В двигателях внутреннего сгорания кислород определяет оптимальное соотношение компонентов горючей смеси, эффективность и экологичность работы двигателя. Лямбда (λ) зонд – это прибор для изменения объема кислорода или его смеси с несгоревшим топливом в коллекторе силового агрегата. Представление об устройстве и принципе работы датчика поможет владельцу авто контролировать его работоспособность, предотвращая нестабильную работу двигателя и перерасход топлива.

Назначение и принцип работы лямбда зонда

Лямбда зонд, установленный на выхлопной трубе

Жесткие экологические требования для автомобилей заставляют производителей применять каталитические нейтрализаторы, уменьшающие токсичность выхлопа. Но его эффективной работы невозможно добиться без контроля состава воздушно-топливной смеси. Такой контроль осуществляет датчик кислорода, он же λ-зонд, работа которого основана на использовании обратной связи устройства и топливной системы с дискретной или электронной системой впрыска.

Измерение количества лишнего воздуха производится определением остаточного кислорода в выхлопном газе. Для этого лямбда-зонд ставят перед катализатором выпускного коллектора. Сигнал датчика обрабатывает блок управления и оптимизирует воздушно-топливную смесь, более точно дозируя подачу форсунками топлива. На некоторых моделях авто устанавливается второй прибор после катализатора, что делает приготовление смеси еще более точным.

Лямбда-зонд работает как гальванический элемент с твердым электродом, выполненным в виде керамики из двуокиси циркония, легированной окисью иттрия, на котором нанесено платиновое напыление, выполняющее роль электродов. Один из них фиксирует показания атмосферного воздуха, а второй – выхлопного газа. Эффективная работа прибора возможна при достижении температуры более 300 о С, когда циркониевый электролит приобретает проводимость. Выходное напряжение появляется от разницы количества кислорода в атмосфере и выхлопном газе.

Устройство датчика кислорода (лямбда зонда)

Существует два вида λ-зонда – широкополосный и двухточечный. Первый тип обладает более высокой информативностью, позволяющей более точно настроить работу двигателя. Устройство изготавливают из материалов, выдерживающих повышенные температуры. Принцип работы всех типов датчика одинаков, и заключается в следующем:

1. Двухточечный измеряет уровень кислорода в выхлопе двигателя и атмосфере при помощи электродов, на которых в зависимости от уровня кислорода меняется разность потенциалов. Сигнал снимается блоком управления двигателя, после чего автоматически корректируется подача топлива в цилиндры форсунками.
2. Широкополосный состоит их закачивающего и двухточечного элемента. На его электродах поддерживается постоянное напряжение 450 мВ корректировкой силы тока закачивания. Уменьшение содержания кислорода в выхлопе приводит к повышению напряжения на электродах. Блок управления после получения сигнала создает необходимый ток на закачивающем элементе для закачки или откачки воздуха, чтобы привести к нормативному напряжению. Так, при чрезмерно обогащенной топливно-воздушной смеси БУ посылает команду закачать дополнительную порцию воздуха, а при обедненной смеси воздействует на систему впрыска.

Возможные причины неисправности лямбда зонда

Внешний вид неисправного лямбда зонда

Как и любое другое устройство, лямбда-зонд может выходить из строя, но в большинстве случаев автомобиль остается на ходу, при этом динамика его движения значительно ухудшается, и расход топлива возрастает, из-за чего транспортное средство нуждается в срочном ремонте. Поломки λ-зонда происходят по следующим причинам:

1. Механическая поломка при повреждении или дефекте корпуса, нарушении обмотки датчика, и т. д.
2. Плохое качество топлива, при котором железо и свинец забивают активные электроды устройства.
3. Попадание в выхлопную трубу масла при плохом состоянии маслосъемных колец.
4. Попадание на устройство растворителей, моющих или любых других эксплуатационных жидкостей.
5. «Хлопки» из двигателя из-за сбоев системы зажигания, разрушающие хрупкие керамические части устройства.
6. Перегрев из-за неверно выставленного угла опережения зажигания или богатой топливной смеси.
7. Применение герметика при установке прибора, содержащего силикон, или вулканизирующегося при комнатной температуре.
8. Многочисленные неудачные попытки запуска мотора в течение короткого времени, что приводит к накоплению в выхлопном коллекторе топлива и его воспламенения, вызывающего ударную волну.
9. Замыкание на «массу», плохой контакт или его отсутствие во входной цепи прибора.

Симптомы неисправности лямбда зонда

Основные неисправности λ-зонда проявляются в следующих признаках:

1. Повышение общей токсичности выхлопных газов.
2. Двигатель на небольших оборотах работает неустойчиво.
3. Наблюдается перерасход топлива.
4. При езде ухудшается динамика движения автомобиля.
5. При остановке авто после движения, от катализатора в выпускном коллекторе слышно характерное потрескивание.
6. В области каталитического нейтрализатора повышается температура или происходит его разогрев до раскаленного состояния.
7. Сигнал лампы «СНЕСК ЕNGINЕ» во время установившегося режима движения.

Способы проверки лямбда зонда

Проверка лямбда зонда мультиметром

Для самостоятельной проверки λ-зонда необходим цифровой вольтметра и руководство по эксплуатации автомобиля. Последовательность действий при этом следующая:

1. От колодки зонда отсоединяются провода и подключается вольтметр.
2. Двигатель автомобиля запускают, устанавливают частоту вращения 2500 об/мин, после чего снижают до 2000 об/мин.
3. Извлекают вакуумную трубку из регулятора топливного давления и фиксируют показания вольтметра.
4. При значении 0,9 В датчик исправен. Если вольтметр никак не реагирует, или показание ниже 0,8 В – λ-зонд неисправен.
5. Для проверки в динамике, зонд подсоединяют к разъему, параллельно подключив вольтметр и поддерживая вращение коленчатого вала двигателя на 1500 об/мин.
6. Если датчик исправен, вольтметр покажет 0,5 В. Отклонение от данного значения говорит о поломке.

Ремонт лямбда зонда

При поломке λ-зонда, его можно просто отключить, при этом блок управления перейдет на средние параметры впрыска топлива. Это действие сразу даст о себе знать в виде повышенного расхода горючего и появлением ошибки в ЭБУ двигателя. При поломке лямбда-зонда, его необходимо заменить. Но существуют технологии «оживления» неисправного датчика, которые позволяют с определенной долей вероятности вернуть его в работоспособное состояние:

Ремонт лямбда зонда отмачиванием в ортофосфорной кислоте

1. Промывка прибора ортофосфорной кислотой при комнатной температуре в течение 10 мин. Кислота разъедает нагар и осевший свинец на стержне. При этом важно не переусердствовать, чтобы не повредить платиновые электроды. Устройство вскрывают, срезая на токарном станке колпачок у самого основания, и окунают стержень в кислоту, после промывают в воде и приваривают колпачок на прежнее место аргоновой сваркой. После процедуры сигнал восстанавливается спустя 1-1,5 ч. работы двигателя.

Старый и новый лямбда зонд

2. «Мягкая зачистка» электродов ультразвуковым диспергатором в эмульсионном растворе. Во время процедуры возможно появление электролиза вязких металлов, отложившихся на поверхности. Перед зачисткой учитывают конструкцию зонда и материал его изготовления (керамика или металлокерамика), на которую нанесены инертные материалы (цирконий, платина, барий, и т. д.). После восстановления датчик испытывают при помощи приборов и возвращают в автомобиль. Процедуру можно повторять многократно.

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.

Лямбда-зонд (он же кислородный датчик или датчик концентрации кислорода) – это устройство, которое определяет, сколько кислорода содержится в отработавших газах. Подробнее о том, как работает и для чего нужен лямбда-зонд, читайте в нашей сегодняшней статье.

Известно, что ДВС автомобиля может работать максимально эффективно лишь в случае правильного количества топлива и воздуха в топливно-воздушной смеси в каждом рабочем режиме. От этого также зависит расход топлива и влияние на экологию. Именно для этих целей используется датчик кислорода. Что такое лямбда зонд вы теперь знаете, пришло время рассмотреть принцип его работы.

Для чего нужен лямбда-зонд в автомобиле

Если количества воздуха в смеси топлива и воздуха недостаточно, это приводит к тому, что угарный газ, а также углеводороды не окисляются в полном объеме. А вот в случае наличия слишком большого объема воздуха в вышеупомянутой смеси, не наблюдается полного разложения оксидов азота на кислород и азот.

Датчик кислорода – это одна из составляющих системы выпуска автомобиля. На некоторых машинах датчик лямбда зонд может устанавливать в двух экземплярах. Один из них располагается в выпускной системе еще до катализатора (его также называют каталитическим нейтрализатором), а другой – после него. Использование двух кислородных датчиков позволяет максимально эффективно следить за количеством воздуха в отработавших газах, благодаря чему нейтрализатор функционирует максимально действенно.

В наше время используется два вида датчиков концентрации кислорода :

• двухточечный лямбда-зонд;
• широкополосный кислородный датчик.

Особенности двухточечного датчика кислорода

Применение двухточечного лямбда-зонда может осуществляться как до катализатора, так и после него. Этот датчик определяет показатель избытка воздуха, для чего он использует данные о том, сколько кислорода содержится в отработавших газах.

Двухточечный лямбда-зонд – это керамический элемент, на двух сторонах которого нанесено покрытие, изготовленное из диоксида циркония. Для измерений применяется электрохимический метод. Одна часть электрода контактирует с атмосферой, а другая – с отработавшими газами.

Для чего нужен лямбда-зонд такого типа, вы уже знаете, но как он работает? Принцип его работы базируется на определении количества кислорода в атмосфере, а также выхлопных газах. Если количество кислорода отличается, на концах электрода возникает напряжение. Если топливо-воздушная смесь слишком бедная, напряжение уменьшается. В противном случае напряжение возрастает.

Широкополосный лямбда-зонд – что это и как он работает

Широкополосный датчик кислорода – это тот же лямбда-зонд, который используется в современных автомобилях. Он выполняет функции датчика катализатора, расположенного на «входе». В кислородном датчике такого типа определение показателя “лямбда” происходит с помощью применения силы входного тока.

Данный лямбда-зонд отличается от упомянутого выше датчика тем, что в его состав входит закачивающий и двухточечный керамические элементы. Закачивание – это процесс, в ходе которого происходит пропускание кислорода из выхлопных газов сквозь соответствующий элемент под влиянием заданной силы тока.

Широкополосный лямбда-зонд работает на базе принципа поддержания напряжения в 450 мВ, которое присутствует между электродами 2-точечного керамического элемента. Для этого корректируется сила тока закачивания.

Если количество кислорода в выхлопных газах падает, что является признаком слишком богатой топливо-воздушной смеси, между электродами увеличивается напряжение. После этого происходит отправка соответствующего сигнала в ЭБУ двигателя. Затем происходит формирование необходимой силы тока на закачивающем элементе.

Ток необходим для закачки в измерительный зазор, что приводит к нормализации напряжения. Сила тока – это мера количества кислорода в выхлопных газах. Анализ данного показателя происходит в ЭБУ, после чего выполняется соответствующее воздействие на элементы системы впрыска топлива.

Если смесь воздуха и топлива слишком бедная, широкополосный лямбда-зонд работает таким же способом. Отличается он в данном случае лишь тем, что в результате влияния тока кислород выкачивается из измерительного зазора.

Для обеспечения правильного функционирования датчика кислорода, необходима температура 300°С. Для этого лямбда-зонд оснащают специальным нагревателем. Теперь вы знаете, что такое лямбда-зонд, для чего нужен кислородный датчик и как он работает.

Количество выбросов вредоносных веществ в атмосферу регулируются жесткими экологическими нормами большинства стран мира, включая РФ. Чтобы снизить уровень пагубных испарений были созданы каталитические нейтрализаторы (или как их еще называют катализаторы). Эти устройства снижают объем вредных веществ, которые попадают в воздух вместе с выхлопными газами, образующимися в процессе работы ДВС.

Несомненно, катализаторы являются необходимыми узлами автомобиля, однако эффективность их работы обусловлена определенными условиями. В процессе работы нейтрализатора необходимо контролировать состав топливно-воздушной смеси, иначе полезный элемент перестанет выполнять свои функции. Чтобы устройство работало как можно дольше используются специальные датчики кислорода, также известные как кислородные датчики, датчики концентрации О 2 или лямбда-зонды (ЛЗ).

Что такое лямбда-зонд

Если говорить о том, за что отвечает лямбда-зонд, то проще всего охарактеризовать его как прибор, определяющий уровень кислорода, который содержится в отработанных газах.

Дело в том, недостаточный объем воздуха в топливной системе (λ > 1 - бедная смесь) обычно приводит к тому, что углеводороды и образовывающийся угарный газ не будут полностью окисляться. Если же кислорода будет, наоборот слишком много в этой смеси (λ < 1 - богатая смесь), то оксиды азота не будут разлагаться на кислород и азот. Поэтому наличие ЛЗ в любой системе просто необходимо.

Если рассматривать, что такое лямбда-зонд в автомобиле, исходя из его конструкции, то датчик кислорода состоит из следующих элементов:

• Керамического наконечника (обычно изготавливается на основе двуокиси циркония), оснащенного защитными экранами, а также отверстиями для забора выхлопных газов и атмосферного воздуха. Именно эти экраны являются рабочими элементами ЛЗ.
• Теплопроводящих нагревательных элементов, которые находятся внутри керамических наконечников.
• Токосъемников электрического сигнала, расположенных в средней части кислородных датчиков.

Все эти составляющие (кроме чувствительных частей наконечников) закрыты металлическим корпусом с резьбой, благодаря которой деталь фиксируется на корпусе приемной трубы.

Принцип работы лямбда-зондов

Кислородные датчики оснащены проводкой, один конец которой подключается к бортовой системе автомобиля, что позволяет «запрашивать» данные у ЛЗ о состоянии топливной смеси раз в 2 секунды. При повышении оборотов частота обновления увеличивается.

По сути ЛЗ функционирует также как гальванический элемент. После установки в выпускном коллекторе датчик разогревается до 400 градусов под влиянием потоков выхлопных газов, идущих из двигателя. В таком состоянии циркониевый наконечник «активируется» и начинает «дышать» одной своей стороной наружным воздухом, а другой - выхлопными газами. Как только один из электродов фиксирует изменение количества кислорода, на управляющую систему машины передается соответствующий сигнал.

Полученная информация об объеме кислорода в смеси анализируется системой управления, которая позволяет поддерживать оптимальное (стехиометрическое) соотношение воздуха и топлива в камерах сгорания автомобиля.

Полезно! Стехиометрическое соотношение кислорода по отношению к топливу должно составлять порядка 14,7:1.

Чтобы обеспечить более точную регулировку данных используется второй датчик, который размещается за катализатором. Однако количество лямбда-зондов может быть и больше.

Как определить, сколько датчиков кислорода установлено в автомобиле

Чтобы выяснить, сколько лямбда-зондов находится в вашем автомобиле, можно обратиться в автосервис, где вам выдадут распечатку с данными о диагностике ЛЗ (обычно это снимок днища машины с выделенными датчиками). Однако можно сэкономить и найти их самостоятельно.

В первую очередь необходимо выяснить в каком году был изготовлен автомобиль. Если вы являетесь владельцем АТС, произведенного до 2000 года, то, скорее всего, в нем установлен только 1 ЛЗ. В более современных машинах, выпущенных после «нулевых» обычно находится 2 или 4 датчика.

Чтобы определить их количество еще точнее необходимо уточнить объем двигателя. Если он составляет:

• меньше 2 литров, то в машине вы найдете 2 ЛЗ (один будет расположен в подкапотном пространстве, где вы легко его заметите, а второй - под днищем авто);
• больше 2 литров, то в авто будет 4 датчика (2 верхних, расположенных в подкапотном пространстве и 2 нижних - под днищем машины).

Найти верхние датчики довольно просто (именно их чаще всего меняют), для этого:

• Откройте капот авто.
• По центру подкапотного пространства под пластиковой крышкой с наименованием марки машины вы найдите мотор авто.
• Осмотрите пространство вокруг двигателя и найдите массивные трубы (выпускной коллектор), которые одной стороной примыкают к мотору, а другой уходят вглубь.
• На выпускном коллекторе найдите небольшую деталь цилиндрической формы, длина которой будет порядка 5-7 сантиметров. Это и будет лямбда-зонд (или несколько, в этом случае один датчик будет расположен справа, а другой - слева).

Стоит отметить, что информация о том, для чего нужен лямбда-зонд и где он расположен, интересует автовладельцев далеко не из-за праздного интереса. Дело в том, что согласно сервисным книжкам разных автомобилей эти элементы нужно менять после определенного пробега. Обычно замене подлежат ЛЗ поработавшие более 80 тысяч километров, однако, исходя из практики, датчики способны выдерживать нагрузки вдвое больше, если вы будете придерживаться нескольким рекомендациям.

Как продлить срок службы лямбда-зондов и когда его менять

Зная, на что влияет лямбда-зонд, довольно просто определить неисправность этого элемента. Например, если вы заметили, что:

• на холостых оборотах или на малом газу мотор неустойчиво работает или вовсе глохнет;
• расход топлива значительно увеличился;
• динамические характеристики авто резко ухудшились;
• после выключения двигателя появилось своеобразное потрескивание в области катализатора, сопровождающееся неприятным запахом сероводорода (или как говорится в простонародье «тухлых яиц»);

то, скорее всего, пришло время менять ЛЗ и продлить «жизнь» этому элементу не получится. Однако, если все системы работают исправно то увеличить срок службы датчика можно если:

• Использовать только качественный бензин, рекомендованный для вашего автомобиля.
• Выбирать проверенные жидкости с присадками, сопровождающиеся сертификатами соответствия.
• Никогда не использовать герметики для фиксации датчиков (особенно это касается силиконовых составов).
• Не запускать двигатель многократно за короткий отрезок времени.
• При проверке работоспособности цилиндров, не отключать свечи зажигания.
• Не перегревать выхлопную систему машины (кислородные датчики способны выдерживать только до 950 градусов).
• Не использовать для обработки наконечников датчиков химически активные составы.
• Следить, чтобы место соединения датчика и трубы оставалось герметичным.

Придерживаясь этим советам, вы сможете дольше эксплуатировать ЛЗ на своем автомобиле.

В заключении

Не стоит пренебрегать таким, казалось бы, простым с точки зрения конструкции элементом, как лямбда-зонд, так как он играет не последнюю роль в функционировании основных систем машины. Стоимость нового ЛЗ составляет порядка 1 500 - 2 000 рублей, поэтому вы сможете сэкономить на его замене, если будете эксплуатировать автомобиль, учитывая рекомендации специалистов и своевременно производить диагностику.

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 — «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

Расположение кислородных датчиков в системе выхлопа

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

Конструкция 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.