Лямбда-зонд, или датчик кислорода — что это такое, устройство, работа, неисправности

Автомобили

Зачем нужен лямбда зонд в машине?

1) металлический корпус с резьбой и шестигранником “под ключ”;
2) уплотнительное кольцо;
3) токосъемник электрического сигнала;
4) керамический изолятор;
5) провода;
6) манжета проводов уплотнительная;
7) токоподводящий контакт провода питания нагревателя;
8) наружный защитный экран с отверстием для атмосферного воздуха;
9) чувствительный элемент;
10) керамический наконечник;
11) защитный экран с отверстием для отработавших газов.

Основная задача этого датчика кислорода – оценка количества несгоревшего кислорода в отработанных газах. Дело в том, что самое эффективное сгорание топливовоздушной смеси достигается при определенном соотношении топлива и воздуха — одна часть бензина должно смешиваться с 14,7 частями воздуха.

Если топливовоздушная смесь будет обедненной, то содержание воздуха будет увеличенным, и наоборот – обогащенная смесь обеспечит меньшее процентное содержание кислорода в выхлопных газах. А это уже сказывается на мощности, расходе, приемистости.

А поскольку двигатель работает на разных режимах, поэтому такое соотношение далеко не всегда соблюдается. Чтобы была возможность контролировать количество подаваемого воздуха, в систему питания и включен лямбда-зонд.

На основе показаний этого датчика электронный блок оценивает качество топливовоздушной смеси и при обнаружении несоответствия нормам – корректирует работу системы, обеспечивая подачу оптимальной смеси путем подачи сигнала на форсунки, которые увеличивают или уменьшают количество впрыскиваемого топлива.

Признаки неисправности лямбда-зонда

Принцип работы лямбда зонда

Принцип вроде и прост, но реализация его — не такая уж и легкая. Этот датчик должен с чем-то сравнивать полученные результаты, чтобы «понять», что произошло изменение процента кислорода. Поэтому он делает замеры в двух местах – атмосферный воздух и тот, что остался после сгорания смеси. Это позволяет ему «почувствовать» разницу при изменении соотношения топливовоздушной смеси.

1 – твердый электролит ZrO2; 2, 3 – наружный и внутренний электроды; 4 – контакт заземления; 5 – «сигнальный контакт»; 6 – выхлопная труба

Лямбда-зонд, или датчик кислорода - что это такое, устройство, работа, неисправности

При этом на электронный блок должен подаваться электрический сигнал. Для этого лямбда-зонду необходимо преобразовать результаты замеров в импульс, который будет подаваться на ЭБУ. Для проведения замеров концентрации кислорода в атмосфере и в выхлопных газах, используется два электрода, вступающих в реакцию с ним.

То есть, в работе этого датчика задействован принцип гальванического элемента, при котором смена параметров химической реакции влечет за собой изменение напряжения между электродами датчика. Так, при обогащенной смеси, когда процент кислорода – меньше, напряжение возрастает, а при обеднении – снижается.

Полученный в результате химической реакции электрический импульс подается на ЭБУ, параметры которого он сравнивает с прописанными в своей памяти и в результате этого производит корректировку работы системы питания.

Используя для работы химические реакции, лямбда-зонд не является сложным по конструкции. Основным его элементом выступает керамический наконечник, изготовленный из диоксида циркония (реже – диоксида титана) с платиновым покрытием, которое и выступает в роли электродов, вступающих в реакцию. Одной своей стороной наконечник контактирует с атмосферой, а другой – с выхлопными газами.

Итак, лямбда-зонд предназначен для определения качества топливо-воздушной смеси. Делается это посредством замера количества остаточного кислорода в выхлопных газах. Затем данные отправляются в электронный блок управления, который производит коррекцию состава смеси в сторону обеднения или обогащения.

Местом установки кислородного датчика является выпускной коллектор или приемная труба глушителя. Автомобиль может оснащаться одним или двумя датчиками. В первом случае лямбда-зонд устанавливается перед катализатором, во втором – на входе и выходе катализатора. Наличие двух датчиков кислорода позволяет более тонко воздействовать на состав рабочей смеси, а также контролировать насколько эффективно выполняет свою функцию каталитический нейтрализатор.

Еще по теме  Тюнинг электроники двигателя автомобиля - спортивные контролеры и ЭБУ

Существуют два типа датчиков кислорода – обычные двухуровневые и широкополосные. Обычный лямбда зонд имеет сравнительно простое устройство и генерирует сигнал волнообразной формы. В зависимости от наличия/отсутствия встроенного нагревательного элемента такой датчик может иметь разъем с одним, двумя, тремя или четырьмя контактами.

Конструктивно обычный кислородный датчик представляет собой гальванический элемент с твердым электролитом, роль которого выполняет керамический материал. Как правило, это диоксид циркония. Он проницаем для ионов кислорода, однако проводимость возникает только при нагреве до 300-400 °С. Сигнал снимается с двух электродов, один из которых (внутренний) контактирует с потоком отработавших газов, другой (внешний) – с атмосферным воздухом.

Разность потенциалов на выводах появляется только при соприкосновении с внутренней стороной датчика выхлопных газов, содержащих остаточный кислород. Выходное напряжение обычно составляет 0.1-1.0 В. Как уже отмечалось, обязательным условием работы лямбда-зонда является высокая температура циркониевого электролита, которая поддерживается встроенным нагревательным элементом, запитанным от бортовой сети автомобиля.

Система управления впрыском, получая сигнал лямбда-зонда, стремится приготовить идеальную топливо-воздушную смесь (λ=1), сгорание которой приводит к появлению на контактах датчика напряжения 0.4-0.6 В. Если смесь бедная, то содержание кислорода в выхлопе велико, поэтому возникает лишь небольшая разность потенциалов (0.2-0.3 В).

В этом случае длительность импульса на открытие форсунок будет увеличена. Чрезмерное обогащение смеси приводит к практически полному сгоранию кислорода, а, значит, в системе выпуска его содержание будет минимальным. Разность потенциалов составит 0.7-0.9 В, что станет сигналом к уменьшению количества топлива в рабочей смеси.

Введение в действие каждого нового стандарта, ужесточающего нормы выбросов, повышает требования к качеству смесеобразования в двигателе. Обычные кислородные датчики на основе циркония не отличаются высоким уровнем точности сигнала, поэтому они постепенно вытесняются широкополосными датчиками (LSU). В отличие от своих «собратьев» широкополосные лямбда-зонды измеряют данные в широком диапазоне λ (например, современные зонды Bosch способны считывать значения при λ от 0.

7 до бесконечности). Преимуществами датчиков подобного типа являются возможность управления составом смеси каждого цилиндра по отдельности, быстрое реагирование на происходящие изменения и небольшое время, необходимое для включения в работу после запуска двигателя. В результате мотор работает в наиболее экономичном режиме с минимальной токсичностью выхлопа.

Конструкция широкополосного лямбда-зонда предполагает наличие двух типов ячеек: измерительных и накачивающих (насосных). Они разделены между собой диффузионным (измерительным) зазором шириной 10-50 мкм, в котором постоянно поддерживается один и тот же состав газовой смеси, соответствующий λ=1. Такой состав обеспечивает напряжение между электродами на уровне 450 мВ.

Измерительный зазор отделен от потока отработавших газов диффузионным барьером, использующимся для откачивания или накачивания кислорода. При бедной рабочей смеси выхлопные газы содержат много кислорода, поэтому он откачивается из измерительного зазора с помощью подводимого к насосным ячейкам «положительного» тока.

Если же смесь обогащенная, то кислород, наоборот, закачивается в область измерения, для чего направление тока меняется на противоположное. Электронный блок управления считывает значение потребляемого насосными ячейками тока, находя ему эквивалент в лямбда. Выходной сигнал широкополосного датчика кислорода обычно имеет форму кривой, незначительно отклоненной от прямой линии.

Лямбда-зонд фото

Датчики типа LSU могут быть пяти- или шестиконтактными. Как и в случае с двухуровневыми лямбда зондами, для их нормального функционирования требуется наличие нагревательного элемента. Рабочая температура составляет порядка 750 °С. Современные широкополосники прогреваются всего за 5-15 секунд, что гарантирует минимум вредных выбросов в ходе пуска двигателя. Необходимо следить, чтобы разъемы датчика не были сильно загрязнены, так как через них воздух поступает внутрь в качестве эталонного газа.

Еще по теме  Какие бывают краш тесты детских автокресел

Кислородный датчик – один из самых уязвимых элементов двигателя. Срок его службы ограничивается 40-80 тысячами км пробега, после которых могут наблюдаться перебои в работе. Сложность диагностики неисправностей, связанных с датчиком кислорода, заключается в том, что он в большинстве случаев «умирает» не сразу, а начинает постепенно деградировать.

Например, увеличивается время отклика или передаются неправильные данные. Если по какой-то причине ЭБУ совсем перестал получать информацию о составе отработавших газов, он начинает использовать в работе усредненные параметры, при которых состав топливо-воздушной смеси далек от оптимального. Признаками выхода из строя лямбда-зонда являются:

  • Повышенный расход топлива;
  • Нестабильная работа мотора на холостом ходу;
  • Ухудшение динамических характеристик автомобиля;
  • Повышенное содержание CO в выхлопных газах.

Двигатель с двумя датчиками кислорода более чувствителен к возникающим в системе коррекции смеси неисправностям. При поломке одного из зондов практически невозможно обеспечить нормальное функционирование силового агрегата.

Существует ряд причин, которые могут привести к преждевременной поломке лямбда-зонда или сокращению срока его службы. Вот некоторые из них:

  • Применение бензина плохого качества (этилированного);
  • Неисправности системы впрыска;
  • Пропуски зажигания;
  • Сильный износ деталей ЦПГ;
  • Механическое повреждение самого датчика.

Признаки неисправности датчика кислорода

Схема работы датчика кислорода

Лямбда-зонд – достаточно важный элемент в системе питания авто и его поломка может значительно сказаться на работе силовой установки. Признаки неисправности его таковы:

  • увеличение расхода бензина;
  • «плавающие» обороты на холостом ходу;
  • понижение динамики разгона;
  • щелчки и треск из-под авто после остановки мотора;

Одна из особенностей лямбда-зонда кроется в том, что его неисправность далеко не всегда распознается системой самодиагностики авто. К тому же невозможно его проверить при помощи обычных измерительных приборов в гаражных условиях. Его работоспособность проверяется только осциллографом.

Также он не ремонтопригоден. Единственное, что можно устранить, так это – обрыв проводки, ведущей к датчику. Но с ним бывают также и такие неисправности как повреждение подогревающего элемента и потеря чувствительности самого датчика.

Проверить исправность простого циркониевого датчика в большинстве случаев можно с помощью вольтметра или осциллографа. Диагностика самого зонда заключается в замере напряжения между сигнальным проводом (обычно черного цвета) и массой (может быть желтого, белого или серого цвета). Получаемые значения должны изменяться примерно раз в одну-две секунды от 0.2-0.3 В до 0.7-0.9 В.

Необходимо помнить, что корректными показания будут только при полном прогреве датчика, который гарантированно произойдет после достижения двигателем рабочей температуры. Неисправности могут касаться не только измерительного элемента лямбда зонда, но и цепи нагрева. Но обычно нарушение целостности этой цепи фиксируется системой самодиагностики, записывающей код ошибки в память. Обнаружить разрыв можно также путем измерения сопротивления на контактах нагревателя, предварительно отсоединив разъем датчика.

Если самостоятельно установить работоспособность лямбда-зонда не получилось или есть сомнения в правильности произведенных измерений, то лучше обратиться в специализированный сервис. Необходимо точно установить, что проблемы в работе двигателя связаны именно с датчиком кислорода, потому что его стоимость довольно высока, а неисправность может быть вызвана абсолютно другими причинами.

Неисправный лямбда зонд лучше менять на датчик такого же типа. Возможна и установка рекомендованных производителем аналогов, подходящих по параметрам и количеству контактов. Вместо датчиков без подогрева можно установить зонд с нагревателем (обратная замена невозможна), правда, в этом случае необходимо будет проложить дополнительные провода цепи нагрева.

Еще по теме  Какой выбрать алкотестер чтобы не врал стоит ли покупать китайские

Лямбда зонд с подогревом

Особенность работы такого керамического наконечника заключается в том, что произведение эффективных замеров остаточного процента кислорода выполняется только при определенном температурном режиме. Чтобы наконечник обрел необходимую проводимость, необходима температура в 300-400 град. С.

Чтобы обеспечить необходимый температурный режим изначально этот датчик устанавливали ближе к выпускному коллектору, что обеспечивало достижение необходимой температуры по мере прогрева силовой установки. То есть, в работу он вступал не сразу. До того, как лямбда-зонд начнет передавать импульсы, электронный блок основывался на показания других датчиков, включенных в систему питания, но при этом оптимальное смесеобразование не соблюдалось.

Использование двух и более датчиков

Сейчас многие автомобили, чтобы повысить их экологичность, используют каталитические нейтрализаторы, что позволяет снизить вредные выбросы в атмосферу. При этом выхлопная система оснащается не одним, а двумя и более кислородными датчиками.

В такой выхлопной системе эти датчики производят не только замер остаточного кислорода, но еще и оценивают эффективность работы нейтрализатора. Один из датчиков устанавливается перед катализатором, а второй – за ним. Это позволяет на основании сравнения показаний двух лямбда-зондов понять, выполняется ли нейтрализация вредных веществ.

С одной стороны, такая система позволяет меньше загрязнять окружающую среду, но с другой – она очень «капризна». Одна-две заправки некачественным бензином запросто может испортить нейтрализатор. А это уже скажется на показаниях кислородных датчиков, и как следствие – на работе всей системы питания.

К тому же даже при соблюдении всех условий эксплуатации авто, нейтрализатор выйдет из строя, поскольку у него имеется свой ресурс, после которого он подлежит замене, чтобы восстановить нормальную работоспособность системы питания. А поскольку замена – «удовольствие» дорогостоящее, то на выручку приходят разные хитрости.

Многие просто вырезают нейтрализатор, а на его место устанавливают пламегаситель – обычный отрезок трубы необходимого диаметра. А чтобы получить разницу в показаниях двух датчиков, используют так называемую обманку на лямбда зонд – специальную проставку, устанавливаемую на второй лямбда-зонд.

Эта обманка просто удаляет наконечник от потока выхлопных газов, что влияет на его показания. За счет этого и достигается разница, которую ЭБУ воспринимает как работу катализатора.

Замена

Поэтому многие автолюбители не пытаются проводить диагностику работоспособности лямбда-зондов, а просто периодически производят его замену на новый. Чтобы поддерживать работоспособность системы питания в рабочем состоянии следует производить замену раз в 2-3 года.

Принцип работы обычного узкополосного лямбда-зонда

Данная операция не является сложной и выполняется она на смотровой яме. Предварительно следует приобрести необходимую модель датчика. Перед демонтажем отключается колодка проводов от зонда, а затем он выкручивается со своего посадочного места рожковым ключом соответствующего размера. Для облегчения откручивания допускается обработка специальными средствами (WD-40 или др.). На место выкрученного элемента вкручивается новый и к нему подключается проводка.

Если датчик кислорода эксплуатировался длительное время и вышел из строя, то, скорее всего, свои функции перестал выполнять сам чувствительный элемент. В такой ситуации единственным решением является замена. Иногда начинает сбоить новый или проработавший совсем недолго лямбда-зонд. Причиной тому может быть образование на корпусе или самом рабочем элементе датчика различного рода отложений, мешающих нормальному функционированию.

В данном случае можно попробовать почистить зонд с помощью ортофосфорной кислоты. После осуществления процедуры чистки датчик промывается водой, сушится и устанавливается на автомобиль. Если с помощью таких действий функциональность восстановить не удастся, то другого пути кроме покупки нового экземпляра нет.

При замене лямбда зонда стоит соблюдать определенные правила. Откручивать датчик лучше на остывшем до 40-50 градусов двигателе, когда тепловые деформации не столь велики и детали не сильно раскалены. При монтаже необходимо смазать резьбовую поверхность специальным герметиком, исключающим прикипание, а также убедиться в целостности прокладки (уплотнительного кольца).

Затягивание рекомендуется осуществлять с установленным производителем моментом, обеспечивающим нужную герметичность. При подключении разъема не лишним будет проверить жгут электропроводки на наличие повреждений. После того, как лямбда зонд окажется на своем месте, проводятся испытания на различных режимах работы двигателя.

Оцените статью
Авторейтинг
Добавить комментарий

Нажимая на кнопку "Отправить комментарий", я даю согласие на обработку персональных данных и принимаю политику конфиденциальности.