Лямбда зонд что это
Обновлено: 02.07.2024
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.
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.
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.
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.
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.
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, так же называемый датчик кислорода или просто лямбда – это специальный контроллер, измеряющий наличие и количество остаточного кислорода в автомобильных выхлопных газах. Назначение данного устройства – предоставлять электронной системе управления впрыском топлива данные о качестве и полноте сгорания топлива. Она нужна для создания оптимальных условий работы катализатора выхлопа.
Применение катализаторов обусловлено жесткими экологическими нормами, предъявляемыми к автомобильным выхлопам, поскольку данные устройства способствуют снижению содержания там углекислоты. Но для полноценного функционирования нужно, чтобы в цилиндрах сгорало строго определенное количество воздуха с минимальной долей отклонения. Для обеспечения настолько точного регулирования сгорающего состава применяются системы питания с регулируемым электроникой впрыском. Датчик кислорода (лямбда-зонд) в них играет роль контролера в выпускном тракте.
Место установки лямбда-зонда
Для максимально эффективного измерения остатков воздуха в сгоревшей смеси датчик кислорода лямбда зонд монтируется в выпускном коллекторе, располагаясь как можно ближе к катализатору. Информация с него считывается электронным блоком управления топливной системой, которая при необходимости увеличивает или уменьшает интенсивность впрыска топлива в цилиндры.
Современные автомобили оборудованы еще одним лямбда-зондом, размещаемым на выходе катализатора, что позволяет еще больше повысить точность приготовления смеси.
Схема лямбда зонда
Принцип действия
По принципу работы кислородные датчики бываю нескольких типов:
На основе оксида циркония.
На основе оксида титана. При изменении состава выхлопа реагирует изменением электрического сопротивления.
Широкополосный. Изменяется напряжение и полярность тока. Реагирует не только на отклонения состава рабочей смеси, но и на его численное значение.
Работа лямбда зонда основывается на применении гальванического элемента, снабженного парой электродов. Один из них обвевается выхлопными газами, а другой – чистым атмосферным воздухом. В работу датчик лямбда зонд включается только после разогрева до 300 и более градусов, когда циркониевый электролит становится проводником, а различие в количествах поступающего кислорода из выхлопной трубы и атмосферы приводит к появлению напряжения на электродах.
Во время пуска и прогрева двигателя кислородный датчик в управлении топливным впрыском не участвует, а коррекция осуществляется через другие сигнализаторы (датчики температуры системы охлаждения, положения дросселя, числа оборотов и прочими).
Помимо нагреваемых циркониевых, существуют холодные контроллеры на основе двуокиси титана. Они не генерируют электричество, а изменяют сопротивление воздушному потоку, что и становится сигналом для систем управления впрыском. Такой лямбда датчик кислорода хорош тем, что начинает работать сразу после пуска двигателя, но он не получил широкого распространения из-за сложности конструкции и дороговизны. Встретить лямбда зонд данного типа можно на некоторых моделях Nissan, BMW и Jaguar.
Причины выхода из строя
Датчик кислорода может начать работать неправильно или вовсе сломаться по целому ряду причин, среди которых:
- разрыв в питающей или контрольной электроцепи;
- замыкание;
- засорение, что случается при использовании топлива с присадками. Особенно пагубно влияют свинец, силикон, сера;
- регулярные термические перегрузки, связанные с проблемами зажигания;
- механическое повреждение, что порой случается после поездок по бездорожью.
По мере службы датчика, замедляется его реакция на изменение состава топливной смеси. Возраст датчика наиболее заметен на моторах с непосредственным впрыском. Датчик лямбда зонд прослужит гораздо меньше положенного при плохом состоянии маслосъемных колец, а также в результате попадание в цилиндры антифриза.
Когда лямбда датчик кислорода выходит из строя, содержание углекислоты в выхлопе резко повышается от значения в 0,1-0,3% до 3%, а часто и 7%. Если кислородный датчик не работает, снизить это значение без его ремонта или замены очень сложно. Даже в моделях с двумя зонтами при выходе из строя одного из них, для нормализации работы потребуется серьезное изменение настроек электроники.
Признаки выхода лямбда-зонда из строя
О том, что датчик кислорода сломался, говорят такие признаки:
С заменой неисправного датчика не стоит затягивать, иначе чревато выходом из строя катализатора.
Чтобы лямбда зонд внезапно не вышел из строя, его нужно регулярно заменять, примерно через каждые 50-80 тыс. километров не подогреваемые датчики; 100 тыс. – подогреваемые и каждые 160 тыс. км – планарные. Но прежде чем выбрасывать старую лямбду конечно же нужно проверить лямбда-зонд и узнать его реальное состояние
Специалисты рекомендуют производить проверку лямбда датчика и систему, регулирующую топливную смесь, каждые 30 тыс. км.
Это не защитит от поломок вследствие механического повреждения или засорения, но спасет от поломки из-за износа.
Своевременная замена лямбда-зонда, это:
Кроме очистки в кислоте и проверке разъёма питания, датчик лямбда зонда, ремонту не поддается.
- экономия до 15% топлива;
- минимизация токсичности выхлопа;
- продление ресурса катализатора;
- улучшение динамических характеристик автомобиля.
Устранение неисправностей
Официально технологии ремонта лямбда-зондов нет. То есть, если поломка не в контактной сети, то устройство подлежит замене. Подпольными СТО практикуется восстановление датчиков, переставших работать из-за отложения нагара под защитным колпачком, путем удаления налета. Делается это с помощью промывки датчика в ортофосфорной кислоте, не уничтожающей его электроды.
Мойка помогает далеко не всегда, и если датчик после нее не заработал, его все же придется заменить.
Для чего нужен лямбда зонд? Экология на сегодняшний день является очень острым вопросом. На новые автомобили ставится все больше катализаторов, которые значительно снижают содержание вредных веществ в выхлопных газах. Но без контроля и правильных условий эффективно работать эта система не сможет. Для этого и нужен лямбда зонд, который следит за составом выхлопных газов.
Из чего состоит и какое устройство работы лямбда зонда?
Лямбда зонд - один из важных датчиков в автомобилях с инжекторным впрыском топлива. Он считает количество кислорода в выхлопных газах. ЭБУ (Электронный блок управления) системы впрыска топлива принимает сигнал от датчика и, с его помощью, может регулировать количество подаваемого топлива в цилиндры и выставляет угол опережения зажигания для получения максимально производительной топливо-воздушной смеси.
В большинстве автомобилей стоит один лямбда зонд, но сегодня можно встретить машины и с двумя датчиками. Применение двух датчиков кислорода, позволяет усилить контроль, за выхлопными газами автомобиля. Это поможет достигнуть наиболее эффективной топливо-воздушной смеси и работы катализатора с учетом всех факторов.
Чтобы разобраться, как работает лямбда зонд лучше, нужно понять, из чего он состоит.
Датчик кислорода - это два электрода: внешний и внутренний. Внешний электрод датчика кислорода изготовлен из металла с керамическими изоляторами и его наконечник покрыт платиной методом напыления и из-за этого очень чувствителен к кислороду. Он просчитывает количество кислорода в выхлопных газах. Внутренний электрод изготавливается из циркония и его рабочая температура до 1000°С, именно по этой причине кислородные датчики оснащены подогревателями. Это очень помогает лямбда зонду работать в момент холодного запуска двигателя.
Датчик кислорода бывает двух видов:
- двухточечный датчик
- широкополосный датчик.
Внешний вид конструкции датчиков почти одинаковая, но выполняют они свои функции по-разному.
Двухточечный датчик содержит два электрода. Он подсчитывает коэффициент избытка воздуха в топливной смеси. Есть определенные параметры и нормы. Этот коэффициент в идеальных условиях равен единице. Но из-за некачественного бензина и не слишком чистого кислорода в наших городах он равен приблизительно 1,03 - 1,05.
Широкополосный датчик - это более новая версия лямбда зонда. В нем находятся два керамических элемента, закачивающий и двухточечный. Закачивающий элемент – физически закачивает в себя кислород из отработанных газов автомобиля, с использованием определенной силы тока.
Признаки неисправности лямбда зонда?
Лямбда зонд - уязвимый датчик автомобиля. Его срок службы зависит от условий эксплуатации двигателя автомобиля. Но в среднем ресурс лямбда зонда составляет от 40 тысяч до 80 тысяч километров.
Лямбда зонд признаки неисправности:
Датчик улавливает большое количество факторов, которые влияют на работу автомобиля, но особенно чувствителен датчик лямбда-зонд к качеству топлива. Так как основная функция его связана именно с выхлопными газами, а качество бензина является самой первой причиной неправильного соотношения углекислого газа и кислорода из топливо-воздушной смеси.
Самый главный момент в автомобиле - впрыск топлива. Именно поэтому неисправность этого датчика влияет на расход топлива. ЭБУ автомобиля не получает правильную информацию о составляющей выхлопных газов и из-за этого может лить больше топлива. Оно не успевает полностью сгорать и просто остается в выхлопной системе в виде черного нагара. Этот налет мешает датчику работать. Можно использовать жидкости для чистки и самостоятельно протирать датчик, но не проще ли просто проконсультироваться на ближайшей СТО?
В случае поломки лямбда зонда также может пострадать и EGR система. В этом случае вакуумный клапан системы EGR будет неправильно функционировать.
Как проверить лямбда зонд?
Если Вам необходимо провести замену лямбда зонда, воспользуйтесь формой ниже для поиска СТО:
Лямбда зонд – это датчик, который измеряет уровень содержания кислорода в выхлопных газах автомобиля. На первый взгляд, занятие бесполезное с практической точки зрения и влияющее только на экологичность работы транспортного средства. Однако это не так – прибор обеспечивает максимальный КПД двигателя. Поговорим подробнее, как устроен, как работает и для чего нужен в современных автомобилях датчик концентрации кислорода.
Что такое лямбда зонд
Зачем нужен подобный датчик? Он выполняет две функции.
- Контроль эффективности работы мотора. Если в отработанных газах избыток кислорода, значит, реакция окисления бензина (то есть горение) протекает со слабой интенсивностью. Сгорает не весь бензин, его окисляет не весь кислород. Поэтому подачу топлива надо уменьшить. В обратной ситуации, когда кислорода в выхлопах слишком мало, подача горючего увеличивается.
- Обеспечение максимально безвредных выхлопов. В последнее время существенно возросли требования к экологичности отработанных газов. По установленным в большинстве сран мира стандартам нельзя, чтобы в атмосферу попали несгоревшие частицы топлива. Лямбда зонд обеспечивает их полное сгорание.
Таким образом, лямбда зонд осуществляет регулирование состава топливной смеси и тем самым стабилизирует работу мотора.
Принцип работы кислородного датчика
Итак, каков принцип работы датчика? Когда на лямбда-зонд попадают ионы кислорода, он начинает производить слабый электрический ток. Этот ток попадает в электронный блок управления транспортного средства. Он обрабатывает сигнал и в зависимости от полученной в ходе обработки информации меняет состав топливной смеси, которая поступает в цилиндровый блок. Чем выше напряжение датчика, тем меньше впрыск горючего, и наоборот – чем оно выше, тем больше топлива поступает в цилиндровую группу.
Стоит отметить, что без попадания на его поверхность кислорода прибор не может работать совсем. Соответственно, реакция на них должна иметь место и до пуска двигателя. Проблему решают следующим образом:
- датчик размещают таким образом, чтобы до старта мотора он контактировал с атмосферным воздухом;
- в прошивку электронного блока управления вносят программу, которая позволяет устройству в первые секунды работы двигателя не учитывать показания устройства.
Устройство лямбда зонда
Лямбда зонд состоит из следующих конструктивных элементов.
Похожие статьи
- Корпус. Металлический или пластиковый кожух, в котором размещены все компоненты прибора.
- Керамический конус. Представляет собой легированный оксидом иттрия конус из керамики с нанесенными на него ионами платины. Керамика в данном случае выполняет роль изолятора, а иттрий и платина – проводника. Именно эта часть прибора омывается отработанными газами. Часть конуса, которая не соприкасается с выхлопами, контактирует с атмосферным воздухом.
- Защитный кожух. Кожух из пластика, который защищает керамический конус от механических повреждений.
- Нагревательный элемент. Необходим для нагрева легирования из иттрия, так как его корректная работа возможна при температуре от 300 градусов цельсия, а быстро достичь ее одними лишь выхлопными газами бывает трудно.
- Выходные контакты. Контакты, к которым подключают провода, ведущие к электронному блоку управления. Именно с их помощью передаются показания прибора.
На всех моделях машин используется одна из двух наиболее распространенных схем подключения лямбда зонда:
- его размещают в районе выпускного коллектора авто перед катализатором;
- устройство монтируют непосредственно в катализаторе.
Так что проблем с определением места, где он находится, не возникнет.
Виды лямбда-зондов
Лямбда зонды подразделяют на несколько типов в зависимости от различных факторов.
Так, по диапазону измерения кислородный датчик может быть:
Отличия устройств заключаются в том, что последнее имеет более широкий диапазон измерения. Это позволяет ему более плавно менять состав топливной смеси, что обеспечивает более стабильную и эффективную работу двигателя.
В зависимости от скорости разогрева зонды делят на:
- стандартные;
- быстро разогреваемые (FLO);
- особо быстро разогреваемые (UFLO).
Последние два типа разогреваются гораздо быстрее стандартных устройств, что обеспечивает своевременную передачу полученных данных на электронный блок управления.
В зависимости от наличия дополнительного подогрева лямбда зонд может быть:
- без нагревательного элемента;
- с нагревательным элементом.
Первый тип разогревается исключительно за счет выхлопных газов. Второй подогревает нагревательный элемент. Это помогает быстрее достичь рабочей температуры и стабилизировать функционирование двигателя.
Как проверить лямбда-зонд
Датчик стоит проверить, если появился один из следующих симптомов:
- появление на холостом ходу так называемых плавающих оборотов;
- спад мощности мотора;
- замедленная реакция на нажатие акселератора;
- увеличение расхода горючего;
- частый перегрев мотора;
- хлопки при работе двигателя;
- дерганье во время езды.
Для начала проводят визуальный осмотр. Для этого зонд извлекают из посадочного места, а затем изучают на предмет наличия повреждений. На приборе не должно быть оплавлений и сколов, контакты тоже должны быть целыми.
Если внешний осмотр ничего не дал, стоит провести диагностику напряжения, которое поступает на прибор. Для этого нужно:
- включить зажигание, не производя пуск двигателя;
- отсоединить контакты датчика;
- вольтметром замерить напряжение на контактах подогрева и массы.
Напряжение не должно отличаться от бортового.
Контакт массы – верхний справа, подогрева – верхний слева (если держать разъем защелкой кверху). Следует помнить, что на некоторых моделях авто может быть использована друга распиновка, но на большинстве применяют именно такую.
Также можно замерить сопротивление контактов нагревательного элемента датчика. Оно должно быть равно от 3 до 11 Ом.
Другой способ проверки – замер напряжения на разогретом датчике. Это потребует выполнить следующие действия:
- подключить параллельно выходным контактам лямбда зонда мультиметр в режиме измерения напряжения;
- завести авто и дать двигателю поработать несколько минут.
При нормальном функционировании прибора мультиметр должен показывать от 0,2 до 1 В и обновляться не чаще, чем 1 раз в 10 секунд.
Чтобы понять, правильно работает устройство или нет, лучше совместить все приведенные способы проверки.
Возможные неисправности датчика
Чаще всего у датчика возникают следующие неисправности:
- замыкание каких-либо компонентов прибора;
- механические повреждения напыления на керамическом конусе;
- оплавление одного из элементов устройства.
Нужно учитывать, что срок службы зонда ограничен, поэтому выход из строя может произойти просто потому, что датчик уже отработал свое. В среднем продолжительность работы зонда составляет от 40 до 80 тысяч километров.
При замене можно использовать не только прибор конкретной модели, но и универсальные варианты, которые можно установить на разные автомобили.
Подведем итог
Лямбда зонд – устройство, которое измеряет уровень кислорода в выхлопах машины. Благодаря подаче сигнала на блок управления оно помогает изменить состав топливной смеси и тем самым оптимизировать работу мотора, а также уменьшить вредные выбросы в атмосферу. При поломке прибора падает мощность, увеличивается расход топлива, появляются рывки, хлопки. Проверить и заменить механизм можно и самостоятельно.
Читайте также: