Mazda: мониторинг кислородного датчика A/F

 Как работает мониторинг широкополосного датчика кислорода A/F (UEGO)

Мониторы
• Так называемые мониторы – это диагностические программы, выполняемые PCM для обнаружения  неисправностей в системах и элементах, связанных с выбросами вредных веществ в отработавших газах. В бензиновых двигателях Mazda используются мониторы непрерывного действия и периодического действия.
• Мониторы непрерывного действия работают постоянно, т.е., правильное функционирование системы/элемента проверяется постоянно в течение цикла езды.

X: Время
Y: Скорость автомобиля
1. Запуск двигателя
2. Выключение двигателя
3. Монитор работает
4. Монитор не работает

• Мониторы непрерывного действия активируются после запуска двигателя и работают, пока двигатель не будет выключен.
• Если контроль выполнен, а никакого сбоя не произошло, монитор отключается. В результате, возникновение сбоя в системе/элементе после отключения монитора будет обнаружено только во время следующего цикла езды.
• Если сбой обнаруживается в фазе контроля, рассматриваемая система/элемент и монитор выключаются до начала следующего цикла езды. В случае, если сбой влияет также и на работу других мониторов, они также отключаются. Таким образом, запоминание последующих неисправностей не допускается.

Комплексный монитор элементов
• CCM (Comprehensive Component Monitor = комплексный монитор элементов)
непрерывно проверяет связанные с выбросами датчики и приводы на
электрические неисправности, ошибки диапазона, ошибки правдоподобия и
функциональные неисправности. Если связанный с выбросами элемент
отказывает, это распознаётся монитором, а неисправность сохраняется в памяти
PCM.
• Компонентом комплексного монитора CCM является монитор широкополосного датчика кислорода A/F (UEGO)

Монитор широкополосного датчика UEGO
Широкополосный кислородный датчик UEGO (Universal Exhaust Gas Oxygen Sensor (UEGO)) определяет соотношение воздух/топливо относительно стехиометрического (химически сбалансированного) соотношения воздух/топливо, варьируя количество кислорода, подаваемого в измерительную камеру или вытесняемого из неё. По мере обогащения или обеднения выхлопных газов количество кислорода, которое необходимо подать или вытеснить для поддержания стехиометрического соотношения воздух/топливо в измерительной камере, изменяется пропорционально соотношению воздух/топливо.

Для стехиометрической смеси лямбда равна единице (λ = 1 (14,7 кг воздуха на 1 кг топлива)). Если коэффициент λ больше 1, то такая топливовоздушная смесь называется бедной (она обеднена топливом), если же коэффициент λ меньше 1, то такая топливовоздушная смесь является богатой (она обогащена топливом).

Измеряя ток, необходимый для подачи или удаления кислорода, можно оценить соотношение воздух/топливо (лямбда). Обратите внимание, что измеренное соотношение воздух/топливо фактически является выходным сигналом контроллера тока накачки UEGO ASIC, интегрированным в блок управления двигателем (РСМ) а не сигналом, поступающим непосредственно с датчика.

Интерфейс датчика Bosch UEGO:
IP – первичный ток накачки, протекающий через измерительный резистор.
IA – ток, протекающий через подстроечный резистор, подключенный параллельно измерительному резистору.
VM – виртуальная земля, примерно на 2,5 В выше земли PCM.
RE – напряжение ячейки Нернста, 450 мВ от VM. Также проводит ток для опорного напряжения накачки.
H+ – напряжение нагревателя – к аккумулятору.
H- – земля нагревателя – включение/выключение рабочего цикла для контроля температуры датчика.

Интерфейс датчика NTK UEGO:
IP – первичный ток накачки, протекающий через измерительный резистор.
COM – виртуальная земля, примерно на 3,6 В выше земли PCM.
VS – напряжение ячейки Нернста, 450 мВ от COM. Также по нему проходит ток для опорного напряжения накачки.
RL – вход напряжения с маркированного резистора.
H+ – напряжение нагревателя – к аккумулятору.
H- – земля нагревателя – включение/выключение рабочего цикла для контроля температуры датчика.

Основным компонентом датчика UEGO является диффузионный канал, который управляет потоком выхлопных газов в детекторную полость, ячейку Нернста (по сути, обычный датчик EGO (Exhaust Gas Oxygen Sensor (EGO) внутри датчика UEGO), которая измеряет соотношение воздуха и топлива в детекторной полости. Схема управления в микросхеме ASIC (установленной в PCM) управляет током накачки (IP), чтобы поддерживать в детекторной полости состав смеси, близкий к стехиометрическому, поддерживая напряжение в ячейке Нернста на уровне 450 мВ. Это напряжение на ячейке Нернста (RE,VS) составляет 450 мВ от виртуального заземления (VM, COM), что примерно на 2,5 В (Bosch UEGO) или 3,6 В (NTK UEGO) выше заземления PCM. Для того чтобы ячейка Нернста генерировала напряжение при обогащении детекторной полости, ей необходима разница в концентрации кислорода.

В старых конструкциях датчиков UEGO (и HEGO) это обеспечивалось эталонной камерой, которая была подключена к наружному воздуху через жгут проводов, подверженный загрязнению, и возможным сдвигом характеристики показаний вниз (CSD)*.
*: Сдвигом характеристики показаний кислородного датчика вниз (Characteristic Shift Downward (CSD)) называют смещение от нормального положительного выходного напряжения сигнала датчика HO2S к отрицательному выходному напряжению

В новом датчике UEGO используется откачиваемая эталонная камера, герметичная снаружи для исключения возможности загрязнения. Необходимый кислород подается подачей тока накачки 20 мкА через ячейку Нернста для перекачки небольших количеств кислорода из детекторной полосы в эталонную камеру. Насосная ячейка перекачивает ионы кислорода в детекторную полость и из нее в выхлопные газы в ответ на изменения напряжения ячейки Нернста. Ток накачки протекает через чувствительный резистор, и падение напряжения на нем измеряется и усиливается. Напряжение смещения подается из ASIC на один из входов АЦП блока управления двигателем. Модуль PCM измеряет напряжение, подаваемое микросхемой ASIC, определяет ток накачки и преобразует его в измеренное значение лямбда-зонда. Как правило, схема, измеряющая ток накачки, используется для оценки соотношения воздух-топливо в выхлопной системе.

Датчик UEGO также имеет подстроечный (IA) или маркирующий резистор (RL). Наибольшим источником разброса значений измеренного соотношения воздух-топливо между деталями является разница в диффузионном канале. Этот источник разброса – это просто различия в процессе производства. Чтобы компенсировать этот источник погрешности, каждый датчик тестируется на заводе, и в разъем устанавливается подстроечный или маркирующий резистор. Номинал этого резистора выбирается таким образом, чтобы он коррелировался с измеренной разницей между конкретным датчиком и номинальным значением.

Для NTK UEGO изменение значения сигнала Ip корректируется коэффициентом компенсации (CC), а затем обрабатывается PCM. Значение CC (ранг Ip) определяется значением RL. PCM должен дать команду ASIC на считывание значения RL, чтобы определить CC. После измерения номинала резистора метки, программное обеспечение PCM умножит измеренный ток накачки (Ip) на коэффициент компенсации и определит скорректированный ток накачки, который используется для расчета измеренного соотношения воздуха и топлива в выхлопной системе.

При каждом включении питания PCM кратковременно отключает питание нагревателя UEGO, несколько раз измеряет выходное напряжение делителя напряжения, усредняет его и оценивает сопротивление резистора метки. PCM выполняет эту оценку несколько раз, и если все отсчеты постоянно находятся в пределах одного разряда сопротивлений резистора, то определение коэффициента компенсации RL завершается, и значение коэффициента компенсации разряда резистора сохраняется в энергонезависимой памяти (KAM).

С другой стороны, если несколько показаний не находятся в пределах одного разряда в течение некоторого времени, то вход АЦП PCM считается ошибочным, и будет установлена ​​ошибка «ошибочная неисправность цепи подстройки» (P164A, P164B)*. И наоборот, если расчётное сопротивление слишком высокое, то программное обеспечение PCM укажет на короткое замыкание цепи RL на землю или обрыв, и будет установлена ​​ошибка «неисправность цепи подстройки» (P2627, P2630)*. Если расчётное сопротивление слишком низкое, то программное обеспечение укажет на короткое замыкание цепи RL на питание, и будет установлена ​​ошибка «неисправность цепи подстройки» (P2628, P2631)*.
*: на моделях, оборудованных монитором с такой диагностической функцией
При обнаружении неисправности цепи подстройки будет использоваться коэффициент компенсации метки разряда резистора, хранящийся в KAM.

В Bosch UEGO подстроечный резистор подключается параллельно резистору измерения тока подкачки, и ток подкачки протекает через оба. Подстроечный резистор корректирует измеренный ток накачки до ожидаемого номинального значения при любом заданном соотношении воздух-топливо (корректируя изменения между датчиками в диффузионном канале). Небольшие подстроечные резисторы требуются для датчиков, которым требуется больший ток накачки при любом конкретном значении лямбда.

И наоборот, для датчиков с более низкой, чем средняя, ​​скоростью диффузии требуется меньший ток накачки, поэтому устанавливается подстроечный резистор с более высоким, чем средняя, ​​импедансом. Когда цепь IA разомкнута, весь ток накачки протекает через измерительный резистор, что увеличивает измеряемое напряжение. Поскольку ток накачки усиливается, передаточная функция тока накачки UEGO к лямбда будет отражать ошибку. Наклон передаточной функции датчика UEGO изменяется, что приводит к неправильному выходному сигналу UEGO (наклон зависимости тока накачки от лямбда может увеличиваться или уменьшаться). В «стехиометрических» системах управления соотношением воздух/топливо разомкнутая цепь IA не контролируется, поскольку ошибка лямбда минимальна в «стехиометрическом» режиме.

Время, проведенное на предельных значениях краткосрочной коррекции топлива, отслеживается после запуска автомобиля при запросе подачи топлива в замкнутом контуре, в условиях подачи топлива в замкнутом контуре или при запросе подачи топлива в разомкнутом контуре из-за неисправности датчика UEGO. Чрезмерное время нахождения датчика краткосрочной коррекции топлива на предельных значениях (до +/- 40%) или отсутствие активности переключения на обогащенную/обедненную смесь с момента запуска указывает на неисправность «отсутствия переключения». Поскольку неисправности «отсутствия переключения» могут быть вызваны неисправностями датчика UEGO или переключениями в топливной системе, сохраняются коды неисправностей, предоставляющие дополнительную информацию о неисправности «отсутствия переключения». Различные коды неисправностей указывают, всегда ли датчик указывает на обедненную смесь (P2195, P2197)* или всегда указывает на обогащенную смесь (P2196, P2198)*.
*: на моделях, оборудованных монитором с такой диагностической функцией.

Время, в течение которого измеренное значение лямбда близко к 1,0, также отслеживается в приложениях Bosch UEGO с использованием специализированной микросхемы Bosch CJ125 или Conti-Siemens ATIC42. Мониторинг осуществляется после запуска автомобиля при запросе подачи топлива в замкнутом контуре, в условиях подачи топлива в замкнутом контуре или при запросе подачи топлива в разомкнутом контуре из-за неисправности датчика UEGO.

Чрезмерное время без отклонения измеренного значения лямбда от 1,0, несмотря на попытки принудительного воздействия (через управление подачей топлива и дефибрилляцию опорным током), будет указывать либо на неисправность «отсутствие активности – разомкнутая цепь тока насоса», либо на неисправность «отсутствие активности – разомкнутая цепь опорного заземления». Разомкнутая цепь тока насоса (IP) отличается от разомкнутой цепи опорного заземления (VM) путем измерения активности в измеренном значении лямбда во время дефибрилляции опорным током.

Изменение лямбда-зонда ниже минимального порога указывает на неисправность «отсутствие активности – обрыв цепи тока насоса», что приводит к кодам неисправности P2237, P2240 (заменены кодами неисправности P0134/P0154). И наоборот, изменение лямбда-зонда выше минимального порога указывает на обрыв VM, что приводит к кодам неисправности P2251, P2254 (заменены кодами неисправности P0130/P0150). Обратите внимание, что обнаружение обрыва VM с помощью дефибриллятора опорным током является нововведением для автомобилей 2011 года выпуска.

X: Время
Y: Число лямбда (LAM_100MS_UNCORR_FIL_[0]\ETEKC:1)

Поскольку специализированные микросхемы Bosch CJ125 или Conti-Siemens ATIC42 не способны специально обнаруживать обрыв RE или VM, для мониторинга этих неисправностей были созданы отдельные диагностические процедуры. Обрыв RE или VM обычно приводит к увеличению импеданса ячейки Нернста. Обрыв RE приводит к тому, что напряжение UEGO становится больше или меньше порогового значения неисправности, в то время как обрыв VM приводит к тому, что напряжение UEGO находится в пределах диапазона неисправности.

Обратите внимание, что обнаружение обрыва VM сработает только в том случае, если UEGO не может контролировать напряжение нагревателя на заданном уровне; в противном случае сработает диагностика «отсутствие активности — обрыв цепи опорного заземления».

Автомобили, оборудованные UEGO, контролируют цепь между PCM и датчиком UEGO с помощью функции диагностики проводов, встроенной в микросхему ASIC UEGO. Диагностика проводов позволяет обнаружить замыкание проводов (IP, IA, VM/COM, RE/VS) на аккумулятор или массу, а в большинстве случаев — обрывы (IP, VM/COM, RE/VS). В частности, микросхемы ASIC NTK TIF0003 и Conti ATIC142 могут выполнять диагностику обрывов цепи. Начиная с 2015 модельного года, приложения, использующие Conti ATIC142 ASIC, также могут обнаруживать обрывы IA с помощью функции диагностики проводов, встроенной в микросхему ASIC.

Диагностические биты передаются в PCM через SPI (последовательный периферийный интерфейс). Связь по SPI проверяется непрерывно, и при обнаружении сбоя связи по SPI выдаются коды ошибок P064D и/или P064E. Микросхема ASIC также способна обнаруживать неисправность внутренних цепей; в этом случае будут установлены коды неисправности ASIC (P1646, P1647) и коды неисправности связи SPI (P064D, P064E).

• Замыкание на массу (Bosch UEGO – IP, IA, RE, VM; NTK UEGO – IP, VS, COM) приведет к появлению кодов неисправности P0131/P0151.
• Замыкание на аккумулятор (Bosch UEGO – IP, IA, RE, VM; NTK UEGO – IP, VS, COM) приведет к появлению кодов неисправности P0132/P0152.
• Разрыв цепи тока насоса (IP) приведёт к появлению кодов неисправности P2237/P2240.
• Разрыв цепи опорного заземления (VM/COM) приведёт к появлению кодов неисправности P2251/P2254.
• Разрыв цепи опорного напряжения (RE/VS) приведёт к появлению кодов неисправности P2243/P2247.

Функция отказобезопасности при неисправностях UEGO а/м Mazda

Помощь в диагностике неисправностей системы управления двигателем Mazda можно получить, записавшись по телефону: +7(495) 001-05-21, обсудить проблемы с вашим а/м можно в нашем чате: Ниппон Сервис Chat.