Как работает датчик кислорода автомобиля. Кислородный датчик (Oxygen sensor)

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.

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 — «богатая» смесь (избыток — топливо; недостаток — воздух)
• 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:

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.

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.

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.

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

Неисправность датчика 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.

Вы наверняка знаете, что в вашем автомобиле установлен кислородный датчик (или даже два!)… Но зачем он нужен и как он работает? На часто задаваемые вопросы отвечает Стефан Верхоеф (Stefan Verhoef), менеджер DENSO по продукту (кислородные датчики).

B: Какую работу выполняет датчик кислорода в автомобиле?
O: Датчики кислорода (также называемые лямбда-зондами) помогают контролировать расход топлива вашего автомобиля, что способствует снижению объема вредных выбросов. Датчик непрерывно измеряет объем несгоревшего кислорода в выхлопных газах и передает эти данные в электронный блок управления (ЭБУ). На основании этих данных ЭБУ регулирует соотношение топлива и воздуха в топливовоздушной смеси, поступающей в двигатель, что помогает каталитическому нейтрализатору (катализатору) работать более эффективно и уменьшать количество вредных частиц в выхлопных газах.

B: Где находится датчик кислорода?
O: Каждый новый автомобиль и большинство автомобилей, выпущенных после 1980 г., оснащены датчиком кислорода. Обычно датчик установлен в выхлопной трубе перед каталитическим нейтрализатором. Точное местоположение датчика кислорода зависит от типа двигателя (V-образное или рядное расположение цилиндров), а также от марки и модели автомобиля. Для того чтобы определить, где расположен датчик кислорода в вашем автомобиле, обратитесь к руководству по эксплуатации.

В: Почему состав топливовоздушной смеси нужно постоянно регулировать?
O: Соотношение «воздух - топливо» крайне важно, поскольку оно влияет на эффективность работы каталитического нейтрализатора, который снижает содержание оксида углерода (CO), несгоревших углеводородов (CH) и оксида азота (NOx) в выхлопных газах. Для его эффективной работы необходимо наличие определенного количества кислорода в выхлопных газах. Датчик кислорода помогает ЭБУ определить точное соотношение «воздух - топливо» в смеси, поступающей в двигатель, передавая в ЭБУ быстроизменяющийся сигнал напряжения, который меняется в соответствии с содержанием кислорода в смеси: слишком высокого (бедная смесь) или слишком низкого (богатая смесь). ЭБУ реагирует на сигнал и изменяет состав топливовоздушной смеси, поступающей в двигатель. Когда смесь слишком богатая, впрыск топлива уменьшается. Когда смесь слишком бедная - увеличивается. Оптимальное соотношение «воздух - топливо» обеспечивает полное сгорание топлива и использует почти весь кислород из воздуха. Оставшийся кислород вступает в химическую реакцию с токсичными газами, в результате которой из нейтрализатора выходят уже безвредные газы.

В: Почему на некоторых автомобилях устанавливаются два кислородных датчика?
O: Многие современные автомобили дополнительно кроме датчика кислорода, расположенного перед катализатором, оснащаются и вторым датчиком, установленным после него. Первый датчик является основным и помогает электронному блоку управления регулировать состав топливовоздушной смеси. Второй датчик, установленный после катализатора, контролирует эффективность работы катализатора, измеряя содержание кислорода в выхлопных газах на выходе. Если весь кислород поглощается химической реакцией, происходящей между кислородом и вредными веществами, то датчик выдает сигнал высокого напряжения. Это означает, что катализатор работает нормально. По мере износа каталитического нейтрализатора некоторое количество вредных газов и кислорода перестает участвовать в реакции и выходит из него без изменений, что отражается на сигнале напряжения. Когда сигналы станут одинаковыми, это будет указывать на выход из строя катализатора.

В: Какие бывают датчики?
О: Существует три основных типа лямбда-сенсоров: циркониевые датчики, датчики соотношения «воздух - топливо» и титановые датчики. Все они выполняют одни и те же функции, но используют при этом различные способы определения соотношения «воздух - топливо» и разные исходящие сигналы для передачи результатов измерений.

Наибольшее распространение получила технология на основе использования циркониево-оксидных датчиков (как цилиндрического, так и плоского типов). Эти датчики могут определять только относительное значение коэффициента: выше или ниже соотношение «топливо - воздух» коэффициента лямбда 1.00 (идеальное стехиометрическое соотношение). В ответ ЭБУ двигателя постепенно изменяет количество впрыскиваемого топлива до тех пор, пока датчик не начнет показывать, что соотношение изменилось на противоположное. С этого момента ЭБУ опять начинает корректировать подачу топлива в другом направлении. Этот способ обеспечивает медленное и непрекращающееся «плавание» вокруг коэффициента лямбда 1.00, не позволяя при этом поддерживать точный коэффициент 1.00. В итоге в изменяющихся условиях, таких как резкое ускорение или торможение, в системах с циркониево-оксидным датчиком подается недостаточное или избыточное количество топлива, что приводит к снижению эффективности каталитического нейтрализатора.

Датчик соотношения «воздух - топливо» показывает точное соотношение топлива и воздуха в смеси. Это означает, что ЭБУ двигателя точно знает, насколько это соотношение отличается от коэффициента лямбда 1.00 и, соответственно, насколько требуется корректировать подачу топлива, что позволяет ЭБУ изменять количество впрыскиваемого топлива и получать коэффициент лямбда 1.00 практически мгновенно.

Датчики соотношения «воздух - топливо» (цилиндрические и плоские) впервые были разработаны DENSO для того, чтобы обеспечить соответствие автомобилей строгим стандартам токсичности выбросов. Эти датчики более чувствительны и эффективны по сравнению с циркониево-оксидными датчиками. Датчики соотношения «воздух - топливо» передают линейный электронный сигнал о точном соотношении воздуха и топлива в смеси. На основании значения полученного сигнала ЭБУ анализирует отклонение соотношения «воздух - топливо» от стехиометрического (то есть Лямбда 1) и корректирует впрыск топлива. Это позволяет ЭБУ предельно точно корректировать количество впрыскиваемого топлива, моментально достигая стехиометрического соотношения воздуха и топлива в смеси и поддерживая его. Системы, использующие датчики соотношения «воздух - топливо», минимизируют возможность подачи недостаточного или избыточного количества топлива, что ведет к уменьшению количества вредных выбросов в атмосферу, снижению расхода топлива, лучшей управляемости автомобиля.

Титановые датчики во многом похожи на циркониево-оксидные датчики, но титановым датчикам для работы не требуется атмосферный воздух. Таким образом, титановые датчики являются оптимальным решением для автомобилей, которым необходимо пересекать глубокий брод, например полноприводных внедорожников, так как титановые датчики способны работать при погружении в воду. Еще одним отличием титановых датчиков от других является передаваемый ими сигнал, который зависит от электрического сопротивления титанового элемента, а не от напряжения или силы тока. С учетом данных особенностей титановые датчики могут быть заменены только аналогичными и другие типы лямбда-зондов не могут быть использованы.

В: Чем отличаются специальные и универсальные датчики?
O: Эти датчики имеют разные способы установки. Специальные датчики уже имеют контактный разъем в комплекте и готовы к установке. Универсальные датчики могут не комплектоваться разъемом, поэтому нужно использовать разъем старого датчика.

B: Что произойдет, если выйдет из строя датчик кислорода?
O: В случае выхода из строя датчика кислорода ЭБУ не получит сигнала о соотношении топлива и воздуха в смеси, поэтому он будет задавать количество подачи топлива произвольно. Это может привести к менее эффективному использованию топлива и, как следствие, увеличению его расхода. Это также может стать причиной снижения эффективности катализатора и повышения уровня токсичности выбросов.

B: Как часто необходимо менять датчик кислорода?
O: DENSO рекомендует заменять датчик согласно указаниям автопроизводителя. Тем не менее следует проверять эффективность работы датчика кислорода при каждом техобслуживании автомобиля. Для двигателей с длительным сроком эксплуатации или при наличии признаков повышенного расхода масла интервалы между заменами датчика следует сократить.

Ассортимент кислородных датчиков

412 каталожных номеров покрывают 5394 применения, что соответствует 68 % европейского автопарка.
Кислородные датчики с подогревом и без (переключаемого типа), датчики соотношения «воздух - топливо» (линейного типа), датчики обедненной смеси и титановые датчики; двух типов: универсальные и специальные.
Регулирующие датчики (устанавливаемые перед катализатором) и диагностические (устанавливаемые после катализатора).
Лазерная сварка и многоэтапный контроль гарантируют точное соответствие всех характеристик спецификациям оригинального оборудования, что позволяет обеспечить эффективность работы и надежность при длительной эксплуатации.

В DENSO решили проблему качества топлива!

Вы знаете о том, что некачественное или загрязненное топливо может сократить срок службы и ухудшить эффективность работы кислородного датчика? Топливо может быть загрязнено присадками для моторных масел, присадками для бензина, герметиком на деталях двигателя и нефтяными отложениями после десульфуризации. При нагреве свыше 700 °C загрязненное топливо выделяет вредные для датчика пары. Они влияют на работу датчика, образуя отложения или разрушая его электроды, что является распространенной причиной выхода датчика из строя. DENSO предлагает решение этой проблемы: керамический элемент датчиков DENSO покрыт уникальным защитным слоем оксида алюминия, который защищает датчик от некачественного топлива, продлевая срок его службы и сохраняя его рабочие характеристики на необходимом уровне.

Дополнительная информация

Более подробную информацию об ассортименте кислородных датчиков DENSO можно найти в разделе Кислородные датчики , в системе TecDoc или у представителя DENSO.

28.01.2013 в 11:01

Кислородный иногда называют датчиком концентрации кислорода. Лямбда-зонд отвечает за постоянное соотношение топлива и воздуха в топливной смеси при работе во всех режимах ДВС, что обеспечивает экономичность и эффективность. Сам процесс управления называется лямбда-регулирование.

Конструкция и расположение

Пористый керамический материал, который изготовлен на основе двуокиси циркония, является его рабочим элементом.

Лямбда-зонд расположен в выпускной системе , за выпускным коллектором.

Возможно использование двух лямбда-зондов, которые располагаются до и после катализатора , что увеличивает эффективность контроля за правильным составом отработанных газов.

Принцип работы

Лямбда-зонд основан на свойствах оксида циркония и начинает работать при температуре не менее 350 °C. Чтобы ускорить прогрев датчика, используют вмонтированный электронагреватель.

1. Выхлопные газы проходят по выхлопной системе, обтекая рабочую поверхность кислородного датчика, установленного перед катализатором.

2. Датчик проводит анализ уровня кислорода в выхлопных газах и сравнивает с уровнем в атмосфере.

3. В ходе данного анализа вырабатывается разность потенциалов.

4. Электрический сигнал от датчика передается на управляющий блок системы управления двигателем.

5. Происходит регулирование работы исполнительных органов, которые находятся под контролем управляющего блока системы управления двигателем.

Когда недостает воздуха в топливной смеси, продукты сгорания окисляются не полностью, а при избытке воздуха полностью не происходит разложение оксида азота.

Разновидности

Различают два конструктивно разных вида датчика:

– широкополосный;

– двухточечный.

Датчик широкополосный используется как входной датчик катализатора. Коэффициент избытка воздуха в топливной смеси в данном виде датчика определяется с использованием силы тока закачивания.

Двухточечный датчик может устанавливаться как перед катализатором, так и после него. Принцип работы его основан на измерении содержания кислорода в отработанных газах и атмосфере.

Виталий Федорович Автолюбитель

Комментарии (0)

На каждом датчике кислорода, как правило, обозначено: наименование страны-изготовителя; наименование и (или) товарный знак изготовителя; условное обозначение типа.

Ресурс и периодичность контроля работоспособности

Датчики кислорода имеют неразборную конструкцию и не требуют обслуживания. Ресурс электрохимических датчиков кислорода составляет от 60 до 80 тыс. км пробега автомобиля при соблюдении условий эксплуатации, нарушение которых резко сокращает срок службы. Рекомендуется проверять датчики кислорода при каждом техническом обслуживании автомобиля.

Причины преждевременного выхода из строя датчика кислорода

1. Применение этилированного бензина или несоответствующей марки топлива. 2. Использование при установке датчика герметиков, вулканизирующихся при комнатной температуре или содержащих в своем составе силикон. 3. Перегрев датчика из-за неправильно установленного угла опережения зажигания, переобогащения топливо-воздушной смеси, перебоев в зажигании и т. д. 4. Многократные (неудачные) попытки запуска двигателя через небольшие промежутки времени, что приводит к накапливанию несгоревшего топлива в выпускном трубопроводе, которое может воспламениться с образованием ударной волны. 5. Проверка работы цилиндров двигателя с отключением свечей зажигания. 6. Попадание на керамический наконечник датчика любых эксплуатационных жидкостей, растворителей и моющих средств. 7. Обрыв, плохой контакт или замыкание на "массу" выходной цепи датчика. 8. Негерметичность в выпускной системе.

Возможные признаки неисправности датчика кислорода 1. Неустойчивая работа двигателя на малых оборотах. 2. Повышенный расход топлива. 3. Ухудшение динамических характеристик автомобиля. 4. Характерное потрескивание в районе расположения каталитического нейтрализатора после остановки двигателя. 5. Повышение температуры в районе каталитического нейтрализатора или его нагрев до раскаленного состояния. 6. На некоторых автомобилях загорание лампы "СНЕСК ЕNGINЕ" при установившемся режиме движения.

Правила снятия и установки датчика

1. Демонтаж датчика, во избежание повреждений, производят только на холодном двигателе, перед этим отсоединяют провода датчика (при выключенном зажигании).
2. Перед заменой датчика необходимо проверить его маркировку, которая должна соответствовать указанной в инструкции по эксплуатации автомобиля.
3. Производят внешний осмотр, чтобы:
o убедиться в отсутствии механических повреждений;
o проверить наличие уплотнительного кольца; o проверить наличие на резьбовой части специальной противопригарной смазки. 4. Заворачивают от руки датчик кислорода до упора и затягивают с усилием 3,5-4,5 кгм. Соединение должно быть герметичным. 5. Соединяют электрический разъем (разъемы). 6. Проверяют работоспособность по контролируемым параметрам. В некоторых случаях датчик крепится к выпускному трубопроводу с помощью специальной пластины. Между пластиной и выпускным трубопроводом должна находиться специальная герметизирующая прокладка. Основные контролируемые параметры Проверка параметров датчика кислорода осуществляется при достижении им рабочей температуры (350+50°С) с использованием газоанализатора, осциллографа, цифрового вольтметра и омметра.

Контролируются следующие параметры:

1. при значении Лямбда=0,9 (обогащенная горючая смесь) напряжение на сигнальном проводе должно быть не менее 0,65 В;
2. при значении лямбда=1,1 (обедненная горючая смесь) напряжение на сигнальном выводе должно быть не более 0,25 В;
3. время срабатывания при обедненной горючей смеси - не более 250 мс;
4. время срабатывания при обогащенной горючей смеси - не более 450 мс;
5. сопротивление при температуре 350 + 50 "С не более 10кОм.

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

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

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

Лямбда-зонды бывают одно-, двух-, трех- и четырехпроводные. Однопроводные и двухпроводные датчики применялись в самых первых системах впрыска с обратной связью (лямбда-регулированием). Однопроводный датчик имеет только один провод, который является сигнальным. Земля этго датчика выведена на корпус и приходит на массу двигателя через резьбовое соединение. Двухпроводный датчик отличается от однопроводного наличием отдельного земляного провода сигнальной цепи. Недостатки таких зондов: рабочий диапазон температуры датчика начинается от 300 градусов. До достижения этой температуры датчик не работает и не выдает сигнала. Стало быть необходимо устанавливать этот датчик как можно ближе к цилиндрам двигателя, чтобы он подогревался и обтекался наиболее горячим потоком выхлопных газов. Процесс нагрева датчика затягивается и это вносит задержку в момент включения обратной связи в работу контроллера. Кроме того, использование самой трубы в качестве проводника сигнала (земля) требует нанесения на резьбу специальной токопроводящей смазки при установке датчика в выхлопной трубопровод и увеличивает вероятность сбоя (отсутствия контакта) в цепи обратной связи.

Указанных недостатков лишены трех- и четырехпроводные лямбда зонды. В трехпроводный ЛЗ добавлен специальный нагревательный элемент, который включен как правило всегда при работе двигателя и, тем самым, сокращает время выхода датчика на рабочую температуру. А так же позволяет устанавливать лямбда-зонд на удалении от выхлопного коллектора, рядом с катализатором. Однако остается один недостаток - токопроводящий выхлопной коллектор и необходимость в токопроводящей смазке.

Этого недостатка лишен четырехпроводный лямбда-зонд - у него все провода служат для своих целей - два на подогрев, а два - сигнальные. При этом вкручивать его можно так как заблагорассудится.

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

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

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

Для ничего не соображающих в данном вопросе можно сразу написать взаимозаменяемость датчиков кислорода:

• Вместо родного трехпроводного датчика BOSCH O 258 003 021, стоявшего на машине я поставил без каких либо проблем четырехпроводный "жигулевский" BOSCH O 258 005 133.

Итак: Вы походили по магазинам и купили заветный кусочек металла с проводами...

Внимание: Кислородный датчик содержит очень хрупкие керамические ячейки. Во избежание повреждения новый ЛЗ не следует ронять, стучать по нему...

Порядок замены ЛЗ таков:


• Отсоединить кабель ЛЗ от электропроводки.
• Снять старый ЛЗ используя подходящий ключ. Лучше если это будет высокая головка или накидной - так вероятность повредить грани приржавленного ЛЗ будет меньше, но у меня нормально открутился на работающем моторе накидным ключом. Снимать датчик стоит при работающем двигателе. Т.е. пока трубопровод и датчик горячий. В противном случае есть вероятность отломать датчик или сорвать резьбу, т.к. металл сжимается и выворачивать очень трудно. Выкручивайте датчик до тех пор, пока из отверстия не пойдет дымок. Потом глушите машину и откручивайте совсем.
• Отрезать аккуратно провода от старого ЛЗ и соединить с проводами нового, которые тоже придется отрезать от колодки. Схема соединения зависит от того - какой ЛЗ Вы купили. Но обычные цвета и предназначение проводов даны чуть выше, на картинках.
• Следует иметь ввиду, что если штатный лямбда-зонд трехпроводный, то у него провода подписаны (см. на разъеме) "А" и "Б" - подогрев, "С" - сигнальный. Провода подогрева белого цвета (полярность не имеет значения), а сигнальный провод - черный.
• Четвертый (незадействованный ранее) провод стоит вывести и надежно прикрутить к массе двигателя. Проверить также соединение двигателя с массой корпуса. Я прикрутил его под болт крепления главного тормозного цилиндра (в торце кронштейн) - мне так показалось удобнее.
• Вкрутить новый ЛЗ. Если он четырехпроводный, то токопроводящая смазка не нужна. Достаточно графитовой - для смазки резьбовых соединений.
• Соединение проводов не стоит осуществлять скруткой проводов - этот вариант ненадежен и долго не проживет. Самое лучшее - это спаять все положенные провода и хорошенько заизолировать. Паять провода стоит до того, как ЛЗ установлен в трубе, т.е. на столе.
• После замены рекомендую обнулить память контроллера путем снимания на несколько секунд (-)клеммы с аккумулятора. Только подумайте предварительно - не отключатся ли у вас какие нибудь электроприборы типа магнитол, CD-чейнджеров и пр. и не встанут ли они после этого на код. Это важно.

Кратко:

Лямбда зонд устанавливается в любых транспортных средствах, приводимых в движение с помощью двигателей внутреннего сгорания. Лямбда зонд:

Регулирует смесеобразование, удерживая расход топлива на максимально низком уровне.
. Обеспечивает катализатору оптимальные условия работы, что в итоге влияет на срок службы катализатора и низкий уровень токсичности выхлопа.

Подробно:

Подробное понимание того, как устроен и для чего нужен лямбда зонд никак не повлияет на обнаружение и устранение неисправности этого датчика, если вы внимательно будете следовать тем советам, которые мы даём в наших статьях.
Даже простое чтение статьи будет для вас пустой тратой времени, поскольку, когда у вас перегорает лампочка, вы не стремитесь понять, как она работает, а просто меняете её на новую. Ведь всё, что на самом деле нужно вам, это исправный автомобиль. Поэтому, смело пропускайте эту статью и переходите к статьям, которые непосредственно расскажут вам, как проверить, подобрать и заменить ваш датчик.
Если же вы всё-таки решительно настроены вникнуть в суть работы лямбда зонда, желаем удачи.

Функция лямбда зонда в современном автомобиле.

На все автомобили, начиная с конца 80-х годов прошлого века, устанавливаются катализаторы, задачей которых является очищение выхлопных газов от вредных примесей. Для оптимальной и эффективной работы катализатора необходимо подготовить строго определённое качество воздушно-топливной смеси для двигателя и проконтролировать качественные характеристики выхлопных газов, возникших в результате её сгорания. Эту функцию выполняет лямбда зонд.

Лямбда зонд - также называемый кислородным датчиком или датчиком кислорода - измеряет количество остаточного кислорода в выхлопных газах. Отсюда пошло основное название этого датчика - кислородный. Исходя из количества остаточного кислорода, датчик посылает сигналы в электронный блок управления двигателем, который, в свою очередь, регулирует количество подаваемого топлива или, другими словами, изменяет качество воздушно-топливной смеси. Именно поэтому так важна герметичность выхлопной системы в местах установки этих датчиков, поскольку, в результате подмеса воздуха извне параметры этих измерений нарушаются. Идеальное соотношение воздуха и топлива в смеси обозначается греческой буквой λ (лямбда) и равняется приблизительно 15 к 1, где 15 частей это воздух, а 1 часть это топливо. Отсюда и пошло наиболее распространённое в России название датчика - лямбда зонд.

Лямбда зонд установлен в трубы выхлопной системы автомобиля так, чтобы его рабочие поверхности обтекали выхлопные газы. Эти рабочие поверхности состоят из многослойных материалов обеспечивающих тестирование смеси. Тестирование смеси эффективно идёт только при высокой температуре рабочей поверхности, поэтому все современные датчики снабжены функцией принудительного прогрева. Для подробного рассмотрения конструкции датчика обратитесь к схеме 1.

Первый (верхний, регулирующий) лямбда зонд.

До начала 2000-х годов на автомобиль устанавливался только один датчик. Этот датчик устанавливался на отрезок выхлопной трубы между двигателем и катализатором и впоследствии, после появления второго датчика, получил свои нынешние названия: первый датчик или верхний или регулирующий. В задачу этого датчика входил вышеописанный процесс измерений и поскольку он устанавливается выше, чем второй этот датчик был назван верхним. Регулирующим он был назван по причине того, что именно он несёт основную нагрузку по регулированию воздушно-топливной смеси. Этот же датчик принимает на себя главный удар раскалённых токсичных газов двигателя, ещё не очищенных от ядовитых примесей катализатором. За счёт этого он и выходит из строя в среднем в 5-7 раз чаще, чем второй датчик.

Второй (нижний, диагностирующий) лямбда зонд.

После 2000-х годов, дополнительно к Первому датчику, в автомобилях стали устанавливать ещё один, при этом местоположение Первого не изменилось. Второй датчик стали устанавливать на отрезок выхлопной трубы от катализатора до глушителя. Задачей этого дополнительного датчика стала проверка качества очистки выхлопных газов, прошедших через катализатор. Он получил название «Второй» или «Нижний», поскольку устанавливался под днищем автомобиля. Другим названием этого датчика стало «Диагностирующий», оно отражало его функциональную отличие от Первого датчика - проверять качество очистки выхлопных газов. После появления Второго датчика блок управления рассчитывает параметры идеальной воздушно-топливной смеси на основании показаний их обоих. В результате удалось добиться дополнительного снижения расхода топлива и высочайшей степени очистки выхлопных газов от ядовитых примесей - 95%.

Следует заметить, что поскольку Второй датчик установлен после катализатора, где газы уже очищены от агрессивных примесей, он выходит из строя значительно реже и то в результате либо разрушения катализатора, либо в результате механического или термического повреждения.

Конструктивно оба датчика очень похожи. Тем не менее они имеют ряд различий, обусловленных их функциональностью. В последние годы первые и вторые лямбда зонды стали также отличаться и конструктивно. В качестве регулирующих датчиков всё чаще применяются сложные и дорогостоящие широкополосные датчики, в то время как в качестве диагнотических по прежнему используют циркониевые лямбда зонды.

Схематичное обозначение местоположения лямбда зондов на современном автомобиле.

Все автомобили объёмом двигателя более 2-х литров имеют по два Первых датчика и два Вторых датчика. Установка четырех датчиков продиктована большей мощностью таких двигателей требующих наличия двух катализаторов. В последние годы, в связи с введением более строгих требований по выбросам, стали устанавливать до трёх катализаторов, а соответственно понадобился и пятый кислородный датчик.

Разновидности лямбда зондов.

Лямбда зонд из диоксида циркония является самым распространённым на сегодняшний день типом кислородных датчиков.
Менее распространёнными датчиками является широкополосные датчики и датчики воздух - топливо.
Совсем редкими являются лямбда зонд их диоксида титана, которые постепенно вытесняются из-за своей дороговизны.