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.

Лямбда-зонд (он же кислородный датчик или датчик концентрации кислорода) – это устройство, которое определяет, сколько кислорода содержится в отработавших газах. Подробнее о том, как работает и для чего нужен лямбда-зонд, читайте в нашей сегодняшней статье.

Известно, что ДВС автомобиля может работать максимально эффективно лишь в случае правильного количества топлива и воздуха в топливно-воздушной смеси в каждом рабочем режиме. От этого также зависит расход топлива и влияние на экологию. Именно для этих целей используется датчик кислорода. Что такое лямбда зонд вы теперь знаете, пришло время рассмотреть принцип его работы.

Для чего нужен лямбда-зонд в автомобиле

Если количества воздуха в смеси топлива и воздуха недостаточно, это приводит к тому, что угарный газ, а также углеводороды не окисляются в полном объеме. А вот в случае наличия слишком большого объема воздуха в вышеупомянутой смеси, не наблюдается полного разложения оксидов азота на кислород и азот.

Датчик кислорода – это одна из составляющих системы выпуска автомобиля. На некоторых машинах датчик лямбда зонд может устанавливать в двух экземплярах. Один из них располагается в выпускной системе еще до катализатора (его также называют каталитическим нейтрализатором), а другой – после него. Использование двух кислородных датчиков позволяет максимально эффективно следить за количеством воздуха в отработавших газах, благодаря чему нейтрализатор функционирует максимально действенно.

В наше время используется два вида датчиков концентрации кислорода :

• двухточечный лямбда-зонд;
• широкополосный кислородный датчик.

Особенности двухточечного датчика кислорода

Применение двухточечного лямбда-зонда может осуществляться как до катализатора, так и после него. Этот датчик определяет показатель избытка воздуха, для чего он использует данные о том, сколько кислорода содержится в отработавших газах.

Двухточечный лямбда-зонд – это керамический элемент, на двух сторонах которого нанесено покрытие, изготовленное из диоксида циркония. Для измерений применяется электрохимический метод. Одна часть электрода контактирует с атмосферой, а другая – с отработавшими газами.

Для чего нужен лямбда-зонд такого типа, вы уже знаете, но как он работает? Принцип его работы базируется на определении количества кислорода в атмосфере, а также выхлопных газах. Если количество кислорода отличается, на концах электрода возникает напряжение. Если топливо-воздушная смесь слишком бедная, напряжение уменьшается. В противном случае напряжение возрастает.

Широкополосный лямбда-зонд – что это и как он работает

Широкополосный датчик кислорода – это тот же лямбда-зонд, который используется в современных автомобилях. Он выполняет функции датчика катализатора, расположенного на «входе». В кислородном датчике такого типа определение показателя “лямбда” происходит с помощью применения силы входного тока.

Данный лямбда-зонд отличается от упомянутого выше датчика тем, что в его состав входит закачивающий и двухточечный керамические элементы. Закачивание – это процесс, в ходе которого происходит пропускание кислорода из выхлопных газов сквозь соответствующий элемент под влиянием заданной силы тока.

Широкополосный лямбда-зонд работает на базе принципа поддержания напряжения в 450 мВ, которое присутствует между электродами 2-точечного керамического элемента. Для этого корректируется сила тока закачивания.

Если количество кислорода в выхлопных газах падает, что является признаком слишком богатой топливо-воздушной смеси, между электродами увеличивается напряжение. После этого происходит отправка соответствующего сигнала в ЭБУ двигателя. Затем происходит формирование необходимой силы тока на закачивающем элементе.

Ток необходим для закачки в измерительный зазор, что приводит к нормализации напряжения. Сила тока – это мера количества кислорода в выхлопных газах. Анализ данного показателя происходит в ЭБУ, после чего выполняется соответствующее воздействие на элементы системы впрыска топлива.

Если смесь воздуха и топлива слишком бедная, широкополосный лямбда-зонд работает таким же способом. Отличается он в данном случае лишь тем, что в результате влияния тока кислород выкачивается из измерительного зазора.

Для обеспечения правильного функционирования датчика кислорода, необходима температура 300°С. Для этого лямбда-зонд оснащают специальным нагревателем. Теперь вы знаете, что такое лямбда-зонд, для чего нужен кислородный датчик и как он работает.

Лямбда зонд – особый кислородный датчик или лямбда –контроллер позволяющий контролировать и измерять количественное наличие остаточного кислорода в выхлопных газах автомобилей.

Главное направление данного устройства – отслеживание и передача электронной системе управления данных о полноте сгорания топлива и качестве, путем впрыска топлива. Именно за счет этого обеспечиваются оптимальные условия работы катализатора выхлопа.

Предпосылками для применения катализаторов стали жесткие экологические нормы, предъявляемые к автомобильным выхлопам, поскольку задача данных устройств в снижении углекислоты. Чтобы полноценно функционировать необходимо, равномерное сгорание в цилиндрах сгорало строго определенного количества воздуха с минимальным процентом отклонения.

Такое точное регулирование сгораемого топлива обеспечивается за счет системы питания с регулируемым электроникой впрыском. Лямбда-зонд – это датчик кислорода, который берет в выпускном тракте на себя функцию контролера.

Место установки лямбда-зонда

Для максимального продуктивного измерения показателей остатка воздуха в сгоревшей смеси датчик кислорода лямбда зонд необходимо монтировать в выпускном коллекторе, расположив около катализатора.

Считывание информации будет осуществляться через блок управления топливной системой, которая контролирует увеличение или уменьшение интенсивности впрыска топлива в цилиндры.

В современных автомобилях есть дополнительный лямбд-зонд, располагаемый в месте выхода катализатора. Это необходимо для увеличения точности приготовления смеси.

Принцип действия

Кислородные датчики по принципу работы функционируют:

• На основе оксида циркония.
• На основе оксида титана. В этом случае, если изменяется состав выхлопа, то изменяется электрическое сопротивление
• Широкополосный. С ним связан изменение напряжения и полярности тока. Его особенность в способности реагировать не только на отклонения в составе рабочей смеси, но и на его численное значение.

Основывается работа лямбда зонда на использовании особого гальванического элемента, в которой расположена пара электродов. Для одного из них обвивание идет выхлопными газами, а для другого характерно чистым атмосферным воздухом.

Рабочий механизм датчика лямбда зонд запускается после разогрева до 300 и более градусов, в том момент, когда проводником становится циркониевый электролит, а количественное различие поступающего кислорода из выхлопной трубы и атмосферы направлено на появление напряжения на электродах.

Когда запускается и прогревается двигатель, кислородный датчик не оказывает влияние на управление топливным впрыском, а корректировку осуществляют другие сигнализаторы (датчики температуры системы охлаждения, положения дросселя, числа оборотов и прочие).

Кроме нагреваемых циркониевых, на основе двуокиси титана бывают холодные контроллеры. Они созданы не для генерирования электричества, а направлены на изменение сопротивления воздушного потока, что служит основной сигнальной картой для систем управления впрыском.

Преимущество такого лямбда датчик кислорода в том, что его работа начинается сразу после пуска двигателя, но широкого распространения он не получил, так как выполнен в сложной конструкции и дорого обходится. Встречается лямбда зонд данного типа в моделях BMW, Nissan, и Jaguar.

Причины выхода из строя

Датчик кислорода может прийти в неисправности или начать неправильно работать по ряду причин:

• если произошел в питающей или контрольной электро цепи разрыв;
• было замыкание;
• если при использовании топлива с присадками, произошло засорение. Наиболее пагубными становятся свинец, силикон, сера;
• вследствие регулярных термических перегрузок, связанных с проблемами зажигания;
• произошло после поездок по бездорожью механическое повреждение.

У всякого датчика есть свой срок службы и чем он больше, тем медленнее становится его реакция на изменение состава топливной смеси. Возраст датчика можно хорошо увидеть на моторах с непосредственным впрыском. Необходимо учитывать, что если плохое состояние маслосъемных колец или произошло попадание в цилиндры антифриза, то датчик лямбда зонд не выдержит положенного срока и будет подлежать замене.

Следует обратить внимание на показатели лямбда датчик кислорода. Определить, что они выходит из строя можно по содержанию углекислоты в выхлопе, которая резко повышается от значения в 0,1-0,3% до 3%, а часто и 7%. Если обнаружено, что кислородный датчик не работает, то сложно снизить его значение без ремонта или замены.

Аналогичные сложности могут возникнуть и в моделях с двумя зонтами, если пришел в неисправность хоть один из них, для рабочей среды понадобится поработать над серьезным изменением настроек электроники.

Признаки выхода лямбда-зонда из строя

Определить неисправность датчик кислорода можно по следующим признакам:

• неисправный датчик нужно незамедлительно менять, иначе чревато выходом из строя катализатора;
• ухудшилась разгонная динамика;
• обнаружен прерывистый холостой ход;
• происходят скачки расхода топлива;
• растет токсичность выхлопа, параметры которой определить без специального оборудования невозможно.

Чтобы лямбда зонд неожиданно не стал несправным, его необходимо регулярно менять, не подогреваемые датчики примерно через каждые 50-80 тыс. километров; подогреваемые через 100 тыс. и планарные каждые 160 тыс. км. Но, торопиться с выбрасывание старой лямбды не нужно. Для этого необходимо проверить лямбда-зонд на его реальное состояние.

Рекомендовано проверять лямбда датчика и систему, регулирующую топливную смесь, каждые 30 тыс. км. Это не будет защитой от поломок вследствие механического повреждения или засорения, но предотвратит поломки из-за износа.

Своевременная замена лямбда-зонда это:

• экономия до 15% топлива;
• снижение до минимума токсичности выхлопа;
• возможность продлить ресурсы катализатора;
• возможность улучшить динамические характеристики автомобиля.

Устранение неисправностей

Официально технология ремонта лямбда-зондов не разработана. Это означает, что в случае поломки не в контактной сети, устройство следует незамедлительно заменить.

У подпольных СТО есть практика восстановление датчиков, которые перестали работать из-за отложения нагара под защитным колпачком, через технологию удаления налета.

Осуществляется это через промывку в ортофосфорной кислоте датчика, которая не оказывает уничтожающего влияния на электроды. Такая мойка не всегда эффективна, и если датчик после нее не пришел в рабочий механизм, он на 100 % подлежит замене.

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.

Зачем нужен "этот" лямбда-зонд

Автолюбитель пошел нынче грамотный - даже владельцев стареньких "Жигулей" не удивишь заморскими словечками ABS, ESP, Jetronic, катализатор, инжектор, лямбда-зонд... Последний термин, правда, больше волнует владельцев иномарок. Случается, в автомобиле вдруг "тяга" упала, он стал есть бензин: как не в себя, опять оштрафовали за СО, а причина всего этого неизвестна. На СТО мастера скажут: "Лямбда сдохла", предложат ее заменить, но цены! А не поможет, тогда что? Среди знакомых никто толком не знает, как к "лямбде" подступиться: "вещь в себе"... Действительно, лямбда-зонд - штука загадочная, но все же давайте попробуем в этой загадке разобраться.

Лямбда-датчик зондирует выхлоп

Зачем нужен лямбда-зонд

Жесткие экологические нормы давно узаконили применение на автомобилях каталитических нейтрализаторов (в обиходе - катализаторы) - устройств, способствующих снижению содержания вредных веществ в выхлопных газах. Катализатор вещь хорошая, но эффективно работает лишь при определенных условиях. Без постоянного контроля состава топливно-воздушной смеси обеспечить катализаторам "долголетие" невозможно - вот тут и приходит на помощь датчик кислорода, он же О2-датчик, он же лямбда-зонд (ЛЗ).

Название датчика происходит от греческой буквы l (лямбда), которая в автомобилестроении обозначает коэффициент избытка воздуха в топливно-воздушной смеси. При оптимальном составе этой смеси, когда на 14,7 части воздуха приходится 1 часть топлива, l равна 1 (график 1). "Окно" эффективной работы катализатора очень узкое: l=1±0,01. Обеспечить такую точность возможно только с помощью систем питания с электронным (дискретным) впрыском топлива и при использовании в цепи обратной связи лямбда-зонда.

Избыток воздуха в смеси измеряется весьма оригинальным способом - путем определения в выхлопных газах содержания остаточного кислорода (О2). Поэтому лямбда-зонд и стоит в выпускном коллекторе перед катализатором. Электрический сигнал датчика считывается электронным блоком управления системы впрыска топлива (ЭБУ), а тот в свою очередь оптимизирует состав смеси путем изменения количества подаваемого в цилиндры топлива. На некоторых современных моделях автомобилей имеется еще один лямбда-зонд. Расположен он на выходе катализатора. Этим достигается большая точность приготовления смеси и контролируется эффективность работы катализатора (рис. 1).

Рис. 1. Схема l-коррекции с одним и двумя датчиками кислорода двигателя

1 - впускной коллектор; 2 - двигатель; 3 - блок управления двигателем; 4 - топливная форсунка; 5 - основной лямбда-зонд; 6 - дополнительный лямбда-зонд; 7 - каталитический нейтрализатор.

Принцип работы

Лямбда-зонд действует по принципу гальванического элемента с твердым электролитом в виде керамики из диоксида циркония (ZrO2). Керамика легирована оксидом иттрия, а поверх нее напылены токопроводящие пористые электроды из платины. Один из электродов "дышит" выхлопными газами, а второй - воздухом из атмосферы (рис.2). Эффективное измерение остаточного кислорода в отработавших газах лямбда-зонд обеспечивает после разогрева до температуры 300 - 400оС. Только в таких условиях циркониевый электролит приобретает проводимость, а разница в количестве атмосферного кислорода и кислорода в выхлопной трубе ведет к появлению на электродах лямбда-зонда выходного напряжения.

При пуске и прогреве холодного двигателя управление впрыском топлива осуществляется без участия этого датчика, а коррекция состава топливо-воздушной смеси осуществляется по сигналам других датчиков (положения дроссельной заслонки, температуры охлаждающей жидкости, числа оборотов коленвала и др.). Особенностью циркониевого лямбда-зонда является то, что при малых отклонениях состава смеси от идеального (0,97 Ј l Ј 1,03) напряжение на его выходе изменяется скачком в интервале 0,1 - 0,9 В (график 2).

Кроме циркониевых, существуют кислородные датчики на основе двуокиси титана (TiO2). При изменении содержания кислорода (О2) в отработавших газах они изменяют свое объемное сопротивление. Генерировать ЭДС титановые датчики не могут; они конструктивно сложны и дороже циркониевых, поэтому, несмотря на применение в некоторых автомобилях (Nissan, BMW, Jaguar), широкого распространения не получили.

Для повышения чувствительности лямбда-зондов при пониженных температурах и после запуска холодного двигателя используют принудительный подогрев. Нагревательный элемент (НЭ) расположен внутри керамического тела датчика и подключается к электросети автомобиля (рис. 3).

Рис. 3. Конструкция датчика кислорода с подогревателем

1 - керамическое основание; 2, 8 - контакты НЭ; 3 - нагревательный элемент (НЭ); 4 - твердый электролит ZrO2 с напыленными платиновыми электродами; 5 - защитный кожух с прорезями; 6 - металлический корпус с резьбой крепления; 7 - уплотнительное кольцо; 9 - выводы датчика.

Если ЛЗ "врет"

В этом случае ЭБУ начинает работать по усредненным параметрам, записанным в его памяти: при этом состав образующейся топливно-воздушной смеси будет отличаться от идеального. В результате появится повышенный расход топлива, неустойчивая работа двигателя на холостом ходу, увеличение содержания СО в отработавших газах, снижение динамических характеристик, но машина при этом остается на ходу. В некоторых моделях автомобилей ЭБУ реагирует на отказ лямбда-зонда очень серьезно и начинает так рьяно увеличивать количество подаваемого в цилиндры топлива, что запас горючего в баке "тает" на глазах, из трубы валит черный дым, СО "зашкаливает", а двигатель "тупеет" и на ближайшую СТО вам, скорее всего, придется добираться на буксире.

Перечень возможных неисправностей лямбда-зонда достаточно большой и некоторые из них (потеря чувствительности, уменьшение быстродействия) самодиагностикой автомобиля не фиксируются. Поэтому окончательное решение о замене датчика можно принять только после его тщательной проверки, которую лучше всего поручить специалистам. Следует особо отметить, что попытки замены неисправного лямбда-зонда имитатором ни к чему не приведут - ЭБУ не распознает "чужие" сигналы, и не использует их для коррекции состава приготавливаемой горючей смеси, т.е. попросту "игнорирует".

При сгоревшем или отключенном лямбда-зонде содержание СО в выхлопе возрастает на порядок: от 0,1 - 0,3% до 3 - 7% и уменьшить его значение не всегда удается, т. к. запаса хода винта качества смеси может не хватить. В автомобилях, система l-коррекции которых имеет два кислородных датчика, дело обстоит еще сложнее. В случае отказа второго лямбда-зонда (или "пробивки" секции катализатора) добиться нормальной работы двигателя практически невозможно.

Вообще лямбда-зонд - наиболее уязвимый датчик автомобиля с системой впрыска. Его ресурс составляет 40 - 80 тыс. км в зависимости от условий эксплуатации и исправности двигателя. Плохое состояние маслосъемных колец, попадание антифриза в цилиндры и выпускные трубопроводы, обогащенная топливно-воздушная смесь, сбои в системе зажигания сильно сокращают срок его службы. Применение этилированного бензина категорически недопустимо - свинец "отравляет" платиновые электроды лямбда-зонда за несколько бесконтрольных заправок.

Рис. 4. Контактные выводы наиболее распространенных циркониевых лямбда-зондов

а - без подогревателя; б, с - с подогревателем.

* цвет вывода может отличаться от указанного.

Махнем не глядя!

Рекомендованный заводом-изготовителем лямбда-зонд и сходные по конструкции циркониевые датчики взаимозаменяемы. Возможна замена неподогреваемых датчиков на подогреваемые (но не наоборот!). Однако при этом может возникнуть проблема несовместимости разъемов и отсутствия в машине цепи питания для нагревателя лямбда-зонда. Недостающие провода можно проложить самостоятельно, а вместо разъема использовать стандартные автомобильные контакты.

Цветовая маркировка выводов лямбда-зондов может различаться, но сигнальный провод всегда будет иметь темный цвет (обычно - черный). "Массовый" провод может быть белым, серым или желтым (рис. 4). Титановые лямбда-зонды от циркониевых легко отличить по цвету "накального" вывода подогревателя - он всегда красный. При замене 3-контактного лямбда-зонда на 4-контактный необходимо надежно соединить с "массой" автомобиля провод заземления подогревателя и сигнальный "минус", а накальный провод подогревателя через реле и предохранитель подключить к "плюсу" аккумулятора.

Подключение напрямую к катушке зажигания нежелательно, т. к. в цепи ее питания может стоять понижающее сопротивление. Подключиться к контактам топливного насоса достаточно сложно. Лучше всего подключить реле подогревателя лямбда-зонда к замку зажигания.

Редакция благодарит специалистов фирмы "ЭСО-Автотехникс" и центра "Инжектор-сервис" за помощь в подготовке статьи.