Лямбда зонд – особый кислородный датчик или лямбда –контроллер позволяющий контролировать и измерять количественное наличие остаточного кислорода в выхлопных газах автомобилей.
Главное направление данного устройства – отслеживание и передача электронной системе управления данных о полноте сгорания топлива и качестве, путем впрыска топлива. Именно за счет этого обеспечиваются оптимальные условия работы катализатора выхлопа.
Предпосылками для применения катализаторов стали жесткие экологические нормы, предъявляемые к автомобильным выхлопам, поскольку задача данных устройств в снижении углекислоты. Чтобы полноценно функционировать необходимо, равномерное сгорание в цилиндрах сгорало строго определенного количества воздуха с минимальным процентом отклонения.
Такое точное регулирование сгораемого топлива обеспечивается за счет системы питания с регулируемым электроникой впрыском. Лямбда-зонд – это датчик кислорода, который берет в выпускном тракте на себя функцию контролера.
Место установки лямбда-зонда
Для максимального продуктивного измерения показателей остатка воздуха в сгоревшей смеси датчик кислорода лямбда зонд необходимо монтировать в выпускном коллекторе, расположив около катализатора.
Считывание информации будет осуществляться через блок управления топливной системой, которая контролирует увеличение или уменьшение интенсивности впрыска топлива в цилиндры.
В современных автомобилях есть дополнительный лямбд-зонд, располагаемый в месте выхода катализатора. Это необходимо для увеличения точности приготовления смеси.
Принцип действия
Кислородные датчики по принципу работы функционируют:
- На основе оксида циркония.
- На основе оксида титана. В этом случае, если изменяется состав выхлопа, то изменяется электрическое сопротивление
- Широкополосный. С ним связан изменение напряжения и полярности тока. Его особенность в способности реагировать не только на отклонения в составе рабочей смеси, но и на его численное значение.
Основывается работа лямбда зонда на использовании особого гальванического элемента, в которой расположена пара электродов. Для одного из них обвивание идет выхлопными газами, а для другого характерно чистым атмосферным воздухом.
Рабочий механизм датчика лямбда зонд запускается после разогрева до 300 и более градусов, в том момент, когда проводником становится циркониевый электролит, а количественное различие поступающего кислорода из выхлопной трубы и атмосферы направлено на появление напряжения на электродах.
Когда запускается и прогревается двигатель, кислородный датчик не оказывает влияние на управление топливным впрыском, а корректировку осуществляют другие сигнализаторы (датчики температуры системы охлаждения, положения дросселя, числа оборотов и прочие).
Кроме нагреваемых циркониевых, на основе двуокиси титана бывают холодные контроллеры. Они созданы не для генерирования электричества, а направлены на изменение сопротивления воздушного потока, что служит основной сигнальной картой для систем управления впрыском.
Преимущество такого лямбда датчик кислорода в том, что его работа начинается сразу после пуска двигателя, но широкого распространения он не получил, так как выполнен в сложной конструкции и дорого обходится. Встречается лямбда зонд данного типа в моделях BMW, Nissan, и Jaguar.
Причины выхода из строя
Датчик кислорода может прийти в неисправности или начать неправильно работать по ряду причин:
- если произошел в питающей или контрольной электро цепи разрыв;
- было замыкание;
- если при использовании топлива с присадками, произошло засорение. Наиболее пагубными становятся свинец, силикон, сера;
- вследствие регулярных термических перегрузок, связанных с проблемами зажигания;
- произошло после поездок по бездорожью механическое повреждение.
У всякого датчика есть свой срок службы и чем он больше, тем медленнее становится его реакция на изменение состава топливной смеси. Возраст датчика можно хорошо увидеть на моторах с непосредственным впрыском. Необходимо учитывать, что если плохое состояние маслосъемных колец или произошло попадание в цилиндры антифриза, то датчик лямбда зонд не выдержит положенного срока и будет подлежать замене.
Следует обратить внимание на показатели лямбда датчик кислорода. Определить, что они выходит из строя можно по содержанию углекислоты в выхлопе, которая резко повышается от значения в 0,1-0,3% до 3%, а часто и 7%. Если обнаружено, что кислородный датчик не работает, то сложно снизить его значение без ремонта или замены.
Аналогичные сложности могут возникнуть и в моделях с двумя зонтами, если пришел в неисправность хоть один из них, для рабочей среды понадобится поработать над серьезным изменением настроек электроники.
Признаки выхода лямбда-зонда из строя
Определить неисправность датчик кислорода можно по следующим признакам:
- неисправный датчик нужно незамедлительно менять, иначе чревато выходом из строя катализатора;
- ухудшилась разгонная динамика;
- обнаружен прерывистый холостой ход;
- происходят скачки расхода топлива;
- растет токсичность выхлопа, параметры которой определить без специального оборудования невозможно.
Чтобы лямбда зонд неожиданно не стал несправным, его необходимо регулярно менять, не подогреваемые датчики примерно через каждые 50-80 тыс. километров; подогреваемые через 100 тыс. и планарные каждые 160 тыс. км. Но, торопиться с выбрасывание старой лямбды не нужно. Для этого необходимо проверить лямбда-зонд на его реальное состояние.
Рекомендовано проверять лямбда датчика и систему, регулирующую топливную смесь, каждые 30 тыс. км. Это не будет защитой от поломок вследствие механического повреждения или засорения, но предотвратит поломки из-за износа.
Своевременная замена лямбда-зонда это:
- экономия до 15% топлива;
- снижение до минимума токсичности выхлопа;
- возможность продлить ресурсы катализатора;
- возможность улучшить динамические характеристики автомобиля.
Устранение неисправностей
Официально технология ремонта лямбда-зондов не разработана. Это означает, что в случае поломки не в контактной сети, устройство следует незамедлительно заменить.
У подпольных СТО есть практика восстановление датчиков, которые перестали работать из-за отложения нагара под защитным колпачком, через технологию удаления налета.
Осуществляется это через промывку в ортофосфорной кислоте датчика, которая не оказывает уничтожающего влияния на электроды. Такая мойка не всегда эффективна, и если датчик после нее не пришел в рабочий механизм, он на 100 % подлежит замене.
Лямбда зонд устанавливается в выхлопной системе автомобиля, некоторые модели авто могут содержать в комплектации 2 кислородных датчика, в таком случае один из них устанавливается до катализатора, второй – после катализатора. Применение 2 датчиков, позволяет усилить контроль, за отработанными газами автомобиля, тем самым достигнуть наиболее эффективной работы катализатора.
Как работает лямбда зонд?
Как Вам известно, дозировкой подаваемого топлива занимается электронный блок управления, он подает сигнал на форсунки о количестве необходимого топлива в камере сгорания в тот или иной момент времени. Лямбда зонд, в этом процессе выступает в качестве устройства обратной связи, благодаря которому, происходит правильная дозировка топлива на количество подаваемого воздуха. Правильно рассчитанная смесь очень важна как с экологической точки зрения, так и с экономической. На сегодняшний день, одним из важнейших требований к производству автомобилей является экологическая безопасность, поэтому новые автомобили комплектуются как правило каталитическим нейтрализатором (катализатором) и двумя датчиками лямбда зонда. Такое сочетание устройств позволяет свести к минимуму экологический вред, который наносят автомобили окружающей среде, но при возникновении поломки в одном из функциональных узлов выпускной системы, водитель попадет на приличные деньги, ведь все это не так то и дешево стоит.
Устройство лямбда зонда.
Сам датчик состоит из 2 электродов, внешнего и внутреннего. Внешний электрод сделан из платинового напыления, поэтому особо чувствителен к кислороду, из за химический свойств платины, ну а внутренний сделан из циркония. Лямбда зонд устанавливается таким способом, чтобы через него проходили отработанные газы автомобиля, при прохождении, внешний электрод улавливает кислород в отработанных газах, при этом изменяется потенциал между электродами, чем больше кислорода – тем выше потенциал! Особенностью циркониевого сплава, из которого сделан внутренний электрод – это его рабочая температура, которая достигает отметки в 300-1000 градусов. Именно по этой причине кислородные датчики имеют в своей конструкции подогреватели, которые доводят температуру самого датчики до рабочей в момент холодного запуска двигателя.
Лямбда зонды бывают 2 видов:
- Двухточечный датчик.
- Широкополосный датчик.
Эти два вида датчика между собой схожи по внешним признакам, но при этом выполняют работу различными способами.
Двухточечный датчик – это пример того датчика, который мы описывали ранее, состоит он с двух электродов, он фиксирует коэффициент избытка воздуха в топливной смеси, по величине концентрации кислорода в отработанных газах автомобиля.
Широкополосный датчик – является современной конструкцией лямбда зонда, в нем значение получают благодаря использование силы тока закачивания. По своей конструкции широкополосный датчик состоит из двух керамических элементов, двухточечного и закачивающего. Закачивающий элемент – физическим процессом закачивает в себя кислород из отработанных газов автомобиля, с использованием определенной силы тока. Датчик держит постоянное напряжение 450 мВ, если концентрация кислорода уменьшается – напряжение между электродами возрастает и подается сигнал в электронно управляющий блок. Как только сигнал поступил на ЭБУ, создается ток определенной силы на закачивающем элементе, этот ток обеспечивает закачку кислорода в измерительный зазор. В этом всем процессе, величины силы тока, которая подается на закачивающий элемент – это уровень концентрации кислорода в отработанных газах.
Основные причины и признаки неисправностей. Существует несколько признаков, по которым можно определить неисправность кислородного датчика:
- Увеличение токсичности выхлопных газов. Этот показатель на «глаз» определить невозможно, только с помощью замера специальным прибором, можно сделать вывод что уровень СО выхлопных газов увеличен. Показания прибора о увеличении СО гласит о нерабочем датчике лямбда зонд.
- Увеличение расхода топлива. Этот признак более заметен, чем предыдущий. Любой автомобилист интересуется, какой количество топлива расходуется автомобилем на определенное расстояние, поэтому повышение расхода будет заметно практически сразу. Единственный нюанс в этом способе определения – не всегда увеличение расхода топлива говорит о неисправности кислородного датчика.
- Check Engine. Все инжекторные автомобили имеют блок управления, который можно диагностировать на причину поломки в том или ином узле. Как правило, при появлении неисправности на приборной панели загорается соответствующая лампочка «Check Engine». В большинстве случаев, горение этой лампы говорит о неисправности лямбда зонда, более подробно можно узнать при диагностике на сервисе.
Причины неисправностей:
- Качество топлива. При некачественном топливе, на кислородном датчике откладывается небольшими долями свинец, этот слой со временем снижает чувствительность внешнего электрода к кислороду. Такой датчик можно со временем смело считать нерабочим.
- Механическая неисправность. К этим неисправностям относятся чисто механические повреждения самого датчика. Например: повреждение корпуса датчика, нарушение целостности обмотки обогрева и прочее. Решаются такие причины путем замены датчика на новый, ремонт практически невозможен и не целесообразен.
- Неисправность в топливной системе автомобиля. Из за неисправности форсунок, в цилиндры двигателя подается большее количество топлива, чем требуется, следовательно, оно не сгорает, а выходит в выхлопную систему в виде черного налета (сажи). Со временем эта сажа накапливается на всех узлах выхлопной системы автомобиля, в том числе и на лямбда зонде, это становиться причиной неправильной работы датчика. Как лечение, можно использовать тряпки и средства очистки, чтобы вычистить кислородный датчик, но если такие загрязнения будут постоянными – можно смело выбрасывать датчик и устанавливать новый.
Следите за автомобилем и своевременно выполняйте диагностику, это поможет сохранить функциональные узлы в хорошем состоянии на протяжении длительного времени.
Используются показания лямбда-зонда для корректировки качества и количества топливной смеси в инжекторных системах. Карбюраторные не оснащаются такими приборами, так как в них отсутствует электронное управление - топливо поступает в камеры сгорания под действием разрежения. Справедливости ради стоит отметить, что датчик выхлопа не устанавливается на некоторые модификации инжекторных моторов. Но это очень старые машины, которые не соответствуют стандартам Евро.
Особенности систем управления
Инжекторные моторы считаются на сегодняшний день самыми экономичными и эффективными. Но это если сравнивать с карбюраторными двигателями. Достичь высоких показателей получается за счет того, что осуществляется полный контроль за тем, как подается топливо и воздух в камеры сгорания. Для этого устанавливается на двигателе и системе впуска несколько датчиков. С их помощью происходит проверка всех параметров работы силового агрегата. Далее данные поступают к электронному блоку управления с микроконтроллером. Он позволяет анализировать все данные, чтобы по ним скорректировать работу системы.
И нужно отметить, что устанавливаются датчики не только во впускном тракте, но и в выпускном. Правда, там всего один прибор - датчик, измеряющий содержание кислорода в выхлопных газах. От его работы зависит то, сколько воздуха будет подано в цилиндры. Следовательно, произойдет изменение состава топливо-воздушной смеси.
Конструкция датчика
А теперь давайте подробнее рассмотрим лямбда-зонд, что это такое и каков его состав. Конструкция прибора состоит из таких компонентов:
- Корпус из металла, имеет резьбу и шестигранник (для выкручивания ключом).
- Кольцо для уплотнения.
- Токосъемник - для замера сигнала.
- Изолятор из керамики.
- Соединительные провода.
- Уплотнительная манжета для проводов.
- Контакт для подачи напряжения питания к нагревательному элементу.
- Внешний экран защиты. В нем же имеется небольшое отверстие для поступления воздуха из атмосферы.
- Чувствительная часть датчика.
- Наконечник из керамики.
- Экран для защиты. В нем присутствует отверстие, в которое поступает отработавший газ.
Из того, какое назначение у прибора, можно понять, где находится лямбда-зонд в автомобиле. В некоторых системах предусмотрено два датчика - они ставятся до и после катколлектора. Некоторые же оснащаются всего одним прибором.
Для чего нужен прибор?
В задачи устройства входит оценка количества кислорода, не сгоревшего во время работы двигателя. Но не все так просто, как кажется на первый взгляд. По сути, нет прибора, который смог бы измерить количество кислорода. И показания лямбда-зонда указывают не на то, сколько кислорода в выпускном тракте, а на то, какая разница между напряжением на «эталонной» части и активной (расположенной в выпускном тракте).
Эффективнее всего топливовоздушная смесь будет сгорать только при условии, что соотношение двух главных компонентов (воздуха и бензина) будет всегда одинаково. На сгорание одного литра бензина потребуется объем воздуха 14,7 л. Смесь называется обедненной, если количество воздуха больше, чем необходимо, а бензина - меньше. И смесь считается обогащенной, если бензина больше, а воздуха меньше. Любое из таких состояний влияет на расход бензина, приемистость автомобиля, мощность мотора.
Режимы работы двигателя
Так как двигатель не работает в одном установившемся режиме, нагрузки постоянно меняются, поэтому пропорция соблюдается далеко не всегда. Для контроля количества воздуха в дроссельную заслонку устанавливается лямбда-зонд.
Только по показаниям лямбда-зонда электронный микропроцессорный блок управления оценивает состав топливовоздушной смеси. Если качество не соответствует норме, то производится корректировка, подается смесь, более подходящая для конкретного режима работы двигателя. Для этого на форсунки подается сигнал для увеличения или уменьшения времени их открытия. По сути, количество подаваемого в камеры сгорания топлива зависит полностью от того, как долго будут открыты электроклапаны форсунок.
Основные элементы датчика
Конструктивно датчик О2 состоит из таких компонентов:
- Платиновый наружный электрод, который контактирует с отработавшими газами.
- Корпуса.
- Внутреннего платинового электрода, который контактирует с атмосферным воздухом (он принимается за эталон).
- Защитной трубы.
Платина - это достаточно чувствительный металл, который может реагировать на любые изменения состава воздуха. Кстати, нужно отметить, что датчик не измеряет напрямую количество кислорода в выпускном тракте. А какие протекают процессы при работе - узнаете далее.
Как работает датчик
Если присмотреться внимательно, то принцип работы лямбда-зонда не очень сложный. Вот только реализовать процесс, чтобы на выходе появились данные о составе выхлопных газов, очень сложно. Начать нужно с того, что датчику необходимо наличие эталонного воздуха - это требуется для «понимания» того, что появились какие-то изменения в составе газа. Именно по этой причине один датчик состоит, по сути, из двух - один измеряет состав воздуха в атмосфере, а другой в выпускном тракте.
Благодаря такой несложной системе датчик «чувствует» разницу соотношения кислорода. Но для того чтобы управлять работой двигателя, необходимо на ЭБУ подавать электрические сигналы. Конструкция датчика состоит из электродов и твердых электролитов, поэтому при воздействии на них возникает реакция. Можно даже сравнить лямбда зонд (что это, вы уже знаете) с обычной батарейкой. Только в качестве активного элемента выступает кислород, который содержится как в атмосферном воздухе, так и в выхлопных газах (правда, в меньшей пропорции).
Химические реакции в датчике
Если присмотреться внимательнее, то показания лямбда-зонда - это некоторое напряжение. Оно изменяется в зависимости от того, какое процентное содержание кислорода в выпускной системе. На двух электродах появляется потенциал. При уменьшении количества кислорода происходит увеличивается напряжение, при возрастании - снижается. Импульс, который появляется на выходе устройства, поступает к электронному блоку управления.
Микропроцессорный блок управления имеет встроенную память, в которой прописаны все основные параметры, в том числе и работы лямбда-зонда. Контроллер сравнивает записанные в памяти показания с теми, которые поступили от датчика, на основании чего производит корректировку работы системы впрыска топлива.
При работе используются химические реакции, что позволяет упростить конструкцию прибора. В основе находится наконечник из керамики. Как правило, его делают из диоксида циркония или титана. Покрывается наконечник слоем платины (именно поэтому стоимость датчиков высокая). Наконечник и напыление - это два элемента, которые вступают в реакцию, именно они являются электродами.
Подогрев датчика: зачем нужен?
Датчики в системах впрыска топлива используются двух типов - с подогревом и без. Приборы без дополнительного подогрева разделяются на два вида:
- С одним проводом черного цвета - по нему передается сигнал.
- С двумя проводами: черный - сигнальный, серый - масса (минус питания).
Если имеется нагревательный элемент, то датчики имеют такие выводы:
- Три провода: черный - сигнальный, белые (2 шт.) - нагревательный элемент.
- Четыре провода: черный - сигнал, серый - масса, белые - питание нагревательного элемента.
Зачем нужен прогрев датчика? Проблема в том, что произвести эффективный замер содержания кислорода можно только лишь в том случае, если температура более 300 градусов (иногда необходимо и сильнее прогревать). Только при такой температуре наконечник может получить необходимую проводимость.
Как работает система впрыска с датчиком
Для того чтобы обеспечить нужный режим работы, датчик ставится как можно ближе к коллектору выпускной системы. Благодаря этому осуществляется прогрев лямбда-зонда, датчик выходит на нормальный режим работы. Как можно видеть, в работе системы устройство не участвует до тех пор, покуда не произойдет прогрев двигателя.
До включения в работу датчика электронный блок управления ориентируется только на сигналы, поступающие от других приборов. Минус работы в таком режиме - невозможно достичь идеального образования топливовоздушной смеси. Следовательно, нельзя добиться полного сгорания смеси - это приводит к тому, что выбросы от автомобиля увеличиваются.
А так как современные машины должны соответствовать стандартам экологичности Евро (иначе их не выпустят ни на рынок, ни на дороги), приходится усложнять систему впрыска. Между прочим, это позволяет уменьшить расход топлива за счет того, что с помощью лямбда-зонда (цена его не менее 1500 руб) удается достичь полного сгорания всей смеси, поступившей во впускной тракт.
Подогрев устройства
Существуют модели датчиков, оснащенные нагревательными элементами. Благодаря такому несложному устройству получается быстрее достичь оптимальной температуры. Принцип работы лямбда-зонда на ВАЗ и иномарках одинаков, система подогрева позволяет выйти на рабочий режим в более короткие сроки. Следовательно, уменьшается количество вредных выхлопов. Это гарантирует, что автомобиль будет удовлетворять нормам экологичности, принятым в странах Европы. Питание нагревательного элемента производится непосредственно от бортовой сети машины.
Разновидности устройств
Существует несколько видов датчиков, отличаются они только по типу произведения замеров. Двухточечные - это датчики, которые позволяют осуществлять измерения одновременно в двух местах. Активно использовались в старых автомобилях. Более современные системы управления двигателями комплектуются широкополосными устройствами, которые являются более функциональными и современными.
По сути, широкополосные датчики состоят из двухточечного и заканчивающего керамического элемента. Суть работы не меняется - при увеличении или уменьшении концентрации кислорода происходит подача соответствующего сигнала на электронный блок управления.
Два датчика в системе
Большая часть современных автомобилей комплектуется не только лямбда-зондом (цена от 2000 руб и выше), но и каталитическим нейтрализатором. Это устройство, которое позволяет существенно уменьшить количество вредных веществ, поступающих в атмосферу. И в этом случае в выпускном тракте устанавливается сразу два датчика - на входе и выходе. По сути, они позволяют производить замер содержания кислорода и СО до и после нейтрализатора. Следовательно, таким образом оценивается эффективность работы всей системы выпуска.
Особенности работы системы
В инжекторных системах впрыска топлива может использоваться и две лямбды. Эти датчики производят замер содержания кислорода и дают понять электронному блоку управления, в какую сторону необходимо скорректировать зажигание или состав топливной смеси, чтобы количество вредных веществ в выхлопе оказалось минимальным.
Системы с двумя датчиками гарантируют, что в выхлопе окажется крайне мало загрязняющих веществ. Но усложнение конструкции приводит к тому, что ее надежность ухудшается. Пару раз заправили автомобиль некачественным топливом - испортили катализатор. А дальше - неверные показания датчиков, нарушение работы системы впрыска.
И даже если вы будете соблюдать все требования, катализатор рано или поздно сломается, так как ресурс у него не очень большой. А стоимость этого элемента даже на самых бюджетных машинах заоблачная. Поэтому многие автомобилисты, чтобы сэкономить, вырезают катализатор и заменяют его пламегасителем. По сути, это обычный кусок трубы подходящих размеров. А чтобы второй лямбда-зонд не выдавал ошибку, ставят обманку. Это проставка, которая монтируется на датчике.
При помощи обманки получается отдалить от наконечника датчика поток газов. Это и влияет на показания элемента, поступающие к электронному блоку управления. Следовательно, микроконтроллер улавливает разницу показаний и не замечает отсутствия катализатора.
Основные неисправности
Существует несколько основных признаков, по которым можно судить о неисправности лямбда-зонда:
- Снижение динамики.
- Существенное увеличение расхода топлива.
- Нестабильная работа двигателя в режиме холостого хода.
- Наличие треска и щелчков после остановки двигателя.
Минус в том, что поломки этого прибора не всегда распознаются системой самодиагностики. А проверить простыми измерительными приборами в гаражных условиях датчик просто нереально, потребуется наличие осциллографа. Ремонт тоже нельзя сделать. Только лишь обрыв проводки можно устранить.
Зачем нужен "этот" лямбда-зонд
Автолюбитель пошел нынче грамотный - даже владельцев стареньких "Жигулей" не удивишь заморскими словечками ABS, ESP, Jetronic, катализатор, инжектор, лямбда-зонд... Последний термин, правда, больше волнует владельцев иномарок. Случается, в автомобиле вдруг "тяга" упала, он стал есть бензин: как не в себя, опять оштрафовали за СО, а причина всего этого неизвестна. На СТО мастера скажут: "Лямбда сдохла", предложат ее заменить, но цены! А не поможет, тогда что? Среди знакомых никто толком не знает, как к "лямбде" подступиться: "вещь в себе"... Действительно, лямбда-зонд - штука загадочная, но все же давайте попробуем в этой загадке разобраться.
Лямбда-датчик зондирует выхлоп
Зачем нужен лямбда-зонд
Жесткие экологические нормы давно узаконили применение на автомобилях каталитических нейтрализаторов (в обиходе - катализаторы) - устройств, способствующих снижению содержания вредных веществ в выхлопных газах. Катализатор вещь хорошая, но эффективно работает лишь при определенных условиях. Без постоянного контроля состава топливно-воздушной смеси обеспечить катализаторам "долголетие" невозможно - вот тут и приходит на помощь датчик кислорода, он же О2-датчик, он же лямбда-зонд (ЛЗ).
Название датчика происходит от греческой буквы l (лямбда), которая в автомобилестроении обозначает коэффициент избытка воздуха в топливно-воздушной смеси. При оптимальном составе этой смеси, когда на 14,7 части воздуха приходится 1 часть топлива, l равна 1 (график 1). "Окно" эффективной работы катализатора очень узкое: l=1±0,01. Обеспечить такую точность возможно только с помощью систем питания с электронным (дискретным) впрыском топлива и при использовании в цепи обратной связи лямбда-зонда.
 |
 |
Избыток воздуха в смеси измеряется весьма оригинальным способом - путем определения в выхлопных газах содержания остаточного кислорода (О2). Поэтому лямбда-зонд и стоит в выпускном коллекторе перед катализатором. Электрический сигнал датчика считывается электронным блоком управления системы впрыска топлива (ЭБУ), а тот в свою очередь оптимизирует состав смеси путем изменения количества подаваемого в цилиндры топлива. На некоторых современных моделях автомобилей имеется еще один лямбда-зонд. Расположен он на выходе катализатора. Этим достигается большая точность приготовления смеси и контролируется эффективность работы катализатора (рис. 1).
Рис. 1. Схема l-коррекции с одним и двумя датчиками кислорода двигателя
1 - впускной коллектор; 2 - двигатель; 3 - блок управления двигателем; 4 - топливная форсунка; 5 - основной лямбда-зонд; 6 - дополнительный лямбда-зонд; 7 - каталитический нейтрализатор.
Принцип работы
Лямбда-зонд действует по принципу гальванического элемента с твердым электролитом в виде керамики из диоксида циркония (ZrO2). Керамика легирована оксидом иттрия, а поверх нее напылены токопроводящие пористые электроды из платины. Один из электродов "дышит" выхлопными газами, а второй - воздухом из атмосферы (рис.2). Эффективное измерение остаточного кислорода в отработавших газах лямбда-зонд обеспечивает после разогрева до температуры 300 - 400оС. Только в таких условиях циркониевый электролит приобретает проводимость, а разница в количестве атмосферного кислорода и кислорода в выхлопной трубе ведет к появлению на электродах лямбда-зонда выходного напряжения.
При пуске и прогреве холодного двигателя управление впрыском топлива осуществляется без участия этого датчика, а коррекция состава топливо-воздушной смеси осуществляется по сигналам других датчиков (положения дроссельной заслонки, температуры охлаждающей жидкости, числа оборотов коленвала и др.). Особенностью циркониевого лямбда-зонда является то, что при малых отклонениях состава смеси от идеального (0,97 Ј l Ј 1,03) напряжение на его выходе изменяется скачком в интервале 0,1 - 0,9 В (график 2).
Кроме циркониевых, существуют кислородные датчики на основе двуокиси титана (TiO2). При изменении содержания кислорода (О2) в отработавших газах они изменяют свое объемное сопротивление. Генерировать ЭДС титановые датчики не могут; они конструктивно сложны и дороже циркониевых, поэтому, несмотря на применение в некоторых автомобилях (Nissan, BMW, Jaguar), широкого распространения не получили.
Для повышения чувствительности лямбда-зондов при пониженных температурах и после запуска холодного двигателя используют принудительный подогрев. Нагревательный элемент (НЭ) расположен внутри керамического тела датчика и подключается к электросети автомобиля (рис. 3).
Рис. 3. Конструкция датчика кислорода с подогревателем
1 - керамическое основание; 2, 8 - контакты НЭ; 3 - нагревательный элемент (НЭ); 4 - твердый электролит ZrO2 с напыленными платиновыми электродами; 5 - защитный кожух с прорезями; 6 - металлический корпус с резьбой крепления; 7 - уплотнительное кольцо; 9 - выводы датчика.
Если ЛЗ "врет"
В этом случае ЭБУ начинает работать по усредненным параметрам, записанным в его памяти: при этом состав образующейся топливно-воздушной смеси будет отличаться от идеального. В результате появится повышенный расход топлива, неустойчивая работа двигателя на холостом ходу, увеличение содержания СО в отработавших газах, снижение динамических характеристик, но машина при этом остается на ходу. В некоторых моделях автомобилей ЭБУ реагирует на отказ лямбда-зонда очень серьезно и начинает так рьяно увеличивать количество подаваемого в цилиндры топлива, что запас горючего в баке "тает" на глазах, из трубы валит черный дым, СО "зашкаливает", а двигатель "тупеет" и на ближайшую СТО вам, скорее всего, придется добираться на буксире.
Перечень возможных неисправностей лямбда-зонда достаточно большой и некоторые из них (потеря чувствительности, уменьшение быстродействия) самодиагностикой автомобиля не фиксируются. Поэтому окончательное решение о замене датчика можно принять только после его тщательной проверки, которую лучше всего поручить специалистам. Следует особо отметить, что попытки замены неисправного лямбда-зонда имитатором ни к чему не приведут - ЭБУ не распознает "чужие" сигналы, и не использует их для коррекции состава приготавливаемой горючей смеси, т.е. попросту "игнорирует".
При сгоревшем или отключенном лямбда-зонде содержание СО в выхлопе возрастает на порядок: от 0,1 - 0,3% до 3 - 7% и уменьшить его значение не всегда удается, т. к. запаса хода винта качества смеси может не хватить. В автомобилях, система l-коррекции которых имеет два кислородных датчика, дело обстоит еще сложнее. В случае отказа второго лямбда-зонда (или "пробивки" секции катализатора) добиться нормальной работы двигателя практически невозможно.
Вообще лямбда-зонд - наиболее уязвимый датчик автомобиля с системой впрыска. Его ресурс составляет 40 - 80 тыс. км в зависимости от условий эксплуатации и исправности двигателя. Плохое состояние маслосъемных колец, попадание антифриза в цилиндры и выпускные трубопроводы, обогащенная топливно-воздушная смесь, сбои в системе зажигания сильно сокращают срок его службы. Применение этилированного бензина категорически недопустимо - свинец "отравляет" платиновые электроды лямбда-зонда за несколько бесконтрольных заправок.
Рис. 4. Контактные выводы наиболее распространенных циркониевых лямбда-зондов
а - без подогревателя; б, с - с подогревателем.
* цвет вывода может отличаться от указанного.
Махнем не глядя!
Рекомендованный заводом-изготовителем лямбда-зонд и сходные по конструкции циркониевые датчики взаимозаменяемы. Возможна замена неподогреваемых датчиков на подогреваемые (но не наоборот!). Однако при этом может возникнуть проблема несовместимости разъемов и отсутствия в машине цепи питания для нагревателя лямбда-зонда. Недостающие провода можно проложить самостоятельно, а вместо разъема использовать стандартные автомобильные контакты.
Цветовая маркировка выводов лямбда-зондов может различаться, но сигнальный провод всегда будет иметь темный цвет (обычно - черный). "Массовый" провод может быть белым, серым или желтым (рис. 4). Титановые лямбда-зонды от циркониевых легко отличить по цвету "накального" вывода подогревателя - он всегда красный. При замене 3-контактного лямбда-зонда на 4-контактный необходимо надежно соединить с "массой" автомобиля провод заземления подогревателя и сигнальный "минус", а накальный провод подогревателя через реле и предохранитель подключить к "плюсу" аккумулятора.
Подключение напрямую к катушке зажигания нежелательно, т. к. в цепи ее питания может стоять понижающее сопротивление. Подключиться к контактам топливного насоса достаточно сложно. Лучше всего подключить реле подогревателя лямбда-зонда к замку зажигания.
Редакция благодарит специалистов фирмы "ЭСО-Автотехникс" и центра "Инжектор-сервис" за помощь в подготовке статьи.
Что это за элемент? Почему у него такое странное название и для чего нужен лямбда зонд в принципе?
Любой современный автомобиль скрывает внутри себя электронику. Даже у сверхбюджетной машины, не имеющей никаких благ цивилизации в салоне, под капотом найдётся блок управления двигателем (ЭБУ), напичканный микросхемами.
Это дань технологического прогресса. Чтобы контролировать работу мотора, электронике нужно получать информацию о том, что с ним происходит, и для этого, как вы уже могли догадаться, используются различные датчики.
В этой статье мы уделим внимание одному из самых важных представителей этого семейства — лямбда зонду. Читайте дальше, не пожалеете.
Этот элемент, иногда называют датчиком концентрации кислорода. Нужен лямбда, для определения количества кислорода в выхлопе.
Зачем ЭБУ данная информация? Всё просто объяснить по работе двигателя внутреннего сгорания.
Главное условие — это горение смеси топлива с воздухом, причём для максимально эффективной работы силового агрегата, данные компоненты должны смешиваться в определённой пропорции..
Отвечает за это блок управления, а свои вычисления и, как следствие, команды на впрыск строго определённой дозы горючего и запускf воздуха. Он делает выводы на основе информации, поступившей от датчиков, среди которых лямбда играет ключевую роль.
Датчик лямбда зонд реагирует на количество оставшегося после сгорания смеси кислорода — если его много в выхлопных газах, значит смесь обеднённая и можно впрыснуть больше горючего, если же слишком мало — наоборот, сэкономить.
Другими словами, благодаря этому элементу удаётся оптимально скорректировать подачу бензина или солярки, что влияет не только на характеристики мотора, но и на количество выбрасываемых вредных веществ.
Чтобы он мог исполнять свою важную миссию, его располагают в выхлопной системе, иногда даже по нескольку штук.
Кстати, в технической литературе греческой буквой λ (лямбда) обозначают коэффициент избытка воздуха в смеси — отсюда и название датчика.
Лямбда зонд, что внутри
Теперь, уважаемые читатели, мы знаем, для чего нужен лямбда зонд, нам же остаётся познакомиться с ним ближе, дабы составить полную картину о данном элементе.
Внешне это самый «лямбда» чем-то похож на свечу зажигания — датчик имеет цилиндрический корпус и резьбу на нём для ввинчивания в посадочное место. Внутри него находятся следующие детали:
- гальванический элемент;
- электроды с напылением из платины;
- камера с воздухом;
- контакты, выводы и различные втулки;
- подогреватель (в современных образцах).
Главным среди всех вышеперечисленных деталей в кислородном датчике лямбда зонд является гальванический элемент.
В старых образцах он изготавливался на основе двуокиси титана, новые же датчики делают из диоксида циркония. Разные материалы диктуют и разные подходы к снятию информации, но миссию выполняют одинаковую.
Неисправности датчика и способы их устранения
Нет ничего вечного среди узлов автомобиля и кислородный датчик не исключение. Как определить, что он вышел из строя?
Итак, лямбда зонд признаки неисправности данной детали:
- загорелся символ Check Engine на приборной панели — хотя свидетельствовать он может о целой куче разных проблем с мотором и систем с ним связанных, поломанный датчик лямбда зонд также может вызвать эту надоедливую иконку;
- нестабильная работа мотора;
- повышенный расход топлива;
- если заглушить и сразу попробовать снова завести двигатель, то он стартует с трудом, хотя после остывания («на холодную») таких проблем не наблюдается;
- из выхлопной трубы вырывается чёрный дым.
Все эти проблемы возможны из-за того, что ЭБУ не знает как правильно сформировать топливно-воздушную смесь, а значит наш сегодняшний герой статьи может быть тут замешан.
Лямбда зонд, катализатор и обманки
Что делать, если обследование у специалистов подтвердило выход из строя кислородного датчика?
Вариантов может быть несколько: замена, которая станет в копеечку, так как эти элементы очень дорогие, или же установка обманки, которая будет создавать для блока управления ложные сигналы.
Конечно же, первый способ предпочтительнее, ведь от правильной работы всей электронной системы зависит и здоровье двигателя, но если вам по душе второй вариант, то кое-какие нюансы данной процедуры стоит раскрыть.
Стоит отметить, что обманки применяют и при исправных лямбда, а всё из-за того, что современные выхлопные системы комплектуют ещё одним дорогостоящим компонентом — .
Катализатор должен очищать газы, выходящие из мотора, а для контроля его работы ставят два датчика — один перед ним, а второй после.
Признаком исправности узла являются различные показания двух зондов, а если катализатор удалён, то понадобится создать эмуляцию его работы, и тут вам без вышеупомянутых обманок не обойтись
Два способа симуляции лямбда зонда
Механическая обманка
Механическая обманка применяется при исправных датчиках, но удалённом катализаторе .
Чтобы создать правильную разность показаний, на один из зондов монтируется миниатюрная проставка, наполненная теми же материалами, что и катализатор.
Таким образом датчик «думает», что находится после исправного катализатора, хотя на самом деле нет.
Электронная обманка
Электронная обманка делается для генерации правильных показаний для мозга двигателя , иногда применяются отдельные микроконтроллеры, симулирующий сигналы датчика. А иногда обходятся простейшими схемами.
Могут также использоваться специальные прошивки для ЭБУ.
На этом всё по теме. Разрешите откланяться, и пожелать вам только исправной и надёжной автомобильной техники, которая будет радовать приятными поездками и путешествиями.
