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

Причем датчики для обеспечения полной информации о работе системы устанавливаются не только на впуске (количества топлива, воздуха), но и в выпускной системе. В ней используется всего один датчик, но от его работы зависит, какое количество воздуха будет подаваться в цилиндры. Он так и называется – датчик кислорода, другое название — лямбда-зонд.

Зачем нужен лямбда зонд в машине?

1) металлический корпус с резьбой и шестигранником “под ключ”;
2) уплотнительное кольцо;
3) токосъемник электрического сигнала;
4) керамический изолятор;
5) провода;
6) манжета проводов уплотнительная;
7) токоподводящий контакт провода питания нагревателя;
8) наружный защитный экран с отверстием для атмосферного воздуха;
9) чувствительный элемент;
10) керамический наконечник;
11) защитный экран с отверстием для отработавших газов.

Основная задача этого датчика кислорода – оценка количества несгоревшего кислорода в отработанных газах. Дело в том, что самое эффективное сгорание топливовоздушной смеси достигается при определенном соотношении топлива и воздуха — одна часть бензина должно смешиваться с 14,7 частями воздуха.

Если топливовоздушная смесь будет обедненной, то содержание воздуха будет увеличенным, и наоборот – обогащенная смесь обеспечит меньшее процентное содержание кислорода в выхлопных газах. А это уже сказывается на мощности, расходе, приемистости.

А поскольку двигатель работает на разных режимах, поэтому такое соотношение далеко не всегда соблюдается. Чтобы была возможность контролировать количество подаваемого воздуха, в систему питания и включен лямбда-зонд.

На основе показаний этого датчика электронный блок оценивает качество топливовоздушной смеси и при обнаружении несоответствия нормам – корректирует работу системы, обеспечивая подачу оптимальной смеси путем подачи сигнала на форсунки, которые увеличивают или уменьшают количество впрыскиваемого топлива.

Устройство и принцип работы лямбда зонда

Принцип работы лямбда зонда

Принцип вроде и прост, но реализация его — не такая уж и легкая. Этот датчик должен с чем-то сравнивать полученные результаты, чтобы «понять», что произошло изменение процента кислорода. Поэтому он делает замеры в двух местах – атмосферный воздух и тот, что остался после сгорания смеси. Это позволяет ему «почувствовать» разницу при изменении соотношения топливовоздушной смеси.

1 – твердый электролит ZrO2; 2, 3 – наружный и внутренний электроды; 4 – контакт заземления; 5 – «сигнальный контакт»; 6 – выхлопная труба

При этом на электронный блок должен подаваться электрический сигнал. Для этого лямбда-зонду необходимо преобразовать результаты замеров в импульс, который будет подаваться на . Для проведения замеров концентрации кислорода в атмосфере и в выхлопных газах, используется два электрода, вступающих в реакцию с ним. То есть, в работе этого датчика задействован принцип гальванического элемента, при котором смена параметров химической реакции влечет за собой изменение напряжения между электродами датчика. Так, при обогащенной смеси, когда процент кислорода – меньше, напряжение возрастает, а при обеднении – снижается.

Полученный в результате химической реакции электрический импульс подается на ЭБУ, параметры которого он сравнивает с прописанными в своей памяти и в результате этого производит корректировку работы системы питания.

Используя для работы химические реакции, лямбда-зонд не является сложным по конструкции. Основным его элементом выступает керамический наконечник, изготовленный из диоксида циркония (реже – диоксида титана) с платиновым покрытием, которое и выступает в роли электродов, вступающих в реакцию. Одной своей стороной наконечник контактирует с атмосферой, а другой – с выхлопными газами.

Лямбда зонд с подогревом

Особенность работы такого керамического наконечника заключается в том, что произведение эффективных замеров остаточного процента кислорода выполняется только при определенном температурном режиме. Чтобы наконечник обрел необходимую проводимость, необходима температура в 300-400 град. С.

Чтобы обеспечить необходимый температурный режим изначально этот датчик устанавливали ближе к выпускному коллектору, что обеспечивало достижение необходимой температуры по мере прогрева силовой установки. То есть, в работу он вступал не сразу. До того, как лямбда-зонд начнет передавать импульсы, электронный блок основывался на показания других датчиков, включенных в систему питания, но при этом оптимальное смесеобразование не соблюдалось.

Видео: Как подключить лямбда зонд с подогревом

Ещё кое-что полезное для Вас:

Некоторые модели лямбда-зондов в своей конструкции имеют специальные электрические подогреватели, что обеспечивает более быстрый выход на необходимый температурный режим. Запитка подогревателя осуществляется от бортовой сети авто.

Датчик, выполняющий свою работу за счет химической реакции, получил название двухточечного, за счет того, что замеры производятся в двух местах. Но выпускаются еще и другой тип лямбда-зонда – широкополосный, который является более современной версией датчика. В его конструкции тоже используется двухточечный элемент, а также еще один керамический элемент – закачивающий. При этом суть сводится все к той же подаче электрического сигнала на ЭБУ.

Использование двух и более датчиков

Сейчас многие автомобили, чтобы повысить их экологичность, используют , что позволяет снизить вредные выбросы в атмосферу. При этом выхлопная система оснащается не одним, а двумя и более кислородными датчиками.

В такой выхлопной системе эти датчики производят не только замер остаточного кислорода, но еще и оценивают эффективность работы нейтрализатора. Один из датчиков устанавливается перед катализатором, а второй – за ним. Это позволяет на основании сравнения показаний двух лямбда-зондов понять, выполняется ли нейтрализация вредных веществ.

С одной стороны, такая система позволяет меньше загрязнять окружающую среду, но с другой – она очень «капризна». Одна-две заправки некачественным бензином запросто может испортить нейтрализатор. А это уже скажется на показаниях кислородных датчиков, и как следствие – на работе всей системы питания.

К тому же даже при соблюдении всех условий эксплуатации авто, нейтрализатор выйдет из строя, поскольку у него имеется свой ресурс, после которого он подлежит замене, чтобы восстановить нормальную работоспособность системы питания. А поскольку замена – «удовольствие» дорогостоящее, то на выручку приходят разные хитрости.

Многие просто , а на его место устанавливают пламегаситель – обычный отрезок трубы необходимого диаметра. А чтобы получить разницу в показаниях двух датчиков, используют так называемую обманку на лямбда зонд – специальную проставку, устанавливаемую на второй лямбда-зонд.

Эта обманка просто удаляет наконечник от потока выхлопных газов, что влияет на его показания. За счет этого и достигается разница, которую ЭБУ воспринимает как работу катализатора.

Видео: Лямбда зонд (датчик кислорода). Как обмануть второй лямбда зонд

Признаки неисправности датчика кислорода

Лямбда-зонд – достаточно важный элемент в системе питания авто и его поломка может значительно сказаться на работе силовой установки. Признаки неисправности его таковы:

• увеличение расхода бензина;
• «плавающие» обороты на холостом ходу;
• понижение динамики разгона;
• щелчки и треск из-под авто после остановки мотора;

Одна из особенностей лямбда-зонда кроется в том, что его неисправность далеко не всегда распознается системой самодиагностики авто. К тому же невозможно его проверить при помощи обычных измерительных приборов в гаражных условиях. Его работоспособность проверяется только осциллографом.

Также он не ремонтопригоден. Единственное, что можно устранить, так это – обрыв проводки, ведущей к датчику. Но с ним бывают также и такие неисправности как повреждение подогревающего элемента и потеря чувствительности самого датчика.

Видео: Как проверить лямбда зонд

Замена

Поэтому многие автолюбители не пытаются проводить диагностику работоспособности лямбда-зондов, а просто периодически производят его замену на новый. Чтобы поддерживать работоспособность системы питания в рабочем состоянии следует производить замену раз в 2-3 года.

Данная операция не является сложной и выполняется она на смотровой яме. Предварительно следует приобрести необходимую модель датчика. Перед демонтажем отключается колодка проводов от зонда, а затем он выкручивается со своего посадочного места рожковым ключом соответствующего размера. Для облегчения откручивания допускается обработка специальными средствами (WD-40 или др.). На место выкрученного элемента вкручивается новый и к нему подключается проводка.

Что это за элемент? Почему у него такое странное название и для чего нужен лямбда зонд в принципе?

Любой современный автомобиль скрывает внутри себя электронику. Даже у сверхбюджетной машины, не имеющей никаких благ цивилизации в салоне, под капотом найдётся блок управления двигателем (ЭБУ), напичканный микросхемами.

Это дань технологического прогресса. Чтобы контролировать работу мотора, электронике нужно получать информацию о том, что с ним происходит, и для этого, как вы уже могли догадаться, используются различные датчики.

В этой статье мы уделим внимание одному из самых важных представителей этого семейства — лямбда зонду. Читайте дальше, не пожалеете.

Этот элемент, иногда называют датчиком концентрации кислорода. Нужен лямбда, для определения количества кислорода в выхлопе.

Зачем ЭБУ данная информация? Всё просто объяснить по работе двигателя внутреннего сгорания.

Главное условие — это горение смеси топлива с воздухом, причём для максимально эффективной работы силового агрегата, данные компоненты должны смешиваться в определённой пропорции..

Отвечает за это блок управления, а свои вычисления и, как следствие, команды на впрыск строго определённой дозы горючего и запускf воздуха. Он делает выводы на основе информации, поступившей от датчиков, среди которых лямбда играет ключевую роль.

Датчик лямбда зонд реагирует на количество оставшегося после сгорания смеси кислорода — если его много в выхлопных газах, значит смесь обеднённая и можно впрыснуть больше горючего, если же слишком мало — наоборот, сэкономить.

Другими словами, благодаря этому элементу удаётся оптимально скорректировать подачу бензина или солярки, что влияет не только на характеристики мотора, но и на количество выбрасываемых вредных веществ.

Чтобы он мог исполнять свою важную миссию, его располагают в выхлопной системе, иногда даже по нескольку штук.

Кстати, в технической литературе греческой буквой λ (лямбда) обозначают коэффициент избытка воздуха в смеси — отсюда и название датчика.

Лямбда зонд, что внутри

Теперь, уважаемые читатели, мы знаем, для чего нужен лямбда зонд, нам же остаётся познакомиться с ним ближе, дабы составить полную картину о данном элементе.

Внешне это самый «лямбда» чем-то похож на свечу зажигания — датчик имеет цилиндрический корпус и резьбу на нём для ввинчивания в посадочное место. Внутри него находятся следующие детали:

• гальванический элемент;
• электроды с напылением из платины;
• камера с воздухом;
• контакты, выводы и различные втулки;
• подогреватель (в современных образцах).

Главным среди всех вышеперечисленных деталей в кислородном датчике лямбда зонд является гальванический элемент.

В старых образцах он изготавливался на основе двуокиси титана, новые же датчики делают из диоксида циркония. Разные материалы диктуют и разные подходы к снятию информации, но миссию выполняют одинаковую.

Неисправности датчика и способы их устранения

Нет ничего вечного среди узлов автомобиля и кислородный датчик не исключение. Как определить, что он вышел из строя?

Итак, лямбда зонд признаки неисправности данной детали:

• загорелся символ Check Engine на приборной панели — хотя свидетельствовать он может о целой куче разных проблем с мотором и систем с ним связанных, поломанный датчик лямбда зонд также может вызвать эту надоедливую иконку;
• нестабильная работа мотора;
• повышенный расход топлива;
• если заглушить и сразу попробовать снова завести двигатель, то он стартует с трудом, хотя после остывания («на холодную») таких проблем не наблюдается;
• из выхлопной трубы вырывается чёрный дым.

Все эти проблемы возможны из-за того, что ЭБУ не знает как правильно сформировать топливно-воздушную смесь, а значит наш сегодняшний герой статьи может быть тут замешан.

Лямбда зонд, катализатор и обманки

Что делать, если обследование у специалистов подтвердило выход из строя кислородного датчика?

Вариантов может быть несколько: замена, которая станет в копеечку, так как эти элементы очень дорогие, или же установка обманки, которая будет создавать для блока управления ложные сигналы.

Конечно же, первый способ предпочтительнее, ведь от правильной работы всей электронной системы зависит и здоровье двигателя, но если вам по душе второй вариант, то кое-какие нюансы данной процедуры стоит раскрыть.

Стоит отметить, что обманки применяют и при исправных лямбда, а всё из-за того, что современные выхлопные системы комплектуют ещё одним дорогостоящим компонентом — .

Катализатор должен очищать газы, выходящие из мотора, а для контроля его работы ставят два датчика — один перед ним, а второй после.

Признаком исправности узла являются различные показания двух зондов, а если катализатор удалён, то понадобится создать эмуляцию его работы, и тут вам без вышеупомянутых обманок не обойтись

Два способа симуляции лямбда зонда

Механическая обманка

Механическая обманка применяется при исправных датчиках, но удалённом катализаторе .

Чтобы создать правильную разность показаний, на один из зондов монтируется миниатюрная проставка, наполненная теми же материалами, что и катализатор.

Таким образом датчик «думает», что находится после исправного катализатора, хотя на самом деле нет.

Электронная обманка

Электронная обманка делается для генерации правильных показаний для мозга двигателя , иногда применяются отдельные микроконтроллеры, симулирующий сигналы датчика. А иногда обходятся простейшими схемами.

Могут также использоваться специальные прошивки для ЭБУ.

На этом всё по теме. Разрешите откланяться, и пожелать вам только исправной и надёжной автомобильной техники, которая будет радовать приятными поездками и путешествиями.

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.

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

Расположение кислородных датчиков в системе выхлопа

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

Конструкция кислородного датчика

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

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

Устройство наконечника лямбда-зонда

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

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.

Сигнал исправного кислородного датчика

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

Основные неисправности кислородного датчика:

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

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

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.