Работа лямбда зонда
Autoservice-ryazan.ru

Автомобильный портал

Работа лямбда зонда

Лямбда-зонд — что это, признаки неисправности и способы проверки

Инжекторные двигатели экономичны и дружелюбны к экологии в отличии от карбюраторных моторов. Высоких показателей инженеры добились благодаря датчикам в системе питания. Один из датчиков, который непосредственно влияет на смесеобразование – это лямбда-зонд или кислородный датчик.

Если он выходит из строя, можно наблюдать потерю мощности, большой расход топлива, нестабильную работу мотора.

Зачем в автомобиле нужен лямбда-зонда, место расположения

Лямбда-зонд необходим для измерения коэффициента содержания кислорода в горючей смеси. Он устанавливается всегда в районе приемной трубы до катализатора и измеряет объем несгоревшего кислорода в продуктах сгорания. Эта информация позволит ЭБУ готовить оптимальную смесь.

Наиболее эффективно сгорает смесь, в которой содержится 14,7 частей воздуха и одна часть топлива. Это оптимальные показатели, если кислород присутствует в больших количествах, то смесь бедная, если воздуха меньше, то богатая.

Сгорание богатой смеси менее эффективно – можно наблюдать снижение мощности, повышенный расход топлива.

Так как моторы в автомобилях функционируют на совершенно разных режимах, то оптимальное соотношения воздуха и топлива может не соблюдаться. Для контроля качества смеси в системах питания применяют кислородные датчики.

На основе сигналов от лямбды ЭБУ может оценить качество смеси. Если обнаружены показатели, которые не соответствуют нормам, смесь корректируется.

Принцип работы кислородного датчика

Принцип действия кислородного датчика достаточно простой. Лямбда-зонд должен сравнивать показания с какими-то идеальными результатами, чтобы понимать, как меняется процент кислорода в смеси, поэтому замеры проводятся в двух местах – измеряется атмосферный воздух и продукты сгорания.

Такой подход позволяет датчику чувствовать разницу, если соотношения топливной смеси меняется.

ЭБУ должен получать от лямбда-зонда электрический импульс. Для этого датчик должен уметь преобразовывать замеры в электрические сигналы. Для измерения применяются специальные электроды, которые могут вступать с кислородом в реакцию.

В работе лямбды используется принцип гальванических элементов – смена условий химических реакций приводит к изменению напряжения между двумя электродами. Когда смесь богатая, а содержание кислорода за нижним порогом, тогда напряжение растет. Если смесь обедненная, напряжение будет падать.

Далее импульс, который возникает на этапе химических реакций, отправляется на ЭБУ, где параметры сравниваются с записанными в памяти топливными картами. В результате корректируется работа системы питания.

Датчик кислорода работает на химических реакциях, но при этом конструкция его относительно простая. Главный элемент – специальный наконечник из керамических материалов. В качестве сырья используется диоксид циркония, а реже – диоксид титана.

Наконечник покрыт напылением из платины – именно этот слой и вступает в реакцию с кислородом. Одной стороной этот наконечник контактирует с выхлопными газами, другой стороной – с воздухом в атмосфере.

Электроды лямбда-зонда имеют одну особенность. Так, чтобы реакция проходила эффективнее и показатели были точными, замеры содержания кислорода в выхлопе производятся при условии определенных температур.

Для того, чтобы наконечник вышел на рабочие характеристики и нужную электропроводимость, температура среды должна составлять 300-400 градусов.

Для обеспечения нужного режима температур изначально лямбда-зонд устанавливался в непосредственной близости к выпускному коллектору. Это обеспечивало нужную температуру после прогрева ДВС. В работу датчик вступал не сразу. До того, как лямбда достаточно нагреется и начнет выдавать точные параметры, ЭБУ использовало сигналы других датчиков. Оптимальная смесь в процессе прогрева не приготавливалась.

Некоторые модели кислородных датчиков оснащены электрическими нагревателями. Благодаря им лямбда может быстрее выходить на рабочие температурные режимы. Подогрев использует энергию бортовой сети автомобиля.

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.

Как проверить лямбда-зонд мультиметром

Когда наблюдаются рывки при движении, повышенный расход горючего, и горящий “чек”, то стоит провести диагностику. Эти признаки могут говорить и о других неисправностях, но если есть мультиметр, то можно проверить кислородный датчик своими руками. Специалисты рекомендуют проверять лямбду через измерение напряжений.

Но прежде любых измерений нужно прогреть ДВС. Если лямбда холодная, она не будет работать. Также рекомендуется по возможности снять датчик и осмотреть его и проводку на предмет грязи и повреждений. Если датчик деформирован, электрод поцарапан или покрыт сажей, нагаром, то лучше его заменить.

Измерения напряжения в цепи подогрева

Включают зажигание, щупами протыкают провода, которые идут к нагревателю. Можно также втыкать щупы мультиметра в разъем. Напряжение будет примерно равно напряжению в бортовой сети. Если двигатель не запущен, то напряжения может и не быть.

Обычно плюс приходит к нагревателю напрямую. Минус подает блок управления. Если отсутствует плюс, следует проверить цепи от аккумулятора до датчика. Если отсутствует минус, тогда нужно проверить цепь от ЭБУ до датчика.

Проверка нагревателя

Можно проверить работоспособность кислородного датчика при помощи омметра. Очень часто поломка связана со спиралью подогрева или проводкой к ней.

Для проверки омметр присоединяют между контактами нагревателя. Если нагреватель исправен, то омметр покажет сопротивление от 2 до 10 ОМ. В цепи подогрева сопротивление будет от 1 кОм до 10 мОм. Если сопротивления нет, то стоит поискать обрыв в проводке.

Опорное напряжение

Имея под рукой мультиметр, можно проверить опорное напряжения. Для этого включают зажигание, затем измеряют напряжение между проводом сигнала и массой.

В правильно работающей лямбде напряжение будет в пределах 0,45 В. Если имеются отличия хотя-бы на 0,2 В, то проблемы с сигнальной цепи или плохая масса.

Проверка сигнала с датчика осциллографом

Двигатель необходимо прогреть. Осциллограф подключают между сигналом и массой. Затем поднимают обороты до 3000 и наблюдают за изменениями показаний. Сигнал должен меняться в пределах от 0,1 В до 0,9 В. Если осциллограф точный и видно, что изменения в более узком диапазоне, то лямбда неисправна.

Также стоит засечь время, в течении которого показания опускаются от большего уровня к меньшему. За 10 секунд показания должны меняться 10 раз. Если смены происходят реже, тогда может появиться ошибка под датчику.

Ошибки лямбда-зонд в бортовой системе автомобиля

В большинстве случае ДВС сам подсказывает есть ли неисправности в работе датчиков. Достаточно подключить диагностическое оборудование и считать коды неисправностей.

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.

Устройство и принцип работы кислородного датчика

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

Коэффициент избытка воздуха λ

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

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

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

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

В зависимости от значения λ различают три вида топливовоздушной смеси:

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

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

Назначение датчиков кислорода

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

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

Конструкция и принцип работы кислородного датчика

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

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

Устройство наконечника лямбда-зонда

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

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.

Читать еще:  Как экономично ездить на автомате

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.

Неисправность датчика может привести к сложностям в управлении автомобилем и стать причиной повышенного износа остальных деталей двигателя. А поскольку он не подлежит ремонту, его необходимо сразу заменить на новый.

Устройство и особенности работы лямбда-зонда

В этой статье подробно описано о видах и принципе работы лямбда зонда.

Не секрет, что к современной автомобильной технике предъявляются высокие экологические требования. Благодаря различным датчикам и сложным системам появилась реальная возможность максимально очистить выхлопные газы от вредных примесей. Основным из всех устройств очистки по-прежнему является каталитический нейтрализатор , который входит в состав выпускной системы. Особенности его конструкции позволяют подавить поток вредных веществ. Однако это еще не все, поскольку результативность его работы напрямую зависит от того, насколько эффективно топливная смесь сгорает в цилиндрах.

Несмотря на то, что впрыск топлива на современных двигателях контролируется при помощи электроники, необходимо еще и получить качественную рабочую смесь. Это возможно благодаря кислородному датчику (лямбда-зонду). Рассмотрим его устройство, особенности работы и наиболее часто встречаемые неисправности.

Конструкция и принцип действия лямбда-зонда

Итак, основное назначение датчика кислорода – управление процессом смесеобразования. Это возможно благодаря замеру содержания кислорода в автомобильных выхлопах. Далее эти показания передаются в систему электронного управления, которая корректирует рабочие показатели смеси. Лямбда-зонд может входить в конструкцию глушителя, либо устанавливаться на выпускной патрубок силового агрегата . Отметим, что на машине может быть установлено два кислородных датчика. В однолямбдной системе датчик устанавливается перед каталитическим нейтрализатором, в двухлямбдной – помимо основного, дополнительный датчик стоит сразу за катализатором. Благодаря двум датчикам в системе, производится более точная корректировка состава воздушно-топливной смеси, а также контроль над эффективностью работы катализатора.

Как работает узкополосный датчик кислорода?

Известно, что кислородные датчики бывают двух видов:

Узкополосный датчик имеет простую конструкцию и выступает в качестве генератора волнообразных сигналов. Если в конструкцию лямбды входит нагревательный элемент, тогда количество контактов на его разъеме может быть увеличено до четырех. Что касается устройства датчика, то он является обыкновенным гальваническим элементом, правда в роли электролита представлены керамические соты, которые свободно пронизывают ионы кислорода, но, для того, чтобы они стали полностью проводимыми, необходим нагрев до температуры около 400 градусов.

Как только в систему топливовпрыска поступает сигнал с кислородного датчика, согласно его показаний начинается приготовление эталонной рабочей смеси, при сгорании которой, на контактах лямбды вырабатывается напряжение, величиной примерно равной 0,6 В. В случае когда смесь плохо обогащена, выхлопные газы авто перенасыщены кислородом, поэтому напряжение на контактах датчика снижается в половину, следовательно, форсунки открыты дольше. В хорошо обогащенной смеси сгорает больше кислорода, поэтому его содержание в выхлопе незначительно. Напряжение датчика увеличивается, а время открытия форсунок уменьшается. Поскольку силовой агрегат во время движения работает в разных режимах, корректировка смесеобразования постоянно меняется. Соответственно, напряжение на контактах лямбды постоянно изменяется, таким образом, датчик работает в волнообразном режиме.

Как работает широкополосный датчик?

Поскольку постоянно ужесточаются экологические требования, предъявляемые к выхлопным газам транспортных средств, соответственно, необходимо добиться полного сгорания топливной смеси в цилиндрах мотора. По этой причине узкополосные лямбда-зонды не особо эффективны, поэтому их с успехом заменили широкополосные устройства.

Особенностью работы такого датчика является возможность корректировки смесеобразования отдельно для каждого цилиндра, практически мгновенное реагирование на изменение происходящих в двигателе процессов, и быстрое включение в работу. Это положительно отражается на работе силового агрегата, и, в разы снижает количество вредных химических соединений в выхлопных газах.

Конструкция сложного кислородного датчика состоит из разделенных зазором насосных и измерительных ячеек, между которыми находится газ с постоянным составом. Зазор между сотами сложной лямбды сделан таким образом, что находящийся в нем газ не контактирует с выхлопными газами, что позволяет максимально точно определить содержание кислорода в них, путем его откачивания. Выхлопы необогащенной смеси перенасыщены кислородом, который откачивается из зазора между ячеек при помощи положительного электрического заряда. В случае, с обогащенной смесью, кислород, наоборот закачивается в измерительный контур, для этого заряд меняется на противоположный. Система электронного управления, постоянно контролирует величину тока проходящего через ячейки, и подбирает ему соответствующий параметр. В отличие, от простого кислородного датчика, сложная лямбда имеет криволинейный выходной сигнал.

Симптомы неисправности кислородного датчика

Несмотря на всю простоту конструкции, лямбда-зонд считается самым уязвимым элементом моторного агрегата, ресурс которого исчисляется максимальным пробегом в 80 тыс. км, после чего, довольно часто, лямбда начинает работать некорректно.

Диагностировать какую-либо его неисправность достаточно проблематично из-за того, что он не выходит из строя сразу, а начинает работать с перебоями. Например, неправильно считывает показания, вследствие чего топливоподача в цилиндры осуществляется некорректно. Если же система управления продолжительное время не получает данные о содержании кислорода в выхлопе автомобиля, она переходит в режим при котором использует средние показатели, в результате чего нарушается состав рабочей смеси, силовой агрегат начинает работать с перебоями.

Распространенными признаками поломки кислородного датчика являются:

– повышенное потребление топлива;

– работа силового агрегата на холостых оборотах с перебоями;

– превышение СО в выхлопах транспортного средства;

– резкое снижение ходовых характеристик автомобиля.

Мотор, который оборудован двумя лямбда-зондами «болезненнее» реагирует на некорректную работу либо поломку одного из них. Стоит отметить, что возможно, двигатель вообще перестанет функционировать, пока кислородный датчик не будет заменен исправным.

Зачастую, датчик выходит из строя, либо работает неправильно по следующим причинам:

– использование некачественного топлива;

– нарушена работа системы топливовпрыска;

– неправильно отрегулировано зажигание;

– наличие выработки в цилиндрах и износ поршней;

– повреждение корпуса либо рабочего элемента кислородного датчика.

При продолжительной эксплуатации лямбды, причиной ее поломки очень часто становится рабочий элемент датчика. В этом случае замены зонда не избежать. Но, бывает и так, что вновь установленный на автомобиль кислородный датчик начинает работать с перебоями. В таком случае, необходимо проверить его корпус и рабочую часть на предмет скопления на них различных загрязнений и отложений, которые затрудняют нормальную работу устройства. Решением проблемы станет чистка датчика раствором ортофосфорной кислоты, после которой лямбду необходимо хорошо промыть водой, высушить, и только потом установить на машину. Если же это не помогло, и кислородный датчик по-прежнему работает неправильно, единственный выход из ситуации – его замена.

Об исправности датчика красноречиво говорит правильная и бесперебойная работа силового агрегата, умеренное потребление топлива, снижение вредных веществ в выхлопе авто и отсутствие ошибок в памяти ЭБУ.

Видео расскажет о принципе работы лямбд-зонда (кислородного датчика):