Датчик кислорода (он же лямбда зонд), нужен для определения концентрации кислорода в выхлопных газах автомобиля, их состав находится в зависимости от соотношения воздуха и горючего в рабочей консистенции, которая подается в цилиндр мотора. Та информация, которая выдается датчиками в виде напряжения, употребляется ЭБУ, для того чтоб корректировать впрыск горючего. В нашей публикации мы поведаем вам что такое лямбда зонд, механизм работы, устройство и главные его составляющие.

Для того чтоб полностью сгорел один литр горючего, нужно 14,7 литра воздуха. Это будет самый лучший состав топливовоздушной консистенции. При его использовании содержание вредных веществ в газах будет мало, дожигание будет происходить в каталитическом нейтрализаторе.

Общие сведения.

Кислородные датчики бывают 2-ух типов: резистивные и химические. Последний тип работает по принципу элемента, вырабатывающего ток. Механизм работы второго - это резистор, который средством конфигурации собственного сопротивления дает данные ЭБУ.

Самое огромное распространение получили химические кислородные датчики. Применяемый в их принцип, основан на свойствах диоксида циркония, создающий различное электронное напряжение при различном содержании кислорода в отработанных газах.

Когда работа системы подачи горючего обычная, изменение датчика может выполняться по нескольку раз с секунду. Это и позволяет поддерживать лучший состав консистенции в разливных режимах.

Основной частью датчика является глиняний наконечник, который изготовлен на базе диоксида циркония, на внешную и внутреннюю поверхности на него наносится платина. Корпус и наконечник соединяются вполне герметично. Наконечник находится в потоке газов, которые поступают через отвесите в защитном экране. Лямбда зонд принципно работает отлично, когда его температура не ниже 350 о С. Потому современные датчики снабжаются нагревательным элементом, для того чтоб резвее начать свою работу. Различают датчики, количеством применяемых проводов: провод «массы» сигнала, провод сигнала, провод «массы» обогрева, провод питания обогрева. Если в датчике нет нагревателя, они могут укомплектовываться одним либо 2-мя сигнальными проводами, если же нагреватель есть, то проводов будет три либо четыре. Чаше всего черные провода относятся к сигнальному проводу, а светлые к нагревателю. Провода датчика имеют теплостойкое изоляционное покрытие, а механизмы без усилий могут выдерживать температуру до 900 о С.

Где в большинстве случаев устанавливается лямбда зонд?

Потому что рабочая температура кислородного датчика примерно 350 о С, устанавливают (без нагревателя) его поближе к движку либо перед нейтрализатором (если нагревательный элемент присудствует).

В неких машинах в каталитическом нейтрализаторе располагают датчик температуры, который не в коем случае не нужно путать с кислородным датчиком. Кислородных датчика может быть в машине два: одни перед нейтрализатором, другой — после него.

Устройство датчика кислорода:

• защитный экран с отверстием для отработавших газов.
• наконечник из керамики.
• обогрев.
• внешний защитный экран с отверстием для входа атмосферного воздуха.
• токопроводящий контакт цепи обогрева.
• уплотнительное кольцо.
• манжета проводов уплотнительная.
• проводка.
• глиняний изолятор.
• токосъемник электронного сигнала.
• железный корпус с резьбой.

Предпосылки, почему лямбда зонд может выйти из строя:

Применение несоответствующей марки горючего либо этилированного бензина .

1. Внедрение при установке датчика герметиков, которые содержат в собственном составе силикон либо вулканизируются при комнатной температуре.
2. Датчики перенагреваются из-за того, что некорректно установлен угол опережения зажигания, перебоев в зажигании, переобогащения топливовоздушной консистенции и т.д.
3. Плохие неоднократные пробы пуска мотора через малые промежутки времени, что может привести к накапливанию в выпускном трубопроводе не спаленного горючего, которое может с легкостью возгореться, при всем этом появляется ударная волна.
4. Вы инспектировали работу цилиндров мотора с не подсоединенными свечками зажигания.
5. На глиняний наконечник датчика попала неважно какая эксплуатационная жидкость, растворитель либо моющее средство.
6. Нехороший контакт, обрыв либо замыкание выходной цепи датчика на «массу».
7. Отсутствие плотности в выпускной системе.

Почему могут быть неисправными датчики кислорода:

1. На малых оборотах движок работает нестабильно.
2. Повышен расход горючего.
3. Динамические свойства авто очень ухудшаются.
4. После остановки мотора наблюдается свойственное потрескивание в районе, где размещается каталитический нейтрализатор.
5. Увеличивается температура в районе каталитического нейтрализатора либо он греется до раскаленного состояния.
6. На неких автомобилях зажигается лампа «СНЕСК ENGINE» когда режим движения уже установлен.

Как верно снять и установить датчик, правила:

1.Во избежание повреждений, демонтаж датчика, делается лишь на прохладном движке, перед этим провода датчика нужно отсоединить (при выключенном зажигании).

2. Перед тем как подменять датчик нужно проверить его маркировку, она должна соответствовать обозначенной в аннотации по эксплуатации машины.

3. Произвести наружный осмотр, для того чтоб:

• убедиться что на устройстве нет механических повреждений;
• проверить есть ли уплотнительное кольцо;
• проверить есть ли специальной противопригарной смазки на резьбы.

4. Завернуть датчик кислорода до упора (рукою) потом дотянуть его усилием 4-5 кгм. Соединение при всем этом должно быть герметичным.

5. Проверить работоспособность по характеристикам, которые можно проконтролировать.

6. Соединить электронный разъем (если их несколько, то разъемы).

Некие датчики крепятся к выпускному трубопроводу с помощью специальной пластинки. Меж выпускным трубопроводом и пластинкой должна быть особая прокладки, которая будет обеспечивать плотность. Проверка датчиков кислорода должна осуществляться при достижении его рабочей температуры, примерно 350-400°С при использовании газоанализатора, цифрового вольтметра, осциллографа и омметра.

Контролируются такие характеристики как:

1. Когда Лямбда значение равно 0,8 (обогащенная горючая смесь) на сигнальном проводе напряжение должно быть более 0,75В;
2. Когда Лямбда значение равно 1,2 (обедненная горючая смесь) на сигнальном выводе напряжение должно быть менее 0,30В;
3. При обедненной горючей консистенции время срабатывания — менее 260 мс;
4. При обогащенной горючей консистенции время срабатывания — менее 430 мс;
5. Сопротивление при рабочей температуре 350 + 50 «С, должно быть менее 12кОм.

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.

С конца 80-х годов у большинства автомобилей появилась такая деталь, как датчик содержания кислорода в выхлопных газах. Лямбда-зонд, О-2 датчик, кислородный датчик (Oxygen Sensor) - так по разному могут называть эту небольшую, но важную детальку. Это связано с началом выпуска автомобилей с каталитическим нейтрализатором выхлопных газов.
14.7 частей воздуха и 1 часть топлива - именно такой состав обеспечивает максимальное сгорание топливно-воздушной смеси. Лямбда-зонд предназначен как раз для того, что бы помогать «мозгам»(ECU) поддерживать эту пропорцию. В зависимости от содержания кислорода в выхлопе датчик выдаёт соответствующее напряжение и ECU корректирует состав смеси путем изменения количества подаваемого в цилиндры топлива.

В сути своей ЛЯМДА-ЗОНД – это батарейка с керамическим электролитом, содержащим диоксид циркония и электродами из платины. Электролит оживает только при температуре 300-350 С, поэтому ЛЯМДА-ЗОНД обязательно надо разогревать. Разность потенциалов между электродами возникает при соприкосновении электродов с воздушной смесью с различным содержанием кислорода. Элемент исполнен таким образом, что при снижении количества кислорода у одного электрода ниже критического уровня ЭДС этой батарейки резко растет от 0 до 1 вольта (и наоборот). Критический уровень кислорода соответствует остатку кислорода при сгорании оптимальной топливной смеси. Это свойство ЛЯМДА-ЗОНД используется для организации регулирования топливной смеси через блок управления ECU.

Как взаимосвязаны катализатор и лямбда-зонд?
Для нормальной работы катализатора нужно обеспечить постоянное оптимальное соотношение воздуха и топлива в рабочей смеси, поступающей в камеру сгорания. В противном случае способность катализатора доокислять вредные примеси будет недостаточной и недолгой.
Учитывая вышесказанное, становится ясно, что катализатору необходимо наличие лямбда-зонда, а вот лямбда-зонду нужен ли катализатор? Будет ли он правильно работать, если катализатор, к примеру, удалён? Попробуем ответить: датчик стоит перед катализатором и измеряет содержание кислорода в газах именно перед ним, и после удаления катализатора так и будет продолжать измерять дальше, то есть наличие или отсутствие катализатора никак не влияет на сигналы, которые даёт верхний лямбда-зонд, на них влияет только количество кислорода. Другое дело, когда стоят два кислородных датчика - один до (верхний), а другой после катализатора (нижний датчик). На основании сигналов от нижнего датчика происходит дополнительная корректировка состава смеси. Содержание кислорода после прохождения газов через катализатор конечно же меняется, и вот тогда его (нижнего датчика) отсутствие может отрицательно сказаться на процессе образования топливно-воздушной смеси.

Можно ли отключать лямбда-зонд?
После замены катализатора на пламегаситель, наличие второго лямбда-зонда, как детали обеспечивающей в числе прочего качественную работу катализатора, становится не важным, поэтому часто возникает вопрос: можно ли эксплуатировать автомобиль совсем без нижнего лямбда-зонда? Здесь одного решения для всех нет. Наиболее просто и правильно эта задача решается в том случае, если у данного автомобиля предусмотрена возможность перепрограммировать ECU на режим работы без катализатора, как, например, у большинства BMW с мозгами Бош (Сименс не перепрограммируется). В этом случае после удаления катализатора меняется программа управления и второй лямбда-зонд просто снимается и всё. У некоторых марок автомобилей перепрограмирование невозможно и если неисправность датчика сильно влияет на работу мотора, тогда выхода нет - должен стоять исправный датчик. Так же у многих автомобилей неисправность или отсутствие л-зонда практически не сказывается ни на динамике, ни на расходе топлива, такой плюс есть, например, у большинства Тойот и Мерседесов начала 90-х годов. В таком случае можно спокойно эксплуатировать машину и без датчика, но конечно ещё лучше, когда всё в порядке.
Итак, нижний датчик, который устанавливается позади катализатора, измеряет содержание кислорода и этой точке. Это необходимо в следующих целях:
чтобы оптимизировать регулировку подачи топлива;
чтобы отслеживать старение верхнего датчика;
чтобы контролировать работу катализатора.

Взаимозаменяемы ли датчики от различных автомобилей?
Лямбда-зонды отличаются друг от друга резьбовой частью, наличием подогрева, количеством проводов и соединительным разъёмом. А принцип работы и сам рабочий элемент у всех датчиков практически одинаковые. Поэтому если у вашего датчика три провода и резьба 18х1.5, то можете смело ставить универсальный датчик с такими же параметрами или, например, от ВАЗ 2110. Датчик работать будет правильно, а его надёжность и долговечность будет зависеть уже от производителя. Если не доверяете «жигулёвским деталям», а нужного вам датчика нет в наличии, то в магазинах можно найти универсальный датчик практически любого типа. Главное не перепутать при перепаивании провода. Даже различие резьбы не так страшно. На большинстве японских автомобилей резьба лямбда-зонда меньшего диаметра, чем у европейских, и если только датчик стоит не в чугунном коллекторе, то можно просто вварить гайку с нужной резьбой. Единственно нужно помнить о том, что попытка сэкономить небольшую сумму очень часто выливается в ещё большие потери, и прежде чем что-либо переделывать в своей машине, лучше как следует подумать.

Многие автолюбители сталкивались с проблемой повышенного расхода топлива. Это может быть связано со многими проблемами двигателя: неисправностью датчика и привода холостого хода, проблемами зажигания, уменьшением компрессии, неисправностью насоса высокого давления.

Но, если расход топлива увеличился значительно (до 50%), следует незамедлительно проверить датчики кислорода, в автолюбительской практике их часто именуют «лямбда-зонд».

Что такое лямбда-зонд в машине

Лямбда-зонд сообщает информацию блоку управления двигателя о количестве кислорода, не вступившем в реакцию воспламенения в рабочих цилиндрах двигателя. Для полного прогорания кислорода смесь должна формироваться в пропорции один к пятнадцати (точнее 1: 14,7).

Блок управления двигателя контролирует формирование смеси (устраняет причины образования обогащенной либо бедной смеси) на основании показаний датчиков, в том числе и кислородного (лямбда-зонда).

Видео — неисправный датчик кислорода:

Наименование «лямбда-зонд» взяли от качественной характеристики коэффициента избытка воздуха в смеси воздух-топливо, обозначаемого в автомобилестроении буквой греческого алфавита «лямбда».

Признаки неисправности датчика кислорода

К основным признакам неисправности датчика кислорода относятся:

• значительно повышенный расход топлива;
• неровная работа двигателя, особенно в момент нажатия педали акселератора;
• увеличение выброса токсичных отходов двигателя;
• неисправности в работе катализатора.

Принцип работы лямбда-зонда и частые причины его выхода из строя

Самая распространенная причина выхода из строя лямбда-зондов – износ. Типовая конструкция зонда изображена на рисунке:

Самыми «слабыми» местами конструкции являются керамический наконечник и электрический нагреватель. Перегорание электрического нагревателя не полностью выводит датчик из строя.

Лямбда-зонд установлен в выпускном коллекторе перед катализатором, и по мере нагревания коллектора выпускными газами двигателя разогревается до высокой температуры и сам кислородный датчик.

Электрический нагреватель в основном служит для корректности показаний кислородного датчика в первые несколько минут после запуска холодного двигателя.

Есть одно- и двухпроводные датчики, в которых электронагреватель вообще отсутствует.

Керамический наконечник выполнен из специальной пористой керамики, на который нанесен тонкий диоксида циркония, электроды выполнены из платины технологией вакуумного напыления (именно поэтому лямбда-зонды дорогие).

В процессе работы через микропоры датчика проходят выхлопные газы очень высокой температуры. Тонкий слой диоксида со временем выгорает, оксидирует, его электрические свойства изменяются.

В результате этого показания лямбда-зонда становятся недостоверными, по существу, он приходит в негодность. В этом случае всевозможные промывки, чистки, другие методы восстановления работоспособности бессмысленны.

Структурно принцип работы лямбда-зонда можно изобразить:

На схеме: 1 – диоксид циркония, 2,3 – электроды (иногда платиновые), 4 – минусовое заземление, 5 – выходной сигнальный контакт. Зонд на основе оксида циркония приобретает свойства твердого электролита при температуре от 300 до 400 градусов Цельсия (именно поэтому датчик предварительно нагревают). Затем лямбда-зонд начинает регистрировать напряжение в соответствии с концентрацией кислорода.

Как видно из графика, зависимость имеет ярко выраженную скачкообразную характеристику, что очень выгодно при обработке сигналов цифровыми методами.

Ускорить преждевременный отказ работоспособности лямбда-зонда могут следующие факторы:

• попадание внутрь выхлопной системы посторонних примесей (тосол в случае нарушений прокладки ГБЦ, остатки эфира при использовании спреев «быстрый запуск» при запуске автомобиля, масла при пониженной компрессии двигателя и др.);
• высокая концентрация свинца в топливе;
• чистка выхлопной системы средствами, не предназначенными для этих целей;
• попадание в выпускной коллектор пыли, примесей, не удаленных фильтром очистки топлива.

Во многих автомобилях устанавливаются два лямбда-зонда, до и после катализатора. Это позволяет с большей точностью контролировать качество смеси, а также проверять эффективность катализатора.

Как проверить лямбда-зонд мультиметром и другими способами

Проверку работоспособности четырехвыводных лямбда-зондов, установленных на большинстве современных автомобилях, проще начать с контроля работоспособности нагревательного элемента.

Для этого необходимо мультиметр переключить в режим измерения сопротивления и «прозвонить» выводы электрического нагревателя. Обычно они выполнены из провода большего сечения. Сопротивление должно быть менее 10 Ом. Если сопротивление больше, это свидетельствует о неисправности электрического нагревателя.

Через 10000 км пробега автомобиля желательно производить визуальную проверку зонда. Для этого датчик необходимо снять с коллектора.

Многие при этом пользуются WD-спреями или, еще хуже, тормозной жидкостью. Попадание этих жидкостей в рабочую область лямбда-зонда может привести к его неисправности.

Даже если при откручивании закоксовавшегося резьбового соединения используются спецсредства, непосредственно перед съемом датчика их следует удалить.

В рабочей зоне датчика следует обратить внимание на его цвет и состояние. Наличие сажи (признак обогащенной смеси) приводит к загрязнению датчика, для его лучшей работы сажу следует удалить.

Белые либо серые налеты являются свидетельством наличия присадок в масле или топливе, они также могут привести к неисправности лямбда-зонда. Блестящий налет – признак превышения концентрации свинца в топливе. При интенсивном налете датчик подлежит замене.

Контактные выводы наиболее распространенных циркониевых датчиков кислорода (б, с – лямбда-зонд с подогревателем; а — без; * цвета выводов могут отличаться от указанных):

Для того, чтобы проверить лямбда-зонд при помощи мультиметра, необходимо подключить его щупы к сигнальным проводам, переключить на предел измерения 2 Вольта. Далее искусственным образом создать ситуации обогащенной смеси, например перегазовками, или сняв разъем регулятора давления. При этом показания мультиметра должны быть более 0,8 Вольт, тогда зонд исправен.

Затем создают ситуацию обедненной смеси (можно искусственно создать подсос воздуха, приоткрутив хомут воздуховода). Показания мультиметра должны быть менее или равны 0,2 Вольта.

Видео — как проверить лямбда зонд тестером:

Позволяют посмотреть параметры лямбда-зонда в реальном времени. Это также можно сделать обычным осциллографом. Временная зависимость напряжения на сигнальном выходе исправного лямбда-зонда будет иметь приблизительный вид:

Если нижний предел опускается до 0 Вольт, датчик изрядно «подустал», если кривая носит более сглаженный характер, датчик в обязательном порядке подлежит замене.

Замена кислородного датчика

Механическая сложность замены лямбда зонда – откручивание закоксовавшегося резьбового соединения. Здесь возможно придется воспользоваться спецсредствами. После снятия неисправного датчика следует тщательно протереть место установки датчика от остатков жидкостей.

Видео — замена лямбда-зонда на Ауди А4 Б5:

Оригинальный лямбда-зонд стоит, как правило, дорого (до 6000 рублей, иногда более). Для некоторых моделей автомобилей оригинальный датчик не найти, покупать с разборки бессмысленно. В этом случае лучше установить универсальный лямбда-зонд.

Универсальный лямбда-зонд

Установочные размеры датчиков (резьба, глубина посадки), как правило, одинаковы, лучше, конечно проверить, чтобы не повредить резьбовое соединение или новый зонд.

Универсальные лямбда-зонды продаются без разъема, только с проводами (обычно четырехпроводные, два сигнальных и два на нагревательный элемент). Далее отрезают разъем с проводами от старого неисправного родного датчика и производят качественное соединение с универсальным датчиком в полном соответствии с электрической схемой подключения.

Электрическое соединение лучше проводить методом скрутка+пайка+изоляция термоусадкой. Так как типовая характеристика всех лямбда-зондов, выполненных по одинаковой технологии, практически идентична, универсальные зонды корректно работают на двигателях всех модификаций.

Видео — установка разъёма на универсальный лямбда-зонд:

При установке датчика следует обращать внимание на герметичность соединения с коллектором, сохранность резьбы.

Чистка

Чистка лямбда-зонда – крайняя мера. Она производится только в случае, когда есть уверенность, что датчик точно показывает неправильные данные и последняя надежда перед отправкой в мусорный ящик – чистка.

К современным транспортным средствам предъявляются достаточно жесткие требования по содержанию вредных веществ в отработавших газах. Необходимая чистота выхлопа обеспечивается сразу несколькими системами автомобиля, строящими свою работу на основании показаний множества датчиков. Но все же основная ответственность по «обезвреживанию» выхлопных газов ложится на плечи каталитического нейтрализатора, встраиваемого в систему выпуска. Катализатор в силу особенностей происходящих внутри него химических процессов является очень чувствительным элементом, которому на вход должен подаваться поток со строго определенным составом компонентов. Чтобы его обеспечить, необходимо добиться наиболее полного сгорания поступающей в цилиндры двигателя рабочей смеси, что возможно только при соотношении воздух/топливо соответственно 14.7:1. При такой пропорции смесь считается идеальной, а показатель λ=1 (отношение реального количества воздуха к необходимому). Бедной рабочей смеси (избыток кислорода) соответствует λ>1, богатой (перенасыщение топливом) – λ<1.

Точную дозировку осуществляет управляемая контроллером электронная система впрыска, однако качество смесеобразования все равно надо каким-то образом контролировать, так как в каждом конкретном случае возможны отклонения от указанной пропорции. Эта задача решается с помощью так называемого лямбда-зонда, или датчика кислорода. Разберем его конструкцию и принцип работы, а также поговорим о возможных неисправностях.

Устройство и работа кислородного датчика

Итак, лямбда-зонд предназначен для определения качества топливо-воздушной смеси. Делается это посредством замера количества остаточного кислорода в выхлопных газах. Затем данные отправляются в электронный блок управления, который производит коррекцию состава смеси в сторону обеднения или обогащения. Местом установки кислородного датчика является выпускной коллектор или приемная труба глушителя. Автомобиль может оснащаться одним или двумя датчиками. В первом случае лямбда-зонд устанавливается перед катализатором, во втором – на входе и выходе катализатора. Наличие двух датчиков кислорода позволяет более тонко воздействовать на состав рабочей смеси, а также контролировать насколько эффективно выполняет свою функцию каталитический нейтрализатор.

Существуют два типа датчиков кислорода – обычные двухуровневые и широкополосные. Обычный лямбда зонд имеет сравнительно простое устройство и генерирует сигнал волнообразной формы. В зависимости от наличия/отсутствия встроенного нагревательного элемента такой датчик может иметь разъем с одним, двумя, тремя или четырьмя контактами. Конструктивно обычный кислородный датчик представляет собой гальванический элемент с твердым электролитом, роль которого выполняет керамический материал. Как правило, это диоксид циркония. Он проницаем для ионов кислорода, однако проводимость возникает только при нагреве до 300-400 °С. Сигнал снимается с двух электродов, один из которых (внутренний) контактирует с потоком отработавших газов, другой (внешний) – с атмосферным воздухом. Разность потенциалов на выводах появляется только при соприкосновении с внутренней стороной датчика выхлопных газов, содержащих остаточный кислород. Выходное напряжение обычно составляет 0.1-1.0 В. Как уже отмечалось, обязательным условием работы лямбда-зонда является высокая температура циркониевого электролита, которая поддерживается встроенным нагревательным элементом, запитанным от бортовой сети автомобиля.

Система управления впрыском, получая сигнал лямбда-зонда, стремится приготовить идеальную топливо-воздушную смесь (λ=1), сгорание которой приводит к появлению на контактах датчика напряжения 0.4-0.6 В. Если смесь бедная, то содержание кислорода в выхлопе велико, поэтому возникает лишь небольшая разность потенциалов (0.2-0.3 В). В этом случае длительность импульса на открытие форсунок будет увеличена. Чрезмерное обогащение смеси приводит к практически полному сгоранию кислорода, а, значит, в системе выпуска его содержание будет минимальным. Разность потенциалов составит 0.7-0.9 В, что станет сигналом к уменьшению количества топлива в рабочей смеси. Так как режим работы двигателя при езде постоянно меняется, то и корректировка происходит также непрерывно. По этой причине значение напряжения на выходе датчика кислорода колеблется в ту и другую сторону относительно среднего значения. В итоге сигнал получается волнообразным.

Введение в действие каждого нового стандарта, ужесточающего нормы выбросов, повышает требования к качеству смесеобразования в двигателе. Обычные кислородные датчики на основе циркония не отличаются высоким уровнем точности сигнала, поэтому они постепенно вытесняются широкополосными датчиками (LSU). В отличие от своих «собратьев» широкополосные лямбда-зонды измеряют данные в широком диапазоне λ (например, современные зонды Bosch способны считывать значения при λ от 0.7 до бесконечности). Преимуществами датчиков подобного типа являются возможность управления составом смеси каждого цилиндра по отдельности, быстрое реагирование на происходящие изменения и небольшое время, необходимое для включения в работу после запуска двигателя. В результате мотор работает в наиболее экономичном режиме с минимальной токсичностью выхлопа.

Конструкция широкополосного лямбда-зонда предполагает наличие двух типов ячеек: измерительных и накачивающих (насосных). Они разделены между собой диффузионным (измерительным) зазором шириной 10-50 мкм, в котором постоянно поддерживается один и тот же состав газовой смеси, соответствующий λ=1. Такой состав обеспечивает напряжение между электродами на уровне 450 мВ. Измерительный зазор отделен от потока отработавших газов диффузионным барьером, использующимся для откачивания или накачивания кислорода. При бедной рабочей смеси выхлопные газы содержат много кислорода, поэтому он откачивается из измерительного зазора с помощью подводимого к насосным ячейкам «положительного» тока. Если же смесь обогащенная, то кислород, наоборот, закачивается в область измерения, для чего направление тока меняется на противоположное. Электронный блок управления считывает значение потребляемого насосными ячейками тока, находя ему эквивалент в лямбда. Выходной сигнал широкополосного датчика кислорода обычно имеет форму кривой, незначительно отклоненной от прямой линии.

Датчики типа LSU могут быть пяти- или шестиконтактными. Как и в случае с двухуровневыми лямбда зондами, для их нормального функционирования требуется наличие нагревательного элемента. Рабочая температура составляет порядка 750 °С. Современные широкополосники прогреваются всего за 5-15 секунд, что гарантирует минимум вредных выбросов в ходе пуска двигателя. Необходимо следить, чтобы разъемы датчика не были сильно загрязнены, так как через них воздух поступает внутрь в качестве эталонного газа.

Признаки неисправности лямбда-зонда

Кислородный датчик – один из самых уязвимых элементов двигателя. Срок его службы ограничивается 40-80 тысячами км пробега, после которых могут наблюдаться перебои в работе. Сложность диагностики неисправностей, связанных с датчиком кислорода, заключается в том, что он в большинстве случаев «умирает» не сразу, а начинает постепенно деградировать. Например, увеличивается время отклика или передаются неправильные данные. Если по какой-то причине ЭБУ совсем перестал получать информацию о составе отработавших газов, он начинает использовать в работе усредненные параметры, при которых состав топливо-воздушной смеси далек от оптимального. Признаками выхода из строя лямбда-зонда являются:

• Повышенный расход топлива;
• Нестабильная работа мотора на холостом ходу;
• Ухудшение динамических характеристик автомобиля;
• Повышенное содержание CO в выхлопных газах.

Двигатель с двумя датчиками кислорода более чувствителен к возникающим в системе коррекции смеси неисправностям. При поломке одного из зондов практически невозможно обеспечить нормальное функционирование силового агрегата.

Существует ряд причин, которые могут привести к преждевременной поломке лямбда-зонда или сокращению срока его службы. Вот некоторые из них:

• Применение бензина плохого качества (этилированного);
• Неисправности системы впрыска;
• Пропуски зажигания;
• Сильный износ деталей ЦПГ;
• Механическое повреждение самого датчика.

Диагностика и взаимозаменяемость датчиков кислорода

Проверить исправность простого циркониевого датчика в большинстве случаев можно с помощью вольтметра или осциллографа. Диагностика самого зонда заключается в замере напряжения между сигнальным проводом (обычно черного цвета) и массой (может быть желтого, белого или серого цвета). Получаемые значения должны изменяться примерно раз в одну-две секунды от 0.2-0.3 В до 0.7-0.9 В. Необходимо помнить, что корректными показания будут только при полном прогреве датчика, который гарантированно произойдет после достижения двигателем рабочей температуры. Неисправности могут касаться не только измерительного элемента лямбда зонда, но и цепи нагрева. Но обычно нарушение целостности этой цепи фиксируется системой самодиагностики, записывающей код ошибки в память. Обнаружить разрыв можно также путем измерения сопротивления на контактах нагревателя, предварительно отсоединив разъем датчика.

Если самостоятельно установить работоспособность лямбда-зонда не получилось или есть сомнения в правильности произведенных измерений, то лучше обратиться в специализированный сервис. Необходимо точно установить, что проблемы в работе двигателя связаны именно с датчиком кислорода, потому что его стоимость довольно высока, а неисправность может быть вызвана абсолютно другими причинами. Не обойтись без помощи специалистов и в случае с широкополосными кислородными датчиками, для диагностики которых часто применяется специфическое оборудование.

Неисправный лямбда зонд лучше менять на датчик такого же типа. Возможна и установка рекомендованных производителем аналогов, подходящих по параметрам и количеству контактов. Вместо датчиков без подогрева можно установить зонд с нагревателем (обратная замена невозможна), правда, в этом случае необходимо будет проложить дополнительные провода цепи нагрева.

Ремонт и замена лямбда зонда

Если датчик кислорода эксплуатировался длительное время и вышел из строя, то, скорее всего, свои функции перестал выполнять сам чувствительный элемент. В такой ситуации единственным решением является замена. Иногда начинает сбоить новый или проработавший совсем недолго лямбда-зонд. Причиной тому может быть образование на корпусе или самом рабочем элементе датчика различного рода отложений, мешающих нормальному функционированию. В данном случае можно попробовать почистить зонд с помощью ортофосфорной кислоты. После осуществления процедуры чистки датчик промывается водой, сушится и устанавливается на автомобиль. Если с помощью таких действий функциональность восстановить не удастся, то другого пути кроме покупки нового экземпляра нет.

При замене лямбда зонда стоит соблюдать определенные правила. Откручивать датчик лучше на остывшем до 40-50 градусов двигателе, когда тепловые деформации не столь велики и детали не сильно раскалены. При монтаже необходимо смазать резьбовую поверхность специальным герметиком, исключающим прикипание, а также убедиться в целостности прокладки (уплотнительного кольца). Затягивание рекомендуется осуществлять с установленным производителем моментом, обеспечивающим нужную герметичность. При подключении разъема не лишним будет проверить жгут электропроводки на наличие повреждений. После того, как лямбда зонд окажется на своем месте, проводятся испытания на различных режимах работы двигателя. Подтверждением корректной работы кислородного датчика станет отсутствие перечисленных выше признаков неисправности и ошибок в памяти электронного блока управления.