Что такое лямбда зонд: назначение, устройство и неисправности

Что такое лямбда зонд: назначение, устройство и неисправности

Лямбда зонд – это датчик, который измеряет уровень содержания кислорода в выхлопных газах автомобиля. На первый взгляд, занятие бесполезное с практической точки зрения и влияющее только на экологичность работы транспортного средства. Однако это не так – прибор обеспечивает максимальный КПД двигателя. Поговорим подробнее, как устроен, как работает и для чего нужен в современных автомобилях датчик концентрации кислорода.

Как работает датчик кислорода

ЭБУ отмеряет количество подаваемого топлива с помощью форсунок, задавая объем на определенной момент. Зонд обеспечивает обратную связь, что позволяет точно определит пропорции бензина, дизеля или газа. ЭБУ запрашивает информацию один раз в 0.5 секунды на холостом ходу. На повышенных оборотах частота запросов пропорционально увеличивается. Анализируя данные, блок управления корректирует состав ТВС, делая её беднее или богаче. Поддержание оптимальной ТВС — назначение лямбда-зондов. Идеальным соотношением воздуха и топлива считается пропорции 14.7:1 (бензин), 15.5:1 (газ) и 14.6:1 (дизель).

Виды ДК по устройству конструкции и принцип работы:

• Двухточечный, узкополосный (простой). Работает основываясь на измерении количества кислорода в выхлопных газах. Чем беднее ТВС, тем ниже напряжение, богаче — выше.
• Широкополосный. Генерирует сигнал более широкого диапазона для точной оценки пропорции в ТВС.

Основные признаки неисправности лямбда зонда

Основным признаком неисправности лямбда зонда служит изменение работы двигателя, так как после его поломки значительно ухудшается качество поступаемой топливной смеси в камеру сгорания. Топливная смесь, по сути, остается бесконтрольной, что недопустимо.

Причиной выхода из рабочего состояния лямбда зонда может быть следующее:

• разгерметизация корпуса;
• проникновение внешнего воздуха и выхлопных газов;
• перегрев датчика вследствие некачественной покраски двигателя или неправильной работы системы зажигания;
• моральный износ;
• неправильное или прерывающееся электропитание, которое ведет к основному блоку управления;
• механическое повреждение в следствие некорректной эксплуатации автомобиля.

Во всех вышеперечисленных случаях, кроме последнего, выход из строя происходит постепенно. Поэтому те автовладельцы, которые не знают как проверить лямбда зонд и где он вообще расположен, скорее всего, не сразу заметят неисправность. Однако, для опытных водителей определить причину изменения работы двигателя не составит никакого труда.

Постепенный выход из строя лямбда зонда можно разбить на несколько этапов. На начальной стадии датчик перестает нормально функционировать, то есть, в определенных рабочих моментах мотора устройство перестает генерировать сигнал, впоследствии чего дестабилизируется налаженность оборотов холостого хода.

Иными словами, они начинают колебаться в достаточно расширеном диапазоне, что в конечном итоге приводит к потере качества топливной смеси. При этом авто начинает беспричинно дергаться, также можно услышать нехарактерные работе двигателя хлопки и обязательно на панели приборов загорается сигнальная лампочка. Все эти аномальные явления сигнализируют автовладельцу о неправильной работе лямбда зонда.

На втором этапе датчик и вовсе перестает работать на не прогретом двигателе, при этом автомобиль будет всевозможными способами сигнализировать водителю о проблеме. В частности, произойдет ощутимый упадок мощности, замедленное реагирование при воздействии на педаль акселератора и все те же хлопки из-под капота, а также неоправданное дергание автомобиля. Однако, самым существенным и крайне опасным сигналом поломки лямбда зонда служит перегрев двигателя.

В случае полного игнорирования всех предшествующих сигналов свидетельствующих об ухудшении состояния лямбда зонда, его поломка неизбежна, что станет причиной большого количества проблем. В первую очередь пострадает возможность естественного движения, также значительно увеличится расход топлива и появится неприятный резкий запах с ярко выраженным оттенком токсичности из выхлопной трубы. В современных автоматизированных автомобилях в случае поломки кислородного датчика может попросту активизироваться аварийная блокировка, в результате которой последующее движение автомобиля становится невозможным. В таких случаях сможет помочь только экстренный вызов эвакуатора.

Однако, самым худшим вариантом развития событий является разгерметизация датчика, так как в этом случае движение автомобиля становится невозможным по причине высокой вероятности поломки двигателя и последующего дорогостоящего ремонта. Во время разгерметизации отработанные газы вместо выхода через выхлопную трубу, попадают в заборный канал атмосферного эталонного воздуха. Во время торможения двигателем лямбда зонд начинает фиксировать переизбыток молекул кислорода и экстренно подает большое количество отрицательных сигналов, чем полностью выводит из строя систему управления впрыском.

Основным признаком разгерметизации датчика является потеря мощности, особенно это ощущается во время скоростного движения, характерное постукивание из-под капота во время движения, которое сопровождается неприятными рывками и неприятный запах, который выбрасывается из выхлопа. Также о разгерметизации свидетельствует видимый осадок сажных образований на корпусе выпускных клапанов и в области свечей.

Как определить неисправность лямбда зонда рассказывается на видео:

Признаки и причины неисправности датчика

При неисправном лямбда-зонде выхлопные газы становятся более токсичными. Определить это можно при помощи специального диагностического оборудования. При этом никаких внешних признаков не будет, также, как и не будет никакого особенного запаха.

Вырастает расход топлива. Водители, как правило следят за тем, насколько наполнен топливный бак, стараются определить скорость, при которой расход минимален. Повышенный расход будет сразу же заметен. В зависимости от серьезности поломки датчика кислорода, расход вырастет в пределах от 1 л до 4 л.

Перегрев каталитического нейтрализатора. Если лямбда неисправна, то в ЭБУ подается неверный сигнал. Это может приводить к неправильной работе катализатора. Он перегревается вплоть до красного цвета и выходит из строя.

Автомобиль будет дергаться, и водитель сможет услышать хлопки. Лямбда перестает формировать правильные сигналы, в результате – нестабильный ХХ. Обороты могут колебаться в очень широких диапазонах.

Снижаются динамические характеристики. Автомобиль теряет мощность. Эти признаки можно наблюдать в сильно запущенных случаях. Датчик не работает на холодном моторе, а автомобиль всячески сигнализирует о неисправности.

Среди причин поломок можно выделить:

• Повреждения, вызванные сильными ударами, ДТП, наездами на бордюр;
• Некорректную работу ДВС и проблемы в работе системы зажигания, когда элемент перегревается и выходит из строя;
• Засор системы и некачественное топливо. Чем больше в бензине тяжелых металлов, тем быстрее лямбда выйдет из строя;
• Поршневая группа – часто из-за изношенной ЦПГ в выпускной коллектор попадает масло, а продукты его сгорания забивают зонд;
• Замыкания в электропроводке;
• Бедная или слишком богатая смесь;
• Попадание лишнего воздуха в выхлопную систему;
• Пропуски зажигания;
• Топливные присадки.

Характеристика лямбда-зонда

Что такое датчик кислорода или лямбда-зонд, где находится устройство, в чем заключается его принцип работы, какие функции выполняет этот регулятор? Для начала разберем основные характеристики — назначение, а также где может располагаться девайс.

Назначение и функции

Кислородный датчик представляет собой устройство сопротивления, этот девайс расположен перед катализатором, на впускном коллекторе. Данные, которые передает кислородный датчик, обрабатываются управляющим блоком и используются для поддержания необходимого состава топливовоздушной смеси. Лямбда-зонд передает сигнал на ЭБУ, если в камеры сгорания подается очень богатая или бедная горючая смеси. В соответствии с полученными данными, которые передает кислородный датчик, блок управления регулирует подачу воздуха и топлива для образования смеси.

Устройство и принцип работы

В чем заключается принцип работы кислородного датчика?

Любой универсальный лямбда-зонд включает в свою конструкцию такие составляющие:

1. Корпус универсального регулятора, который обычно выполнен из металла. На корпусе переднего верхнего или нижнего регулятора также имеется резьба, с помощью которой лямбда-зонд устанавливается в посадочное место. В корпусе также будет отверстие, позволяющее обеспечить вентиляция регулятора.
2. Уплотнительная резина, позволяющая обеспечить герметичность.
3. Керамический изолятор.
4. Наконечник, выполненный из керамики.
5. Контакты для подключения к бортовой сети.
6. Защитный щиток, на котором имеется отверстие для выпуска отработанных газов.
7. Нагревательный компонент устройства.
8. Спираль, которая монтируется в отдельном резервуаре.

Будь то первый или второй кислородный датчик, устройство изготавливается из термостойкого материала. Это важно, поскольку регулятор функционирует под нагревом, при повышенных температурах. Устройство может относится к одному из нескольких видов, которые отличаются между собой по количеству контактов — одно-, двух-, трех- и четырехпроводные.

Диагностический датчик концентрации кислорода используется для обеспечения правильного расчета нужного объема горючего для определенного объема воздушного потока, подающегося в цилиндры. Устройство выполняет расчет этих значений в соответствии с экологической, а также экономической точки зрения. Это также важно, поскольку в настоящее время к транспортным средствам предъявляются жесткие требования в плане экологической безопасности. Диагностический датчик концентрации кислорода позволяет снизить вред для окружающей среды, основываясь на количестве содержащихся вредоносных для экологии веществ в выхлопных газах.

Причины и симптомы неисправностей

Если в работе регулятора есть неисправности, это может привести к более нестабильной работе двигателя.

По каким причинам кислородный датчик может выйти из строя:

1. В электроцепи произошел обрыв, в частности, в месте подключения устройства к сети. Также причина может заключаться в плохом контакте контроллера или их окислении.
2. Замыкание в работе девайса.
3. Загрязнение — одна из самых часто встречаемых проблем. Такая неисправность, как правило, обусловлена регулярной заправкой транспортного средства низкокачественным горючим.
4. Термические перегрузки регулятора. Такие проблемы, как правило, обусловлены неполадками в работе системы зажигания.
5. Постоянное использование автомобиля по бездорожью может привести к серьезным вибрациям и, как следствие, повреждению регулятора.
6. Лямбда-зонд может перестать функционировать в результате попадания в цилиндры двигателя, а также во впускные магистрали антифриза.
7. Выход из строя нагревателя датчика кислорода. Обычно эта проблема обусловлена износом устройства.
8. Еще одной причиной, по которой устройство может отказаться работать, является работа двигателя на обогащенной топливовоздушной смеси.

В том случае, если объем монооксида углерода увеличится до 3% и выше вместо нормативных 0.1-0.3%, это говорит о поломке контроллера. При такой проблеме регулятор демонтируется с помощью съемника и меняется (съемник можно приобрести в любом автомагазине). Съемник представляет собой ключ, позволяющий значительно проще демонтировать устройство. Но если съемника нет, можно обойтись и без него.

Предлагаем более подробно ознакомиться с причинами, которые позволят выявить неисправность девайса:

• повысился расход горючего;
• плавающие обороты при работе двигателя, в частности, на холостом ходу;
• при наборе скорости ощущаются рывки;
• появились сбои в работе катализатора;
• возросла концентрация вредных веществ и токсинов в отработанных газах.

Фотогалерея «Схемы лямбда-зонда»

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.

Коэффициент избытка кислорода

Данный параметр показывает соотношение реального количества воздуха, подаваемого в мотор, и стехиометрической нормы, которая необходима для качественного сгорания топливного носителя. Обозначается такой параметр греческим символом «лямбда». Значение «лямбда» предопределяет соотношение воздух/топливо в смеси. Существует всего 3 вида такой смеси:

1. Стехиометрическая смесь.
2. Богатая смесь с избытком топливного носителя и недостатком кислорода.
3. Бедная смесь с избытком кислорода и недостатком топливного носителя.

Современные модификации моторов работают с использованием любого типа смеси. Зависит это от конкретных задач, стоящих перед авопроизводителями:

• интенсивность ускорения;
• экономия топлива;
• соблюдение норм экологической безопасности.

Для обеспечения достаточной мощности мотора достаточно богатой смеси. Значение датчика кислорода должно равняться при этом 0.9. А чтобы сократить расход топливных носителей, потребуется стехиометрическая смесь. С такой смесью эффективно будет функционировать и катализатор.

В большинстве случаев современные модели авто оснащаются двумя лямбда-зондами. Это касается рядных двигателей. Первый устанавливается перед катализатором. По-другому его называют лямбда-зондом. Второй датчик размещен после каталитического нейтрализатора. Это нижний кислородный датчик.

Обе детали имеют идентичную конструкцию, и различий между ними нет. Однако каждый из них имеет разные функции. Верхний лямбда-зонд отвечает за измерение количества воздуха в отработанных выхлопах. Он отправляет сигнал блоку управления мотора. Умная система понимает, какая топливовоздушная смесь подается в агрегат. Данный сигнал также предопределяет количество подаваемого топливного носителя. За корректировку объема смеси отвечает ЭБУ. За образец используется стехиометрическое соотношение.

Необходимо учесть, что во время прогрева мотора сигналы, поступающие с лямбда-зонда блокируются ЭБУ. Следовательно, необходимо дождаться прогрева двигателя до рабочей температуры. Нижний кислородный датчик выполняет дополнительную корректировку. Параллельно он «следит» за работой катализатора.

Как работает датчик кислорода

Главной функцией лямбда-зонда считается измерение количество кислорода, содержащегося в выхлопных газах, и сравнение его с эталонным.

Электрические импульсы от кислородного датчика поступают в электронный блок управления (ЭБУ) топливной системой. Относительно этих данных ЭБУ регулирует состав ТВС, подаваемой в цилиндры.

Схема установки основного и дополнительного датчиков кислорода в автомобиле

Результатом совместной работы лямбда-зонда и ЭБУ является получение стехиометрической (теоретически идеальной, оптимальной) ТВС, состоящей из 14,7 частей воздуха и 1 части топлива, при которой λ=1. У обогащенной смеси (избыток бензина) λ 1.

График зависимости мощности (P) и расхода топлива (Q) от величины (λ)

Последствия поломки лямбда зонда?

В первую очередь, поломка лямбда зонда может грозить авто владельцу увеличением расхода топлива и ухудшением разгона. Основная причина таких последствий заключается в том, что при поломке показания лямбда зонда не будут соответствовать действительности. По этой же причине соотношение топлива и кислорода в результате может получиться неидеальным. Однако, даже при неисправности лямбда зонда машина все же будет на ходу. Но, критичность ситуации зависит от устройства автомобиля. Существуют модели, которые при отказе этого механизма, могут расходовать топливо в колоссальных объемах, поэтому становится необходим экстренный ремонт.

Также существует ряд причин, способных вывести лямбда зонд из строя. К примеру, механизм может сломаться лишь частично, а именно – лямбда зонд продолжает работу, однако точность показаний резко падает. Лямбда зонд также может перестать активизироваться при определенной температуре. В любом случае, установить точную причину поломки может только специалист. Стоит отметить, что если лямбда зонд окончательно вышел из строя, то менять его нужно только на аналогичный механизм. В противном случае бортовой компьютер может просто не принимать его сигналы.

В случае, если отказывают сразу два датчика, то автомобиль может полностью выйти из строя. Единственный вариант передвижения, который остается в таком случае – это буксир или эвакуатор. Стоит помнить, что лямбда зонд чрезвычайно чувствителен к поломкам. Его могут вывести из строя некачественные поршневые кольца, сложный состав топлива и пропуски зажигания. В первую очередь, усугубить поломку может использование этилированного топлива, которое благодаря содержащемуся в нем свинцу выводит из строя платиновые электроды. Достаточно пару раз заправиться таким бензином, чтобы окончательно разрушить лямбда зонд.