С-Петербург, улица Тосина 3
+7 (812) 917-84-85
+7 (921) 316-27-00

Лямбда зонд зачем нужен


Зачем нужен "этот" лямбда-зонд? Часть 1 — DRIVE2

Сейчас у меня на очереди проверка кислородных датчиков т.е лямбда-зондов. поэтому решил углубиться в эту тему… почитать, нашёл интересную статейку может кому будет интересно… Заодно узнаете что это за зверёк и зачем он нужен. как его проверить и чем можно его чистить…

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 выхлопЗачем нужен лямбда-зондЖесткие 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).

График 1. Зависимость мощности двигателя (P) и расхода топлива (Q) от коэффициента избытка воздуха (l)

Полное сгорание и максимальная мощность достигается при l=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 двигателя1 – впускной коллектор; 2 – двигатель; 3 – блок управления двигателем; 4 – топливная форсунка; 5 – основной лямбда-зонд; 6 – дополнительный лямбда-зонд; 7 – каталитический нейтрализатор.

Принцип работыЛямбда-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 подогревателем1 – 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-зондова – 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.

Обманки лямбда-зонда: зачем нужны, какие бывают и как выбрать

Владельцы машин с пробегом часто сталкиваются с проблемой выхода из строя каталитического нейтрализатора. Новая деталь стоит дорого, поэтому редко кто меняет неисправный катализатор на исправный. Обычно вместо него устанавливают пламегаситель. О нюансах такой замены мы уже рассказывали.

Лямбда-зонд и обманка. Фото — drive2

В таком случае остается вопрос, а что делать с лямбда-зондом (датчиком кислорода)? На машинах, которые отвечают экологическим нормам евро-3 и выше, их установлено как минимум два, причем второй как бы «проверяет» работу катализатора – его значения сравниваются с показанием первого датчика. Если ЭБУ рассчитан на работу с двумя лямбдами, то нормальной смеси без сигналов с обоих датчиков у него не будет. Вот и приходится как-то решать эту проблему. Одним из вариантов является установка обманки – мы тем или иным способом заставляем датчик передавать в ЭБУ не реальные данные, а те, что нужны для нормальной работы.

Как работает лямбда-зонд

Прежде чем рассказывать о способах обмана, нелишним будет разобраться с принципом работы кислородного датчика. При изготовлении датчика используется диоксид циркония и оксид иттрия, а сам датчик имеет два электрода, один из которых «дышит» выхлопными газами автомобиля, а второй обычным воздухом. За счет разницы количества кислорода возникает сигнал, который и передается в ЭБУ. При изменении состава смеси лямбда-зонды меняют напряжение, причем диапазон может колебаться от 0,1 до 0,9 В. 0,1-0,3 В означает бедную смесь, а 0,7-0,9 В – богатую. Оптимальным значением считается показатель 0,4-0,6 В, именно к нему и стремится ЭБУ в своей регулировке.

Принцип работы лямбда-зонда

Важный нюанс: кислородный датчик начинает работать только после того, как прогреется до 300 градусов (что даже в выхлопной трубе происходит не мгновенно). Это не блажь разработчиков, а необходимое условие, ведь именно при такой температуре циркониевый электролит начинает проводить ток. В прошивке ЭБУ учтена такая особенность кислородного датчика, поэтому после холодного запуска первое время он может корректировать смесь без его участия. Во многих современных автомобилях используются лямбда-зонды с подогревом, на них проложен дополнительный электрический провод, который позволяет кислородному датчику быстрее выйти на рабочую температуру.

Вот именно такой датчик нам придется обманывать. Глобально все обманки делятся на два типа – механические и электронные.

Механические обманки

У этого типа обманок есть два подвида, но основаны они на одном – металлической втулке (ее еще называют проставкой или «ввертышем») между выхлопной системой и датчиком кислорода. Втулка может быть от 40 до 100 мм в длину, но в любом случае принцип действия у нее один – лямбда-зонд отводится от выхлопной системы в сторону, через маленькое сечение проставки в него попадает мало отработанных газов, они в объеме втулки усредняются и уже этого кислородному датчику достаточно, чтобы передавать в ЭБУ те сведения, которые нужно.

Механическая обманка

Это самый простой и дешевый вариант, но некоторым автомобилям его хватает для того, чтобы ЭБУ не выдавал ошибку и готовил нормальную топливо-воздушную смесь. Впрочем, он срабатывает далеко не всегда, ведь даже та малая доля выхлопа, которая «залетает» во втулку, не очищается. Поэтому придумали еще один вариант механических обманок. Используется все такая же втулка, вот только внутри она не пустая, а заполненная керамической крошкой. По сути, получается маленький катализатор, но рассчитанный не на всю выхлопную систему, а только на датчик. Это более надежный тип обманок, ведь тут даже та малая часть выхлопа, которая подводится к лямбда-зонду, «фильтруется», избыток кислорода окисляется, и датчик показывает оптимальные значения.

Обманки с мини катализатором

Плюсы механической обманки очевидны – она очень дешева, проставку можно изготовить самому, или купить за 500-1000 рублей (пустой вариант) или 1500-2000 рублей (с керамической крошкой). С установкой тоже никаких проблем – открутил лямбда, ввернул втулку, а в нее уже вкрутил кислородный датчик – справится даже школьник.

Минусы тоже имеются. Втулка заметно увеличивает длину конструкции, далеко не всегда компоновка элементов днища позволяет нарастить лямбда-зонд – удлиненная конструкция может просто-напросто не поместиться. Тогда придется переносить место установки датчика, а это дополнительная работа болгаркой и сваркой, что сводит на нет простоту этого метода.

Электронные обманки

Как мы уже убедились, лямбда-зонд преобразует количество кислорода в выхлопе в электрический сигнал, который нужен ЭБУ. В таком случае не обязательно создавать условия для датчика, чтобы он показывал правильно, можно просто имитировать нужный сигнал без реального замера. Именно по такому принципу работают электронные обманки.

Электронная обманка лямбда-зонда. Фото — drive2

Самые крутые из них оборудованы микропроцессором, могут учитывать работу первого датчика кислорода и очень точно имитируют выходной сигнал, но работают даже простые варианты, которые может собрать любой автовладелец, знакомый с паяльником. За готовые образцы в магазине попросят 1500-3000 рублей, а если делать самому, то можно уложить в несколько сотен рублей на материалы.

Самодельная электронная обманка изнутри

Установка электронной обманки, в теории, проста, нужно «врезаться» в провода, которые идут от обманываемого датчика к ЭБУ. Сложность может заключаться в том, где эти провода проходят. В каких-то моделях автомобилей к ним добраться легко, в каких-то трудно. Информацию о том, где конкретно проходит проводка и где лучше в нее «врезаться» (не обязательно делать это в районе установки датчика, можно в любом месте), для каждой модели автомобиля нужно искать отдельно.

Кроме относительно высокой стоимости уже готовых имитаторов других минусов у электронных обманок нет, а вот плюсы есть. Например, с электронной обманкой рабочий лямда-зонд не нужен. Он может сломаться в процессе эксплуатации, но на стабильность работы системы это не повлияет. Иногда, вообще, обманки ставят только потому, что не хотят покупать новый кислородный датчик, ибо он будет дороже стоить.

Выводы

Конечно, при замене катализатора на пламегаситель можно вообще обойтись без обманки, а просто перепрошить ЭБУ под евро-2, при котором показатели второго кислородного датчика не учитываются. Это хороший вариант, но он подходит не для всех – на какие-то машины прошивок нет, по близости может не быть специалиста высокого уровня и так далее. Кроме того, перепрошивка может оказаться заметно дороже. В таких ситуациях обманки лямбда-зонда тоже дадут нужный эффект. Какую выбрать, механическую или электронную, нужно решать в каждом случае индивидуально, в зависимости от модели автомобиля, доступности запчастей и предрасположенности самого владельца – что ему нравится больше паять или работать с токарным станком.

Статья по теме: Как сделать обманку лямбда-зонда своими руками

Все, что следует знать автовладельцу о лямбда-зонде — датчике кислорода

Далеко не всем современным автолюбителям известно, что лямбда-зонд выполняет одну из основных функций в работе ДВС и выхлопной системы. Без него фактически невозможна нормальная работа мотора. Предлагаем вам узнать, что это такое, зачем нужен, где находится и за что отвечает первый или верхний лямбда-зонд, почему он выходит из строя и как его почистить.

Какой лучше, для чего нужен верхний лямбда-зонд и где находится? Для начала стоит разобраться в том, что же это такое. Подробнее о назначении и принципе работе будет сказано ниже.

Назначение

Место монтажа лямбда-зондов

Лямбда-зонд представляет собой кислородный датчик — это такое устройство сопротивления, которое находится в выпускном коллекторе. Благодаря информации, которую отправляет лямбда-зонд, блок управления двигателем может поддерживать определенный состав горючей смеси. Кислородный датчик посылает электрический приборам сигнал, если в камеру поступает слишком богатая или бедная топливно-воздушная смесь. В результате информации, которую отправил лямбда-зонд, бортовой компьютер авто корректируется подачу горючей смеси.

По теоретическим данным, которые часто бывают далеки от практических, для сгорания одного килограмма горючей смеси необходимо около пятнадцати килограмм кислорода. Соответственно, если кислородный датчик работает не корректно, то это напрямую повлияет на то, как будет работать мотор в целом. Кроме того, это может отразиться на расходе топлива.

Что такое универсальный лямбда-зонд и для чего он нужен — понятно, но как же он выглядит? Ведь далеко не каждый автолюбитель понимает, что с виду представляет собой это устройство. Тем более, если вы планируете произвести самостоятельную диагностику устройства,то необходимо разобраться в принципе его работы. С этой информацией вы ознакомитесь ниже.

Устройство и принцип работы

Устройство кислородного датчика

Итак, для чего нужен лямбда-зонд в автомобиле и какой его принцип работы? Перед тем, как ответить на эти вопросы, лучше будет разобраться в устройстве элемента.

Универсальный кислородный датчик состоит из следующих компонентов:

  1. Непосредственно сам корпус. Универсальный лямбда-зонд сопротивления имеет металлический корпус, оснащенный нарезной резьбой для правильного монтажа.
  2. Керамический изолятор.
  3. Уплотнительное кольцо.
  4. Керамический наконечник.
  5. Провода, а также манжеты для их правильного уплотнения.
  6. Для того, чтобы обеспечить вентиляцию устройства, применяется специальный корпус, оснащенный дополнительным отверстием.
  7. Контакт, по которому проходит ток.
  8. Дополнительный щиток, именующийся защитным, поскольку оснащен специальным отверстием, необходимым для выпуска выхлопных газов.
  9. Также универсальный датчик оснащается спиралью, установленной в отдельном резервуаре (автор видео — Витя Крякушкин).

Следует отметить, что отличительной особенностью, которой характеризуется первый или второй лямбда-зонд в автомобиле, является то, что для изготовления используются термостойкая основа. Применение таких материалов необходимо потому, что само устройство всегда работает при высоких температурах. На сегодняшний день в современных автомобилях используются один из четырех типов датчиков, их различие зависит от числа подводящих к устройству проводов — от одно- до четырехпроводного.

Что касается принципа работы, то диагностический датчик концентрации кислорода представляет собой элемент обратной связи. Это устройство позволяет системе правильно рассчитать необходимую дозировку топлива для определенного количества подаваемого воздуха. Оптимальный расчет горючей смеси актуален не только с экологической, но и экономической точки зрения. Поскольку сегодня требования к экологической безопасности при производстве транспортных средств очень велики, то новые машины комплектуются обычно только катализаторами. Также двигатели автомобилей оснащаются двумя датчиками кислорода.

Благодаря использованию катализатора и двух лямбд, экологический вред при функционировании транспортного средства будет минимальный, то есть машина будет наносить минимальный вред окружающей среде. Однако при появлении неисправности в одном из элементов системы автомобилист может столкнуться с серьезными проблемами, которые ударят по его бюджету, поскольку такая поломка будет дорого стоить.

Причины и симптомы поломок

Вышедший из строя лямбда-зонд

Если универсальный диагностический датчик концентрации кислорода выходит из строя, то причины могут быть следующие:

  1. Произошел разрыв проводки в месте подключения.
  2. Произошло замыкание цепи.
  3. В результате использования некачественного топлива, обогащенного различными октаноповышающими присадками, произошло загрязнение устройства.
  4. Если система зажигания работает некорректно, то датчик может сломаться из-за термических перегрузок.
  5. Регулярная эксплуатация транспортного средства по сельской местности или бездорожью может привести к появлению механических повреждений в работе устройства.
  6. Кроме того, способствовать выходу из строя датчика может неудовлетворительное состояние маслосъемных колец.
  7. Если в цилиндры и впускные трубопроводы попадает охлаждающая жидкость, лямбда-зонд также скоро выйдет из строя.
  8. Постоянно обогащенная горючая смесь также приведет к поломке элемента.

Если содержание монооксида углерода повышается до 3-7% вместо положенных 0.1-0.3%, то это может свидетельствовать о выходе из строя зонда. Чтобы избавиться от проблемы, необходимо будет только менять элемент, поскольку запаса хода может быть не достаточно. Если транспортное средство оснащено двумя зондами, то при поломке второго устройства наладить оптимальную работу мотора будет невозможно (автор видео — Александр Сабегатулин).

Что касается основных симптомов, по которым можно будет узнать о поломке регулятора:

  • во время движения на автомобиле начинают проявляться рывки;
  • вполне ощутимый увеличенный расход бензина;
  • катализатор начинает работать некорректно;
  • обороты двигателя начинают плавать;
  • в выхлопных газах начинает увеличиваться концентрация токсинов.

Как почистить?

Диагностика

Перед тем, как отключить и почистить универсальное устройство, следует правильно произвести диагностику, иначе чистка может быть нецелесообразной. Чтобы наиболее эффективным образом произвести проверку остаточного кислорода, датчик должен быть разогрет минимум до трехсот градусов. В этом случает циркониевый электролит сможет быть проводимым, а благодаря разнице кислорода и атмосферного кислорода на устройстве появляется выходное напряжение. Соответственно, напряжение можно будет проверить только при включенном и прогретом моторе. При несоответствии уровня напряжения следует осуществить замену устройства.

Измерение напряжения производится с помощью осциллографа, так как благодаря этому прибору можно получить наиболее точный результат. После замера напряжения необходимо проверить уровень сопротивления нагревателя устройства, при этом штекер необходимо заранее отключить. Уровень сопротивления должен составлять от 2 до 14 Ом, в этом случае все зависит от производителя.

Перед тем, как поставить диагноз, также следует измерить уровень напряжения, которое подводит к нагревателю лямбда-зонда. Напряжение должно быть не меньше 10.5 вольт, при этом зажигание должно быть включено, а разъем датчика — подключен. В том случае, если напряжение будет более низким, следует также проверить места соединения разъемов, проводов, а также само напряжение АКБ.

Очистка

Определенных технологий по ремонту таких устройств нет, поскольку при выходе из строя регулятор нужно менять на новый. Но перед тем, как поменять универсальный датчик, можно попробовать его почистить. Разумеется, отключение разъемов и чистка будут актуальны только в том случае, если под защитным колпачком лямбда-зонда образовались отложения. Как показывается практика, если отключить разъем и произвести чистку датчика, то в большинстве случаев это помогает избавиться от проблемы (автор видео — Авто новости).

Чистка чувствительного элемента производится с применением ортофосфорной кислоты. Если вы поместите этот элемент в кислоту на 10-20 минут, то это позволит уничтожить все отложения, при этом не воздействуя негативным образом на электроды. Наиболее эффективным вариантом будет отсоединение разъема и чистка элемента после демонтажа защитного колпака, перед этим колпачок нужно снять на токарном станке. Для снятия регулятора можно использовать съемник кислородного датчика, а после очистки его также можно будет промыть.

Когда устройство промыто, его необходимо обработать водой и высушить. В том случае, если прочистка не помогла, то датчик придется менять. При замене важно проследить, чтобы разъемы на регуляторах были идентичные. Если же вы не обращаете внимания на показания, которые предоставляет датчик, ведь устройство может работать некорректно, то можно использовать обманку. Обманка предназначена для монтажа вместо катализатора, благодаря которой можно будет избежать появления ошибок.

Обманка может быть выполнена из бронзы, но размер обманки должен соответствовать размерам катализатора. В обманке необходимо высверлить небольшое отверстие — через него выхлопные газы будут попадать в обманку. В результате концентрация вредных элементов в газах будет снижена, однако при этом блок управления не будет тревожить водителя новыми ошибками, принимая соответствующий сигнал за нормальную работу катализатора.

Видео «Правильная очистка лямбда-зонда»

О том, как правильно произвести прочистку датчика в домашних условиях, узнайте из видео ниже (автор видео — Своими руками).

 Загрузка ...

Как устроен лямбда-зонд в автомобиле?

Выхлопные газы любого автомобиля крайне негативно сказываются на окружающей среде, поэтому, чтобы как-то минимизировать приносимый вред, конструкторы разработали специальное устройство – каталитический нейтрализатор отработанных газов. Казалось бы, теперь все проблемы будут решены, но для нормальной и стабильной работы данного устройства требуется, чтобы каждый компонент топливовоздушной смеси находился в четко определенных рамках, причем на любых рабочих режимах. Тут на помощь и пришел датчик кислорода, или, как его называют в народе, «лямбда-зонд».

1. Принцип действия датчика кислорода

Когда автомобильный двигатель находится в активном состоянии, то концентрация кислорода внутри системы и снаружи (в окружающей среде) будет совершенной разной. Именно из-за этой разницы ионы кислорода двигаются в твердом электролите, а на электродах измерительного элемента возникает разность потенциалов, то есть появляется определенный сигнал кислородного датчика. Блок управления использует этот сигнал для поддержания в камере сгорания оптимального (стехиометрического) соотношения воздуха и топливной жидкости (практически идеальной считается пропорция 14,7:1, где первое значение – это количество воздуха, требуемого для максимально эффективного сгорания топливной смеси).

Кислородный датчик монтируется в отверстие, расположенное в корпусе выпускного коллектора. Однако, если конструкцией предусмотрено еще одно аналогичное устройство, то его ввинчивают в отверстие в приемной трубе, перед катализатором.

Вся работа лямбда-зонда основывается на принципе В. Нерста, немецкого ученного, который открыл возможность определения нормального электродного потенциала при помощи кислорода. Что касается рассматриваемого нами устройства, то находящиеся внутри датчика электроды помогают определить количество кислорода, присутствующего в выхлопных газах.

Обратите внимание! Максимальная рабочая эффективность лямбда-зонда будет достигаться лишь при температуре не меньше 300 °C. Именно поэтому устройство оснащается спиралью электроподогрева, создающей подходящий температурный режим до прогрева двигателя.

Кислородный датчик располагается в потоке отработанных газов таким образом, чтобы внешний электрод контактировал с газами, а внутренний – размещался в среде атмосферного воздуха. Исходя из разницы количества кислорода, между внутренними и внешними электродами образовывается электрический заряд, а его максимальная мощность находится на уровне 1 В. Это значение передается, а затем и обрабатывается компьютерным блоком управления работой силового агрегата.

После этого сигнал из блока перемещается на топливные форсунки, а они, в свою очередь, определяют требуемое количество топлива. В зависимости от характера сигнала, количество бензина в топливно-воздушной смеси может либо увеличиться, либо уменьшиться. Надо сказать, что лямбда-зонд нашел свое применение не только в автомобильной промышленности, но и в других областях жизнедеятельности человека – в частности, там, где используются устройства для сжигания топлива (к примеру, водонагревательные котлы).

2. Виды кислородных датчиков

Автомобильные датчики кислорода разделяют на виды, исходя из нескольких критериев:

- конструктивных особенностей: 1, 2, 3, 4-х контактные датчики;

- способа крепления в выхлопной трубе: резьбовой и фланцевый;

- ширины измерений лямбды: узкополосные (определяют лямбду при величине >1) и широкополосные (определяют лямбду 0.7-1.6)

Кроме того, на современных транспортных средствах можно встретить датчики на основе двух различных составов. К первому относятся устройства на основе диоксида циркония, а ко второму – лямбда-зонды на основе оксида титана (титановые). Оба вида имеют одинаковый принцип работы, а разница лишь в конструкции.

Следует отметить, что количество проводов на датчике кислорода отображает особенности его внутреннего устройства. Так, одноконтактные устройства имеют всего один сигнальный провод, посредством которого и передаются генерируемые датчиком электроимпульсы. Двухконтактные конструкции состоят уже из двух проводов: сигнального и провода на «массу» (дублирует заземление через корпус). Именно заземляющий провод позволяет более точно оценивать показания сигнального провода.

Трехконтактные кислородные датчики оснащены одним сигнальным проводом, проводом на «массу», а также проводом, идущим на нагревательный элемент. Этот вид характеризуется определенными преимуществами: коротким временем достижения рабочей температуры (а это значит, что количество вредных выбросов при работе холодного мотора будет снижаться), более высоким сроком службы, простотой технического обслуживания.

В конструкцию четырехконтактных датчиков входит один сигнальный провод, один провод питания (идет на нагревательный элемент) и один провод заземления (функции зависят от особенностей устройства системы управления работой мотора). Четвертый провод – это либо еще одно заземление, либо питание для второго нагревательного элемента.

Узкополосные (двухуровневые) датчики кислорода – один из наиболее простых видов подобных устройств. Они имеют достаточно примитивную конструкцию и являются своеобразным генератором волнообразных сигналов. По сути, этот датчик – обыкновенный гальванический элемент, но только в роли электролита здесь представлены керамические соты, свободно пронизывающие ионы кислорода (для того, чтобы они стали полностью проводимыми, требуется нагрев до температуры в 400 °C). Узкополосный датчик может устанавливаться как перед нейтрализатором, так и за ним.

Широкополосный лямбда-зонд представлен в виде более современной конструкции, особенностью которой является возможность корректировки смесеобразования отдельно для каждого цилиндра мотора, и практически мгновенная реакция на изменение процессов, происходящих в двигателе. Этот фактор положительно сказывается на деятельности силового агрегата и в несколько раз снижает количество вредных веществ в выхлопе. Широкополосный лямбда-зонд играет роль входного датчика каталитического нейтрализатора.

3. Признаки неисправности лямбда-зонда

Поскольку от исправного состояния лямбда-зонда напрямую зависит эффективность работы силового агрегата в машине, то нет ничего странного в том, что неисправность этого устройства приведет к рабочим сбоям «сердца» автомобиля. Так, с поломкой датчика кислорода существенно ухудшается качество поступающей в камеру сгорания топливной смеси, которая, по сути, остается бесконтрольной.

Диагностировать какие-либо неполадки в работе лямбда-зонда бывает достаточно сложно, ведь он не ломается сразу, а просто перестает стабильно функционировать. Например, датчик может неправильно считывать показания, что, в свою очередь, способствует некорректной топливоподаче в цилиндры мотора. В тех случаях, когда система управления длительное время не получает информацию о содержании кислорода в отработанных газах, она переключается в режим использования средних показателей, при этом нарушая состав рабочей смеси.

Наиболее характерными симптомами неисправности датчика кислорода являются:

- повышенный расход топливной жидкости;

- нестабильная работа мотора на холостом ходу;

- превышение нормы угарного газа (СО) в выхлопе автомобиля;

- резкое снижение ходовых характеристик транспортного средства.

Более того, если двигатель оснащен двумя лямбда-зондами, то он будет острее реагировать на их некорректную деятельность, а в некоторых случаях вообще может отказаться работать.

4. Почему лямбда-зонд выходит из строя

Обычно срок службы кислородного датчика составляет 30-70 тыс. км пробега автомобиля, но детальные цифры все же зависят от условий эксплуатации транспортного средства. Как показывает практика, более длительным сроком службы могут похвастаться устройства с подогревом, рабочая температура для которых составляет 315-320 °C. К возможным неисправностям кислородного датчика, в первую очередь, следует отнести неработающий подогрев и потерю чувствительности (уменьшение быстродействия), а вот список причин, повлекших за собой выход из строя данного устройства, достаточно обширный. В частности, в него входят:

- использование низкокачественного топлива, составляющие компоненты которого просто забивают платиновые электроды;

- попадание в выхлопную трубу масла и плохое состояние маслосъемных колец;

- попадание на керамический наконечник датчика различных моющих жидкостей, растворителей и антифриза;

- перегрев корпуса лямбда-зонда из-за неправильно выставленного угла опережения зажигания;

- сбои в системе зажигания и хлопки в выхлопной трубе;

- переобогащенная топливовоздушная смесь;

- использование при монтаже лямбда-зонда герметиков, которые вулканизируются при комнатной температуре;

- многократные попытки запуска силового агрегата через небольшие промежутки времени (в результате это приводит к накапливанию в выпускном трубопроводе остатков несгоревшего топлива, которое может воспламениться);

- плохой контакт, обрыв или замыкание на «массу» выходной цепи датчика.

Если не расписывать каждую причину в отдельности, то можно сказать, что основанием для выхода из строя кислородного датчика является:

- разгерметизация его корпуса;

- попадание вовнутрь воздуха и отработанных газов;

- перегрев лямбда-зонда (причина обычно кроется в низкокачественной покраске мотора и неправильной работе системы зажигания);

- неправильное или нестабильное электрическое питание, которое ведет к основному блоку управления;

- неправильные действия автовладельца (выражаются в использовании низкокачественного топлива и неаккуратных действиях при обслуживании автомобиля);

- различные механические повреждения, появившиеся в результате небрежной эксплуатации транспортного средства.

Следует отметить, что во всех перечисленных случаях (кроме последнего) поломка лямбда-зонда происходит постепенно, поэтому неопытные автовладельцы, которые не знакомы с этим устройством, вряд ли сразу заметят неисправность.

Процесс выхода из строя кислородного датчика можно разбить на несколько этапов:

1. Появление сбоев в работе (в определенных рабочих режимах силового агрегата датчик кислорода просто перестает подавать сигнал, что не может не дестабилизировать налаженность холостых оборотов). На этом этапе можно услышать нехарактерные для двигателя хлопки и увидеть загоревшуюся сигнальную лампочку на приборной панели.

2. Отказ в работе на непрогретом двигателе. Отмечается существенная потеря мощности, замедленная реакция на нажатие педали акселератора, «хлопки» из-под капота, неоправданное дерганье транспортного средства и перегрев силового агрегата.

Если вовремя не заметить проблему, то вполне возможно, что датчик разгерметизируется, а значит, последующая эксплуатация транспортного средства будет невозможной. Конечно, если вы не хотите получить куда более серьезную проблему – дорогостоящий ремонт силового агрегата. Основным признаком разгерметизации является потеря мощности, характерное постукивание в подкапотном пространстве и неприятный запах выхлопа. Также, заглянув под капот, вы можете заметить видимый осадок сажи в области свечей и на корпусе выпускных клапанов.

5. Замена кислородного датчика

Чаще всего отремонтировать датчик кислорода просто невозможно, и об этом свидетельствуют многочисленные утверждения производителей автомобилей. Правда, нужно отметить, что завышенная стоимость данного узла у официальных дилеров напрочь отбивает желание его покупки, поэтому, в качестве альтернативного варианта, можно приобрести универсальное устройство, которое стоит значительно дешевле «родного» механизма и подходит практически к любой модели автомобилей. Также можно попытаться найти лямбда-зонд, который уже находился в использовании, но гарантийный период еще не истек, или же полностью заменить выпускной коллектор вместе с находящимся в нем датчиком.

Иногда встречаются случаи, когда из-за сильного загрязнения кислородный датчик работает с определенной погрешностью. Но для того, чтобы убедиться в своих догадках, придется проверить лямбда-зонд на специальном оборудовании, которое имеется в распоряжении сервисных центров. Если проверка подтвердит факт его полной работоспособности, тогда лямбда-зонд придется демонтировать, почистить и установить на прежнее место.

Для того чтобы снять кислородный датчик, поверхность его корпуса нагревают до 50 °C, а после того, как он окажется в ваших руках, с него необходимо будет снять защитный колпачок, и только выполнив это действие, можно переходить к непосредственной очистке. В качестве эффективного чистящего средства специалисты рекомендуют использовать ортофосфорную кислоту, способную справиться даже с самыми сложными горючими отложениями.

Завершающим этапом очистительных мероприятий (сразу после отмачивания устройства) должна стать его промывка в чистой воде, тщательная сушка и установка на свое место. Не стоит забывать и о смазке резьбы специальными герметизирующими средствами, которые помогут обеспечить полную герметичность.

В тех случаях, когда результаты диагностики показали необратимую поломку лямбда-зонда, его нужно заменить новым элементом. Только помните! Любой датчик должен сниматься и устанавливаться лишь с использованием специальных инструментов. Если же вы решили повторно установить то же устройство, тогда резьбу следует обработать специальной монтажной пастой. Постарайтесь избегать попадания монтажного состава на защитную трубку, так как в противном случае вы легко добьетесь рабочих сбоев устройства.

Нужно отметить и тот факт, что выпускаемые сегодня кислородные датчики заранее обрабатываются монтажной пастой, и все, что требуется при установке, – это соблюдать указанный производителем момент затяжки (обычно от 40 до 60Нм).

Как бы там ни было, но любой датчик кислорода требует к себе бережного отношения, а это означает, что механические повреждения или попадание в соединительный разъем контактного спрея, смазки или специальных промывочных жидкостей (используются при очистке мотора) должны быть полностью исключены.

Подписывайтесь на наши ленты в Facebook, Вконтакте и Instagram: все самые интересные автомобильные события в одном месте.

Была ли эта статья полезна?


Смотрите также

 

"Питер - АТ"
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453

Новости