Лямбда зонд

Устройство, принцип работы

Лямбда зонд предназначен для измерения показателя кислорода в выхлопных газах, поддержки оптимального состава топлива и воздуха, которые поступают в двигатель. Норма для такого соотношения равняется 14.6–14.8 частям воздуха и 1 части топлива.

Расположен перед катализатором в выпускном коллекторе. Некоторые модели автомобилей оснащены двумя устройствами. Если имеются два прибора, то второе устанавливается на выходе из катализатора. Таким образом, достигаются более точные показатели воздушно-топливной смеси, работа катализатора становится более эффективной.

Разливают несколько видов датчика. Одними из самых распространенных считаются циркониевый, титановый и широкополосной. Он состоит из нескольких основных элементов:

• Корпус, вмещает все элементы
• Защитная колба, оснащена специальными отверстиями через которые проходят выхлопные газы
• Электроды: наружный — отвечает за взаимодействие с выхлопными газами, внутренний — с атмосферой. Имеют платиновое напыление
• Электролит на основе диоксида циркония, который располагается между электродами
• Нагревательный элемент, необходим для подогрева кислородного датчика. Подогрев нужен для обеспечения проводимости электролита. Необходимая температура около 400 °С

Принцип работы заключается в том, что при достижении нужной температуры электролита, кислород вместо с отработанными газами проходят сквозь него. При этом между чувствительными к ионам кислорода образуется разность потенциалов. Между напряжением, которое возникает на электродах, и концентрацией кислорода в выхлопных газах существует обратная зависимость. Чем больше содержание кислорода тем меньше напряжение.

Титановым устройствам необходима более высокая температура для нагревания, порядка 700 ºС. Их чувствительный элемент состоит из диоксида титана. Они измеряют выходное напряжение, функционируют без воздуха из атмосферы.

Широкополосной датчик кислорода считается более усовершенствованным. Он имеет заканчивающий элемент. Само устройство измеряет количество кислорода, фиксирует напряжение, сравнивает показатели с нормой и, если обнаружено несоответствие, направляет электрический ток. Он провоцирует выделение кислорода из выхлопных газов. Процесс длится до тех пор, пока напряжение не достигнет величины 450 мВ. Чаще используется на входе.

Как определить неисправность датчика кислорода

Существует ряд методов для проверки состояния лямбда датчика и его питающих/сигнальных цепей.

Специалисты компании BOSCH советуют проверять соответствующий датчик каждые 30 тысяч километров пробега, либо при выявлении описанных выше неисправностей.

Что нужно сделать в первую очередь при диагностике?

1. Необходимо оценить количество сажи на трубке зонда. Если ее слишком много — датчик будет работать некорректно.
2. Определить цвет отложений. Если на чувствительном элементе датчика имеются белые или серые отложения — это означает, что используются присадки к топливу или к маслу. Они негативно сказываются на работе лямбда зонда. Если на трубке зонда имеются блестящие отложения — это говорит о том, что в используемом топливе очень много свинца, и от использования такого бензина лучше отказаться, соответственно, сменить марку бензозаправки.
3. Можно попытаться очистить сажу, однако это не всегда возможно.
4. Проверить мультиметром целостность проводки. В зависимости от модели конкретного датчика он может иметь от двух до пяти проводов. Один из них будет сигнальным, а остальные — питающими, в том числе, для питания элементов подогрева. Для выполнения процедуры проверки вам понадобится цифровой мультиметр, способный измерять постоянное электрическое напряжение и сопротивление.
5. Имеет смысл проверить сопротивление нагревателя датчика. В разных моделях лямбда зонда оно будет находиться в пределах от 2 до 14 Ом. Значение питающего напряжения должно быть около 10,5…12 Вольт. В процессе проверки также нужно обязательно проверить целостность всех проводов, подходящих к датчику, а также значение сопротивления их изоляции (как попарно между собой, так и каждого на «массу»).

Как проверить лямбда-зонд видео

Обратите внимание, что нормальная работа датчика кислорода возможна лишь при его нормальной рабочей температуре, равной +300°С…+400°С. Это обусловлено тем, что лишь в таких условиях циркониевый электролит, нанесенный на чувствительный элемент датчика, становится проводником электрического тока. Также при такой температуре разница атмосферного кислорода и кислорода в выхлопной трубе приведет к тому, что на электродах датчика появится электрический ток, который и будет передаваться на электронный блок управления двигателем

Также при такой температуре разница атмосферного кислорода и кислорода в выхлопной трубе приведет к тому, что на электродах датчика появится электрический ток, который и будет передаваться на электронный блок управления двигателем.

Так как проверка кислородного датчика во многих случаях подразумевает снятие/установку то стоит учесть такие нюансы:

• Лямбда — устройства очень хрупкие, поэтому при проверке нельзя подвергать их механическим нагрузкам и/или ударам.
• Резьбу датчика необходимо обработать специальной термопастой. При этом нужно следить, чтобы паста не попала на его чувствительный элемент, поскольку это приведет к его некорректной работе.
• При закручивании необходимо соблюдать значение крутящего момента, и пользоваться для этих целей динамометрическим ключом.

Точная проверка лямбда зонда

Точнее всего определить неисправность датчика концентрации кислорода позволит осциллограф. Причем использовать профессиональный аппарат необязательно можно снять осциллограмму используя программу-симулятор на ноутбуке либо другом гаджете.

График правильной работы датчика кислорода

На первом рисунке в данном разделе представлен график правильной работы датчика кислорода. В этом случае на сигнальный провод поступает сигнал, похожий на ровную синусоиду. Синусоида в данном случае означает, что контролируемый датчиком параметр (количество кислорода в выхлопных газах) находится в предельно допустимых границах, и просто происходит его постоянная и периодическая проверка.

График работы сильно загрязненного датчика кислорода

График работы датчика кислорода на обедненной топливной смеси

График работы датчика кислорода на обогащенной топливной смеси

График работы датчика кислорода на бедной топливной смеси

Далее представлены графики, соответствующие сильно загрязненному датчику, использованию двигателем автомобиля обедненной топливной смеси, богатой смеси, а также бедной смеси. Ровные линии на графиках означают, что контролируемый параметр вышел за допустимые пределы в ту или другую сторону.

Внешние признаки и причины

Если система подогрева лямбда-зонда или само устройство в автомобиле не работает, симптомы неисправного состояния будут следующими:

1. Силовой агрегат стал работать менее стабильно. Обороты могут самопроизвольно увеличиваться и падать. Мотор часто глохнет, особенно на светофорах.
2. Снизилось качество горючей смеси, которая подкачивается воздухом в систему цилиндров. Если исправность датчика была нарушена, это станет причиной перерасхода горючего.
3. Подача горючего стала неэффективной, топливо попадает в камеры сгорания бесконтрольно. Это может привести к появлению неполадок в работе агрегата, а также электронной системы авто.
4. Со временем может проявляться прерывистость работы мотора при функционировании на холостых оборотах. На максимальных — эффективность работы ДВС также будет менее низкой.
5. Появились неполадки в функционировании электронных систем. Из-за необходимости ремонта датчика отдельные отсеки силового агрегата будут работать нестабильно. Это связано с тем, что импульсные сигналы о неисправности подаются с задержкой.
6. Во время движения транспортное средство стало дергаться. Особенно когда машина идет в гору.
7. При функционировании двигателя на любых оборотах могут появляться хлопки.
8. Двигатель стал с замедлением реагировать на нажатие педали газа. Ускорение происходит, но не сразу.

Одним из важных симптомов является загорание индикатора Чек Энджин либо лампочки выхода из строя кислородного контроллера на приборном щитке авто.

Причины, по которым работоспособность датчика кислорода будет нарушена, могут возникать не сразу, поэтому выход из строя детали происходит в несколько этапов:

1. На первом кислородный датчик начинает функционировать нестабильно. Периодически сигнал с устройства пропадает, информация подается в обширном диапазоне. Это приводит к ухудшению качества горючей смеси, а также нестабильной работе оборотов. На начальном этапе происходит подергивание машины при движении, проявляются нехарактерные для работы ДВС хлопки, на приборке может загореться индикатор неисправности.
2. На следующем этапе лямбда-зонд перестает функционировать на холодном моторе, пока агрегат не прогреется. Симптомы неполадок будут аналогичными, только проявляются с большей силой. Может снизиться мощность мотора машины, появится отклик при нажатии на педаль газа. В итоге это может привести к перегреву ДВС.
3. На третьем этапе кислородный датчик обычно полностью выходит из строя. Мощность силового агрегата еще больше падает, это явно проявляется при езде на высокой скорости. Из глушителя появляется неприятный и резкий запах.

Причины, с которыми может быть связана поломка датчика кислорода:

1. Произошла разгерметизация корпуса устройства. Из-за этого внутрь стали попадать отработавшие газы и воздух.
2. Перегрев контроллера. Причина может быть связана с неполадками в работе системы зажигания либо неправильно выполненным тюнингом силового агрегата.
3. Длительное воздействие внешних факторов. Эту причину можно отнести к естественному износу, поскольку любой датчик кислорода со временем выходит из строя.
4. Рабочая поверхность датчика кислорода покрыта продуктами сгорания, которые блокируют его работу. Это обычно связано с регулярным использованием низкокачественного горючего.
5. Произошло нарушение в работе электропитания либо повреждена проводка, ведущая к центральному блоку управления.
6. Механическое повреждение устройства. В результате сильного удара по корпусу могут разрушиться внутренние элементы контроллера. Такое часто проявляется при регулярной езде по бездорожью.

Описание устройства и где находится

С появлением систем электронного впрыска бензина перед конструкторами встала задача корректировки состава топливной смеси. Для этого стали применяться датчики кислорода или лямбда-зонды. Устройства поддерживают состав топливной смеси в определенных переделах, что позволяет обеспечивать максимальную эффективность каталитического нейтрализатора. При иных составах смеси нейтрализатор начинает работать некорректно и выходит из строя.

В зависимости от конструкции выхлопной системы используется один или два датчика:

1. Первый установлен непосредственно в выхлопном коллекторе и замеряет состав выхлопных газов перед каталитическим нейтрализатором. На ранних системах этот девайс был единственным.
2. С введением нормативов Евро-3 стал применяться второй зонд, расположенный после нейтрализатора. Электронный блок управления анализирует данные от двух зондов и косвенно оценивает эффективность работы катализатора, а также корректирует состав смеси.

Производители установили для изделий срок службы:

• зонд без спирали подогрева — не более 80 тыс. км;
• узел с подогревом — до 100 тыс. км;
• планарные (широкополосные) зонды — до 160 тыс. км.

Заявленный ресурс зондов не является точным. Срок работы устройств зависит от множества факторов и может быть меньше или больше указанных значений.

За что отвечает лямбда зонд

Попросту говоря, лямбда-зонд, он же О2 датчик — это датчик, оценивающий количество не сгоревшего топлива и кислорода в выхлопной системе автомобиля. Хотя лямбда-зонды используют также в других областях, мы в этой статье будем говорить сугубо об автомобильных датчиках кислорода.

Для чего же нужен этот датчик кислорода? Так называемые катализаторы, которые уменьшают долю вредных веществ в выхлопах, имеются в данный момент в каждой более-менее современной машине. Лямбда-зонд контролирует количество кислорода в катализаторах, таким образом, продлевая срок их действия. Также он существенно влияет на количество потребляемого вашим автомобилем топлива и улучшает работу двигателя.

Если упомянуть конкретные факты, то известно, что топливо эффективно сгорает только при правильном соотношении топлива и воздуха в топливной смеси. В противном случае (если воздуха будет меньше или же больше) будут изнашиваться и приходить в негодность катализаторы. Поэтому, лямбда-зонд непосредственно влияет на выхлопную систему автомобиля.

Схема устройства

Рассмотрим схему зонда, дающую представление о размещении узлов. Знание конструкции позволяет понять места расположения деталей, подверженных поломкам.

Пример конструкции зонда

Конструкция включает:

• 1 — металлический штуцер, предназначенный для установки зонда, на внешней поверхности имеются грани под ключ, ниже расположена резьба;
• 2 — керамический изолятор;
• 3 — уплотнительный элемент для ввода жгута проводов;
• 4 — сигнальные провода;
• 5 — металлический защитный колпачок, оснащенный вентиляционными продухами, предназначен для защиты измерительного элемента от повреждений;
• 6 — пружинная контактная часть;
• 7 — чувствительный элемент, выполненный из керамики;
• 8 — нагревательный стержень;
• 9 — вентиляционный канал;
• 10 — внешний металлический корпус.

Срок службы лямбда-зонда

Средняя продолжительность жизни кислородных датчиков на российском бензине 40 000–100 000 км. Для увеличения срока службы рекомендуется заливать качественное топливо с низким содержанием примесей и тяжелых металлов. Самодиагностикой определить неисправность достаточно сложно, установить причину — практически невозможно. Это может быть износ, низкое качество бензина, механическое повреждение и другие факторы.

Если у вас возникли подозрения в неисправности датчика кислорода, обратитесь к профессиональным диагностам. При помощи осциллограммы специалист определит причины неисправности и подскажет пути устранения. 

ВЛИЯНИЕ НЕИСПРАВНОСТИ КИСЛОРОДНОГО ДАТЧИКА ЛЯМБДА: ПРИЧИНА ОТКАЗА

Существует несколько причин, по которым лямбда датчик может выйти из строя:

• Внутренние и внешние замыкания лямбда зонда.
• Нет заземления / напряжения.
• Перегрев зонда.
• Нагар / загрязнение.
• Механическое повреждение датчика
• Использование этилированного топлива / присадок

Существует ряд типичных неисправностей лямбда-датчиков, которые происходят наиболее. В следующем списке приведены причины неисправностей выявленных в результате диагностики:

Диагностика неисправностей для датчика кислорода Лямбда: основные принципы

Автомобили, оснащенные системой самодиагностики, могут обнаруживать неисправности, возникающие в цепи управления, и сохранять их в памяти неисправностей. Обычно это отображается через индикаторную лампу двигателя – «чек», «check engine». Память неисправностей затем может быть считана с помощью сканера через разъём OBD-2. Однако некоторые системы не могут определить, относится ли эта неисправность к неисправному датчику или это неисправность кабеля. В таком случае дальнейшие испытания должны быть выполнены механиком в автосервисе.

Для более точной диагностики через EOBD, мониторинг при компьютерной диагностике лямбда-датчика был расширен, чтобы считывать следующие пункты диагностики:

• Разомкнутая цепь;
• Эксплуатационная готовность;
• Короткое замыкание на массу блока управления;
• Короткое замыкание на плюс;
• Обрыв кабеля и срок службы датчика кислорода лямбда.

Для диагностики сигналов от лямбда-датчика блок управления использует форму частоты сигнала. Для этого блок управления рассчитывает следующие данные:

• Максимальное и минимальное обнаруженное значение напряжения датчика кислорода;
• Время между положительным и отрицательным положением,
• Лямбда-контроллер, регулирующий соотношение в топливо-воздушной смеси – богатая или бедная;
• Определение порога лямбда-контроля,
• Напряжение датчика и длительность периода.

О чем говорят максимальные и минимальные напряжения датчика кислорода?

При запуске двигателя все старые максимальные / минимальные значения в электронном блоке управления удаляются. Во время работы минимальные / максимальные значения отображаются в определенном диапазоне нагрузки / скорости

Амплитуда напряжения датчика: максимальное и минимальное значение больше не достигается, обнаружение насыщенности / обеднения топливной смеси больше невозможно.

Время отклика на изменение напряжения

Если напряжение датчика превышает контрольный порог, начинается измерение времени реакции между положительным и отрицательным состоянием. Если напряжение датчика не достигает контрольного порога, измерение времени прекращается. Период времени между началом и концом измерения времени измеряется счетчиком.

Время отклика: если датчик реагирует слишком медленно на изменение состава смеси то не отображает состояние в нужное время.

Определение старого или загрязненного лямбда зонда

Кислородный датчик может быть неисправенесли он старый, выработал ресурс или загрязнен, например, присадками к топливу. Это можно определить при диагностике зонда. Сигнал лямбда зонда сравнивается с сохраненным шаблоном. Медленный зонд определяется как неисправность, например, через длительность периода сигнала.

Время отклика: частота зонда слишком низкая, оптимальное управление больше невозможно.

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.

Основные виды лямбда-зондов

В конструкции современного автомобиля могут присутствовать следующие лямбда-зонды:

1. Циркониевый.

Самая популярная модель, которая изготавливается на основе диоксида циркония.

Работает рассматриваемый элемент по принципу гальванического элемента с твердым электролитом в виде специального наконечника.

Изготовленный из керамики и циркония наконечник со всех сторон покрыт защитными пластинами из пористых платиновых электродов, которые выполняют роль проводников тока. Стоит отметить, что свойства электролита активизируются только при нагреве диоксида циркония выше +350 °C. Получается, что лямбда-зонд будет выдавать ошибку, если не прогреется до определенной температуры. Быстрый нагрев устройства осуществляется благодаря встроенной нагревательной конструкции с керамическим изолятором.

Обратите внимание! Повышение температуры до +950 °C может привести к перегреву датчика и его дальнейшей поломке.

Посредством прохождения через небольшие просветы в защитном кожухе выхлопные газы поступают к наружной части наконечника. Воздух, в свою очередь, проникает внутрь датчика через специальную пройму в корпусе устройства или пористую уплотнительную крышку.

Разница потенциалов формируется благодаря перемещению ионов кислорода по электролиту между наружным и внутренним платиновыми электродами.

Напряжение на электродах обратно пропорционально объемам кислорода в выхлопной системе.

При наличии оповещения, поступающего от датчика, блок управления выравнивает содержание компонентов топливовоздушной смеси. Напряжение, поступающее от лямбда-зонда, каждую секунду меняется по несколько раз, что позволяет оптимизировать состав смеси независимо от режима работы ДВС.

В зависимости от количества проводов лямбда-зонды из циркония делятся на несколько групп:

• однопроводные – оснащены одним сигнальный проводом, при этом контакт на массу осуществляется через корпус;
• двухпроводные – имеют сигнальный и заземляющий провода;
• трех- и четырехпроводные – подразумевают наличие системы нагрева, а также подведенных к ней управляющих и заземляющих проводов.

2. Титановый.

Внешне схож с циркониевым, но в данном случае чувствительная деталь датчика изготовлена из диоксида титана. Объемное сопротивление устройства меняется с учетом изменения количества кислорода в смеси: от 1 кОм при богатой смеси до более 20 кОм при бедной. Вместе с этим меняется проводимость титанового элемента, о чем лямбда-зонд сообщает блоку управления. Эффективность датчика рассматриваемого вида достигается только при температуре +700 °C, поэтому без нагревательного элемента здесь не обойтись.

Титановый лямбда-зонд имеет высокую цену и сложную конструкцию, что отрицательно сказывается на популярности данных устройств.

3. Широкополосный.

В отличие от вышеописанных моделей, широкополосные приборы имеют конструкцию, состоящую из двух камер: измерительной и насосной.

В измерительном отсеке поддерживается такой состав газов, при котором лямбда равна единице. Что касается насосной камеры: если мотор работает на бедной смеси, камера убирает лишний кислород из диффузионного зазора в атмосферу, а если на богатой – пополняет диффузионное отверстие недостающим кислородом из внешней среды. Направление тока для перемещения кислорода в разные стороны меняется, а его величина пропорциональна объемам бесцветного газа.

Нормальное функционирование широполосных датчиков возможно при температуре +600 °C, что достигается за счет работы нагревательного элемента в датчике.

Широкополосные датчики кислорода детектируют лямбду от 0,7 до 1,6.