Что такое лямбда-зонд. Как датчик кислорода регулирует работу двигателя

В статье:

• Что это за зверь и что он контролирует
• Как устроен и функционирует кислородный датчик
• Возможные проблемы с датчиком кислорода
• Проверка исправности λ-зонда
• Как продлить жизнь кислородного датчика

Нынешние автомобили буквально напичканы всевозможными сенсорами, с помощью которых контролируется давление в шинах и тормозной системе, температура антифриза и масла в системе смазки, уровень топлива, скорость вращения колес, угол поворота руля и многое другое. Целый ряд датчиков служит для регулирования режимов работы двигателя. Среди них устройство с загадочным названием лямбда-зонд, о котором и пойдет речь в данной статье.

Что это за зверь и что он контролирует

Греческой буквой лямбда (λ) обозначают коэффициент, который характеризует отклонение состава воздушно-топливной смеси, подаваемой в цилиндры двигателя, от оптимального. Отметим, что в русскоязычной технической литературе для этого коэффициента часто используется другая греческая буква — альфа (α).

Максимальная эффективность ДВС достигается при определенном соотношении объемов воздуха и горючего, поступающих в цилиндры. В такой смеси воздуха ровно столько, сколько нужно для полного сгорания топлива. Ни больше, ни меньше. Данное соотношение воздуха и топлива именуется стехиометрическим. 

Для силовых агрегатов, работающих на бензине, стехиометрическое соотношение равно 14,7, для дизельных агрегатов — 14,6, для сжиженного газа (пропан-бутановая смесь) — 15,5, для сжатого газа (метан) — 17,2.

Для стехиометрической смеси λ = 1. Если λ больше 1, значит воздуха больше, чем требуется, и тогда говорят об обедненной смеси. Если λ меньше 1, смесь называется обогащенной.

Обедненная смесь снизит мощность двигателя и ухудшит экономичность расхода топлива. А при определенной пропорции мотор просто заглохнет.

В случае работы на обогащенной смеси мощность возрастет. Цена такого умощнения — большой перерасход горючего. Дальнейшее увеличение доли топлива в смеси вызовет проблемы с воспламенением и неустойчивую работу агрегата. Недостаток кислорода не даст топливу сгорать полностью, что резко увеличит концентрацию вредных веществ в выхлопе. Бензин будет частично догорать в выхлопной системе, вызывая повреждение глушителя и катализатора. На это будут указывать хлопки и темный дым из выхлопной трубы. При появлении подобных симптомов для начала следует проверить воздушный фильтр. Возможно, он просто засорился и не пропускает воздух в мотор.

Блок управления двигателем постоянно контролирует состав смеси в цилиндрах и регулирует количество впрыскиваемого топлива, динамически поддерживая значение коэффициента λ максимально близким к 1. Правда, в реальности обычно используется слегка обедненная смесь, у которой λ = 1,03…1,05. Это максимально экономичный режим, к тому же он минимизирует вредные выбросы, так как наличие небольшого количества кислорода дает возможность дожигать угарный газ и углеводороды в каталитическом нейтрализаторе.

Лямбда-зонд как раз и является тем прибором, который осуществляет мониторинг состава воздушно-топливной смеси, выдавая соответствующий сигнал на ЭБУ двигателя. 

Устанавливается он обычно на входе каталитического нейтрализатора и реагирует на присутствие кислорода в отработанных газах. Поэтому лямбда-зонд еще называют датчиком остаточного кислорода или просто кислородным датчиком. 

Как устроен и функционирует кислородный датчик

В основе датчика керамический элемент (1) из диоксида циркония с добавлением оксида иттрия, выполняющий функции твердотельного электролита. Платиновое напыление образует электроды — внешний (2) и внутренний (3). С контактов (5 и 4) снимается напряжение, которое по проводам подается на ЭБУ.

Внешний электрод обдувается разогретыми отработанными газами, проходящими через выхлопную трубу, а внутренний контактирует с атмосферным воздухом. Разница в количестве кислорода на внешнем и внутреннем электроде вызывает появление напряжения на сигнальных контактах зонда и соответствующую реакцию ЭБУ.

При отсутствии кислорода на внешнем электроде датчика блок управления получает на своем входе напряжение порядка 0,9 V. В результате ЭБУ уменьшает подачу топлива на форсунки, обедняя смесь, а на внешнем электроде лямбда-зонда появляется кислород. Это приводит к снижению выходного напряжения, генерируемого кислородным датчиком. 

Если количество кислорода, проходящего через внешний электрод, повышается до некоторой величины, то напряжение на выходе датчика падает примерно до 0,1 V. ЭБУ воспринимает это как обеднение смеси, и корректирует ее, увеличивая впрыскивание топлива. 

Таким образом производится динамическое регулирование состава смеси, а величина коэффициента λ постоянно колеблется возле 1. Если подключить осциллограф к контактам правильно работающего лямбда-зонда, то увидим сигнал близкий к чистой синусоиде. 

Более точная коррекция с меньшими колебаниями лямбды возможна в случае установки дополнительного кислородного датчика на выходе каталитического нейтрализатора. Заодно производится контроль работы катализатора.

1. впускной коллектор;
2. мотор;
3. ЭБУ;
4. топливные форсунки;
5. основной кислородный датчик;
6. дополнительный кислородный датчик;
7. каталитический нейтрализатор.

Твердотельный электролит приобретает проводимость лишь будучи нагретым примерно до 300…400 °C. А значит, лямбда-зонд бездействует какое-то время после запуска мотора, пока отработанные газы не прогреют его в достаточной степени. Смесь при этом регулируется на основании сигналов прочих датчиков и заводских данных в памяти ЭБУ. Для ускорения включения датчика кислорода в работу его часто снабжают электроподогревом, встраивая нагревательный элемент внутрь керамики.

Возможные проблемы с датчиком кислорода

Любой датчик рано или поздно начинает барахлить и требует ремонта или замены. Лямбда-зонд — не исключение. В украинских реальных условиях он исправно работает в среднем 60. ..100 тысяч километров. Ряд причин могут сократить срок его службы.

1. Некачественное топливо и сомнительные присадки. Примеси могут загрязнять чувствительные элементы датчика. 
2. Загрязнение маслом, попадающим в отработанные газы из-за проблем в поршневой группе.
3. Лямбда-зонд рассчитан на работу при высокой температуре, но лишь до определенного предела (порядка 900…1000 °C). Перегрев из-за неправильной работы двигателя или системы зажигания способен повредить кислородный датчик.
4. Электрические проблемы — окисление контактов, обрыв или замыкание проводов и прочее.
5. Механические повреждения.

За исключением случаев повреждения в результате удара, датчик остаточного кислорода обычно умирает медленно, а признаки неисправности проявляются постепенно, становясь более явными лишь с течением времени. Симптомы неисправного лямбда-зонда следующие:

• Повышенный расход горючего.
• Снижение мощности мотора.
• Ухудшение динамики.
• Рывки в процессе движения машины.
• Плавающие обороты холостого хода.
• Повышение токсичности выхлопа. Определяется в основном с помощью соответствующей диагностики, реже проявляется резким запахом или черным дымом.
• Перегрев каталитического нейтрализатора.

Нужно учитывать, что указанные признаки не всегда связаны именно с неисправностью кислородного датчика, поэтому для определения точной причины возникшей проблемы требуется дополнительная диагностика. 

Проверка исправности λ-зонда

Проверить целостность электропроводки можно прозвонкой с помощью мультиметра. Следует убедиться также в отсутствии замыкания проводов на корпус и между собой. 

Проверьте сопротивление нагревательного элемента, оно должно составлять примерно 5…15 Ом. 

Питающее напряжения нагревателя должно быть близко к напряжению бортовой электросети.

 

Проблемы, связанные с проводами или отсутствием контакта в разъеме, решить вполне возможно, но в целом датчик кислорода ремонту не подлежит.

Очистка датчика от загрязнений весьма проблематична, а во многих случаях просто невозможна. Особенно, если речь идет о блестящем серебристом налете, вызванном присутствием свинца в бензине. Применение абразивных материалов и чистящих средств добьет прибор окончательно и бесповоротно. Многие химически активные вещества также способны повредить его.

Встречающиеся в сети рекомендации по очистке лямбда-зонда посредством ортофосфорной кислоты дают желаемый эффект в одном случае из ста. Желающие могут попробовать.

Отключение неисправного лямбда-зонда переведет систему впрыска топлива в усредненный заводской режим, прописанный в памяти ЭБУ. Он может оказаться далеким от оптимального, поэтому вышедший из строя датчик кислорода (лямбда-зонд) следует как можно скорее заменить новым.

Откручивание датчика требует аккуратности, чтобы не повредить резьбу в выхлопной трубе. Перед установкой нового устройства резьбу следует очистить и смазать термопастой или графитовой смазкой (следите, чтобы она не попала на чувствительный элемент датчика). Вкручивайте лямбда-зонд динамометрическим ключом с надлежащим моментом.

При монтаже кислородного датчика нельзя использовать силиконовые и прочие герметики. 

Как продлить жизнь кислородного датчика

Соблюдение определенных условий позволит лямбда-зонду дольше оставаться в исправном состоянии.

• Заправляйтесь качественным горючим.
• Избегайте сомнительных присадок к топливу.
• Контролируйте температуру выхлопной системы, не допускайте ее перегрева
• Избегайте многократных запусков двигателя за короткий интервал времени.
• Не применяйте для очистки наконечников кислородного датчика абразивы и химически активные вещества.
   

Датчик кислорода (лямбда-зонд) » Motorhelp.ru диагностика и ремонт инжекторных двигателей

Сигнал датчика кислорода (лямбда-зонд, далее ДК, ЛЗ) используется системой управления двигателя для поддержания оптимального (стехиометрического, около 14,7:1) соотношения топливной смеси воздух/бензин в камерах сгорания, при котором топливо максимально полно и эффективно сгорает.

λ=1 — стехиометрическая (теоретически идеальная) смесь;
λ>1 — бедная смесь;
λ

Чувствительный элемент датчика кислорода находится в потоке отработавших газов. Принцип измерения остаточного содержания кислорода в выхлопных газах основан на свойствах оксида циркония — ZrO2 и начинает работать только при температурах более 350 °C. Сигнал циркониевого ДК (при замкнутой петле обратной связи) представляет собой переменное напряжение, колеблющееся между 0.1 и 0.9 вольт. Изменение напряжения вызвано тем, что система управления постоянно изменяет состав смеси вблизи точки стехиометрии.
Датчик реагирует на разницу между уровнем кислорода в выхлопных газах и в атмосфере, вырабатывая на выходе соответствующую разность потенциалов. Выходное напряжение зависит от концентрации кислорода в отработавших газах. Когда ЛЗ находится в холодном состоянии, он не способен генерировать собственную ЭДС, и напряжение на выходе равно опорному (или близко к нему). Для ускорения прогрева датчика до рабочей температуры он снабжен электрическим нагревательным элементом. Электронный блок управления постоянно подаёт на цепь датчика стабильное опорное напряжение 450 милливольт. По мере прогрева датчика при работающем двигателе его внутреннее сопротивление уменьшается, и он начинает генерировать собственное напряжение, которое перекрывает выдаваемое ЭБУ стабильное опорное напряжение. Когда ЭБУ «видит» изменяющееся напряжение, ему становится известным, что датчик прогрелся, и его сигнал готов для применения в целях регулирования состава смеси.
Напряжение с датчика ниже опорного 450 мв. (0,1 В) указывает на бедную смесь, выше опорного (0,9 В) – на богатую смесь.

Контроллер принимает сигнал с ЛЗ, сравнивает его со 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 и точная подстройка режимов работы двигателя под текущую ситуацию с достижением экономии топлива, получения максимальной отдачи от двигателя и минимизацией вредных выбросов.

Признаки неисправности датчика кислорода:
1. Неустойчивая работа двигателя на малых оборотах.
2. Повышенный расход топлива.
3. Ухудшение динамических характеристик автомобиля.
4. На современных автомобилях загорается индикатор «СНЕСК ЕNGINЕ»

Причины преждевременного выхода из строя датчика кислорода:
1. Применение этилированного бензина или низкокачественного топлива.
2. Использование при ремонте двигателя силиконовых герметиков.
3. Выход из строя вследствии неправильно установленного угла опережения зажигания, переобогащения топливо-воздушной смеси, перебоев в зажигании и т. д.
4. Попадание на керамический наконечник датчика любых эксплуатационных жидкостей, растворителей и моющих средств.
5. Обрыв, плохой контакт или замыкание на массу электропроводки цепи датчика.
6. Внешнее загрязнение датчика, например антикором, битумом. Поскольку атмосферный воздух должен поступать к внутренней полости датчика, все что загрязняет наружнюю поверхность или блокирует поступление воздуха вызывает нарушение в работе датчика.
Ресурс датчиков кислорода составляет до 100 тыс. км пробега автомобиля при соблюдении условий эксплуатации. Далее чувствительный элемент датчика стареет, на изменение состава топлива начинает медленней откликаться, что приводит к повышенному расходу топлива.

Проверка датчика кислорода.

Для полноценной проверки потребуется осциллограф и сканер. В случае выхода из строя датчика кислорода, контрольная лампа Check Engine сигнализирует о неисправности. Двигатель должен быть прогрет до рабочей температуры, а подогрев датчика нормально функционировать. Перед проведением теста, надо удостоверится, что прошивка контроллера двигателя поддерживает регулировку состава смеси по датчику кислорода, то есть он не отключен программно посредством чип-тюнинга.
1. При обогащении горючей смеси напряжение на сигнальном проводе должно быть не менее 0,7 В;
2. При обеднении горючей смеси напряжение на сигнальном выводе должно быть не более 0,25 В;
3. Время срабатывания при переключении Lean-Rich — не более 350 мс.
Если сигнал на выходе датчика не меняется или время реакции превышает заданную величину, то его надо менять. При отказе датчика система переходит в аварийный режим без коррекции содержания воздуха в смеси.

Одной из разновидностью лямбда-зонда является широкополосный датчик кислорода. Основное его отличие заключается в возможности отслеживать точное соотношение топливовоздушной смеси в широком диапазоне от 1:12 до 1:19.
Проверка широкополосного датчика должна проводиться совместно со сканером.

Купить датчик кислорода в Воронеже.

Признаки неисправного кислородного датчика

Неисправный кислородный датчик может вызвать несколько симптомов, которые могут помочь вам или вашему механику определить проблему:

1. Загорается индикатор проверки двигателя: Компьютер автомобиля постоянно отслеживает сигналы от кислородных датчиков. . Если он обнаружит проблему с одним из датчиков или его цепью, он включит индикатор проверки двигателя. Он также установит код неисправности и включит индикатор проверки двигателя, если другие проблемы с двигателем вызывают выход сигнала за пределы допустимого диапазона, даже если количество топлива регулируется компьютером.

2. Плохая работа двигателя: ЭБУ использует датчик кислорода для получения информации о топливно-воздушной смеси. Неисправный кислородный датчик может привести к тому, что компьютер подаст в двигатель слишком много или слишком мало топлива. Это может привести к пропуску зажигания и неровной работе двигателя.

3. Плохая экономия топлива. Точно так же неисправный кислородный датчик может привести к тому, что компьютер подаст в двигатель больше топлива, чем ему нужно, что приведет к плохой экономии топлива.

Симптомы кислородного датчика

Как устранить проблему

Кислородные датчики могут выйти из строя, если они загрязнены маслом, охлаждающей жидкостью или другими жидкостями. Если проблема вызвана загрязнением жидкости, сначала необходимо устранить источник утечки, иначе новый датчик также может выйти из строя. Не используйте очиститель карбюратора на двигателях с датчиками кислорода; вместо этого используйте очиститель корпуса дроссельной заслонки, безопасный для датчика кислорода.

Замена датчика кислорода

Хотя замена датчика кислорода является относительно простой операцией, она требует использования сканирующего прибора для определения кода неисправности OBD-II и диагностики проблемы, что обычно требует подъема автомобиля. Вам понадобится специальный разъем датчика кислорода, чтобы снять или установить деталь без повреждений — гаечный ключ может легко убить хороший датчик. Поэтому обычно лучше доверить это профессионалам.

Что делает кислородный датчик?

Датчик кислорода сравнивает уровень кислорода в выхлопных газах вашего автомобиля с уровнем кислорода в окружающем воздухе. Затем он генерирует соответствующий сигнал напряжения. Это напряжение сообщает компьютеру двигателя об относительном количестве кислорода в выхлопных газах, а также о температуре датчика в режиме реального времени.

В зависимости от того, где расположен датчик в потоке выхлопных газов, этот сигнал используется для подачи идеального количества топлива в двигатель во время его работы и может включать индикатор проверки двигателя, чтобы предупредить вас о проблеме с выбросами, вызванной любым компонент в двигателе.

Компьютер двигателя полагается на точную информацию от множества различных датчиков, чтобы регулировать соотношение воздуха и топлива в вашем двигателе. Кислородный датчик — единственный, который сообщает компьютеру, что на самом деле произошло с количеством топлива, которое он только что отправил в двигатель. Большинство других датчиков передают информацию о воздухе, поступающем в двигатель, температуре и другие данные.

Существует два основных типа датчиков кислорода (также называемых датчиками O2): выше по потоку (передние) и ниже по потоку (задние). В зависимости от марки и модели автомобиля кислородных датчиков на транспортном средстве может быть два, четыре и даже больше.

Входной поток: Датчик верхнего потока устанавливается перед каталитическим нейтрализатором, как можно ближе к двигателю. Компьютер вашего автомобиля использует данные этого датчика для контроля топлива. Если датчик обнаруживает слишком много кислорода в выхлопных газах, что называется обедненной смесью, компьютер добавит в смесь больше бензина. С другой стороны, если он обнаружит слишком мало кислорода в выхлопе — это называется богатым состоянием — он уменьшит расход топлива. Сигнал напряжения от этого датчика должен постоянно колебаться от богатого до обедненного, позволяя компьютеру найти идеальную топливно-воздушную смесь.

Нижний кислородный датчик устанавливается после каталитического нейтрализатора. Он используется для контроля эффективности преобразователя, чтобы убедиться, что он эффективно очищает выхлопные газы двигателя перед их выпуском в атмосферу. Хороший нижний датчик должен выдавать относительно устойчивый сигнал напряжения.

Верхний и нижний датчики кислорода часто калибруются по-разному, поэтому важно установить правильный датчик в правильном месте.

В качестве альтернативы, многие современные автомобили используют широкополосный верхний кислородный датчик (также называемый датчиком соотношения воздух-топливо) вместо традиционного кислородного датчика. По сути, это «умный» кислородный датчик, который в режиме реального времени определяет соотношение воздух-топливо и за которым легче следить.

Признаки неисправности датчика кислорода.

Майкл Алес | by Hogan & Sons Tire and Auto

Херндон, Вирджиния — Никто не хочет видеть, как загорается индикатор Check Engine во время вождения. Этот значок на приборной панели может означать серьезные проблемы для вашего двигателя. Но правда в том, что, хотя это может быть неудобно, это не всегда конец света, если он загорается.

Например, знаете ли вы, что одной из наиболее распространенных причин появления лампочки Check Engine является незакрепленная крышка бензобака? Ага. Это может быть так просто. Эта проблема уступает только немного менее простой и номер один причине Check Engine Light: неисправный кислородный датчик.

Что такое датчик кислорода?

Датчик кислорода (O2) — это устройство, вставляемое в поток выхлопных газов автомобиля, грузовика или внедорожника для определения количества несгоревшего кислорода в выхлопных газах двигателя. Во время сгорания двигатель сжигает смесь воздуха и топлива внутри камеры сгорания. Когда они не сбалансированы, образуется избыточное количество несгоревшего топлива (работа «богатая») или несгоревшего кислорода (работа «бедная»), которые выходят через выхлопную систему. Чтобы исправить это, средний автомобиль имеет от двух до четырех датчиков O2, расположенных рядом с выпускным коллектором или на выхлопной трубе рядом с каталитическим нейтрализатором. Вместе эти датчики отправляют данные на компьютер управления двигателем автомобиля, чтобы помочь ему определить, является ли топливно-воздушная смесь слишком богатой или слишком обедненной для правильного сгорания в двигателе. С помощью данных компьютер регулирует смесь для оптимальной работы двигателя и экономии топлива.

Датчики O2 могут прослужить более 100 тысяч миль. Также часто они терпят неудачу перед этим. Обычно отказ датчика O2 происходит из-за скопления побочных продуктов сгорания на датчике, часто в результате дешевого топлива и небрежного обращения. Регулярное техническое обслуживание двигателя и использование качественного топлива могут продлить срок службы этих компонентов.

Как узнать, неисправен ли мой кислородный датчик?

Поскольку неисправный кислородный датчик является наиболее частой причиной появления лампочки Check Engine, хорошим признаком того, что датчик вышел из строя, является загорание лампочки. Показания с помощью диагностического сканера могут показать, что датчик перестал функционировать должным образом. Диагностический код неисправности (DTC), выявленный при сканировании, также может (во многих случаях) указывать на неисправность конкретного датчика.

Другие признаки также могут указывать на неисправность датчика O2, даже до того, как загорится индикатор Check Engine. Например, снижение расхода топлива, неустойчивая работа двигателя или неудачный тест на выбросы — все это потенциальные признаки отказа одного или нескольких датчиков O2.

Можно ли заменить датчик самостоятельно?

Снять старый кислородный датчик и установить новый — простая задача — теоретически . Правда в том, что даже если вы сможете успешно диагностировать , какой датчик неисправен (, а не такая простая задача), и найти датчик (обычно под автомобилем), проще сказать, чем сделать. Чаще всего датчик O2 застревает из-за постоянного нагрева и охлаждения выхлопной системы и коррозии. Для снятия часто требуется специальный ключ, что, даже если его выполняет опытный специалист, часто приводит к поломке старого датчика или крепежных болтов. Для предотвращения поломки может потребоваться нагрев горелкой. Не говоря уже о том, что транспортное средство должно быть подвешено в воздухе для доступа к большинству датчиков O2 — опасное предложение без надлежащей подготовки и оборудования.

Статистически существует большая вероятность того, что один или несколько кислородных датчиков вашего автомобиля необходимо заменить, когда в вашем автомобиле загорается индикатор Check Engine. Конечно, есть много проблем, которые могут привести к загоранию Check Engine. Поэтому каждый раз, когда загорается индикатор, обязательно проводите диагностику вашего автомобиля квалифицированным специалистом.