Как работает лямбда зонд до катализатора?

Устройство и принцип работы кислородного датчика

Кислородный датчик – устройство, предназначенное для фиксирования количества оставшегося кислорода в отработавших газах двигателя автомобиля. Он расположен в выпускной системе вблизи катализатора. На основе данных, полученных кислородником, электронный блок управления двигателем (ЭБУ) корректирует расчет оптимальной пропорции топливовоздушной смеси. Коэффициент избытка воздуха в ее составе обозначается в автомобилестроении греческой буквой лямбда (λ), благодаря чему датчик получил второе название – лямбда-зонд.

  1. Коэффициент избытка воздуха λ
  2. Назначение датчиков кислорода
  3. Конструкция и принцип работы кислородного датчика
  4. Ресурс кислородника и его неисправности
  5. Виды лямбда-зондов

Коэффициент избытка воздуха λ

Прежде чем разбирать конструкцию датчика кислорода и принцип его работы, необходимо определиться с таким важным параметром, как коэффициент избытка воздуха топливовоздушной смеси: что это такое, на что влияет и зачем его измеряет датчик.

В теории работы ДВС существует такое понятие как стехиометрическое отношение – это идеальная пропорция воздуха и топлива, при которой происходит полное сгорание топлива в камере сгорания цилиндра двигателя. Это очень важный параметр, на основании которого рассчитывается топливоподача и режимы работы двигателя. Оно равняется 14,7 кг воздуха к 1 кг топлива (14,7:1). Естественно, такое количество топливовоздушной смеси не поступает в цилиндр в один момент времени, это всего лишь пропорция, которая пересчитывается под реальные условия.

Зависимость мощности (P) и расхода топлива (Q) от коэффициента избытка воздуха

Коэффициент избытка воздуха (λ) – это отношение действительного количества воздуха, поступившего в двигатель, к теоретически необходимому (стехиометрическому) для полного сгорания топлива. Говоря простым языком, это “на сколько больше (меньше) воздуха поступило в цилиндр, чем должно было бы”.

В зависимости от значения λ различают три вида топливовоздушной смеси:

  • λ = 1 – стехиометрическая смесь;
  • λ 1 – “бедная” смесь (избыток – воздух; недостаток – топливо).

Современные двигатели могут работать на всех трех типах смеси, в зависимости от текущих задач (экономия топлива, интенсивное ускорение, снижение концентрации вредных веществ в отработавших газах). С точки зрения оптимальных значений мощности двигателя, коэффициент лямбда должен иметь значение около 0,9 (“богатая” смесь), минимальный расход топлива будет соответствовать стехиометрической смеси (λ = 1). Наилучшие результаты по очистке отработавших газов будут также наблюдаться при λ = 1, поскольку эффективная работа каталитического нейтрализатора происходит при стехиометрическом составе топливовоздушной смеси.

Назначение датчиков кислорода

Стандартно в современных автомобилях используется два датчика кислорода (для рядного двигателя). Один перед катализатором (верхний лямбда-зонд), а второй после него (нижний лямбда-зонд). Различий в конструкции верхнего и нижнего датчиков нет, они могут быть одинаковыми, но выполняют разные функции.

Верхний или передний кислородный датчик определяет содержание оставшегося кислорода в отработавших газах. По сигналу с данного датчика блок управления двигателем “понимает”, на каком типе топливовоздушной смеси работает двигатель (стехиометрической, богатой или бедной). В зависимости от показаний кислородника и требуемого режима работы, ЭБУ корректирует количество топлива, подаваемого в цилиндры. Как правило, топливоподача корректируется в сторону стехиометрической смеси. Следует отметить, что при прогреве двигателя сигналы с датчика игнорируются ЭБУ двигателя до достижения им рабочей температуры. Нижний или задний лямбда-зонд используется для дополнительной корректировки состава смеси и контроля исправности работы каталитического нейтрализатора.

Конструкция и принцип работы кислородного датчика

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

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

Устройство наконечника лямбда-зонда

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

Ресурс кислородника и его неисправности

Лямбда-зонд – один из наиболее быстро изнашиваемых датчиков. Это связано с тем, что он постоянно контактирует с отработавшими газами и его ресурс напрямую зависит от качества топлива и исправности двигателя. Например, циркониевый кислородник имеет ресурс порядка 70-130 тысяч километров пробега.

Поскольку работа обоих кислородных датчиков (верхнего и нижнего) контролируется системой бортовой диагностики OBD-II, при выходе из строя любого из них будет зафиксирована соответствующая ошибка, а на панели приборов загорится контрольная лампа неисправности “Check Engine”. Диагностировать неисправность в данном случае можно с помощью специального диагностического сканера. Из бюджетных вариантов стоит обратить внимание на Scan Tool Pro Black Edition.

Сканер Scan Tool Pro Black Edition

Данный сканер корейского производства отличается от аналогов высоким качеством сборки и возможностью диагностики всех узлов и агрегатов автомобиля, а не только двигателя. Также он способен отслеживать показания всех датчиков (в том числе и кислородного) в режиме реального времени. Сканер совместим со всеми популярными диагностическими программами и, зная допустимые по вольтажу значения, можно судить об исправности датчика.

Сигнал исправного кислородного датчика

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

Основные неисправности кислородного датчика:

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

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

Признаки неисправности кислородника:

  • Индикация сигнальной лампы неисправности на приборной панели.
  • Потеря мощности.
  • Слабый отклик на педаль газа.
  • Неровная работа двигателя на холостых оборотах.

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.

Лямбда-зонд — что это, признаки неисправности и способы проверки

Инжекторные двигатели экономичны и дружелюбны к экологии в отличии от карбюраторных моторов. Высоких показателей инженеры добились благодаря датчикам в системе питания. Один из датчиков, который непосредственно влияет на смесеобразование – это лямбда-зонд или кислородный датчик.

Если он выходит из строя, можно наблюдать потерю мощности, большой расход топлива, нестабильную работу мотора.

Зачем в автомобиле нужен лямбда-зонда, место расположения

Лямбда-зонд необходим для измерения коэффициента содержания кислорода в горючей смеси. Он устанавливается всегда в районе приемной трубы до катализатора и измеряет объем несгоревшего кислорода в продуктах сгорания. Эта информация позволит ЭБУ готовить оптимальную смесь.

Наиболее эффективно сгорает смесь, в которой содержится 14,7 частей воздуха и одна часть топлива. Это оптимальные показатели, если кислород присутствует в больших количествах, то смесь бедная, если воздуха меньше, то богатая.

Сгорание богатой смеси менее эффективно – можно наблюдать снижение мощности, повышенный расход топлива.

Так как моторы в автомобилях функционируют на совершенно разных режимах, то оптимальное соотношения воздуха и топлива может не соблюдаться. Для контроля качества смеси в системах питания применяют кислородные датчики.

На основе сигналов от лямбды ЭБУ может оценить качество смеси. Если обнаружены показатели, которые не соответствуют нормам, смесь корректируется.

Принцип работы кислородного датчика

Принцип действия кислородного датчика достаточно простой. Лямбда-зонд должен сравнивать показания с какими-то идеальными результатами, чтобы понимать, как меняется процент кислорода в смеси, поэтому замеры проводятся в двух местах – измеряется атмосферный воздух и продукты сгорания.

Такой подход позволяет датчику чувствовать разницу, если соотношения топливной смеси меняется.

ЭБУ должен получать от лямбда-зонда электрический импульс. Для этого датчик должен уметь преобразовывать замеры в электрические сигналы. Для измерения применяются специальные электроды, которые могут вступать с кислородом в реакцию.

В работе лямбды используется принцип гальванических элементов – смена условий химических реакций приводит к изменению напряжения между двумя электродами. Когда смесь богатая, а содержание кислорода за нижним порогом, тогда напряжение растет. Если смесь обедненная, напряжение будет падать.

Читайте также  Контрактная коробка автомат что это?

Далее импульс, который возникает на этапе химических реакций, отправляется на ЭБУ, где параметры сравниваются с записанными в памяти топливными картами. В результате корректируется работа системы питания.

Датчик кислорода работает на химических реакциях, но при этом конструкция его относительно простая. Главный элемент – специальный наконечник из керамических материалов. В качестве сырья используется диоксид циркония, а реже – диоксид титана.

Наконечник покрыт напылением из платины – именно этот слой и вступает в реакцию с кислородом. Одной стороной этот наконечник контактирует с выхлопными газами, другой стороной – с воздухом в атмосфере.

Электроды лямбда-зонда имеют одну особенность. Так, чтобы реакция проходила эффективнее и показатели были точными, замеры содержания кислорода в выхлопе производятся при условии определенных температур.

Для того, чтобы наконечник вышел на рабочие характеристики и нужную электропроводимость, температура среды должна составлять 300-400 градусов.

Для обеспечения нужного режима температур изначально лямбда-зонд устанавливался в непосредственной близости к выпускному коллектору. Это обеспечивало нужную температуру после прогрева ДВС. В работу датчик вступал не сразу. До того, как лямбда достаточно нагреется и начнет выдавать точные параметры, ЭБУ использовало сигналы других датчиков. Оптимальная смесь в процессе прогрева не приготавливалась.

Некоторые модели кислородных датчиков оснащены электрическими нагревателями. Благодаря им лямбда может быстрее выходить на рабочие температурные режимы. Подогрев использует энергию бортовой сети автомобиля.

Признаки и причины неисправности датчика

При неисправном лямбда-зонде выхлопные газы становятся более токсичными. Определить это можно при помощи специального диагностического оборудования. При этом никаких внешних признаков не будет, также, как и не будет никакого особенного запаха.

Вырастает расход топлива. Водители, как правило следят за тем, насколько наполнен топливный бак, стараются определить скорость, при которой расход минимален. Повышенный расход будет сразу же заметен. В зависимости от серьезности поломки датчика кислорода, расход вырастет в пределах от 1 л до 4 л.

Перегрев каталитического нейтрализатора. Если лямбда неисправна, то в ЭБУ подается неверный сигнал. Это может приводить к неправильной работе катализатора. Он перегревается вплоть до красного цвета и выходит из строя.

Автомобиль будет дергаться, и водитель сможет услышать хлопки. Лямбда перестает формировать правильные сигналы, в результате – нестабильный ХХ. Обороты могут колебаться в очень широких диапазонах.

Снижаются динамические характеристики. Автомобиль теряет мощность. Эти признаки можно наблюдать в сильно запущенных случаях. Датчик не работает на холодном моторе, а автомобиль всячески сигнализирует о неисправности.

Среди причин поломок можно выделить:

  • Повреждения, вызванные сильными ударами, ДТП, наездами на бордюр;
  • Некорректную работу ДВС и проблемы в работе системы зажигания, когда элемент перегревается и выходит из строя;
  • Засор системы и некачественное топливо. Чем больше в бензине тяжелых металлов, тем быстрее лямбда выйдет из строя;
  • Поршневая группа – часто из-за изношенной ЦПГ в выпускной коллектор попадает масло, а продукты его сгорания забивают зонд;
  • Замыкания в электропроводке;
  • Бедная или слишком богатая смесь;
  • Попадание лишнего воздуха в выхлопную систему;
  • Пропуски зажигания;
  • Топливные присадки.

Проверка лямбда-зонд с помощью диагностического устройства

В большинстве случае ДВС сам подсказывает есть ли неисправности в работе датчиков. Самым быстрым и эффективным способом диагностики в таком случае будет подключение ODBII сканера.

Из доступных на рынке вариантов рекомендуем обратить внимание на модель корейского производства Scan Tool Pro Black Edition.

Данное устройство относится к бюджетному сегменту, но в отличие от китайских аналогов на 8-битном чипе, имеет 32-битную базу, что позволяет осуществлять диагностику не только двигателя, но и других систем автомобиля (коробку передач, трансмиссию, ABS, ESP, систему кондиционирования и т.д.).

Сканер достаточно прост в использовании, имеет широкий функционал и совместим с большинством автомобилей начиная с 1993 года выпуска.

Если все плохо, то в ЭБУ будет выдавать следующие ошибки – это P0131, P0134, P0171. Более подробно о них в видео ниже.

Также будет загораться лампочка «проверьте двигатель», но здесь точно установить причину можно только при помощи диагностики. Чек загорается и в случае других проблем.

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.

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.

Читайте также  Для чего нужны щетки на генераторе?

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.

Как работает кислородный датчик в авто

Датчик кислорода: устройство, используемое для регистрации количества кислорода, остающегося в выхлопе двигателя автомобиля. Он расположен в выхлопной системе рядом с каталитическим нейтрализатором. На основе данных, полученных от кислородного датчика, электронный блок управления двигателем (ЭБУ) корректирует расчет оптимальной пропорции топливовоздушной смеси.Коэффициент избыточного воздуха в ее составе обозначается в автомобилестроении греческой буквой лямбда (λ), благодаря чему датчик получил второе название — лямбда-зонд.

  1. Что такое коэффициент избытка воздуха λ
  2. Назначение лямбда-зонда
  3. Как работает датчик кислорода
  4. Продолжительность работы лямбда-зонда
  5. Типы датчика кислорода

Что такое коэффициент избытка воздуха λ

Перед изучением датчика кислорода и принципа его работы необходимо определить такой важный параметр, как коэффициент избытка воздуха в топливовоздушной смеси: что это такое, что на него влияет и почему измеряется датчиком.

В теории работы ДВС есть такое понятие, как стехиометрическое соотношение — это идеальное соотношение воздуха и топлива, при котором в камере сгорания цилиндра двигателя происходит полное сгорание топлива. Это очень важный параметр, на основании которого рассчитываются режимы топливной подачи и работы двигателя. Это соответствует 14,7 кг воздуха на 1 кг топлива (14,7: 1). Конечно, такое количество топливовоздушной смеси не попадает в цилиндр одновременно, это всего лишь пропорция, которая пересчитывается для реальных условий.

Коэффициент избытка воздуха (λ) — это соотношение между фактическим количеством воздуха, поступающего в двигатель, и теоретически необходимым (стехиометрическим) количеством для полного сгорания топлива. Проще говоря, это «насколько больше или меньше воздуха попало в цилиндр, чем должно быть».

По значению лямбды различают три типа топливовоздушных смесей:

  • λ = 1 — стехиометрическая смесь;
  • λ 1 — «бедная» смесь (избыток воздуха; недостаток топлива).

Современные двигатели могут работать со всеми тремя типами смесей, в зависимости от текущей деятельности (экономия топлива, интенсивный разгон, снижение концентрации загрязняющих веществ в выхлопных газах). С точки зрения оптимальных значений мощности двигателя коэффициент лямбда должен иметь значение около 0,9 («богатая» смесь), минимальный расход топлива соответствует стехиометрической смеси (λ = 1). Наилучшие результаты по очистке выхлопных газов также наблюдаются при λ = 1, так как эффективная работа каталитического нейтрализатора происходит при стехиометрическом составе топливовоздушной смеси.

Назначение лямбда-зонда

В современных автомобилях в стандартной комплектации используются два кислородных датчика (для рядного двигателя). Один перед катализатором (верхний лямбда-зонд) и второй после него (нижний лямбда-зонд). Разницы в конструкции верхнего и нижнего сенсоров нет, они могут быть одинаковыми, но выполняют разные функции.

Верхний или передний кислородный датчик определяет остаточный кислород в выхлопных газах. По сигналу этого датчика блок управления двигателем «понимает», на какой топливовоздушной смеси работает двигатель (стехиометрическая, богатая или обедненная). В зависимости от значений датчика кислорода и требуемого режима работы, ЭБУ регулирует количество топлива, которое подается в цилиндры. Обычно подача топлива регулируется в сторону стехиометрической смеси.

Следует отметить, что при прогреве двигателя сигналы датчиков блоком управления двигателем игнорируются, пока не будет достигнута рабочая температура.

Нижний или задний лямбда-зонд используется для дополнительной регулировки состава смеси и контроля работы каталитического нейтрализатора.

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.

Продолжительность работы лямбда-зонда

Лямбда-зонд — один из датчиков, который изнашивается довольно быстро. Это связано с тем, что он постоянно контактирует с выхлопными газами, а его ресурс напрямую зависит от качества топлива и исправности двигателя. Например, кислородный датчик из циркония имеет ресурс от 70 до 130 000 километров пробега.

Читайте также  Fwd в письме что значит?

Поскольку работа обоих кислородных датчиков (верхнего и нижнего) контролируется бортовой диагностической системой OBD-II, при выходе из строя одного из этих датчиков регистрируется соответствующая ошибка и загорается дисплей «Проверьте двигатель» на панели приборов. В этом случае неисправность можно диагностировать с помощью специального диагностического сканера. Из «бюджетников» можно обратить внимание на Scan Tool Pro Black Edition.

Этот сканер корейского производства отличается от аналогов высоким качеством сборки и возможностью диагностики всех узлов и агрегатов автомобиля, а не только двигателя. Он также может отслеживать показания всех датчиков (включая кислород) в режиме реального времени. Сканер совместим со всеми распространенными диагностическими программами. Знание допустимых значений напряжения поможет вам оценить состояние датчика.

Если кислородный датчик работает правильно, характеристика сигнала представляет собой гладкую синусоидальную волну, которая показывает частоту переключения не менее 8 раз в течение 10 секунд. Если датчик вышел из строя, форма сигнала будет отличаться от эталонной формы или его реакция на изменение состава смеси значительно замедлится.

Основные неисправности лямбда-зонда:

  • износ при работе (старение);
  • неисправность нагревательного элемента;
  • загрязнение.

Все эти типы проблем могут быть вызваны использованием некачественного топлива, перегревом, добавлением различных присадок, попаданием в рабочую зону датчика масел и моющих средств.

Признаки неисправности датчика:

  • Активация лампа неисправности на приборной панели.
  • Потеря мощности.
  • Плохая реакция на педаль газа.
  • Работа двигателя на холостом ходу с рывками.

Типы датчика кислорода

Помимо оксида циркония используются также широкополосные и титановые датчики кислорода.

  1. Титановые. Этот вид сенсора имеет чувствительный элемент из диоксида титана. Рабочая температура такого датчика начинается с 700 ° C. Титановые лямбда-зонды не требуют атмосферного воздуха, так как их принцип действия основан на изменении выходного напряжения в зависимости от концентрации кислорода в выхлопных газах.
  2. Широкополосный. Это улучшенная модель лямбда-зонда. Он состоит из цикрониевого датчика и закачивающего элемента. Первый измеряет концентрацию кислорода в выхлопных газах и регистрирует напряжение, вызванное разностью потенциалов. Затем измеренное значение сравнивается с эталонным значением (450 мВ), и в случае отклонения подается ток, в результате чего ионы кислорода впрыскиваются из выхлопных газов. Так продолжается до тех пор, пока напряжение не будет соответствовать заданному.

Лямбда-зонд — очень важный элемент системы управления двигателем и его неисправность может затруднить управление автомобилем и вызвать больший износ других частей двигателя. А поскольку он не подлежит ремонту, его нужно сразу же заменить на новый.

Лямбда-зонд или датчик кислорода

Дата: december 29, 2016 4:06 pm

Найдите специалиста по чип-тюнингу

Сделайте чип-тюнинг у проверенного специалиста с выдачей сертификата и возможностью манибэка.

АДАКТ против удаления корректно работающего катализатора.
Узнайте про возможные последствия для автомобиля.

Назначение лямбда-зонда (датчика кислорода) — передача информации о составе рабочей смеси с выпускного коллектора в ЭБУ. Качество сгорания топливно-воздушной смеси (ТВС) напрямую влияет на работу двигателя.

Корректная работа помогает:

  • Повысить производительность мотора благодаря определению близкого к идеалу пропорции впрыскиваемого топлива и воздуха.
  • Уменьшить выработку вредных газов (CO, CH, NOx), выбрасываемых в атмосферу и наладить экономичную работу автомобиля за счет правильно подобранного состава рабочей смеси.

На современные автомобили с инжекторным двигателем ставят один или несколько катализаторов и два и более датчика кислорода. Где они установлены? Зависит от вида авто. Распространены системы с двумя устройствами, которые расположены до и после катализатора. Таким образом определяется избыток кислорода в смеси до попадания газов в устройство. В автомобилях с одним зондом — установлен спереди, на выпускном коллекторе.

Как работает датчик кислорода

ЭБУ отмеряет количество подаваемого топлива с помощью форсунок, задавая объем на определенной момент. Зонд обеспечивает обратную связь, что позволяет точно определить пропорции бензина, дизеля или газа. ЭБУ запрашивает информацию один раз в 0.5 секунды на холостом ходу. На повышенных оборотах частота запросов пропорционально увеличивается. Анализируя данные, блок управления корректирует состав ТВС, делая её беднее или богаче. Поддержание оптимальной ТВС — назначение лямбда-зондов. Идеальным соотношением воздуха и топлива считается пропорции 14.7:1 (бензин), 15.5:1 (газ) и 14.6:1 (дизель).

Виды ДК по устройству конструкции и принцип работы:

  • Двухточечный, узкополосный (простой). Работает основываясь на измерении количества кислорода в выхлопных газах. Чем беднее ТВС, тем ниже напряжение, богаче — выше.
  • Широкополосный. Генерирует сигнал более широкого диапазона для точной оценки пропорции в ТВС.

Срок службы лямбда-зонда

Средняя продолжительность жизни на российском бензине 40 000–100 000 км. Для увеличения срока службы рекомендуется заливать качественное топливо с низким содержанием примесей и тяжелых металлов. Самодиагностикой определить неисправность достаточно сложно, установить причину — практически невозможно. Это может быть износ, низкое качество бензина, механическое повреждение и другие факторы.

Если у вас возникли подозрения в неисправности ДК, обратитесь к профессиональным диагностам. При помощи осциллограммы специалист определит причины неисправности и подскажет пути устранения.

Из-за чего выходит из строя лямбда-зонд

  • Механическое повреждение. Сильный удар в результате аварии, наезда на бордюр или езды по бездорожью отрицательно влияет на состояние зонда;
  • Некорректная работа двигателя и неисправности системы зажигания приводят к перегреву ДК и поломке;
  • Засорение системы. Основной причиной неисправности будут продукты сгорания некачественного топлива. Чем больше тяжелых металлов, тем скорее он забьется;
  • Поломка в поршневой группе. Неисправные поршень, поршневой палец и шатун пропускают масло в выхлопную систему, которое забивает зонд;
  • Попадание жидкости. Загрязнение любого вида сократит срок работы зонда;
  • Замыкание в проводке;
  • Слишком богатая или бедная топливно-воздушная смесь;
  • Разгерметизация выпускной системы пропускает воздух и отработавшие газы, что выводит лямбда-зонд из строя;
  • Пропуски зажигания;
  • Присадки и «улучшайзеры» топлива;
  • Естественный износ.

Выход из строя лямбда-зонда происходит постепенно. Последствия выливаются в аварийный режим управления двигателем. Так производители уберегают машину от серьезных поломок, а водителя от аварийных ситуаций.

Неисправность предотвращается регулярной профилактикой и диагностикой, выявляющей поломки на начальных стадиях. Если кислородный датчик вышел из строя, читайте о способах его отключения.

Признаки неисправности лямбда-зонда

  • Повышается уровень токсичности газов. Определить токсичность можно с помощью диагностики. Внешне никак не диагностируется, даже запах выхлопа практически не изменится.
  • Увеличивается расход топлива. Каждый автомобилист следит за наполненностью бака, старается найти свою крейсерскую скорость, когда расход минимальный. Поэтому увеличившееся потребление топлива заметит сразу. В зависимости от серьезности неисправности, он вырастает на 1–4 литра. Повышенный расход, конечно, способен вызвать не только неисправный ДК.
  • Выдаются ошибки кислородного датчика (P0131, P0135, P0141 и другие), загорается «Check Engine». Обычно чек появляется при неисправности зондов или катализатора. Диагностика установит точную причину.
  • Перегревается катализатор. Неисправные лямбда-зонды подают неправильные сигналы в ЭБУ, что может привести к некорректной работе катализатора, его перегреву вплоть до раскаленного состояния, и последующего выхода из строя.
  • Появляется дерганье и нехарактерные хлопки в двигателе. Лямбда-зонды перестают генерировать правильный сигнал, из-за чего дестабилизируется работа оборотов холостого хода. Обороты колеблются в широком диапазоне, что приводит к ухудшению качества топливной смеси.
  • Ухудшаются динамические характеристики автомобиля, теряется мощность, тяга. Подобные признаки появляются в запущенных ситуациях. Неисправные датчики также перестают работать на непрогретом двигателе, а машина различными способами сигнализирует о неполадках в системе.

Если вас беспокоит один из этих признаков, обратитесь к специалисту. С помощью диагностического оборудования он определит точную область поломки и поможет в исправлении. На карте ниже вы можете выбрать ближайшего профессионального диагноста и записаться к нему прямо с нашего сайта.

Как проверить лямбда-зонд

Итак, автомобиль едет рывками, повысился расход топлива, загорелся «Check Engine». Признаки не характерны только для поломки лямбды, поэтому нужна полная диагностика систем. Но если вы уверены, что дело в нем, рассказываем, как проверить датчик своими руками.

Проверять кислородные датчики рекомендуют через замер значений напряжения. Подобную проверку мультиметром, тестером и омметром можно провернуть в собственном гараже.

Порядок действий следующий:

  1. Прогрейте двигатель до рабочей температуры.
  2. Снимите и осмотрите зонд и проводку на предмет механических повреждений и загрязнений. Если он погнут, поцарапан или покрыт наростом сажи, свинцовым налетом, белым или серым нагаром, меняйте.
  3. Проверьте работоспособность лямбда-зонда омметром. Часто причина неисправности кроется в поломке спирали подогрева или проводов к нему. Как его «прозвонить»? Присоедините омметр между проводами нагревателя, предварительно отсоединенные от колодки. При исправной работе сопротивление сигнальной цепи на разных автомобилях варьируется от 2 до 10 Ом и от 1 ком до 10 мОм в цепи подогрева. Если его нет совсем, в проводке обрыв.
  4. Протестируйте сигнал зонда с помощью мотор-тестера, стрелочного вольтметра или осциллографа. Подсоедините тестер между проводом массы и сигнальным, поднимите обороты до 3 000 Нм, засеките время и следите за показаниями. Они должны изменяться от 0.1 до 0.9 вольт. Рекомендуем заменить датчик, если диапазон изменений меньше или за 10 секунд сменилось меньше 9–10 показаний. Причина ошибки может быть в «усталости» и медленном отклике системы.
  5. Проверьте исправность лямбда-зонда через опорное напряжение. Заведите машину, измерьте напряжение между массой и сигнальным проводом. Если показатели отличаются от 0.45 вольт больше, чем на 0.2, датчик или цепи в цепи, ведущие к нему, неисправны.

Если нет приборов для проверки, обратитесь к специалистам. Они проведут полную диагностику и точно назовут причину неисправности за меньшие деньги и время, которые бы вы потратили на покупку устройств и выявление неисправности самостоятельно.

Комментарии

Задайте вопрос или поделитесь своим мнением.