемой "абсорбционным покрытием", увеличивающей площадь поверхности элемента каталитического нейтрализатора примерно в 7000 раз. Слой, нанесённый на абсорбционное покрытие, содержит редкоземельные элементы платину, палладий и родий в следующих относительных концентра циях: 1 Pt : 21.6 Pd : 1 Rh

Каталитические нейтрализаторы для автомобилей с малым уровнем выбросов (LEV), предназначенных для рынка США с 2000 модельного года имеют в качестве активной компоненты только палладий и родий в пропорции 14 Pd : 1 Rh. Металлическое покрытие из платины и палладия окисляет монооксид углерода и углеводороды и преобразует их в воду (H2O) и углекислый газ (CO2). Покрытие из родия убирает кислород из окислов азота (NOx) и преобразует их в азот (N2).

ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ: Каталитические нейтрализаторы содержат очень хрупкий керамический материал. Примите меры к исключению сильных ударных воздействий на корпус каталитического нейтрализатора.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Для предотвращения травм от элементов раскалённой системы выпуска не пытайтесь отсоединить какой-либо компонент системы выпуска до её остывания.

ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ: Каталитический нейтрализатор может получить серьёзные повреждения при использовании низкооктановых сортов топлива и определённо будет повреждён при использовании этилированного топлива. Конструкция заправочной горловины топливного бака обеспечивает совместимость только с заправочными пистолетами для раздачи неэтилированного топлива.

ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ: Убедитесь в герметичности системы выпуска. Утечки отработавших газов до каталитического нейтрализатора могут вызвать его внутренние повреждения.

Работоспособность и эффективность каталитического нейтрализатора оценивается измерением содержания кислорода в отработавших газах до и после каталитического нейтрализатора. Соответствующее содержание кислорода подсчитывается на основании данных от кислородных датчиков, установленных до и после каталитического нейтрализатора. Должным образом работающий каталитический нейтрализатор поглощает содержащийся в поступающих отработавших газах кислород или запасает его для преобразования загрязняющих веществ. Газы, поступающие в каталитический нейтрализатор, преобразуются из CO, HC и NOx в CO2, H2O и N2.

Для того, чтобы определить, правильно ли функционирует каталитический нейтрализатор, сигнал от заднего кислородного датчика наблюдается в период работы переднего кислородного датчика (т.е. когда передний кислородный датчик генерирует сигнал). В течение периода измерения сигнал от заднего кислородного датчика должен оставаться относительно постоянным, поскольку каталитический нейтрализатор поддерживает содержание кислорода в газах на выходе постоянным.

Внутри нормального диапазона регулирования отклонения соотношения воздуха и топлива в отработавших газах до каталитического нейтрализатора вызывают биения сигнала переднего кислородного датчика. Преобразование отработавших газов и запасание кислорода в процессе работы каталитического нейтрализатора приводят к относительно постоянному сигналу заднего кислородного датчика. В зависимости от режима эксплуатации автомобиля в момент измерений и типа каталитического нейтрализатора или состава его рабочего покрытия сигнал может находиться в диапазоне напряжений, соответствующего "бедной" или "богатой" смеси. Новые автомобили с бензиновыми двигателями, оснащённые каталитическими нейтрализаторами, производят менее 10% ядовитых газов от уровня автомобилей, выпущенных до 1993 года. Мониторинг каталитического нейтрализатора производится один раз за поездку.

Подогреваемый кислородный датчик (HO2)

Подогреваемый кислородный датчик является неотъемлемой частью системы уменьшения вредных выбросов в атмосферу и используется совместно с каталитическими нейтрализаторами и блоком управления двигателем для обеспечения поддержания состава воздушно-топливной смеси около стехиометрической точки при "лямбда" = 1, где каталитические нейтрализаторы наиболее эффективны. В системе выпуска используются сочетания из четырёх или двух кислородных датчиков в зависимости от законодательных требований рынка и типа двигателя. На автомобилях, оснащённых системой OBD, с V-образными двигателями используются четыре кислородных датчика, а на рядных двигателях серии "К" - два кислородных датчика.

На V-образных двигателях два передних подогреваемых кислородных датчика установлены в передней выпускной трубе для мониторинга содержания кислорода в отработавших газах, и два дополнительных задних кислородных датчика установлены в задней выпускной трубе. На двигателях с рядным расположением цилиндров один кислородный датчик является передним и один - задним.

Передний и задний кислородные датчики не являются взаимозаменяемыми и хотя их можно установить, поменяв местами, их разъёмы различаются по "полу" и цвету. Важно не перепутать сигнальные контакты датчика; сигнальные контакты плакированы золотом, тогда как контакты питания подогревателя облужены, ошибка в подключении вызовет загрязнение датчика и неблагоприятно отразится на эффективности работы системы.

Каждый из подогреваемых кислородных датчиков имеет четырёхконтактный разъём со следующим назначением выводов:

  • Сигнальная "масса" датчика (подключается к модулю управление двигателем ECM).
  • Сигнал датчика (подключается к модулю управление двигателем ECM).
  • Управление подогревателем (подключается к модулю управление двигателем ECM).
  • Питание подогревателя (подключается к источнику питания через предохранитель).

Кислородный датчик состоит из керамического корпуса (гальванический элемент), являющимся практически чистым проводником ионов кислорода, изготовленным из смеси окислов циркония и иттрия. Керамика покрыта газопроницаемой платиной, которая, будучи нагретой до достаточно высокой температуры (> 350°С), создаёт напряжение, пропорциональное содержанию кислорода в потоке отработавших газов. Подогреваемый кислородный датчик имеет защиту в виде наружной трубки с отверстием несвободного потока для предотвращения охлаждения керамики датчиков низкотемпературными отработавшими газами при запуске. Задние кислородные датчики имеют улучшенное качество сигнала, но более медленную реакцию.

Обращаться с подогреваемыми кислородными датчиками следует с исключительной осторожностью, чтобы не повредить корпус или головку датчика. Керамический материал внутри датчика может быть легко разбит при падении, ударе или перезакрутке - датчики должны быть закручены моментом затяжки рекомендованной величины, указанной в руководстве по ремонту. Повреждение может быть также вызвано перегревом. При установке датчиков наносите на резьбу пасту против "прикипания".

Подогреваемые кислородные датчики вворачиваются в резьбовые основания, вваренные в трубы системы выпуска в подходящих местах до и после каталитических нейтрализаторов. Они используются для определения уровня остаточного кислорода в отработавших газах с целью обеспечения немедленной выдачи показаний о полноте процесса сгорания. Благодаря размещению датчиков в потоке отработавших газов из выпускного коллектора каждого отдельного полублока цилиндров (V-образные двигатели), система управления двигателем лучше может контролировать требования топливоподачи в каждый полублок независимо от другого, осуществляя, таким образом, более жёсткий контроль соотношения воздуха и топлива и оптимизируя эффективность работы каталитического нейтрализатора.

Например, если подогреваемые кислородные датчики (HO2) подают сигнал "Слишком обогащённые отработавшие газы" = "лямбда" < 1, компьютер ECM уменьшает время впрыска для снижения степени топливоподачи.

В соответствии с требованиями к системе EOBD все подогреваемые кислородные датчики (HO2) должны подвергаться раздельному мониторингу по электрическим параметрам, подогреву датчика, контрольной частоте и параметрам контроля. Для того, чтобы компьютер ECM мог осуществить мониторинг подогреваемого кислородного датчика (HO2), система должна функционировать в контрольном диапазоне (т.е. система не использует фиксированные значения по умолчанию, как при работе аварийных программ или при недостижении рабочей температуры).

Если система OBD регистрирует неисправность подогреваемого кислородного датчика (HO2), обнаружение пропусков воспламенения, то мониторинг каталитического нейтрализатора и контроль состава топливной смеси прерываются до устранения неполадки. В таблице ниже приведены типичные условия для мониторинга подогреваемого кислородного датчика (HO2):

Система Требования / статус
Контроль подогреваемого кислородного датчика (HO2) В контрольном диапазоне работы
Температура охлаждающей жидкости Рабочая температура
Скорость движения автомобиля 3 50 миль/ч (5 80 км/ч, в зависимости от движения на дорогах)
Добавочный впрыск воздуха (если применим) Не активирован
Температура каталитического нейтрализатора Рабочая температура (> 350°С)
Положение педали акселератора Как можно более стабильное
Скорость вращения двигателя Как можно более стабильная
Среднее значение "лямбда" Как можно более стабильное (постоянная нагрузка)

Температура каталитического нейтрализатора является значением, определяемым компьютером ECM как функция от нагрузки, массы воздуха и времени (температурная модель отработавших газов).

Мониторинг подогреваемых кислородных датчиков (HO2) в отношении электрической целостности осуществляется в условиях обычной поездки. Компьютер ECM проверяет отсутствие обрывов и коротких замыканий цепей на "массу" или питание аккумуляторной батареи для определения неисправностей в проводах или разъёмах, а также осуществляет проверку достоверности сигнала, чтобы убедиться, что получаемый сигнал адекватен и логичен. Ниже в на стоящем документе приводятся диагностические коды неисправностей, ассоциированных с Р-кодами.

Если сигнал подогреваемого кислородного датчика (HO2) падает ниже минимального порогового значения напряжения, компьютер ECM интерпретирует это как короткое замыкание на "массу" и записывает в память ассоциированный код неисправности. Если сигнал подогреваемого кислородного датчика (HO2) превышает максимальное пороговое значение, компьютер ECM интерпретирует это как короткое замыкание на "плюс" аккумуляторной батареи и записы вает в память ассоциированный код неисправности.

Если сигнал подогреваемого кислородного датчика (HO2) при мониторинге остаётся неизменным или не остаётся внутри заранее определённого диапазона напряжений после разогрева кислородного датчика (HO2) и превышения температурой двигателя определённого порогового значения, компьютер ECM интерпретирует это как обрыв цепи и записывает в память ассоциированный код неисправности. В случае любой из этих неисправностей активируется сигнализатор неисправности систем двигателя (MIL), если неисправности подтверждаются после следующего ездового цикла. Для возможности измерения содержания кислорода в отработавших газах кислородные датчики (HO2) должны разогреваться. Если их подогрев не функционирует должным образом, сигнал датчика не может достичь определённых пороговых значений диапазона напряжений "Определение готовности к работе". Это приводит к следующему:

  • Задержка начала регулирования по сигналу кислородного датчика (HO2) после запуска двигателя, отражающаяся на объёмах выбросов.
  • Увеличенные объёмы выбросов при работе с регулированием по сигналу кислородного датчика (HO2).

Работа подогревателей переднего и заднего кислородных датчиков (HO2) подвергается цикли ческому мониторингу, пока подогрев активирован компьютером ECM.

В зависимости от измеренных значений контуры подогрева кислородных датчиков (HO2) проверяются также на обрыв и короткое замыкание на "массу" или на "плюс". Ниже в настоящем документе приводятся диагностические коды неисправностей, ассоциированных с Р-кодами.

В случае применения системы управления двигателем Bosch M5.2.1 измеряются как ток так и напряжение для определения сопротивления подогревателя кислородного датчика (HO2). Ток подогревателя кислородного датчика (HO2) определяется через падение напряжения на последовательно включённом резисторе в цепи подогревателя датчика.

В дополнение к проверке целостности контура подогревателя кислородного датчика (HO2) проверяется также и степень подогрева. Датчик Bosch LSH25, используемый с системой управления двигателем M5.2.1, работает по принципу "источника напряжения" в диапазоне между 0.05 В и 0.9 В.