Лямбда зонд или датчик концентрации кислорода – это элемент системы выпуска выхлопных газов. Он выполняет функцию определения объема кислорода на выходе из выпускной системы и регулирует соотношение компонентов топливно-воздушной смеси для следующей подачи в камеру сгорания двигателя. Постоянная и равномерная подача кислорода и горючего способствует правильной (как в области расхода топлива, так и в области экологии) работе ДВС.

Расположение в системе

Как уже было сказано, датчик кислорода размещается в системе выхлопа. В некоторых машинах используют сразу 2 зонда:

• первый лямбда зонд находится во за катализатором;
• второй лямбда зонд находится в приемной трубе впереди каталитического нейтрализатора.

По типу оба датчика аналогичны. Отличаются они лишь тем, что в схеме первичного длиннее провода и большее количество отверстий для снятия проб.

Установка и применение 2-х зондов удваивает эффективность слежения за концентрацией отработки и улучшает функциональность катализатора. Каждый зонд имеет свой нагреватель, и при этом сопротивления обоих нагревателей не суммируются.

Основные виды

С целью максимально окислить углеводород и угарный газ или разложить оксиды азота на кислород и азот, инженерами автомобилестроения придумано 2 типа датчиков, отличающихся по конструкции.

Первый тип

2-хточечный датчик кислорода может быть установлен и до катализатора, и после него. Он анализирует число избыточного воздуха по показателям кислорода в отработке. Лямбда зонд данного типа является элементом из керамики с 2-хсторонним циркониевым покрытием. Процесс измерения происходит электрохимически, т.е. электроды одним краем имеют контакт с выхлопной массой газов, а другим – с атмосферной.

Функционирование 2-хточечника основано на замерах объема кислорода, как в выхлопе, так и в атмосфере. В случае если объем кислорода в выхлопе и в атмосфере отличается, на краях электрода возникает напряжение. Получается, что, когда значение объема кислорода больше – смесь топлива и воздуха обедняется, и, следовательно, снижается напряжение. И, наоборот, кислорода меньше, значит, смесь топлива и воздуха обогащается, и напряжение пропорционально увеличится.

Наиболее оптимальная пропорция топлива и воздуха – 14.7 на 1, где 14.7 – числовой параметр объема воздуха, требуемого для сгорания всего подаваемого горючего.

Второй тип

Широкополосный лямбда зонд – это усовершенствованное устройство. Оно используется как входной датчик катализатора.

Данный тип зонда содержит в себе 2 элемента из керамики – 2-хточечный и закачивающий. Закачивание – это физический процесс, посредством коего кислород из выхлопа поступает через закачивающий механизм под действием некоторого напряжения.

Функция широкополосного типа основана на сохранении и поддержке одного и того же напряжения (450 мВ) среди электродов 2-хточечного механизма путем необходимого исправления напряжения закачивания.

Пониженное значение объема кислорода в отработке, т.е. когда смесь обогащена, влияет на увеличение напряжения меж электродов 2-хточечного типа механизма. От него на блок управления передается импульс, на основе которого на механизме закачивания возникает некоторый ток, способствующий закачке в измерительный зазор, вследствие чего напряжение доходит до требуемого значения. Коэффициент напряжения – своего рода объем кислорода в выхлопе. Он определяется с помощью электро блока управления и, преобразовавшись, действует на детали в системе впрыска.

Обедненная смесь с верхним пределом объема кислорода запускает процесс такого же типа работы широкополосного датчика. Единственное отличие заключается в выкачивании излишек кислорода из измерительного зазора.

Полноценное функционирование зонда возможно при температуре 300°С. Более быстрого набора данной температуры добились благодаря специальным встроенным обогревателям в виде спирали. В зависимости от модели авто, каждый нагреватель имеет свое рабочее сопротивление.

Неисправности

Лямбда зонд прямо действует на функционирование мотора, потому, если возникает какая-то неисправность датчика, качество смеси топлива и воздуха стремительно меняется, и мотор не может работать в обычном режиме. Неисправный датчик становится непредсказуемым, т.е. посылает различного типа сигналы, часто противоречащие друг другу, или вообще «не отвечает». В такие моменты автомобиль глохнет или не заводится.

Во избежание таких последствий был продуман и внедрен способ, способствующий запуску мотора и возможности добраться до пункта назначения. В момент появления поломки датчика блок управления активирует режим аварийного функционирования, при котором производится оптимизированная подача топлива и воздуха. Обычно в такие моменты количество подаваемого топлива увеличивается, чтобы снизить вероятность того, что автомобиль заглохнет. Очевидно, что расход горючего увеличивается, и это является одним из показателей поломки кислородного устройства.

Помимо поломки самого датчика, его функционирование может быть затруднено по ряду других причин. Например,

• места креплений могут потерять нужное уплотнение;
• механизм изначально был установлен неверно, т.е. датчик может быть не вкручен до упора;
• неправильное подключение проводов делает деталь неработоспособной, из-за чего включится аварийный режим;
• использование этилированного типа горючего способно изрядно попортить кислородный и иные датчики;
• перегревание корпуса лямбда зонда (к примеру, из-за повреждений в корпусе выпускного коллектора).

Способы самостоятельной проверки зонда

Современные кислородные устройства могут иметь однопроводную схему, а так же 2-х, 3-х и 4-х проводную. 4-х проводная схема обычно имеет 2 провода, которые ведут на цепь подогрева, один – для подачи сигналов, и еще один – на массу.

1. Проанализировать лямбда зонд на наличие высокого или низкого напряжения внутри цепи подогрева можно при помощи любого вольтметра. Необходимо включить зажигание, затем проткнуть провод для нагревателя заостренным щупом или поместить его в разъем для проводов. Параметр напряжения должен быть около 12 в. Далее аккуратно завести мотор и, если отсутствует плюс, осмотреть цепь от аккумулятора через предохранитель и закончить самим зондом, а если отсутствует минус, стоит проверить цепь до блока управления на предмет потери контакта.
2. Для проверки сопротивления нагревателя лямбда зонда нужно воспользоваться омметром – тестером, измеряющим сопротивление. Сначала нужно отсоединить разъем и замерить сопротивление меж проводами нагревателя. Нижняя граница сопротивления должна быть не менее 2-х Ом, а верхняя – до 10-ти Ом. А когда сопротивления нет вообще, вероятно возникновение обрыва в устройстве, поэтому срочно нужна его полная замена.
3. Высокое или низкое опорное напряжение так же замеряется вольтметром. Изначально необходимо включить зажигание и замерить напряжение меж проводом сигнала и массы. Обычно это значение = 0.45 В. Но, когда оно больше или меньше на 0.2 в и более, это означает неисправность в сигнальной части схемы зонда или нарушен контактный участок с проводом массы.
4. Наиболее трудный момент – проверка сигнала всего механизма. Тут потребуется стрелочный вольтметр или осциллограф. Первым делом необходимо запустить мотор и дать ему нагреться, чтобы заработал лямбда зонд. Затем присоединить щупы меж проводами сигнала и массы. Поднять обороты движка ориентировочно до 3000 и вести наблюдение за параметрами кислородного датчика, сигнал которого должен двигаться в пределах от 0.1 до 0.9 В.

Уменьшение диапазона от 0.2 до 0.7 говорит о том, что датчик неисправен. Стоит отметить, что в течение 10-ти секунд показания должны поменяться от высокого к низкому около 9-ти/10-ти раз.

Заключение

Важно учитывать тот факт, что лямбда зонд является наиболее уязвимой частью системы выхлопа. Работоспособный период данного механизма составляет от 40 000 до 80 000 км относительно возраста автомобиля, состояния мотора, систем подачи горючего и воздуха, а так же условий и ритма эксплуатации. А это значит, что периодически нужно проверять напряжение, сопротивление и другие рабочие параметры.

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.

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 — «богатая» смесь (избыток — топливо; недостаток — воздух);
• 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.

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.

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.

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.

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.

Вы наверняка знаете, что в вашем автомобиле установлен кислородный датчик (или даже два!)… Но зачем он нужен и как он работает? На часто задаваемые вопросы отвечает Стефан Верхоеф (Stefan Verhoef), менеджер DENSO по продукту (кислородные датчики).

B: Какую работу выполняет датчик кислорода в автомобиле?
O: Датчики кислорода (также называемые лямбда-зондами) помогают контролировать расход топлива вашего автомобиля, что способствует снижению объема вредных выбросов. Датчик непрерывно измеряет объем несгоревшего кислорода в выхлопных газах и передает эти данные в электронный блок управления (ЭБУ). На основании этих данных ЭБУ регулирует соотношение топлива и воздуха в топливовоздушной смеси, поступающей в двигатель, что помогает каталитическому нейтрализатору (катализатору) работать более эффективно и уменьшать количество вредных частиц в выхлопных газах.

B: Где находится датчик кислорода?
O: Каждый новый автомобиль и большинство автомобилей, выпущенных после 1980 г., оснащены датчиком кислорода. Обычно датчик установлен в выхлопной трубе перед каталитическим нейтрализатором. Точное местоположение датчика кислорода зависит от типа двигателя (V-образное или рядное расположение цилиндров), а также от марки и модели автомобиля. Для того чтобы определить, где расположен датчик кислорода в вашем автомобиле, обратитесь к руководству по эксплуатации.

В: Почему состав топливовоздушной смеси нужно постоянно регулировать?
O: Соотношение «воздух - топливо» крайне важно, поскольку оно влияет на эффективность работы каталитического нейтрализатора, который снижает содержание оксида углерода (CO), несгоревших углеводородов (CH) и оксида азота (NOx) в выхлопных газах. Для его эффективной работы необходимо наличие определенного количества кислорода в выхлопных газах. Датчик кислорода помогает ЭБУ определить точное соотношение «воздух - топливо» в смеси, поступающей в двигатель, передавая в ЭБУ быстроизменяющийся сигнал напряжения, который меняется в соответствии с содержанием кислорода в смеси: слишком высокого (бедная смесь) или слишком низкого (богатая смесь). ЭБУ реагирует на сигнал и изменяет состав топливовоздушной смеси, поступающей в двигатель. Когда смесь слишком богатая, впрыск топлива уменьшается. Когда смесь слишком бедная - увеличивается. Оптимальное соотношение «воздух - топливо» обеспечивает полное сгорание топлива и использует почти весь кислород из воздуха. Оставшийся кислород вступает в химическую реакцию с токсичными газами, в результате которой из нейтрализатора выходят уже безвредные газы.

В: Почему на некоторых автомобилях устанавливаются два кислородных датчика?
O: Многие современные автомобили дополнительно кроме датчика кислорода, расположенного перед катализатором, оснащаются и вторым датчиком, установленным после него. Первый датчик является основным и помогает электронному блоку управления регулировать состав топливовоздушной смеси. Второй датчик, установленный после катализатора, контролирует эффективность работы катализатора, измеряя содержание кислорода в выхлопных газах на выходе. Если весь кислород поглощается химической реакцией, происходящей между кислородом и вредными веществами, то датчик выдает сигнал высокого напряжения. Это означает, что катализатор работает нормально. По мере износа каталитического нейтрализатора некоторое количество вредных газов и кислорода перестает участвовать в реакции и выходит из него без изменений, что отражается на сигнале напряжения. Когда сигналы станут одинаковыми, это будет указывать на выход из строя катализатора.

В: Какие бывают датчики?
О: Существует три основных типа лямбда-сенсоров: циркониевые датчики, датчики соотношения «воздух - топливо» и титановые датчики. Все они выполняют одни и те же функции, но используют при этом различные способы определения соотношения «воздух - топливо» и разные исходящие сигналы для передачи результатов измерений.

Наибольшее распространение получила технология на основе использования циркониево-оксидных датчиков (как цилиндрического, так и плоского типов). Эти датчики могут определять только относительное значение коэффициента: выше или ниже соотношение «топливо - воздух» коэффициента лямбда 1.00 (идеальное стехиометрическое соотношение). В ответ ЭБУ двигателя постепенно изменяет количество впрыскиваемого топлива до тех пор, пока датчик не начнет показывать, что соотношение изменилось на противоположное. С этого момента ЭБУ опять начинает корректировать подачу топлива в другом направлении. Этот способ обеспечивает медленное и непрекращающееся «плавание» вокруг коэффициента лямбда 1.00, не позволяя при этом поддерживать точный коэффициент 1.00. В итоге в изменяющихся условиях, таких как резкое ускорение или торможение, в системах с циркониево-оксидным датчиком подается недостаточное или избыточное количество топлива, что приводит к снижению эффективности каталитического нейтрализатора.

Датчик соотношения «воздух - топливо» показывает точное соотношение топлива и воздуха в смеси. Это означает, что ЭБУ двигателя точно знает, насколько это соотношение отличается от коэффициента лямбда 1.00 и, соответственно, насколько требуется корректировать подачу топлива, что позволяет ЭБУ изменять количество впрыскиваемого топлива и получать коэффициент лямбда 1.00 практически мгновенно.

Датчики соотношения «воздух - топливо» (цилиндрические и плоские) впервые были разработаны DENSO для того, чтобы обеспечить соответствие автомобилей строгим стандартам токсичности выбросов. Эти датчики более чувствительны и эффективны по сравнению с циркониево-оксидными датчиками. Датчики соотношения «воздух - топливо» передают линейный электронный сигнал о точном соотношении воздуха и топлива в смеси. На основании значения полученного сигнала ЭБУ анализирует отклонение соотношения «воздух - топливо» от стехиометрического (то есть Лямбда 1) и корректирует впрыск топлива. Это позволяет ЭБУ предельно точно корректировать количество впрыскиваемого топлива, моментально достигая стехиометрического соотношения воздуха и топлива в смеси и поддерживая его. Системы, использующие датчики соотношения «воздух - топливо», минимизируют возможность подачи недостаточного или избыточного количества топлива, что ведет к уменьшению количества вредных выбросов в атмосферу, снижению расхода топлива, лучшей управляемости автомобиля.

Титановые датчики во многом похожи на циркониево-оксидные датчики, но титановым датчикам для работы не требуется атмосферный воздух. Таким образом, титановые датчики являются оптимальным решением для автомобилей, которым необходимо пересекать глубокий брод, например полноприводных внедорожников, так как титановые датчики способны работать при погружении в воду. Еще одним отличием титановых датчиков от других является передаваемый ими сигнал, который зависит от электрического сопротивления титанового элемента, а не от напряжения или силы тока. С учетом данных особенностей титановые датчики могут быть заменены только аналогичными и другие типы лямбда-зондов не могут быть использованы.

В: Чем отличаются специальные и универсальные датчики?
O: Эти датчики имеют разные способы установки. Специальные датчики уже имеют контактный разъем в комплекте и готовы к установке. Универсальные датчики могут не комплектоваться разъемом, поэтому нужно использовать разъем старого датчика.

B: Что произойдет, если выйдет из строя датчик кислорода?
O: В случае выхода из строя датчика кислорода ЭБУ не получит сигнала о соотношении топлива и воздуха в смеси, поэтому он будет задавать количество подачи топлива произвольно. Это может привести к менее эффективному использованию топлива и, как следствие, увеличению его расхода. Это также может стать причиной снижения эффективности катализатора и повышения уровня токсичности выбросов.

B: Как часто необходимо менять датчик кислорода?
O: DENSO рекомендует заменять датчик согласно указаниям автопроизводителя. Тем не менее следует проверять эффективность работы датчика кислорода при каждом техобслуживании автомобиля. Для двигателей с длительным сроком эксплуатации или при наличии признаков повышенного расхода масла интервалы между заменами датчика следует сократить.

Ассортимент кислородных датчиков

412 каталожных номеров покрывают 5394 применения, что соответствует 68 % европейского автопарка.
Кислородные датчики с подогревом и без (переключаемого типа), датчики соотношения «воздух - топливо» (линейного типа), датчики обедненной смеси и титановые датчики; двух типов: универсальные и специальные.
Регулирующие датчики (устанавливаемые перед катализатором) и диагностические (устанавливаемые после катализатора).
Лазерная сварка и многоэтапный контроль гарантируют точное соответствие всех характеристик спецификациям оригинального оборудования, что позволяет обеспечить эффективность работы и надежность при длительной эксплуатации.

В DENSO решили проблему качества топлива!

Вы знаете о том, что некачественное или загрязненное топливо может сократить срок службы и ухудшить эффективность работы кислородного датчика? Топливо может быть загрязнено присадками для моторных масел, присадками для бензина, герметиком на деталях двигателя и нефтяными отложениями после десульфуризации. При нагреве свыше 700 °C загрязненное топливо выделяет вредные для датчика пары. Они влияют на работу датчика, образуя отложения или разрушая его электроды, что является распространенной причиной выхода датчика из строя. DENSO предлагает решение этой проблемы: керамический элемент датчиков DENSO покрыт уникальным защитным слоем оксида алюминия, который защищает датчик от некачественного топлива, продлевая срок его службы и сохраняя его рабочие характеристики на необходимом уровне.

Дополнительная информация

Более подробную информацию об ассортименте кислородных датчиков DENSO можно найти в разделе Кислородные датчики , в системе TecDoc или у представителя DENSO.

Современные транспортные средства оснащены множеством датчиков, контролирующих работоспособность узлов и агрегатов. Одним из основных датчиков автомобиля является датчик остаточного кислорода (λ-зонд). Однако лишь немногие автомобилисты знают, как проверить лямбда-зонд самостоятельно, сэкономив время и финансы.

Что такое лямбда-зонд, и где он находится

В связи с ужесточением экологических норм для уменьшения токсичности выхлопных газов машины начали оборудовать каталитическим нейтрализатором (катализатором). Качество и продолжительность его работы находится в прямой зависимости от состава топливно-воздушной смеси (ТВС). В зависимости от сигналов, передаваемых лямбда-зондом, регулируется процентное соотношение в смеси топлива и воздуха.

Лямбда-зонд - система, определяющая, какое количество остаточного кислорода содержится в выхлопных газах. Иначе его можно назвать - кислородный датчик.

Располагается лямбда-зонд в выпускном коллекторе перед каталитическим нейтрализатором

Качественная очистка от токсичных выхлопов в катализаторе проводится только при наличии в них кислорода. Для контроля эффективности действия нейтрализатора и повышения точности исследования состояния выхлопных газов на многих моделях устанавливают второй лямбда-зонд на выходе катализатора.

Для повышения эффективности на современных автомобилях устанавливается дополнительный лямбда-зонд на выходе катализатора

Как работает датчик кислорода

Главной функцией лямбда-зонда считается измерение количество кислорода, содержащегося в выхлопных газах, и сравнение его с эталонным.

Электрические импульсы от кислородного датчика поступают в электронный блок управления (ЭБУ) топливной системой. Относительно этих данных ЭБУ регулирует состав ТВС, подаваемой в цилиндры.

Схема установки основного и дополнительного датчиков кислорода в автомобиле

Результатом совместной работы лямбда-зонда и ЭБУ является получение стехиометрической (теоретически идеальной, оптимальной) ТВС, состоящей из 14,7 частей воздуха и 1 части топлива, при которой λ=1. У обогащенной смеси (избыток бензина) λ<1, у обеднённой (избыток воздуха) - λ>1.

График зависимости мощности (P) и расхода топлива (Q) от величины (λ)

Разновидности лямбда-зондов

Современные машины оснащаются следующими датчиками:

• Циркониевые;
• Титановые;
• Широкополосные.

Циркониевый

Одна из наиболее распространённых моделей. Создана на основе диоксида циркония (ZrO2).

Циркониевый датчик кислорода действует по принципу гальванического элемента с твёрдым электролитом в виде керамики из диоксида циркония (ZrO2)

Керамический наконечник с диоксидом циркония с обеих сторон покрыт защитными экранами из токопроводящих пористых платиновых электродов. Свойства электролита, пропускающего ионы кислорода, проявляются при нагреве ZrO2 выше 350°C. Лямбда-зонд не будет работать, не прогревшись до нужной температуры. Быстрый нагрев осуществляется за счёт встроенного в корпус нагревательного элемента с керамическим изолятором.

Важно! Повышение температуры датчика до 950°C ведёт к его перегреву.

Выхлопные газы поступают к наружной части наконечника через специальные просветы в защитном кожухе. Атмосферный воздух попадает внутрь датчика через отверстие в корпусе или пористую водонепроницаемую уплотнительную крышку (манжету) проводов.

Разница потенциалов образуется за счёт передвижения ионов кислорода по электролиту между наружным и внутренним платиновыми электродами. Напряжение, образующееся на электродах, обратно пропорционально количеству О2 в выхлопной системе.

Напряжение, которое образуется на двух электродах, обратно пропорционально количеству кислорода

Относительно сигнала, поступающего от датчика, блок управления регулирует состав ТВС, стараясь приблизить её к стехиометрической. Напряжение, поступающее от лямбда-зонда, ежесекундно меняется по несколько раз. Это даёт возможность регулировать состав топливной смеси независимо от режима работы ДВС.

По количеству проводов можно выделить несколько типов циркониевых устройств:

1. В однопроводном датчике существует единственный сигнальный провод. Контакт на массу осуществляется через корпус.
2. Двухпроводное устройство оснащено сигнальным и заземляющим проводами.
3. Трёх- и четырёхпроводные датчики снабжены системой нагрева, управляющим и заземляющим проводами к ней.

Циркониевые лямбда-зонды в свою очередь разделяются на одно-, двух-, трёх- и четырёхпроводные датчики

Титановый

Визуально похож на циркониевый. Чувствительный элемент датчика создан из диоксида титана. В зависимости от количества кислорода в выхлопных газах скачкообразно меняется объёмное сопротивление датчика: от 1 кОм при богатой смеси до более 20 кОм при бедной. Соответственно, меняется проводимость элемента, о чём датчик сигнализирует блоку управления. Рабочая температура титанового датчика - 700°C, поэтому наличие нагревательного элемента обязательно. Эталонный воздух отсутствует.

Из-за своей сложной конструкции, дороговизны и привередливости к перепадам температуры большое распространение датчик не получил.

Кроме циркониевых, существуют также кислородные датчики на основе двуокиси титана (TiO2)

Широкополосный

Конструктивно отличается от предыдущих 2 камерами (ячейками):

• Измерительной;
• Насосной.

В камере для измерений с использованием электронной схемы модуляции напряжения поддерживается состав газов, соответствующий λ=1. Насосная ячейка при работающем моторе на обеднённой смеси устраняет лишний кислород из диффузионного зазора в атмосферу, при богатой смеси - пополняет диффузионное отверстие недостающими ионами кислорода из внешнего мира. Направление тока для перемещения кислорода в разные стороны меняется, а его величина пропорциональна количеству О2. Именно значение тока и служит детектором λ выхлопных газов.

Температура, необходимая для работы (не менее 600°C), достигается за счёт работы нагревательного элемента в датчике.

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

Симптомы неисправности

Основными признаками, свидетельствующими о поломке кислородного датчика, считаются:

• Повышенная токсичность выхлопных газов;
• Нестабильная, прерывистая разгонная динамика;
• Кратковременное включение лампы «CHECK ENGINE» при резком увеличении оборотов;
• Нестабильные, постоянно меняющиеся холостые обороты;
• Увеличение расхода топлива;
• Перегрев катализатора, сопровождающийся потрескивающими звуками в его зоне при заглушённом моторе;
• Постоянно горящий индикатор «CHECK ENGINE»;
• Беспричинная сигнализация бортового компьютера о переобогащённой ТВС.

Нужно иметь в виду, что все эти отклонения могут быть симптомами и других поломок.

Длительность службы лямбда-зонда примерно 60-130 тыс. км. Причинами сокращения срока службы и поломки устройства может стать:

• Применение при монтаже датчиков, не рассчитанных на высокие температуры герметиков (силиконовых);
• Некачественный бензин (повышенное содержание этила, свинца, тяжёлых металлов);
• Попадание масла в выхлопную систему в результате износа маслосъёмных колец или колпачков;
• Перегрев датчика в результате некорректно выставленного зажигания, переобогащённой ТВС;
• Множественные попытки завести мотор, приводящие к проникновению горючих смесей в систему выхлопа;
• Нестабильный контакт, замыкание на массу, обрыв выходного провода;
• Нарушение целостности конструкции датчика.

Способы диагностики кислородного датчика

Специалисты советуют проверять корректность работы лямбда-зонда каждые 10000 км пробега, даже если проблем в работе устройства не наблюдается.

Диагностику начинают с проверки надёжности соединения клеммы с датчиком и на наличие механических повреждений. Далее выкручивают лямбда-зонд из коллектора и осматривают защитный кожух. Небольшие отложения очищают.

Если в ходе визуального осмотра на защитной трубке датчика кислорода были выявлены следы сажи, сильные белые, серые или блестящие отложения, то лямбда-зонд следует заменить

Как проверить лямбда-зонд мультиметром (тестером)

Проверка датчика на работоспособность проводится по следующим параметрам:

• Напряжение в нагревательной цепи;
• «Опорное» напряжение;
• Состояние нагревателя;
• Сигнал датчика.

Схема подключения к лямбда-зонду в зависимости от его типа

Наличие напряжения в цепи подогрева определяют мультиметром или вольтметром в следующей последовательности:

1. Не снимая разъём с датчика, включают зажигание.
2. Щупы присоединяют к цепи подогрева.
3. Показания на приборе должны совпадать с напряжением на аккумуляторе - 12В.

«+» идёт на датчик от аккумулятора через предохранитель. При его отсутствии прозванивают эту цепь.

«-» поступает от блока управления. Если он не обнаружен, проверяют клеммы цепи «лямбда-зонд - ЭБУ».

Замеры опорного напряжения проводятся теми же аппаратами. Последовательность действий:

1. Включают зажигание.
2. Замеряют напряжение между сигнальным проводом и массой.
3. Прибор должен показать 0,45 В.

Для проверки нагревателя мультиметр выставляют в режим омметра. Этапы диагностики:

1. Снимают разъём с устройства.
2. Замеряют сопротивление между контактами нагревателя.
3. Показания на разных кислородниках различные, но не должны выходить за пределы 2-10 Ом.

Важно! Отсутствие сопротивления говорит о разрыве в цепи нагревателя.

Вольтметр или мультиметр используются для проверки сигнала датчика. Для этого:

1. Заводят двигатель.
2. Прогревают его до рабочей температуры.
3. Щупы прибора соединяют с сигнальным проводом и проводом массы.
4. Обороты мотора увеличивают до 3000 об/мин.
5. Следят за замерами напряжения. Должны наблюдаться скачки в диапазоне от 0,1 В до 0,9 В.

Если хотя бы при одной из проверок показатели разнятся от нормы, датчик неисправен и нуждается в замене.

Видео: проверка лямбда-зонда тестером

Главным преимуществом данной диагностики лямбда-зонда перед проверкой вольтметром и мультиметром является фиксация времени между однотипными изменениями выходного напряжения. Оно не должно превышать 120 мс.

Очерёдность действий:

1. Щуп прибора подключают к сигнальному проводу.
2. Мотор прогревают до рабочей температуры.
3. Обороты двигателя повышают до 2000-2600 об/мин.
4. По показаниям осциллографа определяют работоспособность кислородного датчика.

Диагностика осциллографом даёт наиболее полную картину работы лямбда-зонда

Превышение временного показателя или пересечение пределов напряжения нижнего 0,1 В и верхнего 0,9 В говорит о неисправном кислородном датчике.

Видео: диагностика датчика кислорода осциллографом

Другие способы проверки

Если в автомобиле есть бортовая система, то по сигналу «CHECK ENGINE», выдающему определённую ошибку, можно диагностировать состояние лямбда-зонда.

Перечень ошибок лямбда-зонда

Чтобы лямбда-зонд работал долго и эффективно, необходимо заправлять автомобиль только качественным топливом. Плановая и своевременная диагностика датчика кислорода поможет вовремя обнаружить его неисправность. Эта мера способна продлить срок эксплуатации не только самого датчика, но и катализатора.

Борьба за экологию постоянно находится на ножах с техническим прогрессом. В частности, самый главный враг чистого воздуха, как оказалось не так давно, никакие не химкомбинаты, ядерные отходы и миллионы тонн ракетного
топлива, которое распыляется над планетой ежедневно. Самый коварный враг экологии - это наши автомобили. Довольно спорное утверждение, тем более что последние исследования это категорически опровергают. Тем не менее каждый двигатель должен пройти сертификацию на соответствие экологическим нормам, поэтому год от года растет количество приборов и устройств, которые душат двигатель в угоду экологии. Главным препятствием для крутящего момента стал каталитический нейтрализатор.

Что такое катализатор и лямбда-зонд?

Каталитический нейтрализатор представляет собой целую систему, интегрированную в организм автомобиля. Он призван контролировать и оптимизировать количество вредных выбросов, которые появляются в результате работы двигателя. Это и копоть, и несгоревшее топливо, и химически активные вещества - продукты сгорания, словом, все, что выходит за пределы экологических норм, катализатор должен нейтрализовать любой ценой. Цена такой нейтрализации довольно высока как в плане стоимости элементов системы катализатора, так и мощностью приходится платить за чистый воздух.

Если пунктирно обозначить принцип действия катализатора, то картина выглядит следующим образом. В выхлопной системе установлено несколько датчиков кислорода. Они следят за тем, чтобы количество СО не превышало норму, которую уже знает электронный блок управления двигателем. Называются эти датчики лямбда-зондами, и приносят они массу проблем, когда не работают корректно, да и в рабочем состоянии радости от них мало. Именно с этими датчиками нужно столкнуться вплотную, чтобы обезопасить себя и свой автомобиль от поломок, а кошелек от ненужных трат.

Зачем нужен лямбда-зонд?

Лямбда - маленькая греческая буковка, которая в автомобильной инженерии обозначает коэффициент избытка воздуха в отработанных газах. Избыток - это превышение нормы O в топливовоздушной смеси на любом участке впускного или выпускного тракта. Его еще называют датчиком кислорода, а остаточный О говорит о характере сгорания топлива в конкретный момент времени. Датчик нужен для того, чтобы передавать на электронный блок управления полную информацию о составе отработанных газов, в частности, о количестве кислорода, которое через него проходит. В принципе, это нужно для того, чтобы каталитический нейтрализатор функционировал исправно, то есть дожигал остатки топлива и препятствовал их выбросу в атмосферу.

Дело в том, что нормальным соотношением воздуха и топлива считается такое, когда топливо сгорает безостаточно. Тогда и уровень выброса вредных веществ в атмосферу минимальный. В цифрах это выражается так - для сгорания 14,6 кг воздуха необходим 1 кг топлива. В коэффициенте лямбда это выглядит в виде цифры 1. А вот чтобы обеспечить такую точную пропорцию (14,6:1), нужно очень точно дозировать воздух и подачу бензина. Это стало возможным с применением инжекторных систем питания, поэтому только с появлением инжектора стали поголовно на все автомобили устанавливать катализаторы. В принципе, лямбда-зонд - контроллер этой пропорции.

Где установлен и устройство лямбда-зонда?

Идеальное место для установки лямбда-зонда - как можно ближе к двигателю в выпускной системе. Это связано с тем, что в связи с конструктивными особенностями, датчик работает только при температурах от 300°C и выше. Только в этих условиях он может генерировать электрический импульс и подавать его на ЭБУ. В некоторых системах выпуска установлено по несколько зондов, но их не стоит путать с датчиками температуры. В автомобилях, которые сертифицированы по старым стандартам Евро, установлен только один датчик, в новых системах ставят два: один — до катализатора, второй — после.

Схема и устройство лямбда-зонда приведены на чертеже, а принцип работы его заключается в следующем. Задача любого датчика проста - выдать электрический импульс на головное устройство. Вот и датчик кислорода тоже посылает импульс в пределах 0,5 В в том случае, если содержание кислорода в выхлопных газах ниже нормы. При высоком содержании О в газах датчик меняет показания и снижает напряжение до 0,1 вольта. Причем, чем быстрее он отреагирует на смену количества кислорода, тем быстрее ЭБУ внесет коррективы в состав смеси. А, следовательно, расход топлива станет меньше, а выхлоп — чище. Рабочий диапазон напряжения датчика в среднем колеблется от 0,1 до 1 вольта, но при этом скорость срабатывания должна быть не ниже 120 миллисекунд. Проверить такие точные параметры не удается даже ЭБУ, поэтому для точной проверки работоспособности датчика его необходимо снимать и проверять на специальном оборудовании.

Причины неисправности датчика кислорода

Отказы и нарушения в функциональности датчика чаще всего связаны с банальными обрывами и окислениями контактов. Выводят систему из строя:

• разрыв цепи;
• окисление контактных групп вследствие коррозии или оплавления;
• загрязнение датчика и рабочего циркониевого органа продуктами сгорания топлива;
• перегрев при не настроенном зажигании или богатой смеси;
• механические дефекты;
• замыкание.

Сильно влияет на состояние лямбда-зонда количество специальных присадок в топливо. Дело в том, что их состав никто не регламентирует, а они могут содержать химически агрессивные вещества, которые убивают циркониевый или титановый рабочий орган. Также очень не нравится зонду ситуация, когда в топливо попадает масло из-за плохого состояния маслосъемных колец и попадание в бензин антифриза. Переобогащенная длительное время смесь тоже может привести к смерти зонда.

Содержание СО в выхлопных газах при неисправном лямбда-зонде может составлять до 3%. Повлиять на этот параметр без замены датчика практически невозможно даже в двигателях старой конструкции, на которых установлен один зонд. Можно попытаться отрегулировать СО регулятором качества смеси, но его диапазона практически всегда не хватает. На автомобилях с двумя кислородными датчикам без замены зонда вопрос можно решить только вмешательством в электронику, но для этого необходимы крепкие знания и правильная диагностическая аппаратура. Или чистка зонда специальными препаратами, в ультразвуковой ванне.

Симптомы неисправности зонда определяются и без замера СО и такая диагностика проводится своими силами. Как правило, это выражается в:

• нестабильных холостых;
• низком уровне сигнала с датчика;
• высоком расходе при исправном зажигании и системе впрыска;
• разгонная динамика падает, а уровень СО растет.

В нормальных условиях лямбда-зонд имеет большой ресурс и требует замены каждых 50-70 тысяч км. Для датчиков с подогревом ресурс составляет около 100 тысяч км. Замененный вовремя датчик позволит сэкономить топливо на 10-15%, а также продлить ресурс дорогущего катализатора. Само собой, изменится и динамика, и расход, и токсичность выхлопа.

Как проверить и правильно снять/установить зонд?

При первых признаках неработающего лямбда зонда определенная категория публики начинает ставить обманки, пытаться обойти датчик и думать, как отключить датчик. Обманку своими руками сделать проще простого. Только после этого придется вносить существенные коррективы в настройки системы управления двигателем, и не факт, что они будут выполнены правильно, а ресурс мотора не уменьшится. К этому подталкивает цена датчика, потому что многие, посмотрев, сколько стоит новый зонд, не спешат его устанавливать. Так, полная замена катализатора на универсальный (то есть не потребуется прошивка ЭБУ под евро) будет стоить от 12 тысяч, установка электронной обманки для удаления ошибок в системе управления - около 5 тысяч. А новый лямбда-зонд от Бош стоит 2,5 тысячи. Причем на новых моторах их ставят два, а в автомобилях с двумя катализаторами - четыре.

Толком проверить лямбда-зонд можно только при наличии осциллографа, поскольку ЭБУ не в состоянии оценить степень повреждения или работоспособности датчика, а своими руками без прибора ничего выяснить не получится. Любая проверка стоит денег, но мы настоятельно не рекомендуем тратить их впустую, поскольку работа датчика на нашем бензине приводит к смерти его через 3-4 года при умеренном пробеге и редко дотягивает до номинальных регламентных замен. Замена датчика своими руками не представляет никаких сложностей, единственное, что нужно учесть - снимать его на прогретом двигателе. На новых датчиках резьбовая часть уже промазана специальной смазкой, если нет - мажем графитовой. После замены датчика необходимо, от греха подальше, сбросить ОЗУ в блоке управления. Чистка памяти осуществляется отключением ЭБУ от питания на 15 минут.