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

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.

Принцип действия лямбда зонда

Основной задачей лямбда зонда является определение химсостава выхлопных газов и уровня содержания в них молекул кислорода. Этот показатель должен колебаться в пределах от 0,1 до 0,3 процентов. Бесконтрольное превышение этого нормативного значения может привести к неприятным последствиям.

При стандартной сборке автомобиля, лямбда зонд монтируется в выпускном коллекторе в области соединения патрубков, однако, иногда бывают и другие вариации его установки. В принципе, иное расположение не влияет на рабочую производительность данного прибора.

Сегодня можно встретить несколько вариаций лямбда зонда: с двухканальной компоновкой и широкополосного типа. Первый вид чаще всего встречается на старых автомобилях, выпущенных в 80-е годы, а также на новых моделях эконом-класса. Датчик широкополосного типа присущ современным авто среднего и высшего класса. Такой датчик способен не только с точностью определить отклонение от нормы определенного элемента, но и своевременно сбалансировать правильное соотношение.

Благодаря усердной работе таких датчиков существенно повышается рабочий ресурс автомобиля, снижается топливный расход и повышается стабильность удержания оборотов холостого хода.

С точки зрения электротехнической стороны, стоит отметить тот момент, что датчик кислорода не способен создавать однородный сигнал, так как этому препятствует его расположение в коллекторной зоне, ведь в процессе достижения выхлопными газами прибора может пройти определенное количество рабочих циклов. Таким образом, можно сказать, что лямбда зонд реагирует скорее на дестабилизацию работы двигателя, о чем он собственно впоследствии и оповещает центральный блок и принимает соответствующие меры.

Признаки неисправности датчика кислорода

Выход из строя лямбда зонда, как правило, сопровождается следующими внешними симптомами:

• Ухудшение тяги и снижение динамических характеристик автомобиля.
• Нестабильный холостой ход. Значение оборотов при этом могут скакать и понижаться ниже оптимальных. В самом критическом случае машина вообще не будет держать холостые обороты и без подгазовывания водителем она попросту заглохнет.
• Увеличение расхода топлива. Обычно перерасход незначительный, однако можно определить при программном замере.
• Увеличение токсичности выхлопа. Выхлопные газы при этом становятся непрозрачными, а имеющими сероватый либо синеватый оттенок и более резкий, топливный, запах.

Стоит оговориться, что перечисленные выше признаки могут указывать и на другие поломки двигателя или прочих систем автомобиля. Поэтому, чтобы определить неисправности датчика кислорода, нужны несколько проверок используя в первую очередь диагностический сканер и мультиметр для проверки сигналов лямбды (управляющего и цепи подогрева).

Как правило, проблемы с проводкой датчика кислорода четко фиксируется электронным блоком управления. При этом в его памяти формируются ошибки, например, p0136, p0130, p0135, p0141 и прочие. В любом случае необходимо выполнить проверку цепи датчика (проверить наличие напряжения и целостность отдельных проводов), а также посмотреть на график работы (используя осциллограф либо программу диагностик).

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.

Лямбда-зонд: почему датчик кислорода так важен для автомобиля

Сомнительная заправка, плохой бензин, «чек» на панели — стандартный и быстрый путь к замене кислородного датчика. Про лямбда-зонд слышали многие автомобилисты, но мало кто разбирался, за что именно он отвечает и почему так легко выходит из строя. Рассказываем про датчик кислорода — «обоняние» двигателя.

Лямбда и стехиометрия двигателя

Название датчика происходит от греческой буквы λ (лямбда), которая обозначает коэффициент избытка воздуха в топливно-воздушной смеси. Для полного сгорания смеси соотношение воздуха с топливом должно быть 14,7:1 (λ=1). Такой состав топливно-воздушной смеси называют стехиометрическим — идеальным с точки зрения химической реакции: топливо и кислород в воздухе будут полностью израсходованы в процессе горения. При этом двигатель произведёт минимум токсичных выбросов, а соотношение мощности и расхода топлива будет оптимальным.

Если лямбда будет 1 (избыток воздуха) смесь называют обеднённой. Чересчур богатая смесь — это повышенный расход топлива и более токсичный выхлоп, а слишком бедная смесь грозит потерей мощности и нестабильной работой двигателя.

Из графика видно, что при λ=1 мощность двигателя не пиковая, а расход топлива не минимален — это лишь оптимальный баланс между ними. Наибольшую мощность мотор развивает на слегка обогащённой смеси, но расход топлива при этом возрастает. А максимальная топливная эффективность достигается на слегка обеднённой смеси, но ценой падения мощности. Поэтому задача ЭБУ (электронного блока управления) двигателя — корректировать топливно-воздушную смесь исходя из ситуации: обогащать её при холодном пуске или резком ускорении, и обеднять при равномерном движении, добиваясь оптимальной работы мотора во всех режимах. Для этого блок управления ориентируется на показания датчика кислорода.

Зачем нужен кислородный датчик

Датчиков в современном двигателе великое множество. С помощью различных сенсоров ЭБУ замеряет температуру забортного воздуха и его поток, «видит» положение дроссельной заслонки, отслеживает детонацию и положение коленвала — словом, внимательно следит за воздухом «на входе» и показателями работы мотора, регулируя подачу топлива для создания оптимальной смеси в цилиндрах.

Лямбда-зонд показывает, что же получилось «на выходе», замеряя количество кислорода в выхлопных газах. Другими словами, кислородный датчик определяет, оптимально ли работает мотор, соответствуют ли расчёты ЭБУ реальной картине и нужно ли вносить в них поправки. Основываясь на данных с лямбда-зонда, ЭБУ вносит соответствующие коррекции в работу двигателя и подготовку топливно-воздушной смеси.

Где находится кислородный датчик

Датчик кислорода установлен в выпускном коллекторе или приёмной трубе глушителя двигателя, замеряя, сколько несгоревшего кислорода находится в выхлопных газах. На многих автомобилях есть ещё один лямбда-зонд, расположенный после каталитического нейтрализатора выхлопа — для контроля его работы.

Если у двигателя две головки блока (V-образники, «оппозитники»), то удваивается количество выпускных коллекторов и катализаторов, а значит и лямбда-зондов — у современной машины может быть и 4 кислородных датчика.

Устройство кислородного датчика

Классический лямбда-зонд порогового типа — узкополосный — работает по принципу гальванического элемента. Внутри него находится твёрдый электролит — керамика из диоксида циркония, поэтому такие датчики часто называют циркониевыми. Поверх керамики напылены токопроводящие пористые электроды из платины. Будучи погружённым в выхлопные газы, датчик реагирует на разницу между уровнем кислорода в них и в атмосферном воздухе, вырабатывая на выходе напряжение, которое считывает ЭБУ.

Циркониевый элемент лямбда-зонда приобретает проводимость и начинает работать только после прогрева до температуры 300 °C. До этого ЭБУ двигателя действует «вслепую» согласно топливной карте, без обратной связи от кислородного датчика, что повышает расход топлива при прогреве двигателя и количество вредных выбросов. Чтобы быстрее задействовать лямбда-зонд, ему добавляют принудительный электрический подогрев. Кислородные датчики с подогревом внешне отличаются увеличенным количеством проводов: у них 3–4 жилы против 1–2 у обычных датчиков.

В названии узкополосного датчика кроется его недостаток — он способен замерять количество кислорода в выхлопе в достаточно узком диапазоне. ЭБУ может корректировать смесь по его показаниям только в некоторых режимах работы мотора (холостой ход, движение с постоянной скоростью), что не отвечает современным требованиям по экономичности и экологичности двигателей. Для более точных замеров в широком диапазоне используют широкополосный лямбда-зонд (A/F-сенсор), который также называют датчиком соотношения «воздух-топливо» (Air/Fuel Sensor). Обычно к нему подходят 5–6 проводов, хотя бывают и исключения.

Внешне «широкополосник» похож на обычный датчик кислорода, но внутри есть отличия. Благодаря специальным накачивающим ячейкам эталонный лямбда-коэффициент газового содержимого датчика всегда равен 1, и генерируемое им напряжение постоянно. А вот ток меняется в зависимости от количества кислорода в выхлопных газах, и ЭБУ двигателя считывает его в реальном времени. Это позволяет электронике быстрее и точнее корректировать смесь, добиваясь её полного сгорания в цилиндрах.

Почему до сих пор производят узкополосные датчики? Во-первых, для старых автомобилей, где A/F-сенсоры не применялись. Во-вторых, из-за особенностей «широкополосника» его нельзя устанавливать после катализатора, где он быстро выходит из строя. А контролировать работу катализатора как-то надо. Поэтому в современных двигателях ставят два лямбда-зонда разного типа: широкополосный (управляющий) — в районе выпускного коллектора, а узкополосный (диагностический) — после катализатора.

Причины и признаки неисправности лямбда-зонда

Основная причина поломок кислородных датчиков — некачественный бензин: свинец и ферроценовые присадки оседают на чувствительном элементе датчика, выводя его из строя. На состояние лямбда-зонда влияет и нестабильная работа двигателя: при пропусках зажигания от старых свечей или пробитых катушек несгоревшая смесь попадает в выхлопную систему, где догорает, выжигая и катализатор, и датчики кислорода. Приговорить датчик также может попадание в цилиндры антифриза или масла.

Самый очевидный признак неисправности лямбда-зонда — индикатор Check Engine на приборной панели. Считав код ошибки с помощью сканера или самодиагностики, можно проверить, какой именно датчик вышел из строя, если их несколько. Иногда всё дело в повреждённой проводке датчика — с проверки цепи и стоит начать поиск поломки.

Но далеко не всегда проблемный лямбда-зонд зажигает «Чек»: иногда он не ломается полностью, а медленно умирает, давая при этом ложные показания, из-за чего ЭБУ двигателя неверно корректирует состав смеси. В этом случае нужно ориентироваться на косвенные признаки — ухудшение работы двигателя.

Проблемы с датчиком кислорода нарушают всю систему обратной связи и лямбда-коррекции, вызывая целый букет неисправностей. Прежде всего, это увеличение расхода топлива и токсичности выхлопа, снижение мощности и нестабильный холостой ход. Если вовремя не заменить лямбда-зонд, следом выйдет из строя каталитический нейтрализатор, осыпавшись из-за перегрева от обогащённой смеси.

Универсальные кислородные датчики

Цена на оригинальные датчики кислорода вряд ли обрадует автомобилистов, но все лямбда-зонды работают по единому принципу, что позволяет без труда подобрать замену. Главное, чтобы соответствовал типа датчика (широкополосный/узкополосный), количество проводов и резьбовая часть. В продаже есть универсальные кислородные датчики без разъёма, которые можно использовать на десятках моделей автомобилей — подобрать и купить лямбда-зонд не составляет проблемы.

Чтобы избежать проблем с кислородными датчиками, следите за состоянием двигателя, заправляйтесь качественным топливом и регулярно выполняйте компьютерную диагностику, которая позволит выявить неисправности на ранней стадии.

Причины и признаки неполадок

Если отмечаются нарушения в работе кислородного датчика, это сказывается на работоспособности силовой установки. Поломки всегда сопровождаются снижением качества образуемой топливной смеси.

Частые причины:

• появляются механические повреждения, возможна разгерметизация из-за некорректной эксплуатации, движения по бездорожью;
• развиваются проблемы, перебои в электропитании;
• термические перегрузки, перегрев, возникающий в результате неправильной работы зажигания;
• сильное загрязнение из-за применения топлива, в котором содержится много присадок, повышающих октановое число;
• воздух, выхлопные газы могут попадать в систему.

Обычно зонд выходит из строя постепенно, что позволяет вовремя выявить проблему.

Признаки возникают поочередно:

1. Появляется нестабильный холостой ход. Причина – в определенные моменты сигнал не генерируется. Колебания могут быть серьезными, в широком диапазоне.
2. Падает качество воздушно-топливной смеси. Это сопровождается появлением рывков, нехарактерных хлопков в работе силового агрегата. Ухудшается динамика.
3. Загорается соответствующая лампочка на приборной панели, что является сигналом для владельца.
4. Если ситуация усугубляется, на непрогретом моторе устройство перестает работать.
5. Заметно падает мощность, отзывчивость при нажатии на газ. Хлопки, рывки появляются чаще. Не исключен перегрев двигателя.
6. Растет расход горючего, выхлопы обретают токсичный запах.

В такой ситуации нужно заменить лямбда зонд, признаки неисправности не стоит игнорировать. На новых моделях авто активируется аварийный режим, что делает невозможным дальнейшее движение. Это исключает развитие более серьезных проблем с мотором, дорогостоящим восстановлением.

Проверка лямбда-зонд с помощью диагностического устройства

В большинстве случае ДВС сам подсказывает есть ли неисправности в работе датчиков. Самым быстрым и эффективным способом диагностики в таком случае будет подключение ODBII сканера.

Из доступных на рынке вариантов рекомендуем обратить внимание на модель корейского производства Scan Tool Pro Black Edition.

Данное устройство относится к бюджетному сегменту, но в отличие от китайских аналогов на 8-битном чипе, имеет 32-битную базу, что позволяет осуществлять диагностику не только двигателя, но и других систем автомобиля (коробку передач, трансмиссию, ABS, ESP, систему кондиционирования и т.д.).

Сканер достаточно прост в использовании, имеет широкий функционал и совместим с большинством автомобилей начиная с 1993 года выпуска.

Если все плохо, то в ЭБУ будет выдавать следующие ошибки – это P0131, P0134, P0171. Более подробно о них в видео ниже.

Также будет загораться лампочка «проверьте двигатель», но здесь точно установить причину можно только при помощи диагностики. Чек загорается и в случае других проблем.

Поскольку лямбда зонд имеет неразборную конструкцию, по истечении своего рабочего ресурса, деталь заменяется. В среднем современные датчики кислорода способны прослужить 60-80 тыс.км пробега при условии соблюдения всех условий эксплуатации. Для того, чтобы работоспособность датчика не вызывала сомнений, рекомендуем проверять его состояние при каждом техническом обслуживании своего автомобиля.

В результате поломки лямбда-зонда значительно ухудшается качество топливной смеси, это прямым образом отражается на работе двигателя. Нестабильная работа движка служит первым сигналом неисправности лямбда-зонда.
Причинами поломки лямбда-зонда могут служить:
– перегрев датчика в результате неправильной работы системы зажигания
– естественный износ
– сбои в электропитании блока управления
– механическое повреждение в процессе эксплуатации
– разгерметизация корпуса

С ухудшением работы зонда автомобиль в процессе движения начинает беспричинно дергаться, появляются нехарактерные хлопки в двигателе, загорается сигнальная лампочка на приборной панели. В «запущенной» стадии неисправности датчика ощутимо падает мощность, замедляется реагирование авто при воздействии на педаль акселератора, а также возможен перегрев двигателя.

Если не произвести замену зонда при первых признаках его неисправности, резко возрастает вероятность поломки двигателя и последующего его капитального ремонта, поэтому мы рекомендуем вовремя прислушиваться к перечисленным сигналам неисправности и вовремя производить замену детали.

Кислородный датчик. Насколько страшен отказ «лямбды»

Лет 15 назад лямбда-зонд был страшилкой почище «автомата» в первые годы нашего знакомства с иномарками. Увеличившийся вдруг расход топлива, не изучая причин, почти без вариантов вешали на него. Показывали владельцу какие-то «циферки» на экранчике, приговаривали «кислородник» и ставили перед фактом — надо менять. С другой стороны, присадки в бензин тогда на самом деле быстро выводили «лямбды» из строя. А как с этим дела обстоят сейчас? Что, кроме топлива, может приговорить датчик, как его проверить и на что менять?

С ним точнее, чем без него

Как мы недавно рассказывали, MAF и MAP — это первый и основной инструмент, от показаний которого отталкивается блок управления двигателем, приготавливая топливовоздушную смесь. Какое-то время обходились только ими. Но скоро стало понятно, что рассчитывать количество топлива, которое нужно подать, исходя лишь из поступающего в двигатель воздуха, получается не совсем точно. Якобы Bosch, купивший у американцев лицензию на систему впрыска Bendix Electrojector, уже в 60-х (в 1967-м появился немецкий D-Jetronic) работал над кислородным датчиком. Правда, таковой появился только в 1976 году — в рамках механического впрыска K-Jetronic. Считается, что первыми автомобилями, получившими «кислородник», стали Volvo 260-й серии и знаменитый DeLorean.

При этом Bosch продолжал выпускать механическую систему без «лямбды». В 80-х у фирмы был и электронный впрыск, лишенный кислородного датчика. Однако к тому моменту уже стало ясно — с обратной связью блок управления точнее оперирует подачей топлива. Просто не всегда это было необходимо по соображениям экономии и экологии. Тем не менее с начала того десятилетия Bosch запускает LU1- и LU2-Jetronic, которые имеют лямбда-регулирование. А к концу 80-х лямбда-зонд получает повсеместное распространение. Причем тогда же на отдельных моделях, предназначенных для рынков с самыми жесткими эконормами, в датчике появился нагревательный элемент, призванный максимально быстро выводить его на рабочий режим. Разберемся в конструкции «кислородника».

Точность — понятие относительное

Лямбда-зонд — это фактически два электрода, разделенные твердым электролитом в виде керамики из диоксида циркония. Редко — из диоксида титана.

Внешний электрод (скрыт под защитным колпачком с прорезями) находится в потоке выхлопных газов.