Как работает кислородный датчик в автомобиле?

Устройство и принцип работы кислородного датчика

Кислородный датчик – устройство, предназначенное для фиксирования количества оставшегося кислорода в отработавших газах двигателя автомобиля. Он расположен в выпускной системе вблизи катализатора. На основе данных, полученных кислородником, электронный блок управления двигателем (ЭБУ) корректирует расчет оптимальной пропорции топливовоздушной смеси. Коэффициент избытка воздуха в ее составе обозначается в автомобилестроении греческой буквой лямбда (λ), благодаря чему датчик получил второе название – лямбда-зонд.

1. Коэффициент избытка воздуха λ
2. Назначение датчиков кислорода
3. Конструкция и принцип работы кислородного датчика
4. Ресурс кислородника и его неисправности
5. Виды лямбда-зондов

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.

Зависимость мощности (P) и расхода топлива (Q) от коэффициента избытка воздуха

Коэффициент избытка воздуха (λ) – это отношение действительного количества воздуха, поступившего в двигатель, к теоретически необходимому (стехиометрическому) для полного сгорания топлива. Говоря простым языком, это “на сколько больше (меньше) воздуха поступило в цилиндр, чем должно было бы”.

В зависимости от значения λ различают три вида топливовоздушной смеси:

• λ = 1 – стехиометрическая смесь;
• λ 1 – “бедная” смесь (избыток – воздух; недостаток – топливо).

Современные двигатели могут работать на всех трех типах смеси, в зависимости от текущих задач (экономия топлива, интенсивное ускорение, снижение концентрации вредных веществ в отработавших газах). С точки зрения оптимальных значений мощности двигателя, коэффициент лямбда должен иметь значение около 0,9 (“богатая” смесь), минимальный расход топлива будет соответствовать стехиометрической смеси (λ = 1). Наилучшие результаты по очистке отработавших газов будут также наблюдаться при λ = 1, поскольку эффективная работа каталитического нейтрализатора происходит при стехиометрическом составе 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.

Верхний или передний кислородный датчик определяет содержание оставшегося кислорода в отработавших газах. По сигналу с данного датчика блок управления двигателем “понимает”, на каком типе топливовоздушной смеси работает двигатель (стехиометрической, богатой или бедной). В зависимости от показаний кислородника и требуемого режима работы, ЭБУ корректирует количество топлива, подаваемого в цилиндры. Как правило, топливоподача корректируется в сторону стехиометрической смеси. Следует отметить, что при прогреве двигателя сигналы с датчика игнорируются ЭБУ двигателя до достижения им рабочей температуры. Нижний или задний лямбда-зонд используется для дополнительной корректировки состава смеси и контроля исправности работы каталитического нейтрализатора.

Конструкция и принцип работы кислородного датчика

Существует несколько видов лямбда-зондов, применяемых на современных автомобилях. Рассмотрим конструкцию и принцип работы наиболее популярного из них – датчика кислорода на основе диоксида циркония (ZrO2). Датчик состоит из следующих основных элементов:

• 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.

Ресурс кислородника и его неисправности

Лямбда-зонд – один из наиболее быстро изнашиваемых датчиков. Это связано с тем, что он постоянно контактирует с отработавшими газами и его ресурс напрямую зависит от качества топлива и исправности двигателя. Например, циркониевый кислородник имеет ресурс порядка 70-130 тысяч километров пробега.

Поскольку работа обоих кислородных датчиков (верхнего и нижнего) контролируется системой бортовой диагностики OBD-II, при выходе из строя любого из них будет зафиксирована соответствующая ошибка, а на панели приборов загорится контрольная лампа неисправности “Check Engine”. Диагностировать неисправность в данном случае можно с помощью специального диагностического сканера. Из бюджетных вариантов стоит обратить внимание на Scan Tool Pro Black Edition.

Сканер Scan Tool Pro Black Edition

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.

Сигнал исправного кислородного 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:

• износ в процессе эксплуатации (“старение” датчика);
• обрыв электрической цепи нагревательного элемента;
• загрязнение.

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.

Датчик кислорода (Лямбда-зонд) — что это, как работает, проблемы, симптомы, замена

Датчик кислорода (ДК) — он же лямбда-зонд — измеряет количество кислорода в выхлопных газах, отправляя сигнал на блок управления двигателя (ЭБУ).

1. Где находится датчик кислорода
2. Как работает датчик кислорода
3. Регулировка соотношения топливовоздушной смеси
4. Задний датчик кислорода
5. Идентификация датчика кислорода
6. Замена датчика кислорода

Где находится датчик кислорода

Передний датчик кислорода ДК1 установлен в выпускном коллекторе или в передней выпускной трубе перед каталитическим нейтрализатором. Как вы знаете, каталитический нейтрализатор является основной частью системы контроля выбросов в автомобиле.

Задний кислородный датчик ДК2 установлен в выхлопе после каталитического нейтрализатора.

На 4-цилиндровых двигателях устанавливают как минимум два лямбда-зонда. Двигатели V6 и V8 имеют как минимум четыре датчика O2.

ЭБУ использует сигнал от переднего кислородного датчика для регулировки топливно-воздушной смеси путем добавления или уменьшения топлива.

Сигнал заднего датчика кислорода используется для контроля работы каталитического нейтрализатора. В современных автомобилях вместо переднего кислородного датчика используется датчик воздушно-топливного отношения. Он работает аналогично, но точнее.

Как работает датчик кислорода

Существует несколько типов лямбда-зондов, но для простоты в этой статье мы рассмотрим только обычные генерирующие напряжение датчики кислорода.

Как следует из названия, генерирующий напряжение датчик кислорода генерирует небольшое напряжение, пропорциональное разнице в количестве кислорода внутри и снаружи выхлопного газа.

Для правильной работы лямбда-зонд необходимо нагреть до определенной температуры. Типичный современный датчик имеет внутренний электрический нагревательный элемент, который питается от ЭБУ двигателя.

Когда топливовоздушная смесь (ТВС), поступающая в двигатель, бедная (мало топлива и много воздуха), в выхлопе остается больше кислорода, и кислородный датчик создает очень небольшое напряжение (0,1 – 0,2 В).

Если ТВС обогащается (много топлива и мало воздуха), в выхлопе остается меньше кислорода, поэтому датчик будет генерировать бОльшее напряжение (около 0,9 В).

Регулировка соотношения топливовоздушной смеси

Передний датчик O2 отвечает за поддержание оптимального соотношения смеси воздух / топливо, поступающей в двигатель, которая составляет приблизительно 14,7:1 или 14,7 частей воздуха на 1 часть топлива.

Блок управления регулирует топливовоздушную смесь на основе обратной связи от переднего датчика кислорода. Когда передний лямбда-зонд обнаруживает высокий уровень кислорода, ЭБУ предполагает, что двигатель работает на бедной смеси (недостаточно топлива) и поэтому добавляет топлива.

Когда уровень кислорода в выхлопе становится низким, ЭБУ предполагает, что двигатель работает на богатой смеси (слишком много топлива) и уменьшает подачу топлива.

Этот процесс непрерывен. Компьютер двигателя постоянно переключается между обедненным и обогащенным состоянием, чтобы поддерживать оптимальное соотношение воздух / топливо. Этот процесс называется операцией замкнутого цикла.

Если вы посмотрите на сигнал напряжения переднего датчика кислорода, он будет циклически колебаться где-то между 0,2 вольт (бедная) и 0,9 вольт (богатая).

Когда автомобиль заводится холодным, передний кислородный датчик не прогрет полностью, и ЭБУ не использует сигнал ДК1 для регулировки топлива. Этот режим называется разомкнутым контуром. Только когда датчик полностью прогрелся, система впрыска топлива переходит в режим замкнутого контура.

В современных автомобилях вместо обычного датчика кислорода установлен широкополосный датчик топливовоздушного соотношения. Датчик соотношения воздух / топливо работает по-другому, но служит той же цели — для определения, является ли топливовоздушная смесь, поступающая в двигатель, обогащённой или обеднённой.

Датчик топливовоздушного соотношения является более точным и может измерять более широкий диапазон.

Задний датчик кислорода

Задний или нижний кислородный датчик установлен в выхлопе после каталитического нейтрализатора. Он измеряет количество кислорода в выхлопных газах, выходящих из катализатора. Сигнал от заднего лямбда-зонда используется для контроля эффективности нейтрализатора.

Контроллер постоянно сравнивает сигналы от передних и задних датчиков O2. Основываясь на двух сигналах, ЭБУ знает, насколько хорошо каталитический нейтрализатор работает. Если катализатор выходит из строя, ЭБУ включает индикатор «Check Engine», чтобы вы знали об этом.

Идентификация датчика кислорода

Передний лямбда-зонд перед каталитическим нейтрализатором обычно называют датчиком «выше по потоку» или датчиком 1.

Задний датчик, установленный после катализатора, называется датчик «ниже по потоку» или датчик 2.

Типичный рядный 4-цилиндровый двигатель имеет только один блок (ряд 1 / банк 1). Поэтому в рядном 4-цилиндровом двигателе термин «Банк 1, Датчик 1» просто относится к переднему датчику кислорода. «Банк 1, Датчик 2» — это задний кислородный датчик.

Двигатель V6 или V8 имеет два блока (или две части этого «V»). Обычно блок цилиндров, содержащий цилиндр № 1, называется «Банк 1».

Различные производители автомобилей определяют Банк 1 и Банк 2 по-разному. Чтобы узнать, где банк 1 и банк 2 в вашем автомобиле, вы можете посмотреть в руководстве по ремонту или в Google, указав год, марку, модель и объём двигателя.

Замена датчика кислорода

Проблемы с датчиком кислорода являются распространёнными. Неисправный лямбда-зонд может привести к увеличению расхода топлива, увеличению выбросов в атмосферу и различным проблемам во время вождения (провалы оборотов, плохое ускорение, плавающие обороты и т. д.). Если датчик кислорода неисправен, его необходимо заменить.

В большинстве автомобилей замена ДК является довольно простой процедурой. Если вы хотите заменить кислородный датчик самостоятельно, с некоторыми навыками и руководством по ремонту, это не так сложно, но вам может понадобиться специальная торцевая головка для датчика (на фото).

Иногда может быть трудно вытащить старый лямбда-зонд, так как они часто сильно ржавеют.

Еще одна вещь, о которой следует знать — некоторые автомобили, как известно, имеют проблемы с заменяемыми датчиками кислорода.

Например, есть сведения о неоригинальном датчике кислорода, вызывающем проблемы в некоторых двигателях Chrysler. Если вы не уверены, лучше всегда использовать оригинальный датчик.

Лямбда-зонд (кислородный датчик): как устроен и за что отвечает?

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

Назначение лямбда-зонда — контроль уровня вредных примесей в выхлопных газах. Этот элемента позволяет поддерживать содержание углекислоты в пределах 0,2 – 0,3 %. Основная функция — подача электрического сигнала в электронный блок управления силового агрегата. Это единственное, на что влияет лямбда зонд, но роль датчика нельзя преуменьшать.

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.

Как работает кислородный датчик в авто

Датчик кислорода: устройство, используемое для регистрации количества кислорода, остающегося в выхлопе двигателя автомобиля. Он расположен в выхлопной системе рядом с каталитическим нейтрализатором. На основе данных, полученных от кислородного датчика, электронный блок управления двигателем (ЭБУ) корректирует расчет оптимальной пропорции топливовоздушной смеси.Коэффициент избыточного воздуха в ее составе обозначается в автомобилестроении греческой буквой лямбда (λ), благодаря чему датчик получил второе название — лямбда-зонд.

1. Что такое коэффициент избытка воздуха λ
2. Назначение лямбда-зонда
3. Как работает датчик кислорода
4. Продолжительность работы лямбда-зонда
5. Типы датчика кислорода

Что такое коэффициент избытка воздуха λ

Перед изучением датчика кислорода и принципа его работы необходимо определить такой важный параметр, как коэффициент избытка воздуха в топливовоздушной смеси: что это такое, что на него влияет и почему измеряется датчиком.

В теории работы ДВС есть такое понятие, как стехиометрическое соотношение — это идеальное соотношение воздуха и топлива, при котором в камере сгорания цилиндра двигателя происходит полное сгорание топлива. Это очень важный параметр, на основании которого рассчитываются режимы топливной подачи и работы двигателя. Это соответствует 14,7 кг воздуха на 1 кг топлива (14,7: 1). Конечно, такое количество топливовоздушной смеси не попадает в цилиндр одновременно, это всего лишь пропорция, которая пересчитывается для реальных условий.

Коэффициент избытка воздуха (λ) — это соотношение между фактическим количеством воздуха, поступающего в двигатель, и теоретически необходимым (стехиометрическим) количеством для полного сгорания топлива. Проще говоря, это «насколько больше или меньше воздуха попало в цилиндр, чем должно быть».

По значению лямбды различают три типа топливовоздушных смесей:

• λ = 1 — стехиометрическая смесь;
• λ 1 — «бедная» смесь (избыток воздуха; недостаток топлива).

Современные двигатели могут работать со всеми тремя типами смесей, в зависимости от текущей деятельности (экономия топлива, интенсивный разгон, снижение концентрации загрязняющих веществ в выхлопных газах). С точки зрения оптимальных значений мощности двигателя коэффициент лямбда должен иметь значение около 0,9 («богатая» смесь), минимальный расход топлива соответствует стехиометрической смеси (λ = 1). Наилучшие результаты по очистке выхлопных газов также наблюдаются при λ = 1, так как эффективная работа каталитического нейтрализатора происходит при стехиометрическом составе топливовоздушной смеси.

Назначение лямбда-зонда

В современных автомобилях в стандартной комплектации используются два кислородных датчика (для рядного двигателя). Один перед катализатором (верхний лямбда-зонд) и второй после него (нижний лямбда-зонд). Разницы в конструкции верхнего и нижнего сенсоров нет, они могут быть одинаковыми, но выполняют разные функции.

Верхний или передний кислородный датчик определяет остаточный кислород в выхлопных газах. По сигналу этого датчика блок управления двигателем «понимает», на какой топливовоздушной смеси работает двигатель (стехиометрическая, богатая или обедненная). В зависимости от значений датчика кислорода и требуемого режима работы, ЭБУ регулирует количество топлива, которое подается в цилиндры. Обычно подача топлива регулируется в сторону стехиометрической смеси.

Следует отметить, что при прогреве двигателя сигналы датчиков блоком управления двигателем игнорируются, пока не будет достигнута рабочая температура.

Нижний или задний лямбда-зонд используется для дополнительной регулировки состава смеси и контроля работы каталитического нейтрализатора.

Как работает датчик кислорода

В современных автомобилях используются различные типы лямбда-зондов. Рассмотрим устройство и принцип работы самого популярного из них — датчика кислорода на диоксиде циркония (ZrO2). Датчик состоит из следующих основных элементов:

• Внешний электрод — контактирует с выхлопными газами.
• Внутренний электрод — контактирует с атмосферой.
• Нагревательный элемент — используется для нагрева лямбда-зонда и более быстрого доведения его до рабочей температуры (около 300 ° C).
• Твердый электролит — расположен между двумя электродами (оксид циркония).
• Корпус.
• Протектор наконечника — имеет специальные отверстия (перфорацию) для входа выхлопных газов.

Внешний и внутренний электроды имеют платиновое покрытие. Принцип действия такого лямбда-зонда основан на возникновении разности потенциалов между чувствительными к кислороду слоями платины (электродами). Это происходит при нагревании электролита, когда через него проходят ионы кислорода из воздуха и выхлопных газов. Напряжение на электродах датчика зависит от концентрации кислорода в выхлопных газах. Чем она выше, тем ниже напряжение. Диапазон напряжения сигнала датчика кислорода составляет от 100 до 900 мВ. Сигнал имеет синусоидальную форму, в которой различают три диапазона: от 100 до 450 мВ — бедная смесь, от 450 до 900 мВ — богатая смесь, 450 мВ соответствуют стехиометрическому составу топливовоздушной смеси.

Продолжительность работы лямбда-зонда

Лямбда-зонд — один из датчиков, который изнашивается довольно быстро. Это связано с тем, что он постоянно контактирует с выхлопными газами, а его ресурс напрямую зависит от качества топлива и исправности двигателя. Например, кислородный датчик из циркония имеет ресурс от 70 до 130 000 километров пробега.

Поскольку работа обоих кислородных датчиков (верхнего и нижнего) контролируется бортовой диагностической системой OBD-II, при выходе из строя одного из этих датчиков регистрируется соответствующая ошибка и загорается дисплей «Проверьте двигатель» на панели приборов. В этом случае неисправность можно диагностировать с помощью специального диагностического сканера. Из «бюджетников» можно обратить внимание на Scan Tool Pro Black Edition.

Этот сканер корейского производства отличается от аналогов высоким качеством сборки и возможностью диагностики всех узлов и агрегатов автомобиля, а не только двигателя. Он также может отслеживать показания всех датчиков (включая кислород) в режиме реального времени. Сканер совместим со всеми распространенными диагностическими программами. Знание допустимых значений напряжения поможет вам оценить состояние датчика.

Если кислородный датчик работает правильно, характеристика сигнала представляет собой гладкую синусоидальную волну, которая показывает частоту переключения не менее 8 раз в течение 10 секунд. Если датчик вышел из строя, форма сигнала будет отличаться от эталонной формы или его реакция на изменение состава смеси значительно замедлится.

Основные неисправности лямбда-зонда:

• износ при работе (старение);
• неисправность нагревательного элемента;
• загрязнение.

Все эти типы проблем могут быть вызваны использованием некачественного топлива, перегревом, добавлением различных присадок, попаданием в рабочую зону датчика масел и моющих средств.

Признаки неисправности датчика:

• Активация лампа неисправности на приборной панели.
• Потеря мощности.
• Плохая реакция на педаль газа.
• Работа двигателя на холостом ходу с рывками.

Типы датчика кислорода

Помимо оксида циркония используются также широкополосные и титановые датчики кислорода.

1. Титановые. Этот вид сенсора имеет чувствительный элемент из диоксида титана. Рабочая температура такого датчика начинается с 700 ° C. Титановые лямбда-зонды не требуют атмосферного воздуха, так как их принцип действия основан на изменении выходного напряжения в зависимости от концентрации кислорода в выхлопных газах.
2. Широкополосный. Это улучшенная модель лямбда-зонда. Он состоит из цикрониевого датчика и закачивающего элемента. Первый измеряет концентрацию кислорода в выхлопных газах и регистрирует напряжение, вызванное разностью потенциалов. Затем измеренное значение сравнивается с эталонным значением (450 мВ), и в случае отклонения подается ток, в результате чего ионы кислорода впрыскиваются из выхлопных газов. Так продолжается до тех пор, пока напряжение не будет соответствовать заданному.

Лямбда-зонд — очень важный элемент системы управления двигателем и его неисправность может затруднить управление автомобилем и вызвать больший износ других частей двигателя. А поскольку он не подлежит ремонту, его нужно сразу же заменить на новый.

Все про лямбда зонд (кислородный датчик) — устройство, принцип работы, проверка

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.

1. Что такое лямбда зонд и для чего он нужен?
2. Устройство и принцип работы
3. Разновидности лямбда зондов
4. Признаки неисправности
5. Как проверить 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.

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.

1. Циркониевые – классические датчики, в оценивается изменение силы тока, зависящей от разницы в концентрации кислорода;
2. 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.

1. Двухточечные датчики работают именно по той схеме, которая уже описана, измеряется сила тока между двумя электродами;
2. 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.

1. На самых простых датчиках без подогрева монтируются 1-2 провода. Один на блок управления, второй (если есть) на «массу»;
2. На датчиках с подогревом ставятся 3-4 провода: первые два те же «сигнал» и «масса» (если есть) плюс еще два контакта на нагревательный элемент;
3. 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:

1. Повышается расход топлива;
2. Снижается мощность двигателя;
3. Ухудшается отклик на педаль газа;
4. Начинает сбоить двигатель на холостом ходу;
5. Идет черный дым из выхлопной трубы;
6. Увеличивается токсичность выхлопа;
7. Перегревается катализатор;
8. 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.

1. Естественный износ. Он работает в достаточно жестких условиях и рано или поздно выходит из строя, тем более с нашим бензином;
2. Перегрев датчика. Да, он выносливый, но имеет и предел прочности;
3. Проблемы с проводкой. У лямбды довольно тонкие кабели, и при неправильной установке они обрываются от вибрации;
4. Поломка нагревательного элемента;
5. Попадание воды во внутреннюю камеру или засорение каналов на атмосферный воздух;
6. Попадание на наконечник масла или грязи;
7. 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.

Видео «Как проверить лямбда зонд»

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:

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

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

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

Если нагреватель в порядке, измеряется «опорное» напряжение:

1. Включить зажигание, не заводя двигатель;
2. Мультиметр переключить на 2 или 20 В, щупы установить на сигнальный провод и «массу» (если ее нет, на корпус автомобиля);
3. 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:

1. Завести двигатель и дать поработать на холостых оборотах 5-10 минут;
2. Щупы вольтметра (мультиметра) присоединить к сигнальным проводам. Схема подключения должна учитывать полярность: плюс на плюс, минус на минус;
3. 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.