Назначение
Знание особенностей работы и назначения лямбда зонда весьма полезны для автолюбителя.
Во-первых, уже никто не сможет обмануть владельца транспортного средства, а во-вторых, в случае поломки можно самому поставить «диагноз».
Задача лямбда-зонда — создать условия для выполнения функций каталитическим нейтрализатором, который осуществляет фильтрацию выхлопа автомобиля.
Работа катализатора.
По сути, катализатор снижает вредность выхлопа, а лямбда-зонда осуществляет контроль работы данного устройства.
Название зонда произошло от известной греческой буквы «лямбда», которой обозначается объем кислорода в подготовленной горючей смеси.
Величина лямбды составляет 14.7 единиц на одну единицу топлива. Пропорциональность обеспечивается, благодаря электронному впрыску топливной смеси и работе лямбда-зонда.
Назначение устройства зависит и от его позиции в транспортном средстве.
Как правило, датчик кислорода монтируется перед катализатором, что позволяет точно измерять уровень кислорода в горючей смеси, а в случае дисбаланса давать сигнал блоку управления впрыска.
Чтобы повысить эффективность работы, на новых моделях авто ставится не один, а два датчика, закрепляемые с одной и другой стороны катализатора.
Такая конструкция позволяет с большей точностью анализировать состав выхлопа.
Эволюция развития
Раньше датчики кислорода были резистивными, что снижало точность измерений и надежность самих устройств.
Современный лямбда-зонд работает как пороговое устройство. При этом сигнал, полученный от датчика, позволяет точно фиксировать уровень отношения кислорода в выхлопе и корректировать его.
Оптимальное отношение — 14,7:1 (реального к необходимому объему воздуха). Если параметр ? соответствует данной норме, то смесь идеальная.
В случае превышения показателя смесь обеднена. Если же ?, наоборот, меньше, то в выхлопе много смеси и объема кислорода недостаточно для сгорания.
Впервые лямбда-зонд был изготовлен в 1960 году предприятием Robert Bosch GmbH. Руководителем проекта был Гюнтер Бауман.
В серийное производство устройство поступило лишь через 16 лет (в 1976 году). Первыми производителями, которые занялись выпуском, стали компания Сааб и Вольво.
Принцип работы лямбда-зондов
Кислородные датчики оснащены проводкой, один конец которой подключается к бортовой системе автомобиля, что позволяет «запрашивать» данные у ЛЗ о состоянии топливной смеси раз в 2 секунды. При повышении оборотов частота обновления увеличивается.
По сути ЛЗ функционирует также как гальванический элемент. После установки в выпускном коллекторе датчик разогревается до 400 градусов под влиянием потоков выхлопных газов, идущих из двигателя. В таком состоянии циркониевый наконечник «активируется» и начинает «дышать» одной своей стороной наружным воздухом, а другой – выхлопными газами. Как только один из электродов фиксирует изменение количества кислорода, на управляющую систему машины передается соответствующий сигнал.
Полученная информация об объеме кислорода в смеси анализируется системой управления, которая позволяет поддерживать оптимальное (стехиометрическое) соотношение воздуха и топлива в камерах сгорания автомобиля.
Полезно! Стехиометрическое соотношение кислорода по отношению к топливу должно составлять порядка 14,7:1.
Чтобы обеспечить более точную регулировку данных используется второй датчик, который размещается за катализатором. Однако количество лямбда-зондов может быть и больше.
Основные типы устройств
Сегодня можно выделить несколько типов кислородных датчиков. Все они могут отличаться по нескольким критериям:
- по числу проводов — от 1 до 6;
- по организации сенсорного элемента (есть два вида — пластинчатые и пальчиковые);
- по крепежу в выхлопной трубе — фланцевые или на резьбе;
- по диапазону измерений параметра лямбды — широкополосные (измерение производится в диапазоне от 0.7 до 1.6) или узкополосные, контролирующие уровень лямбда на уровне выше единицы.
Каждый из типов устройств имеет свои особенности.
Одно контактные устройства.
Оборудованы одним сигнальным проводом. Именно по нему передается сигнал, генерируемый устройством.
2-контаткные датчики
Оборудуются двумя проводами. Один является сигнальным, а второй выполняет функцию заземления через корпус устройства.
С помощью заземляющего проводника можно точно определить показатели сигнального провода.
3-контактные
Здесь предусмотрен сигнальный провод, один «массовый» провод и третий провод, направляемый к нагревательному устройству.
Особенность таких датчиков — быстрое достижение нужной температуры, повышенный период службы устройства, а также меньшие требования к выхлопной системе.
Нагревательный элемент, который монтируется в системе, имеет мощность 12 или 18 Вт.
4-контактные
В них предусмотрено четыре провода:
- сигнальный проводник,
- провод, питающий нагревательное устройство;
- третий провод — «земля»;
- четвертый провод — может использоваться для решения каких-либо других задач (в зависимости от системы управления автомобиля).
Может быть такое положение контактов.
Устройство современных датчиков кислорода
В составе датчика кислорода есть два электрода — внутренний и внешний.
Первый делается из циркония, а второй — из платинового напыления, что делает его более чувствительным к воздействию кислорода.
Лямбда-зонд смонтирован таким образом, чтобы он пропускал весь объем отработавших газов транспортного средства.
В процессе прохождения газов внешний электрод оценивает уровень кислорода в отработавших газах, что приводит к изменению потенциала между электродами.
Чем больше объем кислорода, тем выше уровень напряжения. Рабочая температура циркония, которым покрыт электрод — 300-1000 градусов Цельсия.
Вот почему датчики кислорода конструктивно дополняются подогревателями, необходимыми в момент пуска.
Датчики бывают двух типов — двухточечными и широкополосными. Внешне они похожи, но отличаются конструкцией и принципом действия.
Так, 2-точечный датчик состоит из двух электродов. Его задача — фиксация коэффициента повышенного объема воздуха в топливной смеси.
Что касается широкополосного устройства, то это более современная конструкция. Главная его особенность — применение силы тока закачивания.
При этом конструктивно широкополосный датчик состоит из двух керамических устройств — закачивающего и 2-точечного.
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.
Лямбда-зонд является очень важным элементом системы управления двигателем, а его неисправность может привести к сложностям в управлении автомобилем и стать причиной повышенного износа остальных деталей двигателя. А поскольку он не подлежит ремонту, его необходимо сразу заменить на новый.
Принцип действия
В кислороде присутствуют отрицательно заряженные ионы. Они собираются на электродах из платины и при достижении нужной температуры датчика (где-то 400 градусов Цельсия) создается разность потенциалов (напряжение).
Если смесь слишком обеднена, то объем кислорода в газах будет высоким, и наоборот, если смесь обогащена, то кислорода будет мало.
В первом случае напряжение равно 0,2-0,3 Вольта, а во втором — 0,7-0,9 Вольта.
Система управления мотора поддерживает уровень напряжения около 0,4-0,6 Вольт, то есть уровень лямбда равен 1.0.
В процессе движения происходит изменение режимов работы мотора, что способствует корректировке параметра напряжения в обе стороны. При этом узкополосный датчик может улавливать лишь те параметры, которые выше нуля.
Лямбда-зонд, который установлен после катализатора, имеет такой же принцип действия.
После обработки газов катализатором, уровень кислорода остается неизменным. Это, в свою очередь, позволяет поддерживать оптимальную разницу потенциалов в пределах 0.4-0.6 Вольта.
Как работает датчик кислорода
В современных автомобилях используются различные типы лямбда-зондов. Рассмотрим устройство и принцип работы самого популярного из них — датчика кислорода на диоксиде циркония (ZrO2). Датчик состоит из следующих основных элементов:
- Внешний электрод — контактирует с выхлопными газами.
- Внутренний электрод — контактирует с атмосферой.
- Нагревательный элемент — используется для нагрева лямбда-зонда и более быстрого доведения его до рабочей температуры (около 300 ° C).
- Твердый электролит — расположен между двумя электродами (оксид циркония).
- Корпус.
- Протектор наконечника — имеет специальные отверстия (перфорацию) для входа выхлопных газов.
Внешний и внутренний электроды имеют платиновое покрытие. Принцип действия такого лямбда-зонда основан на возникновении разности потенциалов между чувствительными к кислороду слоями платины (электродами). Это происходит при нагревании электролита, когда через него проходят ионы кислорода из воздуха и выхлопных газов. Напряжение на электродах датчика зависит от концентрации кислорода в выхлопных газах. Чем она выше, тем ниже напряжение. Диапазон напряжения сигнала датчика кислорода составляет от 100 до 900 мВ. Сигнал имеет синусоидальную форму, в которой различают три диапазона: от 100 до 450 мВ — бедная смесь, от 450 до 900 мВ — богатая смесь, 450 мВ соответствуют стехиометрическому составу топливовоздушной смеси.
Широкополосный лямбда-зонд: главные отличия, принцип работы
Широкополосный датчик для измерения уровня кислорода — лямбда-зонд, который монтируется в современных авто.
Его особенность — выполнение функций катализатора на входе в устройство. Измерение необходимых параметров происходит благодаря использованию силы входного тока.
Главное отличие широкополосного датчика заключается в том, что в его составе есть два рабочих элемента — закачивающий и 2-точечный керамический обогреватель.
В процессе закачивания кислород пропускается через соответствующий элемент под действием силы тока.
Принцип действия широкополосного зонда построен на поддержании напряжения в пределах 450 мВ.
Сколько времени работает лямбда-зонд
Первые варианты кислородных датчиков, с двумя проводами, при нормальном режиме эксплуатации работали в районе 50 тыс. км пробега. Новая конструкция зондов с тремя или четырьмя проводами проработает в районе 80 тыс. км. Лямбда-зонды, устанавливаемые в современные автомобили способны отработать до замены около 150 тыс. км.
Отдельный подвид этих датчиков – широкополосные лямбда-зонды, которые проходят не менее 150 тыс. км., обладая рядом преимуществ. Они оборудованы отдельной шкалой вывода, поэтому водитель может в реальном времени видеть, какая смесь подается в двигатель. Это устройство работает во всем диапазоне оборотов и обрабатывает информацию с гораздо большей скоростью. Особенно полезны такие датчики для автовладельцев, которые любят заниматься тюнингом своих моторов.
Видео: Лямбда! Датчик Кислорода и Повышенный расход топлива
К чему приводит неисправность зонда?
Первая неприятность, к которой приводит выход из строя зонда — повышение «прожорливости» авто и ухудшение общей динамики.
Главная причина — искажение показаний датчика, что приводит к отклонению отношения кислорода и топлива.
В случае выхода из строя одного датчика машина остается на ходу (здесь многое зависит от самого транспортного средства).
Есть модели, в которых отказ механизма приводит к расходованию топлива в больших объемах. Как следствие, может понадобиться срочный ремонт.
В случае поломки лямбда-зонда его замена должна производиться только на аналогичный механизм.
Если же установить устройство другого типа, то бортовой компьютер транспортного средства может попросту не воспринимать сигналы нового датчика.
При поломке сразу двух датчиков авто и вовсе оказывается обездвиженным.
Более подробно читайте здесь — признаки неисправностей лямбда зонда.
Причины поломки
Стоит отметить, что датчик кислорода имеет повышенную чувствительность к поломкам.
Причиной выхода из строя может стать:
- Низкое качество топлива. При плохом бензине на лямбда-зонде остаются определенные части свинца. Появление такого напыления ухудшает чувствительность электрода к топливной смеси. Проходит какое-то время и датчик можно выбрасывать.
- Механическая поломка. Сам датчик кислорода может выйти из строя. При этом к основным повреждениям можно отнести дефект корпуса, нарушение обмотки устройства и так далее.
Решается проблема посредством установки нового датчика. Что касается ремонта, то при таких поломках он бесполезен.
3. Чрезмерные объемы топлива, подаваемые в цилиндры мотора, попросту не успевают сгорать и вылетают в систему выхлопа в виде сажи.
Через время черный налет скапливается на узлах системы выхлопа машины и на датчике кислорода в том числе. Как следствие, лямбда зонд начинает работать неправильно.
В качестве «лечения» можно использовать специальные очистители и тряпки, позволяющие убрать загрязнения. Если же датчик забивается регулярно, то лучше его поменять.
Как выявить поломку?
Распознать неисправность лямбда зонда можно по следующим признакам:
- повышению общей токсичности паров выхлопа. Конечно, определить данный показатель на «глазок» не получится. Здесь может помочь только специальный прибор. Если уровень СО сильно возрос, то можно с уверенностью говорить о выходе из строя датчика кислорода;
- увеличение «прожорливости» автомобиля — проблема, которую можно увидеть почти сразу. Единственное, что повышение расхода не обязательно сигнализирует о неисправности датчика;
- загорание лампочки Check Engine — еще один сигнал, что в системе что-то не так. Как показывает практика, загорание данной лампочки связано с поломкой лямбда зонда. Чтобы более точно определить ошибку и выявить дефект, необходимо отправиться на сервис.
Также важно знать как проверить лямбда зонд на исправность.
Неисправность кислородного датчика
Специфическим отказом датчика является его «отравление», в результате чего датчик не реагирует или реагирует медленно на изменение концентрации кислорода. Причиной «отравления» могут быть применение этилированного бензина или силиконовых герметиков при ремонте двигателя. В первом случае датчик покрывается порошкообразным налётом зелёного цвета, а во втором – белого. Отказ ДК контроллер парирует переходом из замкнутого на разомкнутый контур управления, при котором сигнал датчик кислорода не используется. Следует иметь ввиду, что контроллер может оценить исправный датчик кислорода как неисправный, если уровень сигнала длительное время (более 5 сек.) не изменяется по причинам, не связанным непосредственно с датчиком. Например: малая величина сигнала может быть обусловлена пониженным давлением топлива, засорением топливных форсунок, подсосом воздуха в выпускной коллектор и т.д. Большая величина сигнала может быть вызвана негерметичностью форсунок, повышенным давлением топлива из-за неисправности регулятора давления и так далее.
Неисправность датчика может проявляться следующим образом: неустойчивая работа или остановка двигателя на холостом ходу; рывки и/или недостаток мощности и приёмистости двигателя; детонация; повышенная токсичность газов; повышенный расход топлива. Автомобиль следует стараться вести плавно, избегая интенсивных разгонов. Если возникнет необходимость снять датчик кислорода, то не следует делать это на холодном двигателе. Можно сорвать грани датчика. Предварительно прогрейте двигатель, чтобы за счет теплового расширения металла ослабло резьбовое соединение датчика с приёмной трубой. А вообще, это наиболее уязвимый датчик автомобиля с системой впрыска. Его ресурс составляет примерно 50000 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 портит платиновые электроды датчика кислорода за несколько бесконтрольных заправок.
Можно ли отключать лямбда зонд?
Отключение датчика кислорода — дело нескольких минут для специалиста. Только вот польза такой работы вызывает большие сомнения.
С момента отключения лямбда зонда ЭБУ переходит на средние параметры подачи топлива в двигатель, что сказывается на надежности и расходе топлива (как правило, в худшую сторону).
Кроме этого, в случае отключения датчика кислорода может понадобиться и перепрошивка самого ЭБУ автомобиля, ведь постоянно будет «вылазить» ошибка.
Поэтому если лямбда зонд вышел из строя его желательно заменить.
Обманка лямбда зонда: что это?
При замене катализатора пламегасителем или демонтаже устройства сигналы двух лямбда зондов будут идентичны. Это, в свою очередь, неизбежно приведет к ошибкам.
Проблема решается путем установки обманки лямбда зонда.
Она бывает двух видов:
1. Механической.
По своей конструкции это проставка, выполненная из бронзы и имеющая определенные размеры. Внутри узла есть специальная крошка с каталитическим напылением, которая помогает вредным веществам догореть.
2. Электронной.
Такая обманка представляет собой прибор на основе микропроцессора, анализирующего весь процесс прохода выхлопных газов и осуществляющего обработку данных с первого датчика.
Задача — обеспечить корректную работу системы управления мотором в условиях, когда катализатор поломан или удален.
Что такое лямбда-зонд
Если говорить о том, за что отвечает лямбда-зонд, то проще всего охарактеризовать его как прибор, определяющий уровень кислорода, который содержится в отработанных газах.
Дело в том, недостаточный объем воздуха в топливной системе (λ > 1 – бедная смесь) обычно приводит к тому, что углеводороды и образовывающийся угарный газ не будут полностью окисляться. Если же кислорода будет, наоборот слишком много в этой смеси (λ < 1 – богатая смесь), то оксиды азота не будут разлагаться на кислород и азот. Поэтому наличие ЛЗ в любой системе просто необходимо.
Если рассматривать, что такое лямбда-зонд в автомобиле, исходя из его конструкции, то датчик кислорода состоит из следующих элементов:
- Керамического наконечника (обычно изготавливается на основе двуокиси циркония), оснащенного защитными экранами, а также отверстиями для забора выхлопных газов и атмосферного воздуха. Именно эти экраны являются рабочими элементами ЛЗ.
- Теплопроводящих нагревательных элементов, которые находятся внутри керамических наконечников.
- Токосъемников электрического сигнала, расположенных в средней части кислородных датчиков.
Все эти составляющие (кроме чувствительных частей наконечников) закрыты металлическим корпусом с резьбой, благодаря которой деталь фиксируется на корпусе приемной трубы.
