Сколько лямбда зондов в автомобиле?

Что такое лямбда зонд (кислородный датчик) — устройство, принцип работы, проверка

Любой современный автомобиль состоит из множества важных узлов и агрегатов, и каждая деталь играет свою важную роль. Практически все узлы взаимосвязаны, и их работа представляет собой общий слаженный механизм, работу которого контролирует бортовой компьютер. Опытный автомеханик, понимая и анализируя назначение и роль той или иной запчасти, быстро определит неисправность, одной из них.

Что такое датчик лямбда и какую роль он играет

Поговорим о важных датчиках – лямбда зондах. Лямбда зонд, он же датчик кислорода, он же О2-сенсор – анализатор для измерения и фиксации изменения концентрации кислорода в выхлопных газах. Впервые это устройство разработала и выпустила в середине 70‑х годов компания Bosch. Основная задача этой детали, состоит в подаче сигнала на блок управления – до конца ли происходит сгорание топливно-воздушной смеси. Владея этой информацией можно эффективно уменьшить расхода топлива.

Повторимся: датчик кислорода вычисляет количество кислорода в отработанных газах, и основываясь на этих показателях определяется их состав. Согласно теоретическим постулатам механики на 1 кг топлива должно приходиться 14,7 кг воздуха, при таких условиях топливно-воздушная смесь сгорает без остатка, не образовывая излишек вредных веществ. Пропорция 14,7 : 1 – является фактором избыточного количества воздуха. Эта единица обозначается буквой греческого алфавита — лямбда «Л». Объясняя доступными словами:

• если число лямбда 1, то смесь «бедная» – количество топлива в ней меньше.

Как устроен датчик?

Внешне он похож на капсулу или цилиндр с резьбой (напоминает свечу зажигания) — под его защитным металлическим колпачком находится керамический элемент, выполнен он из диоксида циркония – это цирконовые датчики. Есть титановые датчики, в некоторых моделях, более старых, эту же функцию выполняет элемент из оксида титана. Это твёрдый электролит, как известно, он пропускает электрический ток, но не пропускает газы. Газопроницаемое контактное платиновое покрытие расположено снаружи и внутри керамического элемента – выполняет роль катализатора. На нём зафиксированы сигнальные провода. Попросту – два электрода.

⇒Подробное описание можно прочесть здесь vaznetaz.ru/lyambda-zond.⇐

Внутренняя часть керамики взаимодействует с воздухом, а внешняя поверхность с угарными выхлопными газами. Возникает разница содержания молекул кислорода в выхлопных газах и окружающем воздухе, что приводит к перемещению ионов кислорода из области с высоким содержанием кислорода в область с низким его содержанием. Ионы перемещаются через керамический элемент, который является твёрдым электролитом. Разница в количестве кислорода снаружи и внутри сенсора формирует сигнальное напряжение 0,45 Вт, попросту говоря, в ходе данной химической реакции вырабатывается слабый электрический ток. Он фиксируется сигнальным проводом. Обеднённая и обогащённая топливно-воздушная смесь генерирует разные показатели напряжения:

• « бедная» топливно-воздушная смесь — 0,1 Вт;
• « богатая» топливно-воздушная смесь – 0,9 Вт.

Лямбда датчик фиксирует в минимальном диапазоне отклонения лямбды. Устанавливаются О2 сенсоры в выпускной трубе коллектора, где собираются выхлопные газы из нескольких цилиндров.

Принцип работы циркониевого кислородного датчика
1 – твердый электролит ZrO2; 2, 3 – наружный и внутренний электроды; 4 – контакт заземления; 5 – «сигнальный контакт»; 6 – выхлопная трубаКаждый автолюбитель знает, что работа двигателя внутреннего сгорания автомобиля на обогащённой топливной смеси чревата массой неприятных симптомов, негативно сказывающихся на техническом состоянии транспортного средства. Читайте также на /vaznetaz.ru/ “Почему машина дёргается при движении на малых оборотах”

Виды лямбда датчиков

Классифицируются кислородные датчики по количеству контактов (одно‑, двух‑, трёх‑, четырёх- и даже пятиконтактные):

• одноконтактный датчик напрямую подключается к компьютеру двигателя контактным проводом, масса в нём идёт через корпус датчика;
• в двухконтактном датчике – один провод сигнальный, второй – масса;
• в трёхконтактом: один провод – сигнальный, второй – масса; третий провод подключается к нагревательному элементу;
• четырёх- и пятиконтакные датчики, в них три провода, выполняют те же функции, что и в трёхконтактом, четвертый и пятый контакт может быть дополнительным нагревательным элементом, либо заземлением (в зависимости от года выпуска и марки авто).

В наиболее современных моделях автомобилей используются датчики с принудительным нагревом. Для чего он нужен? Нагревательный элемент был внедрён в эти устройства для более высокой точности их показаний. При запуске двигателя в зимний период, датчик нагревается слишком быстро, и в этот момент искажает информацию о количестве кислорода в выхлопных газах. Нагревательный элемент предварительно нагревает его, что повышает точность показаний и продляет срок службы самого кислородного сенсора. Также лямбда зонды отличаются способами крепления в выпускном коллекторе. Чаще всего датчики, просто вворачиваются внутрь коллектора. Другие модели имеют фланцевое крепление с отверстиями для крепежа, которым зонд крепится к коллектору. На авторынке представлены датчики разных производителей, наиболее доступными по цене являются запчасти азиатских производителей. Также выпускаются универсальные лямбда зонды, в комплекте с ними идут провода и клеммы. Датчики, предназначенные для конкретных моделей автомобилей, комплектуются разъёмами. Надо отметить, что эта деталь стоит немалых денег. А потому его неисправность может огорчить автовладельца. Но, вообще, это расходник и его ресурс весьма ограничен.

Какие бывают неисправности и их признаки

Когда лямбда датчик подаёт некорректные данные на блок управления, то автовладельцу следует насторожиться. Кислородные сенсоры в процессе эксплуатации «обитают» в довольно агрессивной среде: высокие температуры и резкие их перепад, воздействие высокого давления и постоянные вибрации.

1. Одной из главных причин выхода из строя датчика кислорода, может стать некачественное топливо. Достаточно на нём проехать 100–200 км. При поступлении переобогащённой топливной смеси, поступающей в двигатель, бензин полностью не сгорает, образуется сажа, которая откладывается на поверхности датчика, он покрывается чёрным налётом. При использовании хорошего топлива, ресурс у датчиков рассчитан на 150000 км (это касается трёх- и четырёхконтактных датчиков).
2. Ещё одной причиной неточных показаний может стать изношенность двигателя. Когда в камеру сгорания забрасывается масло. Оно догорает на электроде и тем самым приближает гибель лямбда датчика.
3. Неправильно выбранный датчик относительно конкретной модели автомобиля. И некорректно установленный, также приведёт к погрешностям в его показаниях.

В автомобилях последних годов выпуска при неисправности О2 сенсора бортовой компьютер показывает ошибку – «Чек Энджин», переводя автомашину в аварийный режим. При вышедшем из строя О2 сенсоре значительно повышается расход топлива, и ухудшается работа двигателя. При повышенных оборотах появляются характерные звуки в выхлопной трубе, появляется запах бензина и прочие неприятности.

Диагностика лямбда датчика

Как самостоятельно проверить исправен ли датчик кислорода? Что делать если компьютер выдаёт ошибку, связанную с работой лямбда зонда? Итак, самодиагностика.

1. Проверяется опорное напряжение — понадобится мультитестер, переводят его в режим вольтметра, щупы подсоединяют к сигнальному кабелю и к проводу массы. В норме этот показатель должен быть равен 0,45 Вт.
2. Далее, проверяется есть ли напряжение в цепи подогрева датчика, все тем же тестером, переведя его в режим вольтметра. Оно не должно отличаться от бортовой сети авто – 12 Вт. Измерения производят при включенном зажигании. В случае, когда на нагревательный элемент датчика не приходит «плюс», то следует обратить внимание на аккумулятор, предохранитель, датчик. Если нет «минуса», то следует проверить цепь до блока управления.
3. Протестировать сопротивление нагревателя в датчике, при помощи омметра — щупами измеряется данный показатель между проводами нагревателя (в пределах 2 — 10 Ом). Если показания отсутствуют, то в нагревателе обрыв.
4. Проверка сигнала О2-сенсора понадобится мотор тестер, стрелочный вольтметр или осциллограф. Это диагностика несколько сложнее предыдущих. Предварительно двигатель прогревается до рабочей температуры, а это примерно 60 градусов, чтобы прогрелся сам датчик. Щупы размещаются между сигнальным проводом и проводом массы.
5. Обороты двигателя доводят до 3000 об/мин и наблюдать за изменениями показателей (от 0,1 до 0,9 Вт). Когда диапазон колебаний меньше этого отрезка, значит датчик кислорода закоксован и подлежит замене. Следует замерить время колебания этих показаний: за 10 секунд их должно быть не меньше 9 — 10. Если изменения происходят реже, то возможно – ошибка: «медленный отклик датчика кислорода», в этом случае он также нуждается в замене.

Не у всех есть возможность произвести диагностику самостоятельно, такие автовладельцы должны воспользоваться услугами автосервиса, где опытные специалисты, при помощи специальной техники, обнаружат неисправность и предложат варианты её устранения. Не стоит игнорировать ошибки, которые выдает бортовой компьютер, следует внимательно следить за поведением своего автомобиля. Своевременно менять отработавшие расходники. И тогда транспортное средство будет служить долгие годы без замен серьезных и дорогих узлов, таких, как двигатель.

Лямбда-зонд (кислородный датчик): как устроен и за что отвечает?

На автомобилях с электронным зажиганием для ограничения выброса вредных веществ в атмосферу устанавливают лямбда зонд, который реагирует на содержание углекислоты и других опасных примесей. Свое название этот элемент получил по букве греческого алфавита, которая выбрана для обозначения коэффициента избытка воздуха в топливовоздушной смеси.

Устанавливают кислородный датчик в магистрали выхлопа. Зная, что такое лямбда зонд в автомобиле и как он устроен, можно выбрать оптимальное решение при обнаружении неполадок.

Что такое лямбда зонд в машине и для чего он нужен

Назначение лямбда-зонда — контроль уровня вредных примесей в выхлопных газах. Этот элемента позволяет поддерживать содержание углекислоты в пределах 0,2 – 0,3 %. Основная функция — подача электрического сигнала в электронный блок управления силового агрегата. Это единственное, на что влияет лямбда зонд, но роль датчика нельзя преуменьшать.

Установкой кислородных датчиков в выхлопной трубе нового автомобиля занимается производитель. В дальнейшем при эксплуатации машины рекомендуются визуальная проверка и компьютерное тестирование лямбда-зонда не реже одного раза в год или после 10 – 15 тыс. км пробега. Если компонент будет поврежден или изношен, то придется его заменить. Если не получается замерить содержание кислорода, это может станет причиной поломки двигателя.

Устройство и принцип работы лямбда зонда

Лямбда зонд представляет собой обычный электрический элемент, через который проходят выхлопные газы. Устройство датчика кислорода предполагает наличие внутри корпуса токопроводящего элемента, электродов, сигнального контакта и заземления. Выходной электрический сигнал формируется при изменении напряжения в зависимости от состава выхлопного потока.

Работа датчика основана на принципе сравнения уровня кислорода в отработавших газах и атмосферном воздухе. Установка внутри трубы до и после каталитического нейтрализатора полностью исключает попадание вредных веществ за пределы системы. Электрическая схема в устройстве такого датчика кислорода задействуется только после разогрева до температуры 300 – 400 ºC, что необходимо для появления электропроводимости твердого электролита.

Принцип работы лямбда зонда позволяет выявить даже малейшее превышение норм по опасным веществам. Но даже при заправке горючего высокого качества с минимальным содержанием примесей через 100 – 150 тыс. км пробега датчики кислорода, а часто и катализаторы (нейтрализаторы), приходится менять.

Каких видов бывают лямбда зонды?

Независимо от того, как работает датчик кислорода и в какой части системы он установлен, для получения электрического сигнала о составе выброса внутри предусмотрен твердый электролитический элемент. В зависимости от типа этого компонента различают следующие виды зондов:

• циркониево-оксидные, способные определить количество воздуха в топливе в относительной величине (больше/меньше);
• датчики с высокой чувствительностью, способные точно определить соотношение компонентов топливной смеси (Denso);
• титановые, которые работают без доступа атмосферного кислорода.

На автомобили устанавливают датчики, предназначенные для конкретной марки или модели, а также изделия универсальной конструкции. Последние не комплектуют оригинальным разъемом – его, увы, приходится искать отдельно.

Информацию о составе выхлопа на контроллер подают и датчики других видов, которые отличаются количеством контактов (1- 6), способом установки (резьба/фланец), а также узко- или широкополосные модели по диапазону измерения (до коэффициента 1,6). Все варианты подключаются и работают по аналогичной схеме с передачей сигнала в ЭБУ для корректировки состава топливовоздушной смеси и объема впрыска топлива.

Распространённые причины неисправностей лямбда зонда и способы их устранения

Датчики содержания кислорода в топливовоздушной смеси со временем выходят из строя, что можно определить по нестабильной работе двигателя и увеличенному расходу горючего. Причины неисправности лямбда — это заправка топлива низкого качества, неполадки системы приготовления и подачи горючего, попадание на датчик спецжидкостей. Неполадки проявляется следующими признаками:

• резкий рост оборотов до максимальных значений и мгновенное отключение мотора;
• ухудшение качества подаваемой в цилиндры смеси, снижение полноты сгорания;
• колебания оборотов холостого хода;
• значительное снижение мощности при увеличении оборотов;
• сбои в работе электронных блоков из-за задержек в подаче сигналов с датчика;
• движение автомобиля рывками;
• появление в двигательном отсеке звуков, которые нехарактерны при нормальной работе мотора;
• поздний впрыск при нажатии педали.

Для восстановления работоспособности электроники и системы впрыска понадобится замена или правильная очистка лямбда зонда. При очистке нужно снять керамический наконечник и удалить загрязнения при помощи химических средств.

Заключение

Даже одна–две заправки топливом низкого качества могут стать причинами выхода из строя лямбда зонда. В таких случаях нарушается работа ЭБУ мотора, что и приводит к сбоям. Чтобы восстановить питание двигателя горючим и устранить неполадки, приходится заменять компонент, поскольку чистка считается малоэффективным способом.

Почему при неисправном датчике кислорода машина плохо едет и расходует много бензина?

Датчик кислорода или лямбда-зонд – устройство, устанавливаемое в выпускном коллекторе. Его основная задача контролировать количество кислорода, оставшегося после сгорания топливной смеси. По стандартам эта смесь формируется в пропорции 1 к 14,7, при отклонении данного показателя лямбда-зонд передает команду в ЭБУ о нарушении качества воздушно-топливной смеси. В некоторых автомобилях устанавливают второй зонд после катализатора. Если работа датчика кислорода нарушена или он вообще вышел из строя, возникают проблемы в работе двигателя:

• машина неадекватно реагирует на нажатие педали газа;
• появляется запах топлива в салоне;
• существенно увеличивается расход топлива (до 2 раз);
• выхлоп имеет резкий запах.

Зачем нужен кислородный датчик

Этот конструктивный элемент появился в 1976 году, и первые лямбда-зонды были выпущены немецким концерном Bosch. Его появление было вызвано тем, что в середине 70-х годов прошлого века случился резкий скачок цен на нефть, поэтому большинство автовладельцев задумались об экономичности своих машин. Благодаря датчику удалось достигнуть ощутимой экономии топлива без снижения мощности.

Датчик лямбда-зонд анализирует количество несгоревшего в выхлопе кислорода. Если его много, то подаваемая в цилиндры смесь – бедная, когда его мало – воздушно-топливная смесь слишком обогащена. Благодаря этим данным электронный блок управления регулирует соотношение воздуха и горючего в смеси, что позволяет достигнуть максимально эффективности при работе, а это приводит к экономии топлива. Идеальный показатель – на сгорание 1 кг топлива должно потребляться 14,7 кг воздуха. Стандартный кислородный датчик находится в выпускном коллекторе.

С 90-х годов на автомобили стали устанавливать два лямбда-зонда – верхний кислородный датчик непосредственно на выходе из двигателя, а нижний датчик после катализатора. Первый зонд контролирует качество подаваемой топливной смеси, а второй – следит за состоянием катализатора, что важно для соблюдения экологических норм.

Из-за плохого качества топлива и других проблем нижний датчик кислорода часто выходит из строя. Решать эту проблему пытаются разными способами, один из них – программное отключение, другой – механическая обманка лямбда-зонда. Такая обманка датчика кислорода работает очень просто – в ней делается дополнительное отверстие или устанавливается сеточка для доступа воздуха извне. В результате концентрация выхлопа и вредных веществ в нем снижается и зонд считает, что с экологией все нормально. Более надежный вариант — перепрошивка ЭБУ.

Устройство лямбда-зонда

Чтобы понять принцип работы датчика кислорода, нужно знать его устройство. В лямбда-зонде установлены два электрода. Внешний электрод взаимодействует непосредственно с выхлопом, внутренний электрод взаимодействует с атмосферным воздухом. Между этими электродами располагается слой диоксида циркония. Существуют титановые зонды, которым не требуется контакта с атмосферой, но они встречаются очень редко и стоят дорого.

В результате взаимодействия с различными средами на электродах возникает разное напряжение, результирующее значение которого передается по проводу в ЭБУ. Из этих данных делается вывод о богатстве или бедности смеси. При значениях от 0,1 до 0,45 В – смесь обедненная, в диапазоне 0,45-0,9 В – смесь обогащенная. Идеальное соотношение воздушно-топливной смеси достигается при 0,45 В.

Первые модели датчиков кислорода работали только до 3000 оборотов двигателя, а после этого он переходил на усредненные параметры обогащения смеси. Но современные лямбда-зонды работают во всем диапазоне оборотов, что обеспечивает лучшую эффективность и экономичность.

Диагностика

Проверку лямбда-зонда осуществляют, не снимая его с автомобиля. Для этого берется специальное приспособление и присоединяется к эклектической системе, после заводится двигатель. Чтобы датчик начал работать, его нужно разогреть до 300 градусов, а титановый зонд – до 700.

Значения напряжения на устройстве должны меняться в диапазоне от 0,1 до 0,9 В примерно 8 раз в 10 секунд. Это означает, что датчик работает правильно и никаких проблем с ним не возникает. Если частота смены показателей уменьшается, зонд не работает нормально и скоро выйдет из строя. При полном выходе из строя на экране диагностического аппарата высвечивается одно значение.

Что происходит при неисправном кислородном датчике

В случае неисправности лямбда-зонда, когда напряжение на нем не меняется, ЭБУ начинает обогащать рабочую смесь, обеднять ее он не будет, поскольку это приводит к более серьезным последствиям.

Специфический запах начинает проникать в салон, а расход топлива возрастает в 2 раза. При этом разгоняется автомобиль гораздо хуже, поскольку топливо заливает цилиндры, иногда из выхлопной трубы доносятся характерные хлопки.

Что приводит к поломке лямбда-зонда

Устройство датчика кислорода таково, что главным его врагом являются высокие температуры. При удалении катализаторов, без соответствующей компенсации, температура выхлопных газов увеличивается, что со временем это приводит к выходу зонда из строя.

Вторая проблема – попадание антифриза в выхлопные газы. Но если охлаждающая жидкость попадает в камеры сгорания, а из них в выхлопной коллектор, поломка кислородного датчика – это наименьшая из проблем.

Третья распространенная причина поломки – попадание масла на электроды. Это происходит, когда выкинутое из мотора масло попадает на турбину, где оно выгорает, а пары попадают в лямбда-зонд, который выходит из строя. Выгорающие масляные брызги существенно поднимают температуру в выхлопном коллекторе.

При изготовлении тюнингованных систем выхлопа датчик кислорода иногда устанавливают снизу. Это ошибка, поскольку образующийся конденсат и твердый осадок приведут к быстрой коррозии электродов, и устройство сломается. Поэтому лямбда-зонд устанавливают сверху магистрали и еще под углом 45 градусов, чтобы поток выхлопных газов заходил правильнее.

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

Датчики от сторонних производителей

Чтобы улучшить работу двигателя или просто заметить кислородный датчик, вышедший из строя, автовладельцы обращаются к вариантам от сторонних производителей, выпускающих, в том числе, и широкополосные датчики. Для этого лучше брать продукцию известных компаний, среди которых популярны:

1. АЕМ performance electronics;
2. INNOVATE motorsports;
3. Depo Racing.

Каждый из этих брендов предлагает несколько типов и поколений датчиков кислорода, которые отличаются приемлемым уровнем точности и надежности. Есть определенные нарекания к широкополосным зондам от Depo Racing, но и здесь многие специалисты поспорили бы.

Зонды от INNOVATE motorsports требуют предварительной калибровки. Для этого их нужно подключить на воздухе, чтобы они установили нужное значение, и только после этого устанавливать в выхлопную систему. Иногда в них возникают проблемы с контроллерами и другой электронной начинкой. Наименьшее количество проблем возникает с АЕМ performance electronics, но они стоят дороже всего.

При установке широкополосного лямбда-зонда нужно знать, что он не переносит перегрева. Поэтому они устанавливаются на расстоянии не менее 40, а лучше 50 см от турбины или начала штанов выпускного коллектора.

Заключение

Датчик кислорода – необходимый элемент любого современного двигателя. Благодаря ему мотор понимает, что происходит в камерах сгорания, достаточно ли топлива в них поступает или нужно увеличить количество воздуха в смеси. Бедные смеси приводят к детонации и преждевременному износу двигателя, разрушению поршневой группы и цилиндров. При излишне богатой смеси в камерах сгорания образуется нагар, кроме того, она смывает масло со стенок цилиндров, что тоже приводит к ускоренному износу.

При замене лямбда-зонда можно обращаться к сторонним производителям, перепиновав несколько проводов и получив более точное и надежное устройство. При этом ускоренная передача информации позволяет работать по более адекватному алгоритму, оперативно реагируя на изменившиеся условия. В результате это поможет сэкономить деньги на топливе, избежать проблем с богатой или бедной смесью, а двигатель будет работать в идеальном для него режиме.

pawolny › Blog › Вся правда про лямбда-зонд

Бензиновому двигателю для работы требуется смесь с определенным соотношением воздух-топливо. Соотношение, при котором топливо максимально полно и эффективно сгорает, называется стехиометрическим и составляет оно 14,7:1. Это означает, что на одну часть топлива следует взять 14,7 частей воздуха. На практике же соотношение воздух-топливо меняется в зависимости от режимов работы двигателя и смесеобразования. Двигатель становится неэкономичным. Это и понятно!

Коэффициент избыточности воздуха — L (лямбда) характеризует — насколько реальная топливно-воздушная смесь далека от оптимальной (14,7:1). Если состав смеси — 14,7:1, то L=1 и смесь оптимальна. Если L 1, значит налицо избыток воздуха, смесь бедная. Мощность при L=1,05 — 1,3 падает, но зато экономичность растет. При L > 1,3 смесь перестает воспламеняться и начинаются пропуски в зажигании. Бензиновые двигатели развивают максимальную мощность при недостатке воздуха в 5-15% (L=0,85 — 0,95), тогда как минимальный расход топлива достигается при избытке воздуха в 10-20%% (L=1,1 — 1,2). Таким образом соотношение L при работе двигателя постоянно меняется и диапазон 0,9 — 1,1 является рабочим диапазоном лямбда-регулирования. В то же время, когда двигатель прогрет до рабочей температуры и не развивает большой мощности (например работает на ХХ), необходимо по возможности более строгое соблюдение равенства L=1 для того, чтобы трехкомпонентный катализатор смог полностью выполнить свое предназначение и сократить объем вредных выбросов до минимума.

Датчик кислорода — он же лямбда-зонд — устанавливается в выхлопном коллекторе таким образом, чтобы выхлопные газы обтекали рабочую поверхность датчика. Материал его как правило циркониевый (используется керамический элемент на основе двуокиси циркония, покрытый платиной) — гальванический источник тока, меняющий напряжение в зависимости от температуры и наличия кислорода в окружающей среде. Конструкция его предполагает, что одна часть соединяется с наружним воздухом, а другая — с выхлопными газами внутри трубы. В зависимости от концентрации кислорода в выхлопных газах, на выходе датчика появляется сигнал. Уровень этого сигнала, для датчиков систем впрыска конца 80-х — начала 90-х годов, может быть низким (0,1…0,2В) или высоким (0,8…0,9В). Таким образом датчик кислорода — это своеобразный переключатель (триггер), сообщающий контроллеру впрыска о качественной концентрации кислорода в отработавших газах. Фронт сигнала между положениями «Больше» и «меньше» очень мал. Настолько мал, что его можно не рассматривать всерьез. Контроллер принимает сигнал с ЛЗ, сравнивает его с значением, прошитым в его памяти и, если сигнал отличается от оптимального для текущего режима, корректирует длительность впрыска топлива в ту или иную сторону. Таким образом осуществляется обратная связь с контроллером впрыска и точная подстройка режимов работы двигателя под текущую ситуацию с достижением максимальной экономии топлива и минимизацией вредных выбросов.

Лямбда-зонды бывают одно-, двух-, трех- и четырехпроводные. Однопроводные и двухпроводные датчики применялись в самых первых системах впрыска с обратной связью (лямбда-регулированием). Однопроводный датчик имеет только один провод, который является сигнальным. Земля этого датчика выведена на корпус и приходит на массу двигателя через резьбовое соединение. Двухпроводный датчик отличается от однопроводного наличием отдельного земляного провода сигнальной цепи. Недостатки таких зондов: рабочий диапазон температуры датчика начинается от 300 градусов. До достижения этой температуры датчик не работает и не выдает сигнала. Стало быть необходимо устанавливать этот датчик как можно ближе к цилиндрам двигателя, чтобы он подогревался и обтекался наиболее горячим потоком выхлопных газов. Процесс нагрева датчика затягивается и это вносит задержку в момент включения обратной связи в работу контроллера. Кроме того, использование самой трубы в качестве проводника сигнала (земля) требует нанесения на резьбу специальной токопроводящей смазки при установке датчика в выхлопной трубопровод и увеличивает вероятность сбоя (отсутствия контакта) в цепи обратной связи.
Указанных недостатков лишены трех- и четырехпроводные лямбда зонды. В трехпроводный ЛЗ добавлен специальный нагревательный элемент, который включен как правило всегда при работе двигателя и, тем самым, сокращает время выхода датчика на рабочую температуру. А так же позволяет устанавливать лямбда-зонд на удалении от выхлопного коллектора, рядом с катализатором. Однако остается один недостаток — токопроводящий выхлопной коллектор и необходимость в токопроводящей смазке. Этого недостатка лишен четырехпроводный лямбда-зонд — у него все провода служат для своих целей — два на подогрев, а два — сигнальные. При этом вкручивать его можно так как заблагорассудится.

Несколько слов о взаимозаменяемости датчиков. Лямбда-зонд с подогревом может устанавливаться вместо такого же, но без подогрева. При этом необходимо смонтировать на автомобиль цепь подогрева и подключить ее к цепи, запитываемой при включении зажигания. Самое выгодное — в параллель к цепи питания электробензонасоса. Не допускается обратная замена — установка однопроводного датчика вместо трех- и более- проводных. Работать не будет. Ну и конечно необходимо, чтобы резьба датчика совпадала с резьбой, нарезанной в штуцере.

Как понять насколько работоспособен датчик? Ввобще-то для этого потребуется осциллограф. Ну или специальный мотор-тестер, на дисплее которого можно наблюдать осциллограмму изменения сигнала на выходе ЛЗ. Наиболее интересными являются пороговые уровни сигналов высокого и низкого напряжения (со временем, при выходе датчика из строя, сигнал низкого уровня повышается (более 0,2В — криминал), а сигнал высокого уровня — снижается (менее 0,8В — криминал)), а также скорость изменения фронта переключения датчика из низкого в высокий уровень. Есть повод задуматься о предстоящей замене датчика, если длительность этого фронта превышает 300 мсек. Это усредненные данные. В реальной жизни для оценки состояния лямбда-зонда необходимо провести цикл измерений. Не имея под рукой мотор-тестера или осциллографа определить неисправность лямбда-зонда можно пользуясь бортовой системой диагностики, существующей в контроллере системы впрыска, которая фиксирует в своей памяти случаи, когда сигнал с ЛЗ выходил за определенные пределы. Фиксация неисправностей производится при помощи запоминания специальных кодов, которые могут быть считаны в тестовом режиме. Однако не всегда можно с уверенностью поставить четкий диагноз о неисправности лямбда-зонда пользуясь только бортовой системой диагностики. Об этом стоит помнить! Не поленитесь съездить на диагностику.

На что менять? Самое лучшее — это менять датчик на такой, какой стоит в списке запчастей для Вашего автомобиля. В таком случае гарантия работоспособности системы после замены будет 100%. Но не всегда по финансовым соображениям выгодно гоняться за оригинальными каталожными датчиками. Ведь тот же Bosch выпускает лямбда-датчики и для других моделей. И они по принципу работы одинаковы, а внешне очень похожи. Ну и что, что каталожный номер будет стоять другой. При правильной установке и грамотном подборе можно съэкономить весьма кругленькую сумму, купив «жигулевский» датчик от фирмы Bosch за 10-20$ вместо точно такого же по сути, но фирменного за 100$ и работать он будет ничуть не хуже. Найти ЛЗ в магазине сейчас можно все чаще и чаще, а значит они будут дешеветь.

Порядок замены ЛЗ таков:

1. Отсоединить кабель ЛЗ от электропроводки.

2. Снять старый ЛЗ используя подходящий ключ. Лучше если это будет высокая головка или накидной — так вероятность повредить грани приржавленного ЛЗ будет меньше, но у меня нормально открутился на работающем моторе накидным ключом. Снимать датчик стоит при работающем двигателе. Т.е. пока трубопровод и датчик горячий. В противном случае есть вероятность отломать датчик или сорвать резьбу, т.к. металл сжимается и выворачивать очень трудно. Выкручивайте датчик до тех пор, пока из отверстия не пойдет дымок. Потом глушите машину и откручивайте совсем.

3. Отрезать аккуратно провода от старого ЛЗ и соединить с проводами нового, которые тоже придется отрезать от колодки. Схема соединения зависит от того — какой ЛЗ Вы купили. Но обычные цвета и предназначение проводов даны чуть выше, на картинках.

4. Следует иметь ввиду, что если штатный лямбда-зонд трехпроводный, то у него провода подписаны (см. на разъеме) «А» и «Б» — подогрев, «С» — сигнальный. Провода подогрева белого цвета (полярность не имеет значения), а сигнальный провод — черный.

5. Четвертый (незадействованный ранее) провод стоит вывести и надежно прикрутить к массе двигателя. Проверить также соединение двигателя с массой корпуса. Я прикрутил его под болт крепления главного тормозного цилиндра (в торце кронштейн) — мне так показалось удобнее.

6. Вкрутить новый ЛЗ. Если он четырехпроводный, то токопроводящая смазка не нужна. Достаточно графитовой — для смазки резьбовых соединений.

7. Соединение проводов не стоит осуществлять скруткой проводов — этот вариант ненадежен и долго не проживет. Самое лучшее — это спаять все положенные провода и хорошенько заизолировать. Паять провода стоит до того, как ЛЗ установлен в трубе, т.е. на столе.

Как проверить лямбда-зонд своими руками?

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.

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

Проверка осциллографом

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.

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.