Устройство датчика кислорода лямбда зонд

Опубликовано: 04.07.2024

Коэффициент избытка воздуха λ

Прежде чем разбирать конструкцию датчика кислорода и принцип его работы, необходимо определиться с таким важным параметром, как коэффициент избытка воздуха топливовоздушной смеси: что это такое, на что влияет и зачем его измеряет датчик.

В теории работы ДВС существует такое понятие как стехиометрическое отношение – это идеальная пропорция воздуха и топлива, при которой происходит полное сгорание топлива в камере сгорания цилиндра двигателя. Это очень важный параметр, на основании которого рассчитывается топливоподача и режимы работы двигателя. Оно равняется 14,7 кг воздуха к 1 кг топлива (14,7:1). Естественно, такое количество топливовоздушной смеси не поступает в цилиндр в один момент времени, это всего лишь пропорция, которая пересчитывается под реальные условия.

В зависимости от значения λ различают три вида топливовоздушной смеси:

Назначение датчиков кислорода

Стандартно в современных автомобилях используется два датчика кислорода (для рядного двигателя). Один перед катализатором (верхний лямбда-зонд), а второй после него (нижний лямбда-зонд). Различий в конструкции верхнего и нижнего датчиков нет, они могут быть одинаковыми, но выполняют разные функции.

Конструкция и принцип работы кислородного датчика

Ресурс кислородника и его неисправности

Данный сканер корейского производства отличается от аналогов высоким качеством сборки и возможностью диагностики всех узлов и агрегатов автомобиля, а не только двигателя. Также он способен отслеживать показания всех датчиков (в том числе и кислородного) в режиме реального времени. Сканер совместим со всеми популярными диагностическими программами и, зная допустимые по вольтажу значения, можно судить об исправности датчика.

При исправной работе кислородного датчика характеристика сигнала представляет собой правильную синусоиду, демонстрирующую частоту переключений не менее 8 раз в течение 10 секунд. Если датчик вышел из строя, то форма сигнала будет отличаться от эталонной, либо его отклик на изменение состава смеси существенно замедлится.

Основные неисправности кислородного датчика:

Все эти виды проблем могут быть спровоцированы использованием некачественного топлива, перегревом, добавлением различных присадок, попаданием в зону работы датчика масел и чистящих средств.

Признаки неисправности кислородника:

Индикация сигнальной лампы неисправности на приборной панели.
Потеря мощности.
Слабый отклик на педаль газа.
Неровная работа двигателя на холостых оборотах.

Виды лямбда-зондов

Помимо циркониевых используются также титановые и широкополосные датчики кислорода.

Титановые. Этот вид кислородников имеет чувствительный элемент из диоксида титана. Рабочая температура такого датчика начинается от 700 °C. Титановые лямбда-зонды не требуют наличия атмосферного воздуха, поскольку принцип их работы основан на изменении выходного напряжения, в зависимости от концентрации кислорода в выхлопе.
Широкополосный лямбда-зонд представляет собой усовершенствованную модель. Он состоит из цикрониевого датчика и закачивающего элемента. Первый измеряет концентрацию кислорода в отработавших газах, фиксируя напряжение, вызванное разницей потенциалов. Далее происходит сравнение показания с эталонной величиной (450 мВ), и, в случае отклонения, подается ток, провоцирующий закачивание ионов кислорода из выхлопа. Это происходит до тех пор, пока напряжение не станет равным заданному.

Лямбда-зонд является очень важным элементом системы управления двигателем, а его неисправность может привести к сложностям в управлении автомобилем и стать причиной повышенного износа остальных деталей двигателя. А поскольку он не подлежит ремонту, его необходимо сразу заменить на новый.

Сомнительная заправка, плохой бензин, «чек» на панели — стандартный и быстрый путь к замене кислородного датчика. Про лямбда-зонд слышали многие автомобилисты, но мало кто разбирался, за что именно он отвечает и почему так легко выходит из строя. Рассказываем про датчик кислорода — «обоняние» двигателя.

Лямбда и стехиометрия двигателя

Название датчика происходит от греческой буквы λ (лямбда), которая обозначает коэффициент избытка воздуха в топливно-воздушной смеси. Для полного сгорания смеси соотношение воздуха с топливом должно быть 14,7:1 (λ=1). Такой состав топливно-воздушной смеси называют стехиометрическим — идеальным с точки зрения химической реакции: топливо и кислород в воздухе будут полностью израсходованы в процессе горения. При этом двигатель произведёт минимум токсичных выбросов, а соотношение мощности и расхода топлива будет оптимальным.

Если лямбда будет <1 (недостаток воздуха), смесь станет обогащённой; при лямбде >1 (избыток воздуха) смесь называют обеднённой. Чересчур богатая смесь — это повышенный расход топлива и более токсичный выхлоп, а слишком бедная смесь грозит потерей мощности и нестабильной работой двигателя.

Из графика видно, что при λ=1 мощность двигателя не пиковая, а расход топлива не минимален — это лишь оптимальный баланс между ними. Наибольшую мощность мотор развивает на слегка обогащённой смеси, но расход топлива при этом возрастает. А максимальная топливная эффективность достигается на слегка обеднённой смеси, но ценой падения мощности. Поэтому задача ЭБУ (электронного блока управления) двигателя — корректировать топливно-воздушную смесь исходя из ситуации: обогащать её при холодном пуске или резком ускорении, и обеднять при равномерном движении, добиваясь оптимальной работы мотора во всех режимах. Для этого блок управления ориентируется на показания датчика кислорода.

Зачем нужен кислородный датчик

Датчиков в современном двигателе великое множество . С помощью различных сенсоров ЭБУ замеряет температуру забортного воздуха и его поток, «видит» положение дроссельной заслонки, отслеживает детонацию и положение коленвала — словом, внимательно следит за воздухом «на входе» и показателями работы мотора, регулируя подачу топлива для создания оптимальной смеси в цилиндрах.

Лямбда-зонд показывает, что же получилось «на выходе», замеряя количество кислорода в выхлопных газах. Другими словами, кислородный датчик определяет, оптимально ли работает мотор, соответствуют ли расчёты ЭБУ реальной картине и нужно ли вносить в них поправки. Основываясь на данных с лямбда-зонда, ЭБУ вносит соответствующие коррекции в работу двигателя и подготовку топливно-воздушной смеси.

Где находится кислородный датчик

Датчик кислорода установлен в выпускном коллекторе или приёмной трубе глушителя двигателя, замеряя, сколько несгоревшего кислорода находится в выхлопных газах. На многих автомобилях есть ещё один лямбда-зонд, расположенный после каталитического нейтрализатора выхлопа — для контроля его работы.

Если у двигателя две головки блока (V-образники, «оппозитники»), то удваивается количество выпускных коллекторов и катализаторов, а значит и лямбда-зондов — у современной машины может быть и 4 кислородных датчика.

Устройство кислородного датчика

Классический лямбда-зонд порогового типа — узкополосный — работает по принципу гальванического элемента. Внутри него находится твёрдый электролит — керамика из диоксида циркония, поэтому такие датчики часто называют циркониевыми. Поверх керамики напылены токопроводящие пористые электроды из платины. Будучи погружённым в выхлопные газы, датчик реагирует на разницу между уровнем кислорода в них и в атмосферном воздухе, вырабатывая на выходе напряжение, которое считывает ЭБУ.

Циркониевый элемент лямбда-зонда приобретает проводимость и начинает работать только после прогрева до температуры 300 °C. До этого ЭБУ двигателя действует «вслепую» согласно топливной карте, без обратной связи от кислородного датчика, что повышает расход топлива при прогреве двигателя и количество вредных выбросов. Чтобы быстрее задействовать лямбда-зонд, ему добавляют принудительный электрический подогрев. Кислородные датчики с подогревом внешне отличаются увеличенным количеством проводов: у них 3–4 жилы против 1–2 у обычных датчиков.

В названии узкополосного датчика кроется его недостаток — он способен замерять количество кислорода в выхлопе в достаточно узком диапазоне. ЭБУ может корректировать смесь по его показаниям только в некоторых режимах работы мотора (холостой ход, движение с постоянной скоростью), что не отвечает современным требованиям по экономичности и экологичности двигателей. Для более точных замеров в широком диапазоне используют широкополосный лямбда-зонд (A/F-сенсор), который также называют датчиком соотношения «воздух-топливо» (Air/Fuel Sensor). Обычно к нему подходят 5–6 проводов, хотя бывают и исключения.

Внешне «широкополосник» похож на обычный датчик кислорода, но внутри есть отличия. Благодаря специальным накачивающим ячейкам эталонный лямбда-коэффициент газового содержимого датчика всегда равен 1, и генерируемое им напряжение постоянно. А вот ток меняется в зависимости от количества кислорода в выхлопных газах, и ЭБУ двигателя считывает его в реальном времени. Это позволяет электронике быстрее и точнее корректировать смесь, добиваясь её полного сгорания в цилиндрах.

Почему до сих пор производят узкополосные датчики? Во-первых, для старых автомобилей, где A/F-сенсоры не применялись. Во-вторых, из-за особенностей «широкополосника» его нельзя устанавливать после катализатора, где он быстро выходит из строя. А контролировать работу катализатора как-то надо. Поэтому в современных двигателях ставят два лямбда-зонда разного типа: широкополосный (управляющий) — в районе выпускного коллектора, а узкополосный (диагностический) — после катализатора.

Причины и признаки неисправности лямбда-зонда

Основная причина поломок кислородных датчиков — некачественный бензин: свинец и ферроценовые присадки оседают на чувствительном элементе датчика, выводя его из строя. На состояние лямбда-зонда влияет и нестабильная работа двигателя: при пропусках зажигания от старых свечей или пробитых катушек несгоревшая смесь попадает в выхлопную систему, где догорает, выжигая и катализатор, и датчики кислорода. Приговорить датчик также может попадание в цилиндры антифриза или масла.

Самый очевидный признак неисправности лямбда-зонда — индикатор Check Engine на приборной панели. Считав код ошибки с помощью сканера или самодиагностики, можно проверить, какой именно датчик вышел из строя, если их несколько. Иногда всё дело в повреждённой проводке датчика — с проверки цепи и стоит начать поиск поломки.

Но далеко не всегда проблемный лямбда-зонд зажигает «Чек»: иногда он не ломается полностью, а медленно умирает, давая при этом ложные показания, из-за чего ЭБУ двигателя неверно корректирует состав смеси. В этом случае нужно ориентироваться на косвенные признаки — ухудшение работы двигателя.

Проблемы с датчиком кислорода нарушают всю систему обратной связи и лямбда-коррекции, вызывая целый букет неисправностей. Прежде всего, это увеличение расхода топлива и токсичности выхлопа, снижение мощности и нестабильный холостой ход. Если вовремя не заменить лямбда-зонд, следом выйдет из строя каталитический нейтрализатор, осыпавшись из-за перегрева от обогащённой смеси.

Универсальные кислородные датчики

Цена на оригинальные датчики кислорода вряд ли обрадует автомобилистов, но все лямбда-зонды работают по единому принципу, что позволяет без труда подобрать замену. Главное, чтобы соответствовал типа датчика (широкополосный/узкополосный), количество проводов и резьбовая часть. В продаже есть универсальные кислородные датчики без разъёма, которые можно использовать на десятках моделей автомобилей — подобрать и купить лямбда-зонд не составляет проблемы.

Чтобы избежать проблем с кислородными датчиками, следите за состоянием двигателя, заправляйтесь качественным топливом и регулярно выполняйте компьютерную диагностику, которая позволит выявить неисправности на ранней стадии.

Сложно перечислить, сколько разнообразных датчиков обслуживают современный автомобиль, ведь чем сложней система и чем больше в ней электронной «начинки», тем важнее работа каждого элемента. Засбоит одно – посыплется всё.

Это относится и к автомобильному двигателю. Теоретически, «сферический ДВС в вакууме» довольно прост, но на практике к нему предъявляются такие требования, добиться которых без постоянного контроля просто невозможно. И одной из таких контрольных точек является лямбда зонд.

Что такое лямбда зонд и для чего он нужен?

Сначала немного теории. Для работы двигателя нужен воздух, и довольно много. Оптимальное соотношение составляет примерно 14,7 кг воздуха на 1 л бензина, тогда бензин сгорает полностью с образованием углекислого газа. Разницу между фактически используемым и оптимальным количеством воздуха называют лямбда. Если соотношение идеальное, такую топливно-воздушную смесь называют стехиометрической или лямбда = 1. Если в смеси воздуха меньше, чем нужно, а бензина, наоборот, больше, то это переобогащенная смесь или лямбда < 1. Воздуха больше нормы – обедненная смесь или лямбда > 1.

Как измерить, поступает ли в двигатель нужное количество воздуха? Именно это и делает лямбда зонд. Его задача – контролировать концентрацию кислорода в выхлопе двигателя (второе его название – датчик кислорода). Он подает сигнал на ЭБУ, который, в свою очередь, регулирует продолжительность впрыска топливных форсунок. Таким образом поддерживается оптимальный баланс между потреблением топлива, чистотой выхлопа и отдаваемой мощностью. По сути, без лямбда зонда современный двигатель не обеспечивает той мощности, экономичности и экологичности, которые заложены в него производителем.

Найти, где находится лямбда зонд, просто: он располагается в выпускном коллекторе на выходе из двигателя (близко к двигателю, если датчик без подогрева, и подальше, в более удобном для доступа месте, если с подогревом). На автомобилях с катализатором могут ставиться два датчика: один на входе в катализатор, второй на выходе. Так контролируется концентрация кислорода в выхлопе и качество работы самого катализатора.

Устройство и принцип работы

Лямбда зонд не просто определяет остаточное количество кислорода в выхлопных газах, он сравнивает этот показатель с атмосферным воздухом. Это обеспечивает более точное измерение, сколько именно кислорода тратит двигатель.

Основной конструктивный элемент – пустотелый наконечник датчика из керамического оксида циркония. Внутренняя и наружная поверхность его покрыты платиновым напылением, которое выполняет роль электродов.

Датчик вставляется в выпускной коллектор. При работе он нагревается до 300-350 градусов, и при такой температуре керамика приобретает свойства проводника. Ионы кислорода переходят из внутренней части датчика, соединенной с атмосферным воздухом, к наружной, которая контактирует с выхлопными газами. При этом создается электрический ток, сила которого зависит от разницы концентрации кислорода внутри и снаружи. Силу тока и фиксирует ЭБУ.

Помимо основной рабочей части датчик имеет другие элементы: корпус, уплотнители, изоляторы, провода и т.д. Особого внимания заслуживает нагреватель внутри датчика, он позволяет начать работу сразу, не дожидаясь, пока двигатель выйдет на рабочий режим.

Видео о принципе работы кислородного датчика

Разновидности лямбда зондов

По материалу изготовления керамической чести различают циркониевые и титановые датчики.

Циркониевые – классические датчики, в оценивается изменение силы тока, зависящей от разницы в концентрации кислорода;
В титановых датчиках оценивается сопротивление на керамическом элементе, входящем в выпускной коллектор. Чем выше концентрация кислорода в выхлопе, тем выше сопротивление. Доступ внешнего воздуха им для анализа не нужен.

Вторая классификация лямбда зондов – двухточечные (обычные) и широкополосные.

Двухточечные датчики работают именно по той схеме, которая уже описана, измеряется сила тока между двумя электродами;
Широкополосный работает по другому принципу. Кислород из выпускного коллектора под действием силы тока закачивается в камеру, в которой поддерживается стехиометрический состав газа. Если в выхлопе больше кислорода, чем необходимо, лишний удаляется в атмосферу, если кислорода не хватает, он закачивается в камеру. В зависимости от состава газов в выхлопе, датчик измеряет направление и силу тока, поддерживающего нужную концентрацию в измерительной камере, и эти данные поступают на ЭБУ.

И третья классификация, по которой различают кислородные датчики – количество проводов для подключения.

На самых простых датчиках без подогрева монтируются 1-2 провода. Один на блок управления, второй (если есть) на «массу»;
На датчиках с подогревом ставятся 3-4 провода: первые два те же «сигнал» и «масса» (если есть) плюс еще два контакта на нагревательный элемент;
На широкополосных датчиках установлены 5 проводов: первый и второй – нагрев (+ и -), третий – сигнал от измерительной ячейки, четвертый – сигнал от тока накачки, пятый – заземление.
Распиновка у каждого производителя своя, но чаще всего черный провод всегда идет на сигнал.

Признаки неисправности

Что происходит, если лямбда зонд начинает сбоить или вообще отключается? Система, не получая обратной связи, начинает работать не в оптимальном, а в усредненном режиме, используя те параметры, которые записаны в памяти по умолчанию. И чаще всего это работа на переобогащенной смеси, которая не сгорает полностью. Как следствие, начинаются такие проблемы:

Повышается расход топлива;
Снижается мощность двигателя;
Ухудшается отклик на педаль газа;
Начинает сбоить двигатель на холостом ходу;
Идет черный дым из выхлопной трубы;
Увеличивается токсичность выхлопа;
Перегревается катализатор;
Загорается Check Engine.

Однако все эти признаки не дают четкого указания именно на лямбда зонд. Такие же симптомы бывают и при других сбоях, поэтому определить, что именно неисправно, можно только после диагностики.

Естественный износ. Он работает в достаточно жестких условиях и рано или поздно выходит из строя, тем более с нашим бензином;
Перегрев датчика. Да, он выносливый, но имеет и предел прочности;
Проблемы с проводкой. У лямбды довольно тонкие кабели, и при неправильной установке они обрываются от вибрации;
Поломка нагревательного элемента;
Попадание воды во внутреннюю камеру или засорение каналов на атмосферный воздух;
Попадание на наконечник масла или грязи;
Кривые руки мастера, который его устанавливал.

Последствия выхода из строя кислородного датчика достаточно неприятны. Это не только повышение расходов на бензин, но и более заметные расходы, например, выход из строя каталитического нейтрализатора. Новый катализатор обойдется гораздо дороже самого крутого датчика, так что с диагностикой и заменой лучше не затягивать.

Как проверить лямбда зонд?

Проверить датчик кислорода самостоятельно можно мультиметром, осциллографом или старым «дедовским» способом – поставить новый рабочий и посмотреть на результат.

Начать проверку лучше с визуального осмотра. Если внешняя часть датчика выглядит потемневшей, на ней есть отложения копоти, это говорит о том, что он сгорел и дальнейшая проверка уже не нужна. Если внешне всё в порядке, провода не оборваны, без следов подгорания, придется тестить.

При подозрении на нерабочую лямбду в первую очередь проверяют работоспособность нагревателя. Для этого нужно:

Включить зажигание;
Мультиметр включить в режим вольтметра, подсоединить щупы к разъемам проводов подогрева;
Замерить напряжение. Оно должно соответствовать напряжению аккумулятора, 12 или 24 В.

Если напряжение в цепи есть, проверяют состояние нагревательного элемента. Для этого измеряют сопротивление:

Снять разъем;
Мультиметр перевести в режим омметра, присоединить щупы к контактам нагревателя;
Замерить сопротивление. Норма составляет 2-10 Ом.

Если нагреватель в порядке, измеряется «опорное» напряжение:

Включить зажигание, не заводя двигатель;
Мультиметр переключить на 2 или 20 В, щупы установить на сигнальный провод и «массу» (если ее нет, на корпус автомобиля);
Нормальное напряжение составляет 0,45-0,50 В.

Далее можно проверить функциональность датчика. Для этого уже понадобится прогреть его до стандартной температуры, так как проверить его можно только в процессе нормальной работы:

Завести двигатель и дать поработать на холостых оборотах 5-10 минут;
Щупы вольтметра (мультиметра) присоединить к сигнальным проводам. Схема подключения должна учитывать полярность: плюс на плюс, минус на минус;
В норме показания вольтметра начнут «плавать» в диапазоне от 0,1 до 0,9 В. Чуть хуже – 0,3-0,7, это говорит о том, что датчик «на последнем вздохе». Если показания «зависли» на какой-то постоянной цифре, лямбда мертвая без вариантов.

Такая же диагностика делается с помощью осциллографа, что будет еще более наглядно. В идеале на 2000-3000 оборотах дисплей покажет ровный красивый график, в котором верхний и нижний пики будут на одном или почти на одном уровне, а промежутки между ними не более 120 мс. Скачки, отклонения, зависания – признаки неисправности лямбды.

Можно ли отремонтировать лямбда зонд? Существует много рекомендаций по очистке, промывке, восстановлению кислородного датчика. Но реальность сурова: ни один из них не даст нормального результата. Поврежденный лямбда зонд можно только выбросить и на его место поставить новый, соответствующий параметрам автомобиля. Причем установку лучше делать либо самостоятельно (если есть опыт), либо доверить нормальному мастеру. Даже незначительное загрязнение колпачка датчика (моторным маслом, специальной смазкой и т.д.) приведет к тому, что он вскоре выйдет из строя.

Лямбда зонд. Его назначение в системе питания автомобиля

Инжекторная система питания автомобиля является более экономичной и эффективной, чем карбюраторная. Достигается это за счет полного контроля за подачей топлива и воздуха, которое осуществляется рядом датчиков. Они выполняют проверку рабочих параметров, передают их на электронный блок, который анализирует и на их основе корректирует работу всей системы.

Причем датчики для обеспечения полной информации о работе системы устанавливаются не только на впуске (количества топлива, воздуха), но и в выпускной системе. В ней используется всего один датчик, но от его работы зависит, какое количество воздуха будет подаваться в цилиндры.

Он так и называется – датчик кислорода, другое название — лямбда-зонд.

Само название «лямбда» происходит от греческого символа λ. В автомобилестроении данным символом обозначается коэффициент остатка воздуха в горючей смеси.

Зачем нужен лямбда зонд в машине?

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.

Устройство и 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.

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.

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 °С

Чтобы обеспечить необходимый температурный режим изначально этот датчик устанавливали ближе к выпускному коллектору, что обеспечивало достижение необходимой температуры по мере прогрева силовой установки.

Видео: Как подключить лямбда зонд с подогревом

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.

Конструкция и принцип работы кислородного датчика

Конструкция датчика кислорода на основе диоксида циркония (ZrO2)

Наружный электрод — осуществляет контакт с выхлопными газами.
Внутренний электрод — контактирует с атмосферой.
Нагревательный элемент — используется для подогрева кислородного датчика и более быстрого вывода его на рабочую температуру (около 300 °C).
Твердый электролит — расположен между двумя электродами (диоксид циркония).
Корпус.
Защитный кожух наконечника — имеет специальные отверстия (перфорацию) для проникновения отработавших газов.

Устройство наконечника лямбда-зонда

Внешний и внутренний электроды покрыты платиновым напылением. Принцип работы такого лямбда зонда основан на возникновении разности потенциалов между слоями платины (электроды), которые чувствительны к кислороду. Она возникает при нагревании электролита, когда через него происходит движение ионов кислорода от атмосферного воздуха и выхлопных газов. Напряжение, возникающее на электродах датчика, зависит от концентрации кислорода в отработавших газах. Чем она выше, тем ниже напряжение. Диапазон напряжений сигнала кислородного датчика находится в пределах от 100 до 900 мВ. Сигнал имеет синусоидальную форму, у которой выделяются три области: от 100 до 450 мВ — бедная смесь, от 450 до 900 мВ — богатая смесь, значение 450 мВ соответствует стехиометрическому составу топливовоздушной смеси.

Где находится?

Устанавливается широкополосный лямбда-зонд в выхлопной системе.

В зависимости от типа автомобиля, в конструкции может использоваться один или несколько таких датчиков.

Так, первый устанавливается до катализатора, второй – после него.

Внешне его можно увидеть не всегда. Но в любом случае данный элемент будет выглядеть как некая форсунка, что торчит из трубы со жгутом проводов.

Устройство

Конструкция данного механизма предполагает наличие следующих элементов:

Металлический корпус с резьбой.
Электрический нагреватель.
Наконечник.
Защитный экран.
Токопроводящий контакт.
Уплотнительная манжета для провода.
Изолятор.

В основе механизма лежат два чувствительных электрода. Внешний имеет платиновое напыление, благодаря которому электрод сильно чувствителен к кислороду. Внутренний же изготовлен из циркония. Устанавливается датчик таким образом, чтобы сквозь него проходили отработанные газы. Внешний электрод улавливает О2, после чего измеряется потенциал между двумя наконечниками. Чем он выше, тем больше кислорода в системе.

Широкополосный датчик кислорода являет собой усовершенствованную конструкцию двухконтактного механизма. Отметим, что потенциал разницы измеряется под воздействием определенной силы тока.

Принцип работы и устройство циркониевого лямбда-зонда

Циркониевая лямбда выполнена аналогично титановой. Из внешних признаков разница возможна в количестве проводов (у титановой один провод точно всегда идет на подогрев, у циркониевой подогрев необязателен) и в отверстии в защитном экране для атмосферного воздуха.

Внутри находится чувствительный элемент с платиновыми электродами, один электрод расположен в среде выхопных газов, второй в атмосферном воздухе. Пространство между защитным наконечником и электродом наполнено пористой керамикой на основе циркония. Она является твердым электролитом, проводящим ионы кислорода.

После прогрева циркониевой лямбды до рабочей температуры (300-400 градусов) между электродами возникает напряжение, величина которого определяется разностью содержания кислорода в атмосферном воздухе и в отработавших выхлопных газах. Т.е. чем больше концентрация кислорода в выхлопных газах, тем меньше выходное напряжение циркониевого лямбда-зонда.

Основные типы устройств

Сегодня можно выделить несколько типов кислородных датчиков. Все они могут отличаться по нескольким критериям:

по числу проводов — от 1 до 6;
по организации сенсорного элемента (есть два вида — пластинчатые и пальчиковые);
по крепежу в выхлопной трубе — фланцевые или на резьбе;
по диапазону измерений параметра лямбды — широкополосные (измерение производится в диапазоне от 0.7 до 1.6) или узкополосные, контролирующие уровень лямбда на уровне выше единицы.

Каждый из типов устройств имеет свои особенности.

Основные виды лямбда-зондов

В конструкции современного автомобиля могут присутствовать следующие лямбда-зонды:

1. Циркониевый

Изготовленный из керамики и циркония наконечник со всех сторон покрыт защитными пластинами из пористых платиновых электродов, которые выполняют роль проводников тока. Стоит отметить, что свойства электролита активизируются только при нагреве диоксида циркония выше +350 °C. Получается, что лямбда-зонд будет выдавать ошибку, если не прогреется до определенной температуры. Быстрый нагрев устройства осуществляется благодаря встроенной нагревательной конструкции с керамическим изолятором.

Посредством прохождения через небольшие просветы в защитном кожухе выхлопные газы поступают к наружной части наконечника. Воздух, в свою очередь, проникает внутрь датчика через специальную пройму в корпусе устройства или пористую уплотнительную крышку.

Разница потенциалов формируется благодаря перемещению ионов кислорода по электролиту между наружным и внутренним платиновыми электродами.

Напряжение на электродах обратно пропорционально объемам кислорода в выхлопной системе.

При наличии оповещения, поступающего от датчика, блок управления выравнивает содержание компонентов топливовоздушной смеси. Напряжение, поступающее от лямбда-зонда, каждую секунду меняется по несколько раз, что позволяет оптимизировать состав смеси независимо от режима работы ДВС.

В зависимости от количества проводов лямбда-зонды из циркония делятся на несколько групп:

однопроводные – оснащены одним сигнальный проводом, при этом контакт на массу осуществляется через корпус;
двухпроводные – имеют сигнальный и заземляющий провода;
трех- и четырехпроводные – подразумевают наличие системы нагрева, а также подведенных к ней управляющих и заземляющих проводов.

2. Титановый

Внешне схож с циркониевым, но в данном случае чувствительная деталь датчика изготовлена из диоксида титана. Объемное сопротивление устройства меняется с учетом изменения количества кислорода в смеси: от 1 кОм при богатой смеси до более 20 кОм при бедной. Вместе с этим меняется проводимость титанового элемента, о чем лямбда-зонд сообщает блоку управления. Эффективность датчика рассматриваемого вида достигается только при температуре +700 °C, поэтому без нагревательного элемента здесь не обойтись.

Титановый лямбда-зонд имеет высокую цену и сложную конструкцию, что отрицательно сказывается на популярности данных устройств.

3. Широкополосный

В отличие от вышеописанных моделей, широкополосные приборы имеют конструкцию, состоящую из двух камер: измерительной и насосной.

В измерительном отсеке поддерживается такой состав газов, при котором лямбда равна единице. Что касается насосной камеры: если мотор работает на бедной смеси, камера убирает лишний кислород из диффузионного зазора в атмосферу, а если на богатой – пополняет диффузионное отверстие недостающим кислородом из внешней среды. Направление тока для перемещения кислорода в разные стороны меняется, а его величина пропорциональна объемам бесцветного газа.

Нормальное функционирование широполосных датчиков возможно при температуре +600 °C, что достигается за счет работы нагревательного элемента в датчике.

Широкополосные датчики кислорода детектируют лямбду от 0,7 до 1,6.

Где находится лямбда-зонд и сколько их в автомобиле

Для того чтобы определить точное количество датчиков кислорода в вашем автомобиле, можно обратиться за помощью в автосервис, где после специальной диагностики вам выдадут снимок днища машины с отмеченными на нем лямбда-зондами. Но если вы хотите сэкономить свои средства, мы расскажем, где искать лямбда-зонд и как установить количество датчиков самостоятельно.

Стоит отметить, что лямбда-зонды устанавливаются и под капотом автомобиля, и под днищем.

Для начала нужно определиться с точным годом выпуска автомобиля. Если ваше транспортное средство изготавливали еще в XX веке, то, скорее всего, у него имеется только один лямбда-зонд. Более современные модели авто, как правило, оснащены двумя или четырьмя датчиками.

На автомобилях с электронным зажиганием для ограничения выброса вредных веществ в атмосферу устанавливают лямбда зонд, который реагирует на содержание углекислоты и других опасных примесей. Свое название этот элемент получил по букве греческого алфавита, которая выбрана для обозначения коэффициента избытка воздуха в топливовоздушной смеси.

Устанавливают кислородный датчик в магистрали выхлопа. Зная, что такое лямбда зонд в автомобиле и как он устроен, можно выбрать оптимальное решение при обнаружении неполадок.

Что такое лямбда зонд в машине и для чего он нужен

Установкой кислородных датчиков в выхлопной трубе нового автомобиля занимается производитель. В дальнейшем при эксплуатации машины рекомендуются визуальная проверка и компьютерное тестирование лямбда-зонда не реже одного раза в год или после 10 – 15 тыс. км пробега. Если компонент будет поврежден или изношен, то придется его заменить. Если не получается замерить содержание кислорода, это может станет причиной поломки двигателя.

Устройство и принцип работы лямбда зонда

Лямбда зонд представляет собой обычный электрический элемент, через который проходят выхлопные газы. Устройство датчика кислорода предполагает наличие внутри корпуса токопроводящего элемента, электродов, сигнального контакта и заземления. Выходной электрический сигнал формируется при изменении напряжения в зависимости от состава выхлопного потока.

Работа датчика основана на принципе сравнения уровня кислорода в отработавших газах и атмосферном воздухе. Установка внутри трубы до и после каталитического нейтрализатора полностью исключает попадание вредных веществ за пределы системы. Электрическая схема в устройстве такого датчика кислорода задействуется только после разогрева до температуры 300 – 400 ºC, что необходимо для появления электропроводимости твердого электролита.

Принцип работы лямбда зонда позволяет выявить даже малейшее превышение норм по опасным веществам. Но даже при заправке горючего высокого качества с минимальным содержанием примесей через 100 – 150 тыс. км пробега датчики кислорода, а часто и катализаторы (нейтрализаторы), приходится менять.

Каких видов бывают лямбда зонды?

Независимо от того, как работает датчик кислорода и в какой части системы он установлен, для получения электрического сигнала о составе выброса внутри предусмотрен твердый электролитический элемент. В зависимости от типа этого компонента различают следующие виды зондов:

циркониево-оксидные, способные определить количество воздуха в топливе в относительной величине (больше/меньше);
датчики с высокой чувствительностью, способные точно определить соотношение компонентов топливной смеси (Denso);
титановые, которые работают без доступа атмосферного кислорода.

На автомобили устанавливают датчики, предназначенные для конкретной марки или модели, а также изделия универсальной конструкции. Последние не комплектуют оригинальным разъемом – его, увы, приходится искать отдельно.

Информацию о составе выхлопа на контроллер подают и датчики других видов, которые отличаются количеством контактов (1- 6), способом установки (резьба/фланец), а также узко- или широкополосные модели по диапазону измерения (до коэффициента 1,6). Все варианты подключаются и работают по аналогичной схеме с передачей сигнала в ЭБУ для корректировки состава топливовоздушной смеси и объема впрыска топлива.

Распространённые причины неисправностей лямбда зонда и способы их устранения

Датчики содержания кислорода в топливовоздушной смеси со временем выходят из строя, что можно определить по нестабильной работе двигателя и увеличенному расходу горючего. Причины неисправности лямбда - это заправка топлива низкого качества, неполадки системы приготовления и подачи горючего, попадание на датчик спецжидкостей. Неполадки проявляется следующими признаками:

резкий рост оборотов до максимальных значений и мгновенное отключение мотора;
ухудшение качества подаваемой в цилиндры смеси, снижение полноты сгорания;
колебания оборотов холостого хода;
значительное снижение мощности при увеличении оборотов;
сбои в работе электронных блоков из-за задержек в подаче сигналов с датчика;
движение автомобиля рывками;
появление в двигательном отсеке звуков, которые нехарактерны при нормальной работе мотора;
поздний впрыск при нажатии педали.

Для восстановления работоспособности электроники и системы впрыска понадобится замена или правильная очистка лямбда зонда. При очистке нужно снять керамический наконечник и удалить загрязнения при помощи химических средств.

Заключение

Даже одна–две заправки топливом низкого качества могут стать причинами выхода из строя лямбда зонда. В таких случаях нарушается работа ЭБУ мотора, что и приводит к сбоям. Чтобы восстановить питание двигателя горючим и устранить неполадки, приходится заменять компонент, поскольку чистка считается малоэффективным способом.

Читайте также: