Как работает кислородный датчик в автомобиле?

Устройство и принцип работы кислородного датчика

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

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

Коэффициент избытка воздуха λ

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

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

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

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

В зависимости от значения λ различают три вида топливовоздушной смеси:

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

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

Назначение датчиков кислорода

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

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

Конструкция и принцип работы кислородного датчика

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

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

Устройство наконечника лямбда-зонда

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

Ресурс кислородника и его неисправности

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

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

Сканер Scan Tool Pro Black Edition

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

Сигнал исправного кислородного датчика

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

Основные неисправности кислородного датчика:

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

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

Признаки неисправности кислородника:

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

Виды лямбда-зондов

Помимо циркониевых используются также титановые и широкополосные датчики кислорода.

  • Титановые. Этот вид кислородников имеет чувствительный элемент из диоксида титана. Рабочая температура такого датчика начинается от 700 °C. Титановые лямбда-зонды не требуют наличия атмосферного воздуха, поскольку принцип их работы основан на изменении выходного напряжения, в зависимости от концентрации кислорода в выхлопе.
  • Широкополосный лямбда-зонд представляет собой усовершенствованную модель. Он состоит из цикрониевого датчика и закачивающего элемента. Первый измеряет концентрацию кислорода в отработавших газах, фиксируя напряжение, вызванное разницей потенциалов. Далее происходит сравнение показания с эталонной величиной (450 мВ), и, в случае отклонения, подается ток, провоцирующий закачивание ионов кислорода из выхлопа. Это происходит до тех пор, пока напряжение не станет равным заданному.

Лямбда-зонд является очень важным элементом системы управления двигателем, а его неисправность может привести к сложностям в управлении автомобилем и стать причиной повышенного износа остальных деталей двигателя. А поскольку он не подлежит ремонту, его необходимо сразу заменить на новый.

Почему при неисправном датчике кислорода машина плохо едет и расходует много бензина?

Датчик кислорода или лямбда-зонд – устройство, устанавливаемое в выпускном коллекторе. Его основная задача контролировать количество кислорода, оставшегося после сгорания топливной смеси. По стандартам эта смесь формируется в пропорции 1 к 14,7, при отклонении данного показателя лямбда-зонд передает команду в ЭБУ о нарушении качества воздушно-топливной смеси. В некоторых автомобилях устанавливают второй зонд после катализатора. Если работа датчика кислорода нарушена или он вообще вышел из строя, возникают проблемы в работе двигателя:

  • машина неадекватно реагирует на нажатие педали газа;
  • появляется запах топлива в салоне;
  • существенно увеличивается расход топлива (до 2 раз);
  • выхлоп имеет резкий запах.
Читайте также  Где находится блок абс на приоре?

Зачем нужен кислородный датчик

Этот конструктивный элемент появился в 1976 году, и первые лямбда-зонды были выпущены немецким концерном Bosch. Его появление было вызвано тем, что в середине 70-х годов прошлого века случился резкий скачок цен на нефть, поэтому большинство автовладельцев задумались об экономичности своих машин. Благодаря датчику удалось достигнуть ощутимой экономии топлива без снижения мощности.

Датчик лямбда-зонд анализирует количество несгоревшего в выхлопе кислорода. Если его много, то подаваемая в цилиндры смесь – бедная, когда его мало – воздушно-топливная смесь слишком обогащена. Благодаря этим данным электронный блок управления регулирует соотношение воздуха и горючего в смеси, что позволяет достигнуть максимально эффективности при работе, а это приводит к экономии топлива. Идеальный показатель – на сгорание 1 кг топлива должно потребляться 14,7 кг воздуха. Стандартный кислородный датчик находится в выпускном коллекторе.

С 90-х годов на автомобили стали устанавливать два лямбда-зонда – верхний кислородный датчик непосредственно на выходе из двигателя, а нижний датчик после катализатора. Первый зонд контролирует качество подаваемой топливной смеси, а второй – следит за состоянием катализатора, что важно для соблюдения экологических норм.

Из-за плохого качества топлива и других проблем нижний датчик кислорода часто выходит из строя. Решать эту проблему пытаются разными способами, один из них – программное отключение, другой – механическая обманка лямбда-зонда. Такая обманка датчика кислорода работает очень просто – в ней делается дополнительное отверстие или устанавливается сеточка для доступа воздуха извне. В результате концентрация выхлопа и вредных веществ в нем снижается и зонд считает, что с экологией все нормально. Более надежный вариант — перепрошивка ЭБУ.

Устройство лямбда-зонда

Чтобы понять принцип работы датчика кислорода, нужно знать его устройство. В лямбда-зонде установлены два электрода. Внешний электрод взаимодействует непосредственно с выхлопом, внутренний электрод взаимодействует с атмосферным воздухом. Между этими электродами располагается слой диоксида циркония. Существуют титановые зонды, которым не требуется контакта с атмосферой, но они встречаются очень редко и стоят дорого.

В результате взаимодействия с различными средами на электродах возникает разное напряжение, результирующее значение которого передается по проводу в ЭБУ. Из этих данных делается вывод о богатстве или бедности смеси. При значениях от 0,1 до 0,45 В – смесь обедненная, в диапазоне 0,45-0,9 В – смесь обогащенная. Идеальное соотношение воздушно-топливной смеси достигается при 0,45 В.

Первые модели датчиков кислорода работали только до 3000 оборотов двигателя, а после этого он переходил на усредненные параметры обогащения смеси. Но современные лямбда-зонды работают во всем диапазоне оборотов, что обеспечивает лучшую эффективность и экономичность.

Диагностика

Проверку лямбда-зонда осуществляют, не снимая его с автомобиля. Для этого берется специальное приспособление и присоединяется к эклектической системе, после заводится двигатель. Чтобы датчик начал работать, его нужно разогреть до 300 градусов, а титановый зонд – до 700.

Значения напряжения на устройстве должны меняться в диапазоне от 0,1 до 0,9 В примерно 8 раз в 10 секунд. Это означает, что датчик работает правильно и никаких проблем с ним не возникает. Если частота смены показателей уменьшается, зонд не работает нормально и скоро выйдет из строя. При полном выходе из строя на экране диагностического аппарата высвечивается одно значение.

Что происходит при неисправном кислородном датчике

В случае неисправности лямбда-зонда, когда напряжение на нем не меняется, ЭБУ начинает обогащать рабочую смесь, обеднять ее он не будет, поскольку это приводит к более серьезным последствиям.

Специфический запах начинает проникать в салон, а расход топлива возрастает в 2 раза. При этом разгоняется автомобиль гораздо хуже, поскольку топливо заливает цилиндры, иногда из выхлопной трубы доносятся характерные хлопки.

Что приводит к поломке лямбда-зонда

Устройство датчика кислорода таково, что главным его врагом являются высокие температуры. При удалении катализаторов, без соответствующей компенсации, температура выхлопных газов увеличивается, что со временем это приводит к выходу зонда из строя.

Вторая проблема – попадание антифриза в выхлопные газы. Но если охлаждающая жидкость попадает в камеры сгорания, а из них в выхлопной коллектор, поломка кислородного датчика – это наименьшая из проблем.

Третья распространенная причина поломки – попадание масла на электроды. Это происходит, когда выкинутое из мотора масло попадает на турбину, где оно выгорает, а пары попадают в лямбда-зонд, который выходит из строя. Выгорающие масляные брызги существенно поднимают температуру в выхлопном коллекторе.

При изготовлении тюнингованных систем выхлопа датчик кислорода иногда устанавливают снизу. Это ошибка, поскольку образующийся конденсат и твердый осадок приведут к быстрой коррозии электродов, и устройство сломается. Поэтому лямбда-зонд устанавливают сверху магистрали и еще под углом 45 градусов, чтобы поток выхлопных газов заходил правильнее.

Сколько времени работает лямбда-зонд

Первые варианты кислородных датчиков, с двумя проводами, при нормальном режиме эксплуатации работали в районе 50 тыс. км пробега. Новая конструкция зондов с тремя или четырьмя проводами проработает в районе 80 тыс. км. Лямбда-зонды, устанавливаемые в современные автомобили способны отработать до замены около 150 тыс. км.

Отдельный подвид этих датчиков – широкополосные лямбда-зонды, которые проходят не менее 150 тыс. км., обладая рядом преимуществ. Они оборудованы отдельной шкалой вывода, поэтому водитель может в реальном времени видеть, какая смесь подается в двигатель. Это устройство работает во всем диапазоне оборотов и обрабатывает информацию с гораздо большей скоростью. Особенно полезны такие датчики для автовладельцев, которые любят заниматься тюнингом своих моторов.

Видео: Лямбда! Датчик Кислорода и Повышенный расход топлива

Датчики от сторонних производителей

Чтобы улучшить работу двигателя или просто заметить кислородный датчик, вышедший из строя, автовладельцы обращаются к вариантам от сторонних производителей, выпускающих, в том числе, и широкополосные датчики. Для этого лучше брать продукцию известных компаний, среди которых популярны:

  1. АЕМ performance electronics;
  2. INNOVATE motorsports;
  3. Depo Racing.

Каждый из этих брендов предлагает несколько типов и поколений датчиков кислорода, которые отличаются приемлемым уровнем точности и надежности. Есть определенные нарекания к широкополосным зондам от Depo Racing, но и здесь многие специалисты поспорили бы.

Зонды от INNOVATE motorsports требуют предварительной калибровки. Для этого их нужно подключить на воздухе, чтобы они установили нужное значение, и только после этого устанавливать в выхлопную систему. Иногда в них возникают проблемы с контроллерами и другой электронной начинкой. Наименьшее количество проблем возникает с АЕМ performance electronics, но они стоят дороже всего.

При установке широкополосного лямбда-зонда нужно знать, что он не переносит перегрева. Поэтому они устанавливаются на расстоянии не менее 40, а лучше 50 см от турбины или начала штанов выпускного коллектора.

Заключение

Датчик кислорода – необходимый элемент любого современного двигателя. Благодаря ему мотор понимает, что происходит в камерах сгорания, достаточно ли топлива в них поступает или нужно увеличить количество воздуха в смеси. Бедные смеси приводят к детонации и преждевременному износу двигателя, разрушению поршневой группы и цилиндров. При излишне богатой смеси в камерах сгорания образуется нагар, кроме того, она смывает масло со стенок цилиндров, что тоже приводит к ускоренному износу.

При замене лямбда-зонда можно обращаться к сторонним производителям, перепиновав несколько проводов и получив более точное и надежное устройство. При этом ускоренная передача информации позволяет работать по более адекватному алгоритму, оперативно реагируя на изменившиеся условия. В результате это поможет сэкономить деньги на топливе, избежать проблем с богатой или бедной смесью, а двигатель будет работать в идеальном для него режиме.

Лямбда-зонд (кислородный датчик): как устроен и за что отвечает?

На автомобилях с электронным зажиганием для ограничения выброса вредных веществ в атмосферу устанавливают лямбда зонд, который реагирует на содержание углекислоты и других опасных примесей. Свое название этот элемент получил по букве греческого алфавита, которая выбрана для обозначения коэффициента избытка воздуха в топливовоздушной смеси.

Устанавливают кислородный датчик в магистрали выхлопа. Зная, что такое лямбда зонд в автомобиле и как он устроен, можно выбрать оптимальное решение при обнаружении неполадок.

Читайте также  Вязкость моторного масла что это такое?

Что такое лямбда зонд в машине и для чего он нужен

Назначение лямбда-зонда — контроль уровня вредных примесей в выхлопных газах. Этот элемента позволяет поддерживать содержание углекислоты в пределах 0,2 – 0,3 %. Основная функция — подача электрического сигнала в электронный блок управления силового агрегата. Это единственное, на что влияет лямбда зонд, но роль датчика нельзя преуменьшать.

Установкой кислородных датчиков в выхлопной трубе нового автомобиля занимается производитель. В дальнейшем при эксплуатации машины рекомендуются визуальная проверка и компьютерное тестирование лямбда-зонда не реже одного раза в год или после 10 – 15 тыс. км пробега. Если компонент будет поврежден или изношен, то придется его заменить. Если не получается замерить содержание кислорода, это может станет причиной поломки двигателя.

Устройство и принцип работы лямбда зонда

Лямбда зонд представляет собой обычный электрический элемент, через который проходят выхлопные газы. Устройство датчика кислорода предполагает наличие внутри корпуса токопроводящего элемента, электродов, сигнального контакта и заземления. Выходной электрический сигнал формируется при изменении напряжения в зависимости от состава выхлопного потока.

Работа датчика основана на принципе сравнения уровня кислорода в отработавших газах и атмосферном воздухе. Установка внутри трубы до и после каталитического нейтрализатора полностью исключает попадание вредных веществ за пределы системы. Электрическая схема в устройстве такого датчика кислорода задействуется только после разогрева до температуры 300 – 400 ºC, что необходимо для появления электропроводимости твердого электролита.

Принцип работы лямбда зонда позволяет выявить даже малейшее превышение норм по опасным веществам. Но даже при заправке горючего высокого качества с минимальным содержанием примесей через 100 – 150 тыс. км пробега датчики кислорода, а часто и катализаторы (нейтрализаторы), приходится менять.

Каких видов бывают лямбда зонды?

Независимо от того, как работает датчик кислорода и в какой части системы он установлен, для получения электрического сигнала о составе выброса внутри предусмотрен твердый электролитический элемент. В зависимости от типа этого компонента различают следующие виды зондов:

  • циркониево-оксидные, способные определить количество воздуха в топливе в относительной величине (больше/меньше);
  • датчики с высокой чувствительностью, способные точно определить соотношение компонентов топливной смеси (Denso);
  • титановые, которые работают без доступа атмосферного кислорода.

На автомобили устанавливают датчики, предназначенные для конкретной марки или модели, а также изделия универсальной конструкции. Последние не комплектуют оригинальным разъемом – его, увы, приходится искать отдельно.

Информацию о составе выхлопа на контроллер подают и датчики других видов, которые отличаются количеством контактов (1- 6), способом установки (резьба/фланец), а также узко- или широкополосные модели по диапазону измерения (до коэффициента 1,6). Все варианты подключаются и работают по аналогичной схеме с передачей сигнала в ЭБУ для корректировки состава топливовоздушной смеси и объема впрыска топлива.

Распространённые причины неисправностей лямбда зонда и способы их устранения

Датчики содержания кислорода в топливовоздушной смеси со временем выходят из строя, что можно определить по нестабильной работе двигателя и увеличенному расходу горючего. Причины неисправности лямбда — это заправка топлива низкого качества, неполадки системы приготовления и подачи горючего, попадание на датчик спецжидкостей. Неполадки проявляется следующими признаками:

  • резкий рост оборотов до максимальных значений и мгновенное отключение мотора;
  • ухудшение качества подаваемой в цилиндры смеси, снижение полноты сгорания;
  • колебания оборотов холостого хода;
  • значительное снижение мощности при увеличении оборотов;
  • сбои в работе электронных блоков из-за задержек в подаче сигналов с датчика;
  • движение автомобиля рывками;
  • появление в двигательном отсеке звуков, которые нехарактерны при нормальной работе мотора;
  • поздний впрыск при нажатии педали.

Для восстановления работоспособности электроники и системы впрыска понадобится замена или правильная очистка лямбда зонда. При очистке нужно снять керамический наконечник и удалить загрязнения при помощи химических средств.

Заключение

Даже одна–две заправки топливом низкого качества могут стать причинами выхода из строя лямбда зонда. В таких случаях нарушается работа ЭБУ мотора, что и приводит к сбоям. Чтобы восстановить питание двигателя горючим и устранить неполадки, приходится заменять компонент, поскольку чистка считается малоэффективным способом.

Что такое лямбда зонд

Введение жёстких экологических норм подтолкнуло автопроизводителей использовать на автомобилях катализаторы. Это устройства, которые помогают снизить содержание токсичных веществ в выхлопных газах. Каталитический нейтрализатор – вещь полезная, но эффективно работает только при определённых условиях. Если не контролировать постоянно состав топливно-воздушной смеси, то катализаторы долго не прослужат.

И здесь приходит на помощь лямбда зонд или так называемый датчик кислорода (в английской литературе его называют Lambda probe или Oxygen sensor). Ниже рассмотрим подробнее, что такое лямбда зонд, как он работает и для чего используется.

Как работает лямбда зонд

Схема работы лямбда зонда

Как сказано выше, лямбда зонд это датчик кислорода. Он измеряет количество кислорода в выхлопных газах. Для корректного измерения ему нужно прогреться до температуры 300 – 400°С. Именно в таких условиях электролит, входящий в конструкцию кислородного датчика, приобретает проводимость. При этом разница в объёме атмосферного кислорода и кислорода, содержащегося в выхлопной трубе, приводит к возникновению выходного напряжения на электродах лямбда-зонда.

При запуске и прогреве холодного двигателя впрыск топлива происходит без использования данных от датчика кислорода, вместо этого состав топливно-воздушной смеси корректируется по сигналам других датчиков:

  • числа оборотов коленвала;
  • температуры охлаждающей жидкости;
  • положения дроссельной заслонки.

Чтобы повысить чувствительность лямбда-зондов при низких температурах и после запуска холодного мотора, применяют принудительный подогрев. Внутри керамического тела датчика находится нагревательный элемент, который подключается к автомобильной электросети.

Читайте также: Датчик массового расхода воздуха или ДМРВ , что это такое, как работает и для чего нужно.

Зачем нужен лямбда зонд

Как выглядит лямбда зонд уже в автомобиле

Лямбда зонд используется для поддержания оптимального состава воздуха и топлива, поступающего в двигатель автомобиля. Оптимальным считается такой состав, когда на 14,6-14,8 части воздуха приходится одна часть топлива. Это можно обеспечить только при помощи систем питания с электронным впрыском и при использовании лямбда зонда в цепи обратной связи.

Замер переизбытка воздуха в смеси осуществляется довольно оригинальным способом – при помощи определения в отработавших газах содержания остаточного кислорода. Именно поэтому лямбда зонд установлен перед катализатором в выпускном коллекторе. Электрический сигнал датчика считывается электронным блоком управления (ЭБУ), а тот, в свою очередь, оптимизирует состав смеси, изменяя количество топлива, подаваемого в цилиндры двигателя.

На некоторых моделях автомобилей на выходе из катализатора расположен ещё один лямбда-зонд. Это позволяет достичь большей точности приготовления смеси и контролировать эффективность работы катализатора.

В зависимости от конструкции, различают два вида датчика:

  • широкополосный – используется в качестве входного датчика;
  • двухточечный – может устанавливаться и на входе, и на выходе из катализатора. Его принцип работы основан на измерении количества кислорода в атмосфере и выхлопных газах.

Видео о лямбда-зонде

  • Обманка лямбда зонда

    Обманка лямбда зонда

    Кислородный датчик подаёт сигнал тогда, когда он обнаружил изменения в содержании кислорода. Данный сигнал передаётся на контроллер, который его принимает и сравнивает полученную информацию с показателями, заложенными в памяти. Если полученные данные не совпадают с оптимальными значениями, то блок управления изменяет длительность впрыска. Этим достигаются следующие показатели:

    • экономия топлива;
    • максимальная эффективность работы двигателя;
    • уменьшение объёма вредных выхлопов.

    Но немногие автолюбители прислушиваются к этим рекомендациям и начинают вспоминать о датчике только при появлении проблем. В итоге большинство водителей видят на приборной панели загоревшийся индикатор Check Engine. Причиной этому, скорее всего, стал вышедший из строя либо некорректно работающий кислородный датчик. Решением данной проблемы станет обманка лямбда зонда, которая бывает механической и электронной.

    Механическая обманка

    При выборе обманки такого типа вместо катализатора устанавливают специальный проставок – деталь из теплоустойчивой стали или бронзы со строго определёнными размерами. В проставке высверливается отверстие малого диаметра, через которое отработавшие газы смогут в него попадать.

    Читайте также  Как поменять радиатор печки на дэу матиз?

    Газы взаимодействуют с керамической крошкой, которую предварительно покрывают каталитическим слоем и помещают внутри проставка. В результате такого взаимодействия осуществляется окисление CH и CO кислородом, после чего снижается концентрация вредных веществ на выходе.

    Если на автомобиле установлены два кислородных датчика, то сигналы с них будут различаться, блок управления распознает изменение синусоиды сигнала и расценит это как штатную работу катализатора. Данный вариант является самым дешёвым.

    Читайте также: Что такое ЭБУ (Электронный блок управления) и как оно взаимодействует с лямбда-зондом и другими датчиками.

    Обманка электронного типа

    Такой тип обманки гораздо сложнее. В продаже имеются весьма технологичные обманки со встроенным микропроцессором. Они способны не просто обмануть блок управления, а обеспечить его корректную работу. Микропроцессор, установленный в таком устройстве, может оценить состояние выхлопных газов и сформировать сигнал, соответствующий сигналу со второго работающего датчика при исправном катализаторе.

    Как работает кислородный датчик в авто

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

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

    Что такое коэффициент избытка воздуха λ

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

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

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

    По значению лямбды различают три типа топливовоздушных смесей:

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

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

    Назначение лямбда-зонда

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

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

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

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

    Как работает датчик кислорода

    В современных автомобилях используются различные типы лямбда-зондов. Рассмотрим устройство и принцип работы самого популярного из них — датчика кислорода на диоксиде циркония (ZrO2). Датчик состоит из следующих основных элементов:

    • Внешний электрод — контактирует с выхлопными газами.
    • Внутренний электрод — контактирует с атмосферой.
    • Нагревательный элемент — используется для нагрева лямбда-зонда и более быстрого доведения его до рабочей температуры (около 300 ° C).
    • Твердый электролит — расположен между двумя электродами (оксид циркония).
    • Корпус.
    • Протектор наконечника — имеет специальные отверстия (перфорацию) для входа выхлопных газов.

    Внешний и внутренний электроды имеют платиновое покрытие. Принцип действия такого лямбда-зонда основан на возникновении разности потенциалов между чувствительными к кислороду слоями платины (электродами). Это происходит при нагревании электролита, когда через него проходят ионы кислорода из воздуха и выхлопных газов. Напряжение на электродах датчика зависит от концентрации кислорода в выхлопных газах. Чем она выше, тем ниже напряжение. Диапазон напряжения сигнала датчика кислорода составляет от 100 до 900 мВ. Сигнал имеет синусоидальную форму, в которой различают три диапазона: от 100 до 450 мВ — бедная смесь, от 450 до 900 мВ — богатая смесь, 450 мВ соответствуют стехиометрическому составу топливовоздушной смеси.

    Продолжительность работы лямбда-зонда

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

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

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

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

    Основные неисправности лямбда-зонда:

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

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

    Признаки неисправности датчика:

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

    Типы датчика кислорода

    Помимо оксида циркония используются также широкополосные и титановые датчики кислорода.

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

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