0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Принципы работы кислородного датчика, лямбда зонда

Принципы работы кислородного датчика, лямбда зонда

Корректное функционирование мотора в автомобиле возможно лишь при правильной работе каждого узла, агрегата и системы. В случае сбоя хотя бы одного из ключевых компонентов двигатель начинает функционировать с нарушениями, а это всегда доставляет множество проблем автовладельцу. Далее мы поговорим о кислородном регуляторе, опишем принцип работы лямбда зонда, как провести его диагностику и очистить в случае необходимости.

Характеристики кислородного датчика

Все знают, что инжекторный двигатель является более экономичным и безопасным (с экологической точки зрения), чем карбюраторный мотор. Это становится возможным благодаря полному контролю за подачей топливной смеси и воздуха. Этот контроль осуществляется несколькими датчиками, которые обеспечивают проверку основных рабочих параметров и направляют эти данные электронному блоку. После их анализа производится корректировка работы системы в целом.

Кислородный датчик

Контроллеры, для получения полной информации центральным блоком, установлены не только на впускной системе (определение количества топлива/воздуха), но и на выпуске.

Здесь работает лишь один регулятор, но именно его работа определяет, какой объем воздуха станет поступать в цилиндры.

Его название – лямбда зонд (кислородный датчик). И это один из важнейших участников системы.

Предназначение и основные функции

Датчик кислорода — это датчик сопротивления, который располагается около катализатора, на коллекторе впуска. Параметры, передаваемые этим датчиком, также передаются на управляющий блок, где проходят обработку, а затем используются в поддержании соответствующего состава топливно-воздушной смеси (ТВС). Лямбда зондом отправляются сигналы на электронный блок в случае, если в камеру двигателя поступает переобогощенная или обедненная рабочая смесь. На основании этих данных управляющий блок корректирует поступление воздуха и горючего для образования «правильной» смеси.

Принцип работы и устройство регулятора кислорода

Давайте разберем, как устроен лямбда зонд. В конструкции каждого универсального лямбда зонда имеются следующие элементы:

  1. Металлический корпус универсального контроллера со специальным отверстием для обеспечения вентиляции датчика. Кроме отверстия на корпусе имеется резьба, при помощи которой датчик ставится в соответствующее место.
  2. Резиновый уплотнитель, отвечающий за герметичность конструкции.
  3. Изолятор, который всегда изготавливается из керамики.
  4. Наконечник (также выполненный из керамических материалов).
  5. Несколько контактов, подключающих контроллер к основной сети.
  6. Щиток защиты, имеющий выпускное отверстие для отхода отработанного газа.
  7. Нагревающий элемент датчика.
  8. Вмонтированная в индивидуальный резервуар спираль.

Устройство кислородного датчика

Любое устройство (1-й и 2-й кислородный регулятор), выполняется из материалов, имеющих высокие свойства термостойкости. Это имеет огромное значение, ведь датчик постоянно работает при повышенных температурах. Элемент можно отнести к одному из типов — их отличие состоит в числе контактов (от одно- до четырехпроводных).

Как уже было отмечено ранее, диагностический регулятор содержания кислорода применяется для поддержания корректного расчёта требуемого объема топлива для установления количества воздуха, поступающего в цилиндры. Датчиком кислорода рассчитываются данные показатели соответственно с показателями экономии и экологии. Это тоже имеет значение, ведь в последнее время к средствам транспорта предъявлены очень строгие требования в вопросах безопасности экологии.

Данный элемент снижает вред для окружающей среды, опираясь на объем содержания вредных веществ в выхлопе.

Виды кислородных датчиков

Кроме лямбда-зондов из циркония, которые наиболее популярны, применяются также изделия других типов.

Датчик из титана

Этот тип кислородных устройств обладает чувствительным элементом, выполненным из прочнейшего материала — диоксид титана. Рабочий температурный режим данного устройства измеряется от 700°C. Этим устройствам не требуется атмосферный воздух, поскольку в основе принципа их действия лежит преобразование напряжения на выходе, в соответствии с концентрацией кислорода в выхлопных газах.

Виды кислородных датчиков

Широкополосный кислородный элемент

Это усовершенствованная модификация. В ее состав входит циркониевый датчик, схема которого дополнена закачивающим элементом. Контроллер из циркония обеспечивает измерение концентрации кислорода в отработанных газах, осуществляя фиксацию напряжения, которое вызвано разностью потенциалов. Затем выполняется сравнение показаний с эталонным значением (450мВ), и, при обнаружении отклонений, начинает подаваться ток, способствующий закачиванию ионов кислорода из выхлопных газов. Это производится до того момента, пока значение напряжение не сравняется с эталоном.

Рабочий ресурс кислородного устройства

Кислородный элемент является одним из датчиков, который имеет достаточно быстрый износ. Это обусловлено тем, что он подвергается постоянному контакту с отработанными газами и его рабочий ресурс прямо зависит от качества топливной смеси и отсутствия неисправностей в двигателе. К примеру, датчик из циркония рассчитан на 70-130 тыс. км пробега.

Работа нижнего и верхнего датчика находится под постоянным контролем бортовой диагностической системы. И при сбое одного из них фиксируется соответственная ошибка, при этом на приборной панели загорается лампочка («Check Engine»). Определить поломку в этом случае можно при помощи специального сканера диагностики.

При исправном функционировании лямбда зонда, параметры сигнала представлены правильной синусоидой, которая демонстрирует частоту переключения не меньше 8 раз за 10с.

Схема работы кислородного датчика

Причины неисправностей и как их определить

При неправильной работе лямбда зонда силовой агрегат автомобиля начинает работать нестабильно.

Причины поломки кислородного датчика

Рассмотрим причины, по которым регулятор может дать сбой.

  1. В электрической цепи случился разрыв, например, в точке подключения датчика к общей сети. Другой причиной может состоять в недостаточном контакте на контроллере либо его окислении.
  2. Замыкание при работе регулятора.
  3. Загрязнение, которое является самой распространенной причиной неисправности датчика. Данная поломка, зачастую, случается из-за постоянной заправки автомобиля некачественным топливом.
  4. Температурная перегрузка датчика. Данная проблемы возникает из-за сбоев в системе зажигания.
  5. Непрерывное передвижение автомобиля по бездорожью приводит к большим вибрациям и к повреждению устройства.
  6. Кислородный элемент часто ломается при попадании в систему цилиндров силового агрегата или во впускную систему антифриза.
  7. Поломка нагревателя регулятора. Очень часто данная проблема возникает из-за износа контроллера (его естественного «старения»).
  8. Датчик может выйти из строя, если двигатель работает на слишком обогащенной ТВС.

Симптомы поломки лямбда зонда

Определить неисправность кислородного датчика можно по следующим симптомам:

  • расход топлива значительно вырос;
  • обороты «плавают» при холостых оборотах силового агрегата;
  • вы стали ощущать характерные рывки, когда автомобиль набирает скорость;
  • катализатор работает нестабильно;
  • повысилась концентрация токсинов в отработанном газе.

В том случае, если вы обнаружите хотя бы один из перечисленных признаков, следует провести диагностику контроллера, а в случае необходимости — заменить его.

Датчик кислорода

Диагностика лямбда зонда

Выше мы рассказали, как работает лямбда зонд, а теперь поговорим о диагностике и прочистке датчика.

Итак, начиная диагностику, нужно погреть элемент. Для этого следует запустить силовой агрегат и дать ему работать примерно 10мин. Это должно обеспечить идеальную проводимость в электролите и создание конечного напряжения на регуляторе кислорода. Диагностика производится без отключения лямбда зонда, при работающем и прогретом моторе. Сама диагностика выполняется при помощи осциллографа — данное оборудование дает самый правильный результат.

Если нормативное значение напряжения будет отличаться от полученного при диагностике, то датчик нужно заменить. Параметр напряжения должен составлять не меньше 10,5В. Обнаружив пониженное значение напряжения следует проверить качество подключения регулятора кислорода и соответствующих разъемов, помимо этого, необходимо убедиться в заряженности аккумулятора.

Ещё нужно протестировать сопротивление датчика. Для чего требуется отключить разъем. В идеальном варианте показатель сопротивления должен находиться в интервале 2-14Ом, но это значение зависит от модели датчика кислорода.

Прочистка кислородного датчика

Если датчик не исправен, то, обычно, его требуется заменить, но в иногда проблему можно решить, почистив кислородный регулятор.

Для прочистки датчика следуйте инструкции:

  1. Отключить контроллер от питания.
  2. Демонтировать датчик. Удобнее это сделать при помощи специального инструмента, но если такового нет, то выполните демонтаж руками.
  3. Процедура прочистки осуществляется ортофосфорной кислотой. Кислородный регулятор помещается в ёмкость с кислотой ориентировочно на 10-20мин. Этого времени достаточно, чтобы кислота удалила имеющиеся отложения и окислы, не разрушив целостность электродов. Для наибольшего эффекта прочистки можно снять защитный колпак, но сделать это не всегда возможно, поскольку для демонтажа необходим токарный станок.
  4. По завершению процедуры прочистки контроллера необходимо промыть его в воде и хорошо просушить.

Если выполненные действия не привели к работоспособности устройства, то его требуется поменять. Заменяя регулятор кислорода, следует убедиться в том, что разъёмы на меняемых датчиках идентичны.

Важно! Процедура прочистки может быть выполнена лишь тогда, когда под защитным колпаком датчика присутствуют отложения.

Замена кислородного датчика

Заменяя лямбда зонд необходимо соблюдать некоторые правила:

  • выкручивать регулятор нужно на остывшем до 40-50°C моторе (в этот момент тепловая деформация не так велика, а детали не слишком раскалены);
  • выполняя монтаж нужно смазать поверхность резьбы герметиком, который исключит прикипание;
  • удостовериться в целостности уплотнительной прокладки;
  • затягивать элементы следует производить с определенным производительным моментом – так будет обеспечена нужная герметичность;
  • подключая разъём следует проверить электропроводку на повреждения;
  • после окончания процесса установки следует провести тестирование при разных режимах работы силового агрегата.

Доказательством правильной работы лямбда зонда будет отсутствие указанных ранее признаков сбоев, а также ошибок на электронном блоке управления.

Nissan Primera 2.0 L 6-мкп 黒夢 tekna フル♠ › Бортжурнал › Всё, что нужно знать о лямбда зондах.

Эту статью сохраняю скорей для себя и как пособие для тех, кто будет задавать такие частые вопросы по поводу датчиков кислорода (тема довольно актуальная).В предыдущей теме мы говорили о наших катализаторах (здесь : www.drive2.ru/l/1861652/). Теперь же узнаем больше и подробней о лямбда зондах:

Название датчика происходит от греческой буквы L (лямбда), которая в автомобилестроении обозначает коэффициент избытка воздуха в топливно-воздушной смеси. При оптимальном составе этой смеси, когда на 14,7 части воздуха приходится 1 часть топлива (речь идет о объемном соотношении величин), L равна 1 (график 1). «Окно» эффективной работы катализатора очень узкое: L=1±0,01. Обеспечить такую точность возможно только с помощью систем питания с электронным (дискретным) впрыском топлива и при использовании в цепи обратной связи лямбда-зонда. Таким образом, Лямбда зонд создан и поставлен инженерами для информирования компьютера, инжекторного автомобиля об отклонении от нормы соотношения топливно воздушной смеси.

Кислород содержит отрицательно заряженные ионы, которые собираются на платиновых электродах, и когда датчик достигает температуры около 400°C, любая разность потенциалов образует электрическое напряжение. В случае если смесь бедная, содержание кислорода в отработавших газах высокое. При сравнении с содержанием кислорода в атмосфере существует только очень маленькая разность потенциалов, и, как следствие, возникает небольшое напряжение (около 0,2–0,3 В). В случае если смесь богатая, то содержание кислорода в отработавших газах низкое. Создается большая разность потенциалов, поэтому возникает относительно более высокое напряжение (0,7–0,9 В). Система управления двигателем будет непрерывно подстраивать длительность импульсного сигнала под форсунки с целью выйти на среднее напряжение, составляющее около 0,4–0,6 В при значении лямбда около 1.0. Поскольку в процессе движения режимы работы двигателя постоянно изменяются, значение напряжения колеблется в обе стороны от среднего значения. Поэтому данный датчик в силу своей неспособности определить небольшие изменения в содержании кислорода известен как узкополосный. Датчик, установленный после каталитического нейтрализатора отработавших газов, действует по тому же способу, что и датчик перед ним, но с одним очень большим отличием. После того, как газы были обработаны каталитическим нейтрализатором, содержание кислорода в них остается на неизменном уровне. Это обеспечивает постоянное напряжение около 0,4–0,6 В. Теперь система управления двигателем может эффективно отслеживать работу каталитического нейтрализатора отработавших газов.

Читать еще:  Принцип работы аккумулятора

Если Лямбда Зонд «врет»

В этом случае ЭБУ начинает работать по усредненным параметрам, записанным в его памяти: при этом состав образующейся топливно-воздушной смеси будет отличаться от идеального. В результате появится повышенный расход топлива, неустойчивая работа двигателя на холостом ходу, увеличение содержания СО в отработавших газах, снижение динамических характеристик, но машина при этом остается на ходу. В некоторых моделях автомобилей ЭБУ реагирует на отказ лямбда-зонда очень серьезно и начинает так рьяно увеличивать количество подаваемого в цилиндры топлива, что запас горючего в баке «тает» на глазах, из трубы валит черный дым, СО «зашкаливает», а двигатель «тупеет» и на ближайшую СТО вам, скорее всего, придется добираться на буксире. Перечень возможных неисправностей лямбда-зонда достаточно большой и некоторые из них (потеря чувствительности, уменьшение быстродействия) самодиагностикой автомобиля не фиксируются.
Поэтому окончательное решение о замене датчика можно принять только после его тщательной проверки, которую лучше всего поручить специалистам. Следует особо отметить, что попытки замены неисправного лямбда-зонда имитатором ни к чему не приведут – ЭБУ не распознает «чужие» сигналы, и не использует их для коррекции состава приготавливаемой горючей смеси, т.е. попросту «игнорирует». При сгоревшем или отключенном лямбда-зонде содержание СО в выхлопе возрастает на порядок: от 0,1 – 0,3% до 3 – 7% и уменьшить его значение не всегда удается, т. к. запаса хода винта качества смеси может не хватить. В автомобилях, система L-коррекции которых имеет два кислородных датчика, дело обстоит еще сложнее. В случае отказа второго лямбда-зонда (или «пробивки» секции катализатора) добиться нормальной работы двигателя практически невозможно. Вообще лямбда-зонд – наиболее уязвимый датчик автомобиля с системой впрыска. Его ресурс составляет 40 – 80 тыс. км в зависимости от условий эксплуатации и исправности двигателя. Плохое состояние маслосъемных колец, попадание антифриза в цилиндры и выпускные трубопроводы, обогащенная топливно-воздушная смесь, сбои в системе зажигания сильно сокращают срок его службы. Применение этилированного бензина категорически недопустимо – свинец «отравляет» платиновые электроды лямбда-зонда за несколько бесконтрольных заправок.

Виды кислородных датчиков.

Существует несколько классификаций автомобильных кислородных датчиков: 1. По количеству проводов: 1-,2-,3-,4-,5-,6-контактные датчики. 2. По дизайну сенсорного элемента: “пальчиковые” и пластинчатые 3. По способу крепления в выхлопную трубу: резьбовые и фланцевые. 4. По ширине измерений лямбды: узкополосные (детектируют лямбду при величине >1) и широкополосные (детектируют лямбду от 0,7 до 1.6).

Одноконтактные датчики – имеют один сигнальный провод, по которому передаются генерируемые датчиком электрические импульсы.
Двухконтактные датчики – имеют один сигнальный провод и один провод “на массу” (дублирует заземление через корпус датчика). Заземляющий провод позволяет более точно оценивать показания сигнального провода блоком управления двигателем.
Трёхконтактные датчики – имеют один сигнальный провод, один провод “на массу” и один провод на нагревательный элемент. Эти датчики характеризуются следующими достоинствами: 1. Короткое время достижения датчиком рабочей температуры (более 350 градусов) вследствие чего снижается количество вредных выбросов при работе холодного двигателя; 2. увеличивается срок службы датчика, так как у нагреваемых датчиков изменение температуры происходит, более плавно, чем у датчиков без нагревательного элемента; 3. датчики, снабжённые нагревательным элементом, имеют менее строгие требования к месторасположению в выхлопной системе, что упрощает их техобслуживание. Мощность нагревательного элемента в кислородном датчике составляет либо 12Вт, либо 18Вт. Следует учитывать, что установка датчика с неправильно подобранной мощностью нагревательного элемента может привести к перегреву датчика и быстрому выходу его из строя.
Четырёхконтактные датчики – обязательно имеют один сигнальный провод, один питающий на нагревательный элемент и один заземляющий провод. Функция последнего провода может быть различной и зависит от особенностей устройства системы управления конкретным двигателем. Четвёртый провод может быть либо ещё одним заземляющим (в случаях, когда заземление через корпус датчика не предусмотрено), либо питающим проводом для второго нагревательного элемента. Следует учитывать, что при ошибочной установки датчика с заземлением на корпус вместо датчика без заземления на корпус или наоборот может привести к тому, что блок управления двигателем не распознает сигналы, поступающие с кислородного датчика.
Взаимозаменяемость. Рекомендованный заводом-изготовителем лямбда-зонд и сходные по конструкции циркониевые датчики взаимозаменяемы. Возможна замена не подогреваемых датчиков на подогреваемые (но не наоборот!). Однако при этом может возникнуть проблема несовместимости разъемов и отсутствия в машине цепи питания для нагревателя лямбда-зонда. Недостающие провода можно проложить самостоятельно, а вместо разъема использовать стандартные автомобильные контакты. Цветовая маркировка выводов лямбда-зондов может различаться, но сигнальный провод всегда будет иметь темный цвет (обычно – черный). «Массовый» провод может быть белым, серым или желтым (рис. 4). Титановые лямбда-зонды от циркониевых легко отличить по цвету «накального» вывода подогревателя – он всегда красный. При замене 3-контактного лямбда-зонда на 4-контактный необходимо надежно соединить с «массой» автомобиля провод заземления подогревателя и сигнальный «минус», а накальный провод подогревателя через реле и предохранитель подключить к «плюсу» аккумулятора. Подключение напрямую к катушке зажигания нежелательно, т. к. в цепи ее питания может стоять понижающее сопротивление. Подключиться к контактам топливного насоса достаточно сложно. Лучше всего подключить реле подогревателя лямбда-зонда к замку зажигания.

Расположение Кислородного датчика Ниссан :
Кислородный датчик расположен на выпускном тракте двигателя. Если это рядный двигатель — то кислородный датчик расположен непосредственно на чугунном выпускном коллекторе, если же это V — образный двигатель или иной двигатель не с единым выпускным коллектором, то кислородный датчик располагается в месте схождения основных отводов выпускных коллекторов.

Почему следует заменить неисправный кислородный датчик?
Замена неисправного кислородного датчика на новый датчик позволяет экономить топливо, улучшить динамику автомобиля, уменьшить токсичность выхлопных газов, является профилактикой преждевременного выхода из строя дорогостоящего катализатора.
Инструкция по замене, универсальная: Чтобы снять старый и установить новый кислородный датчик нужно убедиться в том, что зажигание выключено, а провода датчика отсоединены. Перед установкой нового зонда проверяют его маркировку на соответствие указанной в инструкции по эксплуатации, осматривают автомобиль на отсутствие механических повреждений, наличие кольца уплотнения, противопригарной смазки на резьбовой части. Затем датчик кислорода затягивают до полностью герметичного соединения, соединяя электроразъем, после чего можно проверять работоспособность нового датчика. Иногда датчик кислорода присоединяется к трубопроводу специальной пластиной, в пространстве между ней и трубопроводом находится прокладка с функцией герметика. Проверка работоспособности датчика производится только при его нагреве до температуры 350 градусов специальным оборудованием: газоанализатором, осциллографом, вольтметром, омметром. Поэтому сделать правильную замену кислородного датчика на Nissan и других автомобилях можно лишь в специализированном автосервисе.

Восстановление кислородного датчика : Проблема всех легковых автомобилей в России является завышенный расход бензина на подержанных автомобилях. Главной причиной этого не качественное топливо, которое загрязняет систему автомобиля, и в первую очередь лямбда зонт, в простонародье называют кислородным датчиком, который находиться на каталитическом нейтрализаторе(система очистки отработанных газов) Если отказ лямбда-зонда (ЛЗ) не вызван необратимыми изменениями в структуре его основы – слое циркониевой керамики, то датчик можно попробовать «оживить». Дело в том, что рабочая поверхность ЛЗ под защитным колпачком со временем покрывается нагаром и свинцовыми отложениями выхлопных газов. Датчик начинает «врать». Если этот налет удалить, то работоспособность ЛЗ восстанавливается. Поверхность датчика не позволяет производить ее чистку механическим способом (абразивной шкуркой или надфилем), т. к. вместе с нагаром с керамической основы неизбежно удаляются слои платинового напыления. Этот датчик отвечает за качество топливной смеси, ну и соответственно если он загрязнен, сигнал на компьютер автомобиля не будет соответствовать норме. тем самым машинка начинает кушать много бензина, покупка нового датчика сильно бьет по бюджету, его цена иногда доходит до 30 тысяч рублей в зависимости от марки автомобиля. И так оживляем!

Инструкция 1:
1шаг Безопасно очистить ЛЗ можно, промыв его в ортофосфорной кислоте, которая за 10 – 20 мин. разъедает загрязнения, не трогая платиновые электроды. Перед промывкой датчик надо вскрыть. Для этого на токарном станке тонким резцом аккуратно, у самого основания отрезают защитный колпачок, изготовленный из нержавеющей стали. Использовать для этих целей ножовку по металлу нельзя – ею можно повредить керамическое тело датчика.
2шаг Процедуру очистки можно ускорить, используя тонкую кисточку из натуральной щетины. Кисточкой осторожно наносят ортофосфорную кислоту, равномерно омывая, керамический стержень ЛЗ со всех сторон. Не следует погружать датчик в кислоту целиком – моется только его рабочая часть. По мере очищения черно-коричневая поверхность стержня приобретает стальной оттенок: это блестит платина, запыленная на керамику основы. После очистки датчик хорошо промывают водой и высушивают, а защитный колпачок крепят на место с помощью аргоновой сварки. Если под рукой нет необходимого оборудования, то колпачок можно не срезать. Вместо этого в нем с помощью напильника делают два «окошка» шириной 3 – 4 мм и через них с помощью такой же кисточки промывают датчик кислотой.
3шаг Восстановленный датчик завинчивают на свое место в машине, предварительно проверив состояние уплотнительного кольца. Промывку ЛЗ можно производить многократно, по мере его загрязнения. Если «реанимация» все же не принесла ожидаемых результатов, это значит, что датчик кислорода вышел из строя окончательно и вам ничего не остается, как идти в магазин за новым «информатором».

Инструкция 2:
1. Выворачивание l-зонда на холодном двигателе может оказаться крайне затруднительным ввиду теплового сжатия металла выпускного коллектора/трубы системы выпуска. Во избежание риска повреждения компонентов, прежде чем приступать к снятию датчика, прогрейте двигатель в течение пары минут, — постарайтесь не обжечься о разогретые поверхности в процессе выполнения процедуры:
a) Кислородные датчики оборудованы вмонтированным жгутом электропроводки с контактным разъемом. Повреждение данного жгута приводит к необратимому выходу датчика из строя, — соблюдайте осторожность; b) Старайтесь не допускать попадания на контактный разъем и жалюзи датчика масла, смазки, грязи, влаги и т.п.;
c) НИ в коем случае не применяйте для чистки датчика никакие растворители;
d) Старайтесь не ронять и резко не стряхивать датчик. 2. Поддомкратьте автомобиль и установите его на подпорки. 3. Аккуратно отсоедините разъем электропроводки кислородного датчика. 4. При помощи специального ключа осторожно выверните зонд из соответствующей секции системы выпуска отработавших газов. 5. Перед вворачиванием датчика смажьте его резьбовую часть антиприхватывающим герметиком. 6. Вверните датчик на свое штатное место и прочно затяните его. 7. Опустите автомобиль на землю и подсоедините к датчику электропроводку. 8. Произведите автомобиля ходовые испытания. Проверьте память модуля управления на наличие кодов неисправностей.

Читать еще:  Как замкнуть стартер

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.

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.

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.

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.

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.

Устройство и особенности работы лямбда-зонда

В этой статье подробно описано о видах и принципе работы лямбда зонда.

Не секрет, что к современной автомобильной технике предъявляются высокие экологические требования. Благодаря различным датчикам и сложным системам появилась реальная возможность максимально очистить выхлопные газы от вредных примесей. Основным из всех устройств очистки по-прежнему является каталитический нейтрализатор , который входит в состав выпускной системы. Особенности его конструкции позволяют подавить поток вредных веществ. Однако это еще не все, поскольку результативность его работы напрямую зависит от того, насколько эффективно топливная смесь сгорает в цилиндрах.

Несмотря на то, что впрыск топлива на современных двигателях контролируется при помощи электроники, необходимо еще и получить качественную рабочую смесь. Это возможно благодаря кислородному датчику (лямбда-зонду). Рассмотрим его устройство, особенности работы и наиболее часто встречаемые неисправности.

Конструкция и принцип действия лямбда-зонда

Итак, основное назначение датчика кислорода – управление процессом смесеобразования. Это возможно благодаря замеру содержания кислорода в автомобильных выхлопах. Далее эти показания передаются в систему электронного управления, которая корректирует рабочие показатели смеси. Лямбда-зонд может входить в конструкцию глушителя, либо устанавливаться на выпускной патрубок силового агрегата . Отметим, что на машине может быть установлено два кислородных датчика. В однолямбдной системе датчик устанавливается перед каталитическим нейтрализатором, в двухлямбдной – помимо основного, дополнительный датчик стоит сразу за катализатором. Благодаря двум датчикам в системе, производится более точная корректировка состава воздушно-топливной смеси, а также контроль над эффективностью работы катализатора.

Как работает узкополосный датчик кислорода?

Известно, что кислородные датчики бывают двух видов:

Узкополосный датчик имеет простую конструкцию и выступает в качестве генератора волнообразных сигналов. Если в конструкцию лямбды входит нагревательный элемент, тогда количество контактов на его разъеме может быть увеличено до четырех. Что касается устройства датчика, то он является обыкновенным гальваническим элементом, правда в роли электролита представлены керамические соты, которые свободно пронизывают ионы кислорода, но, для того, чтобы они стали полностью проводимыми, необходим нагрев до температуры около 400 градусов.

Как только в систему топливовпрыска поступает сигнал с кислородного датчика, согласно его показаний начинается приготовление эталонной рабочей смеси, при сгорании которой, на контактах лямбды вырабатывается напряжение, величиной примерно равной 0,6 В. В случае когда смесь плохо обогащена, выхлопные газы авто перенасыщены кислородом, поэтому напряжение на контактах датчика снижается в половину, следовательно, форсунки открыты дольше. В хорошо обогащенной смеси сгорает больше кислорода, поэтому его содержание в выхлопе незначительно. Напряжение датчика увеличивается, а время открытия форсунок уменьшается. Поскольку силовой агрегат во время движения работает в разных режимах, корректировка смесеобразования постоянно меняется. Соответственно, напряжение на контактах лямбды постоянно изменяется, таким образом, датчик работает в волнообразном режиме.

Как работает широкополосный датчик?

Поскольку постоянно ужесточаются экологические требования, предъявляемые к выхлопным газам транспортных средств, соответственно, необходимо добиться полного сгорания топливной смеси в цилиндрах мотора. По этой причине узкополосные лямбда-зонды не особо эффективны, поэтому их с успехом заменили широкополосные устройства.

Особенностью работы такого датчика является возможность корректировки смесеобразования отдельно для каждого цилиндра, практически мгновенное реагирование на изменение происходящих в двигателе процессов, и быстрое включение в работу. Это положительно отражается на работе силового агрегата, и, в разы снижает количество вредных химических соединений в выхлопных газах.

Конструкция сложного кислородного датчика состоит из разделенных зазором насосных и измерительных ячеек, между которыми находится газ с постоянным составом. Зазор между сотами сложной лямбды сделан таким образом, что находящийся в нем газ не контактирует с выхлопными газами, что позволяет максимально точно определить содержание кислорода в них, путем его откачивания. Выхлопы необогащенной смеси перенасыщены кислородом, который откачивается из зазора между ячеек при помощи положительного электрического заряда. В случае, с обогащенной смесью, кислород, наоборот закачивается в измерительный контур, для этого заряд меняется на противоположный. Система электронного управления, постоянно контролирует величину тока проходящего через ячейки, и подбирает ему соответствующий параметр. В отличие, от простого кислородного датчика, сложная лямбда имеет криволинейный выходной сигнал.

Читать еще:  Как вернуть права при лишении

Симптомы неисправности кислородного датчика

Несмотря на всю простоту конструкции, лямбда-зонд считается самым уязвимым элементом моторного агрегата, ресурс которого исчисляется максимальным пробегом в 80 тыс. км, после чего, довольно часто, лямбда начинает работать некорректно.

Диагностировать какую-либо его неисправность достаточно проблематично из-за того, что он не выходит из строя сразу, а начинает работать с перебоями. Например, неправильно считывает показания, вследствие чего топливоподача в цилиндры осуществляется некорректно. Если же система управления продолжительное время не получает данные о содержании кислорода в выхлопе автомобиля, она переходит в режим при котором использует средние показатели, в результате чего нарушается состав рабочей смеси, силовой агрегат начинает работать с перебоями.

Распространенными признаками поломки кислородного датчика являются:

— повышенное потребление топлива;

— работа силового агрегата на холостых оборотах с перебоями;

— превышение СО в выхлопах транспортного средства;

— резкое снижение ходовых характеристик автомобиля.

Мотор, который оборудован двумя лямбда-зондами «болезненнее» реагирует на некорректную работу либо поломку одного из них. Стоит отметить, что возможно, двигатель вообще перестанет функционировать, пока кислородный датчик не будет заменен исправным.

Зачастую, датчик выходит из строя, либо работает неправильно по следующим причинам:

— использование некачественного топлива;

— нарушена работа системы топливовпрыска;

— неправильно отрегулировано зажигание;

— наличие выработки в цилиндрах и износ поршней;

— повреждение корпуса либо рабочего элемента кислородного датчика.

При продолжительной эксплуатации лямбды, причиной ее поломки очень часто становится рабочий элемент датчика. В этом случае замены зонда не избежать. Но, бывает и так, что вновь установленный на автомобиль кислородный датчик начинает работать с перебоями. В таком случае, необходимо проверить его корпус и рабочую часть на предмет скопления на них различных загрязнений и отложений, которые затрудняют нормальную работу устройства. Решением проблемы станет чистка датчика раствором ортофосфорной кислоты, после которой лямбду необходимо хорошо промыть водой, высушить, и только потом установить на машину. Если же это не помогло, и кислородный датчик по-прежнему работает неправильно, единственный выход из ситуации – его замена.

Об исправности датчика красноречиво говорит правильная и бесперебойная работа силового агрегата, умеренное потребление топлива, снижение вредных веществ в выхлопе авто и отсутствие ошибок в памяти ЭБУ.

Видео расскажет о принципе работы лямбд-зонда (кислородного датчика):