Лямбда-зонд: принципы его работы и особенности замены

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 – устройства.

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.

К примеру, его можно использовать в качестве заземления или же для питания нагревательного элемента.

Особенность современных лямбда-зондов в том, что они взаимозаменяемы и имеют схожую конструкцию.

К примеру, можно менять датчики с подогревом на устройства без подогрева. При этом возможны проблемы с разъемами или невозможностью запитать устройство.

В случае нехватки проводов их можно проложить самостоятельно, а в качестве разъема использовать контакты автомобиля.

Маркировка может отличаться, но провод подачи сигнала всегда окрашивается в черный цвет.

«Масса» может быть желтой, серой или белой.

Функции и принцип действия датчика лямбда.

Для обеспечения идеального коэффициента конверсии каталитического нейтрализатора требуется обеспечить оптимальное сгорание топливо-воздушной смеси. В случае бензинового двигателя это достигается при соотношении воздух-топливо, равном 14,7 кг воздуха на 1 кг топлива, такой состав называется стехиометрическая топливная смесь.

Стехиометрическая смесь — это состав смеси в таких пропорциях топлива и воздуха, при которых происходит полное сгорание смеси без остатка избыточного кислорода. Теоретический коэффициент избытка воздуха топливной стехиометрической смеси равен единице.

Эта оптимальная смесь обозначается греческой буквой λ (лямбда). Лямбда используется для выражения соотношения воздуха между теоретическим потреблением воздуха и фактическим потоком воздуха:

λ = поток подаваемого воздуха: теоретический поток воздуха равен единице.

λ = 14,7 кг: 14,7 кг = 1

Принцип лямбда-датчика основан на измерении сравнения кислорода. Это означает, что оставшееся содержание кислорода в выхлопных газах (приблизительно 0,3–3%) сравнивается с содержанием кислорода в окружающем воздухе (около 20,8%).

Если остаточное содержание кислорода в выхлопных газах составляет 3% (обедненная смесь), возникает напряжение 0,1 V из-за разницы по сравнению с содержанием кислорода в окружающем воздухе.

Если оставшееся содержание кислорода составляет менее 3% (богатая смесь), напряжение датчика возрастает до 0,9 V пропорционально увеличению разницы. Содержание оставшегося кислорода измеряется с помощью нескольких лямбда-зондов.

Исправность лямбда-зондов обычно проверяют во время испытания на выбросы выхлопных газов. Поскольку он подвержен определенному износу, его следует регулярно проверять, чтобы убедиться, что он работает должным образом.

Как часто нужно проверять лямбда-зонд? Ответ: приблизительно каждые 30 000 км, например, при проведении техобслуживания в автосервисе.

За ужесточением законов, направленных на сокращение выбросов выхлопных газов, последовало усовершенствование технологии последующей обработки выхлопных газов.

Основные виды лямбда-зондов

В конструкции современного автомобиля могут присутствовать следующие лямбда-зонды:

1. Циркониевый.

Самая популярная модель, которая изготавливается на основе диоксида циркония.

Работает рассматриваемый элемент по принципу гальванического элемента с твердым электролитом в виде специального наконечника.

Изготовленный из керамики и циркония наконечник со всех сторон покрыт защитными пластинами из пористых платиновых электродов, которые выполняют роль проводников тока. Стоит отметить, что свойства электролита активизируются только при нагреве диоксида циркония выше +350 °C. Получается, что лямбда-зонд будет выдавать ошибку, если не прогреется до определенной температуры. Быстрый нагрев устройства осуществляется благодаря встроенной нагревательной конструкции с керамическим изолятором.

Обратите внимание! Повышение температуры до +950 °C может привести к перегреву датчика и его дальнейшей поломке.

Посредством прохождения через небольшие просветы в защитном кожухе выхлопные газы поступают к наружной части наконечника. Воздух, в свою очередь, проникает внутрь датчика через специальную пройму в корпусе устройства или пористую уплотнительную крышку.

Разница потенциалов формируется благодаря перемещению ионов кислорода по электролиту между наружным и внутренним платиновыми электродами.

Напряжение на электродах обратно пропорционально объемам кислорода в выхлопной системе.

При наличии оповещения, поступающего от датчика, блок управления выравнивает содержание компонентов топливовоздушной смеси. Напряжение, поступающее от лямбда-зонда, каждую секунду меняется по несколько раз, что позволяет оптимизировать состав смеси независимо от режима работы ДВС.

В зависимости от количества проводов лямбда-зонды из циркония делятся на несколько групп:

  • однопроводные – оснащены одним сигнальный проводом, при этом контакт на массу осуществляется через корпус;
  • двухпроводные – имеют сигнальный и заземляющий провода;
  • трех- и четырехпроводные – подразумевают наличие системы нагрева, а также подведенных к ней управляющих и заземляющих проводов.

2. Титановый.

Внешне схож с циркониевым, но в данном случае чувствительная деталь датчика изготовлена из диоксида титана. Объемное сопротивление устройства меняется с учетом изменения количества кислорода в смеси: от 1 кОм при богатой смеси до более 20 кОм при бедной. Вместе с этим меняется проводимость титанового элемента, о чем лямбда-зонд сообщает блоку управления. Эффективность датчика рассматриваемого вида достигается только при температуре +700 °C, поэтому без нагревательного элемента здесь не обойтись.

Титановый лямбда-зонд имеет высокую цену и сложную конструкцию, что отрицательно сказывается на популярности данных устройств.

3. Широкополосный.

В отличие от вышеописанных моделей, широкополосные приборы имеют конструкцию, состоящую из двух камер: измерительной и насосной.

В измерительном отсеке поддерживается такой состав газов, при котором лямбда равна единице. Что касается насосной камеры: если мотор работает на бедной смеси, камера убирает лишний кислород из диффузионного зазора в атмосферу, а если на богатой – пополняет диффузионное отверстие недостающим кислородом из внешней среды. Направление тока для перемещения кислорода в разные стороны меняется, а его величина пропорциональна объемам бесцветного газа.

Нормальное функционирование широполосных датчиков возможно при температуре +600 °C, что достигается за счет работы нагревательного элемента в датчике.

Широкополосные датчики кислорода детектируют лямбду от 0,7 до 1,6.

Как понять, что лямбда-зонд вышел из строя и заменить его: советы автолюбителей

1. Если лямбда-зонд неисправен, заметны нарушения в работе двигателя.

«Основная функция лямбда-зонда заключается в определении окиси углерода в выхлопных газах того или иного транспортного средства. С учетом данных, получаемых от датчика кислорода, регулируется подача топлива в цилиндры. Когда лямбда-зонд неисправен, нарушения в работе двигателя очевидны: слишком большой расход топлива, специфический запах после глушения и т. д. Менять на резистор бессмысленно, поскольку компьютер воспринимает постоянное сопротивление резистора за неисправность».

2. Основной признак поломки лямбда-зонда – набор скорости.

«При неисправности лямбда-зонда обнаружил несколько характерных моментов (повышенные обороты, большой расход бензина и т. д.). Но самым явным признаком для меня стал набор скорости: авто сперва разгоняется, потом затыкается, и так снова и снова. Такое ощущение, что газ сбрасываешь, а потом опять выжимаешь. После замены датчика все описанные проблемы, в том числе и с набором скорости, исчезли».

3. Замена лямбда-зонда должна быть обоснованной.

«Хочется сказать о том, что вероятность деформации проводов намного выше вероятности поломки самого датчика. При первых подозрениях в поломке лямбда-зонда следует разъединить разъем, внимательно его осмотреть, а также обследовать провода на предмет их целостности. В местах входа в разъем провода часто пережимаются и теряют свою функциональность. После этого необходимо проверить работу датчика, а именно: измерить напряжение в различных режимах работы двигателя».

4. При замене лямбда-зонда нужно учитывать один очень важный нюанс.

«Процесс замены датчика нельзя назвать сложным, но он требует определенной подготовки. Самая важная часть предшествующего работе процесса – подготовка специального ключа на 22 с прорезью, который понадобится, чтобы снять датчик.

Без такого приспособления лямбда-зонд может не поддаться. Стандартный рожковый ключ, как правило, не позволяет захватить основание датчика из-за наличия возле него отливов на выпускном коллекторе. При отсутствии отливов ключом можно повредить грани у гайки датчика, ведь она сильно прикипает к выпускному коллектору и изготовлена из довольно мягкого металла.

Столкнувшись с данной проблемой, я узнал, что оригинальный ключ для автомобиля «Хонда» стоит больше 70 евро, потому решил изготовить приспособление для снятия лямбда-зонда самостоятельно.

Расскажу, как. Во-первых, взял накидной ключ на 22 и приварил к нему гайку на 30. После этого на ключе и приваренной к нему гайке сделал сквозную прорезь на одном боку. Она нужна для того, чтобы заводить внутрь ключа и гайки провода лямбды, ведь разъем на концах проводов датчика кислорода не проходит через накидной ключ на 22.

Итак, разъем лямбда-зонда нужно продеть через дополнительный накидной ключ на 30, который уже прикреплен к гайке на 30, приваренной к ключу на 22. Этими двумя ключами можно отвернуть даже наглухо закрепленную лямбду. Получается просто, экономно и эффективно».

5. Лямбда-зонд можно заменить своими руками.

«У меня получилось заменить лямбда-зонд на своем автомобиле самостоятельно.

Оригинальной устройство было однопроводным, и на замену я также купил однопроводной лямбда-зонд фирмы Bosh.

Опишу алгоритм замены:

  • Нагреваем двигатель (так будет легче открутить винты крепления крышки выпускного коллектора и сам датчик).
  • Отключаем «минус» аккумулятора.
  • Разъединяем разъем подключения лямбды.
  • Анализируем ситуацию: смотрим, можно ли выкрутить лямбда-зонд и есть ли подходящий для этих целей инструмент (о том, как изготовить приспособление для снятия лямбды читайте чуть выше).
  • Выкручиваем датчик. Пробуем установить замену, проверяем, подходит ли резьба, смотрим на глубину вкручивания.
  • На расстоянии 15 см от корпуса лямбда-зонда отрезаем провода. Действия, описанные в этом пункте и в следующем актуальны для случаев, если вы имеете дело с неоригинальным датчиком.
  • Соединяем провод нового датчика с проводом от старого лямбда-зонда. В стандартную комплектацию к устройству обычно входит соединительная трубка размером 2-3 см. Провод нового датчика вставляем в термотрубку, которая также входит в комплект.

Зачищаем провода (не более 1 см) и вставляем в трубку с двух сторон. Затем сжимаем трубку максимальным усилием и проверяем надежность соединения. В конце термотрубку следует завести на место соединения и прогреть эту область при помощи зажигалки (не забывайте вращать соединение в процессе нагрева).

  • Закручиваем новый датчик, присоединяем разъем.
  • Устанавливаем защитную крышку коллектора.
  • Подключаем «минус» аккумулятора, включаем двигатель, а затем проверяем его работу».

Как проверить лямбда-зонд мультиметром

Когда наблюдаются рывки при движении, повышенный расход горючего, и горящий “чек”, то стоит провести диагностику. Эти признаки могут говорить и о других неисправностях, но если есть мультиметр, то можно проверить кислородный датчик своими руками. Специалисты рекомендуют проверять лямбду через измерение напряжений.

Но прежде любых измерений нужно прогреть ДВС. Если лямбда холодная, она не будет работать. Также рекомендуется по возможности снять датчик и осмотреть его и проводку на предмет грязи и повреждений. Если датчик деформирован, электрод поцарапан или покрыт сажей, нагаром, то лучше его заменить.

Измерения напряжения в цепи подогрева

Включают зажигание, щупами протыкают провода, которые идут к нагревателю. Можно также втыкать щупы мультиметра в разъем. Напряжение будет примерно равно напряжению в бортовой сети. Если двигатель не запущен, то напряжения может и не быть.

Обычно плюс приходит к нагревателю напрямую. Минус подает блок управления. Если отсутствует плюс, следует проверить цепи от аккумулятора до датчика. Если отсутствует минус, тогда нужно проверить цепь от ЭБУ до датчика.

Проверка нагревателя

Можно проверить работоспособность кислородного датчика при помощи омметра. Очень часто поломка связана со спиралью подогрева или проводкой к ней.

Для проверки омметр присоединяют между контактами нагревателя. Если нагреватель исправен, то омметр покажет сопротивление от 2 до 10 ОМ. В цепи подогрева сопротивление будет от 1 кОм до 10 мОм. Если сопротивления нет, то стоит поискать обрыв в проводке.

Опорное напряжение

Имея под рукой мультиметр, можно проверить опорное напряжения. Для этого включают зажигание, затем измеряют напряжение между проводом сигнала и массой.

В правильно работающей лямбде напряжение будет в пределах 0,45 В. Если имеются отличия хотя-бы на 0,2 В, то проблемы с сигнальной цепи или плохая масса.

Проверка сигнала с датчика осциллографом

Двигатель необходимо прогреть. Осциллограф подключают между сигналом и массой. Затем поднимают обороты до 3000 и наблюдают за изменениями показаний. Сигнал должен меняться в пределах от 0,1 В до 0,9 В. Если осциллограф точный и видно, что изменения в более узком диапазоне, то лямбда неисправна.

Также стоит засечь время, в течении которого показания опускаются от большего уровня к меньшему. За 10 секунд показания должны меняться 10 раз. Если смены происходят реже, тогда может появиться ошибка под датчику.

Как определить, сколько датчиков кислорода установлено в автомобиле

Чтобы выяснить, сколько лямбда-зондов находится в вашем автомобиле, можно обратиться в автосервис, где вам выдадут распечатку с данными о диагностике ЛЗ (обычно это снимок днища машины с выделенными датчиками). Однако можно сэкономить и найти их самостоятельно.

В первую очередь необходимо выяснить в каком году был изготовлен автомобиль. Если вы являетесь владельцем АТС, произведенного до 2000 года, то, скорее всего, в нем установлен только 1 ЛЗ. В более современных машинах, выпущенных после «нулевых» обычно находится 2 или 4 датчика.

Чтобы определить их количество еще точнее необходимо уточнить объем двигателя. Если он составляет:

  • меньше 2 литров, то в машине вы найдете 2 ЛЗ (один будет расположен в подкапотном пространстве, где вы легко его заметите, а второй – под днищем авто);
  • больше 2 литров, то в авто будет 4 датчика (2 верхних, расположенных в подкапотном пространстве и 2 нижних – под днищем машины).

Найти верхние датчики довольно просто (именно их чаще всего меняют), для этого:

  • Откройте капот авто.
  • По центру подкапотного пространства под пластиковой крышкой с наименованием марки машины вы найдите мотор авто.
  • Осмотрите пространство вокруг двигателя и найдите массивные трубы (выпускной коллектор), которые одной стороной примыкают к мотору, а другой уходят вглубь.
  • На выпускном коллекторе найдите небольшую деталь цилиндрической формы, длина которой будет порядка 5-7 сантиметров. Это и будет лямбда-зонд (или несколько, в этом случае один датчик будет расположен справа, а другой – слева).

Стоит отметить, что информация о том, для чего нужен лямбда-зонд и где он расположен, интересует автовладельцев далеко не из-за праздного интереса. Дело в том, что согласно сервисным книжкам разных автомобилей эти элементы нужно менять после определенного пробега. Обычно замене подлежат ЛЗ поработавшие более 80 тысяч километров, однако, исходя из практики, датчики способны выдерживать нагрузки вдвое больше, если вы будете придерживаться нескольким рекомендациям.

Установка нового датчика лямбда зонда в автомобиль

После установки правильной запасной части убедитесь, что ее связь с контроллером двигателя микропроцессора верна. Для этой цели он тестирует, запускает и настраивает различные циклы вождения, пока контроллер не распознает от 3 до 5 типичных циклов, предопределенных производителем автомобилей. Если это условие не выполняется, индикатор предупреждения MIL отключится после следующего запуска двигателя. После этой первоначальной конфигурации бортовой диагностической системы начинается надлежащее функционирование самого лямбда-зонда. Если процедуры установки не соблюдаются или несовместимый кислородный датчик, проблемы, характерные для поврежденного зонда, снова появятся, так как на самом не будет работать оптимально, что отрицательно скажется на расходе топлива и выбросах.

Замены с качеством оригинальных деталей Лямбда-зонды, разработанные для вторичного рынка, производятся в соответствии со стандартами OE, благодаря которым они идеально подходят к автомобилю. Это проверяется в нескольких тестах во время производственного процесса, так что каждый продукт соответствует 100% требований к спецификации. Кроме того, зонды покрыты специальными покрытиями для предотвращения образования сажи и других загрязнителей. Программа лямбда-зонд для вторичного рынка включает 356 частей с 3558 возможными приложениями.

Проголосуйте, понравилась ли вам статья?

Принцип работы лямбда-зонда

Как известно, в настоящее время пока ещё не изобретено способов, как повысить КПД технического устройства до 100%. Автомобильный двигатель не является исключением – в этом сложном агрегате существует немало узлов, в которых происходят энергетические потери. В частности, сгорание топливовоздушной смеси в цилиндрах происходит не полностью, о чём свидетельствует наличие в выхлопном газе остатков кислорода и углеводородов.

Так вот, лямбда-зонд как раз и представляет собой датчик, в задачи которого входит определение химсостава выхлопа. А если быть точнее – содержимого в нём кислорода. В норме этот показатель должен находиться в пределах 0.1-0.3%. Увеличение данного значения будет свидетельствовать о переобогащённой смеси, что для ДВС так же плохо, как и работа на обеднённой ТВС.

Лямбда-зонд в большинстве случаев устанавливается в оконечной части системы выпуска отработанных газов, перед и после выпускного коллектора (следует отметить, что вместо обычного глушителя в таких случаях присутствует его модифицированная разновидность – каталитический нейтрализатор).

Разумеется, прогресс не стоит на месте – конструкция лямбда-зонда постоянно совершенствуется. Двухканальная компоновка как более простая в изготовлении характерна для транспортных средств эконом-класса, а также автомобилей, производившихся, начиная с 80-х годов прошлого века. В настоящее время преобладают системы широкополосного типа – такой лямбда-зонд оказывает более положительное воздействие работу двигателя, поскольку умеет определять состав выхлопа с гораздо большей точностью.

Если перечислить, на что влияет лямбда-зонд в машине, то окажется, что улучшение качественного состава ТВС – это отнюдь не самоцель. Благодаря более эффективному горению смеси удаётся заметно увеличить общий ресурс силового агрегата, добиться ощутимого снижения расхода топлива, а также решить проблему нестабильной работы мотора на ХХ.

Если рассмотреть более детально, как работает лямбда-зонд, то оказывается, что он не может формировать однородный сигнал, поскольку сам принцип работы силового агрегата основан на генерации неоднородного количества циклов за единицу времени. Так что можно утверждать, что кислородный датчик в общем случае реагирует на отсутствие стабильности в функционировании мотора, и оповещение об этом бортового компьютера и является основной задачей этого устройства.

Проще говоря, кислородные датчики в режиме реального времени отсылают данные в ЭБУ (вернее, в блок бортового компьютера, специализирующийся на управлении работой топливной системой), а уже там происходит анализ этих данных. Он заключается в усреднении полученной информации и сравнении результата с эталонным значением. В качестве таковой принято считать стехиометрическую топливовоздушную смесь, в которой на 1 объёмную часть горючего приходится 14.7 объёмных частей атмосферного воздуха. Такое соотношение обозначается буквой λ и принимается за единицу. Если лямбда (вот и ответ на вопрос, почему устройство называется лямбда-зондом) меньше единицы – смесь обогащённая, то есть объёмная доля топлива больше единицы. В противном случае говорят об обеднённой ТВС.

ЭБУ корректирует работу топливной системы таким образом, чтобы коэффициент λ всегда был равен единице, благоприятствуя самому эффективному сгоранию топлива и повышению КПД двигателя до максимально возможного значения.

Если отключить лямбда-зонд, даже при идеально настроенном механизме подачи ТВС, со временем он будет сбиваться. А неоптимизированное сгорание горючего – это следующие неприятные моменты:

  • перегрев силового агрегата;
  • более быстрый износ всех компонентов системы выхлопа, включая каталитический нейтрализатор;
  • увеличенный расход технических жидкостей (масла, горючего, ОЖ);
  • быстрое прогорание клапанов, поршней, колец;
  • заметное снижение мощности (тяги) мотора на всех режимах.

Поэтому так важно поддерживать кислородные датчики в исправном состоянии

Как работает датчик кислорода

Итак, измерение кислорода в топливной системе происходит в выпускном коллекторе. Здесь обязательно располагается датчик, который определяет кислородные объемы. Второй датчик лямбда зонда может находиться на выходе катализатора для дополнительной точности измерения уровня кислорода.

Чтобы разобраться с механизмом функционирования датчика лямбда зонда рассмотрим алгоритм его работы.

    1. Запустившийся движок прогревается без участия этого элемента. Система автомобиля пользуется другими источниками информации.
    2. А вот когда температура достигает 300 градусов по Цельсию в штатный режим входит кислородный датчик лямбда зонд. Дело в том, что лишь при достижении этой температуры электролит получает проводимость, возникает выходное напряжение на электродах.
      В холодное время, например, зимой достичь необходимой температуры бывает очень сложно. На помощь приходит система дополнительного прогрева, которая в любом случае создаст необходимый уровень температуры.
    3. В зависимости от вида используемого датчика концентрации кислорода различает принцип сбора информации.

Принцип работы лямбда зонда двухточечного зависит от электродов. Уровень кислорода влияет на их напряжение. Если уровень напряжение свидетельствует об избытке кислорода, то информация формируется одна, при недостатке кислорода другая.

Широкополосный lambda зонд — более сложная конструкция из двух элементов. На электродах этого датчика имеет постоянное напряжение, которое становится меньше или больше в зависимости от содержания кислорода.

Результаты проверки топлива в каждом случае передаются в другие системы автомобиля для формирования оптимальной смеси для дальнейшего впрыска.

Иллюстрация работы

По каким причинам может быть нарушена работоспособность датчика

Что такое лямбда зонд? — это сложное механическое устройство, которое подвержено поломкам. Они возникают по следующим причинам.

  1. Некачественный или очень старый корпус устройства может потерять свою герметичность. Вследствие этого происходит проникновение внутрь газов, грязи, воздуха, которые делают корректную работу невозможной.
  2. Несмотря на то, что зонд работает при высоких температурах, он также может быть подвержен излишнему перегреву. Чаще всего это происходит при увеличении заводской мощности мотора техническими энтузиастами.
  3. Существует установленный гарантийный срок работы. После его прохождения зонд может потерять свои свойства.
  4. Использование некачественного дизеля или бензина, а также этилированного топлива разоряет рабочую поверхность датчика и также приводит к его выводу из строя.
  5. Одна из наиболее актуальных причин для нашей страны. Вследствие езды по плохим дорогам внутренние элементы датчика могут быть повреждены. Дальнейшая эксплуатация становится невозможной.

Внешний вид

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий