Лямбда регулирование что это

Лямбда регулирование, катализатор и ГБО

В связи с жесткой конкуренцией и ужесточением экологических норм автопроизводители вынуждены постоянно совершенствовать свои автомобили. Двигатели, оснащенные карбюратором, уже не обеспечивали желаемой экономичности, экологичности и мощности автомобиля. Это обусловлено невозможностью точной настройки карбюратора на различных режимах. Поэтому производителями при первой возможности была внедрена электронная система управления впрыском под управлением 8-ми битного микропроцессора с тактовой частотой 4 мгц в 1979г. Это произошло через 8 лет после появления первого в мире 4-х битного микропроцессора 4004. На данный момент, система управления двигателем является довольно сложной в плане количества датчиков и исполнительных механизмов, сложных математических моделей записанных в виде программы блока управления.

В процессе развития электронных систем управления двигателем улучшалась их точность, а вместе с ними и характеристики двигателей. Для того, что бы следовать все более жестким экономическим и экологическим параметрам, увеличивается количество узлов системы управления двигателем, улучшается точность их изготовления, увеличивается вычислительная мощность блоков управления двигателем для того, что бы использовать более точные и сложные модели управления и математику.

Зачем нужен лямбда зонд? (датчик кислорода)

Лямбда зонд позволяет постоянно отслеживать количество кислорода в выхлопных газах и вводить корректировку впрыска топлива для достижения лучшей экономичности и экологичности двигателя.

Циркониевый лямбда зонд

Таким образом, в простой системе управления с лямбда зондом, состав топливно-воздушной смеси постоянно колеблется возле λ = 1. Это происходит из-за того, что система управления пытается максимально приблизится к λ=1, а чувствительный элемент циркониевого лямбда зонда может показать только больше или меньше.

Циркониевый лямбда зонд обладает еще некоторыми важными параметрами, которые используются в более продвинутых системах управления с целью соответствия экологическим нормам евро-4 и выше. Например, по внутреннему сопротивлению чувствительного элемента, выходного напряжения и сопоставляя эти параметры с другими параметрами системы, можно судить о концентрации вредных химических элементов в выхлопе (CH, CO, H2) и температуре чувствительного элемента датчика кислорода. Таким образом, системой управления могут быть предприняты меры по улучшению экологических показателей мотора.

Широкополосный лямбда зонд

Существуют 2 основных типа широкополосных лямбда зондов, которые отличаются по принципу считывания информации.

Принцип работы этих датчиков подробно описан во многих источниках. Поэтому останавливаться на нем мы не будем.

Задний лямбда зонд (за катализатором)

В соответствии с нормами Евро-3 и выше, в выхлопную систему за катализатором внедрен контролирующий датчик, с помощью которого ЭБУ контроллирует эффективность катализатора. В случае проблемы, на панели приборов загорается индикатор Check engine, а мотор переходит в аварийный режим работы (на аварийные карты).

Для еще большей эффективности каталитической реакции, в автомобилях с нормами евро-4 и выше, используются и показания заднего лямбда зонда B1S2. В таких автомобилях показания используются не только для диагностики, но и для более точной коррекции топливной смеси для того, что бы увеличить эффективность нейтрализации газов.

Работа заднего лямбда зонда

Катализатор производит разложение оксида азота на азот и кислород. Производится и связывание свободного кислорода с недогоревшим топливом (из СО получаем СО2). В катализаторе так же протекает множество других сложных реакций.

Как следует из описанного выше, содержание кислорода за катализатором заметно меньше, чем его содержание до катализатора. Способность катализатора накапливать и отдавать кислород определяет инерционность изменения содержания кислорода после катализатора. Поэтому основным показателем исправного катализатора является преобладание напряжения с заднего лямбда зонда более 0,6В даже если напряжение переднего лямбды значительное время держится на низком уровне.

На современных автомобилях с нормами Евро-4 и выше, задний лямбда B1S2 влияет так же и на топливные коррекции с целью обеспечить максимально оптимальную смесь для работы катализатора. Поэтому, эффективность катализатора напрямую влияет на расход топлива. При снижении эффективности катализатора расход топлива растет. Это происходит из за того, что количество кислорода, который может использовать катализатор уменьшается, а система пытается удержать его содержание, добавляя топлива за катализатором.

Исходя из вышеописанного, следует, что современные системы управления двигателем умеют не только удерживать концентрацию кислорода за катализатором. Дополнительно удерживается температура каталитического нейтрализатора в требуемом диапазоне, косвенно отслеживается и удерживается содержание других примесей за катализатором.

ГБО и катализатор

Мы все чаще сталкиваемся с проблемами катализаторов на автомобилях оборудованных газобалонным оборудованием.

Наиболее часто встречаются 3 причины появления кодов неисправности по катализатору на автомобилях с газом:

Напомню, что современная система управления очень требовательна к параметрам всех звеньев, поэтому, даже незначительный разброс параметров форсунок ведет к непредсказуемым результатам. Из-за разброса параметров блок управления не может адекватно откорректировать топливные коррекции.

Наиболее эффективная работа двигателя, работающего на пропане возможна при более раннем угле зажигания и более бедной смеси с соотношением 15,5 : 1 для пропана по сравнению со смесью для бензина 14,7 : 1. При снандартной схеме с ГБО 4-го и 5-го поколения управление смесью производится бензиновым блоком управления, газовый блок управления только вносит корректировки для управления газовыми форсунками.

В связи с этим, смесь при работе на газу удерживается по бензиновым стандартам, что влечет за собой нештатную работу катализатора и более быстрое его разрушение.

Источник

Лямбда-регулирование

Для более точного регулирования горючей смеси в зависимости от качества сгорания (наличия свободного кислорода) и более высокой степени очистки отработавших газов необходима регулировка коэффициента избытка воздуха, чтобы состав смеси был близок к стехиометрическому. С этой целью в двигателях применяют системы, основой которых является специальный датчик, определяющий наличие кислорода в отработавших газах (лямбда-зонд), устанавливаемый в выпускной системе. Такие системы называют системами с обратной связью.

Датчик кислорода представляет собой элемент из порошка двуокиси циркония, спеченного в форме пробирки, наружная и внутренняя поверхность которой покрыты пористой платиной или ее сплавом, что выполняет роль катализатора и токопроводящих электродов. Внешняя поверхность датчика покрыта тонким защитным слоем керамики. Двуокись циркония при высоких температурах приобретает свойство электролита, а датчик становится гальваническим элементом. Внешняя поверхность датчика соприкасается с отработавшими газами, а внутренняя с атмосферным воздухом.

Рис. Датчик кислорода:
1 – твердый электролит двуокиси циркония; 2 – платиновый наружный электрод; 3 – платиновый внутренний электрод; 4 – контакты; 5 – корпусной контакт; 6 – выпуск отработавших газов

Принцип работы датчика кислорода показан на рисунке. На поверхности электродов 1 и 2 (пористая платина) всегда присутствует остаточный кислород, связанный с водородом, углеродом или азотом. При высоких температурах (более 350° С) в случае обогащения смеси в граничной зоне Е возникает недостаток кислорода. Отрицательно заряженные ионы кислорода начинают перемещаться к электроду 1, заряд на котором по отношению к электроду 2 становится отрицательным, что приводит к возникновению э.д.с.

Рис. Принцип работы датчика кислорода

Внутреннее сопротивление циркониевого датчика тем выше, чем ниже его температура. Поэтому генерирование э.д.с. датчиком начинается только при прогреве его до температуры 350° С. До этого времени потенциал на выходе датчика составляет 0,0…0,50 В – это опорное напряжение, подаваемое от входного каскада блока управления. Наличие опорного напряжения на входе блока позволяет определить готовность датчика к работе. На режимах пуска, прогрева холодного двигателя, ускорения и режиме максимальной мощности датчик не работает и состав смеси определяется блоком управления. Для расширения диапазона действия датчика и ускорения скорости его прогрева, особенно на режимах холостого хода и в условиях низких температур, применяют подогрев датчиков или их установку в непосредственной близости от двигателя.

При появлении в отработавших газах кислорода (коэффициент избытка воздуха λ больше единицы – бедная смесь) на контактах датчика падает напряжение.

Рис. Выходной сигнал датчика кислорода

Выходное напряжение датчика Uλ меняется от 0 до 1 В в течение очень короткого промежутка времени (несколько раз за 1 сек.) и свидетельствует о быстром реагировании как самого датчика, так и всей системы топливодозирования на установившихся режимах. Если оно увеличивается, тогда горючая смесь переходит в зону стехиометрического состава (от обедненной к обогащенной) и длительность впрыска (τупр) топлива форсункой впрыска изменяется. Таким образом, датчик работает в релейном режиме и позволяет применить его в системе автоматической стабилизации состава смеси в зоне стехиометрического состава. Упрощенный алгоритм работы системы с обратной связью (режим замкнутого контура или замкнутой петли) представлен на рисунке.

Рис. Упрощенный алгоритм работы системы λ-коррекции

Весь цикл непрерывно повторяется и состав смеси изменяется от значений λ=0,97…98 до значений λ=1,02…1,03. Исключение составляют следующие режимы: режим максимальной мощности (λ= 0,86…0,88), режим торможения двигателем (отключение подачи топлива, при этом смесь очень обедненная и λ значительно больше единицы), режим ускорения (обогащение смеси, адекватное скорости открытия дроссельной заслонки).

В силу различных причин (изменения характеристик датчика кислорода и технического состояния двигателя, нестабильности топлива и др.) с течением времени изменения только одной коррекции времени впрыска для управления питанием двигателя оказывается недостаточно. Чтобы учесть изменения, влияющие на работу топливной системы, в последних электронных системах питания, электронный блок управления подстраивается под возникающие изменения (самообучение системы). В связи с этим для корректирования состава смеси кроме коэффициента коррекции λ применяются еще два коэффициента λ1 – аддитивный коэффициент коррекции самообучения и λ2 – мультипликативный коэффициент коррекции самообучения. Первый коэффициент корректирует работу двигателя на режиме холостого хода, второй – на режиме частичных нагрузок. Если неисправности двигателя или отдельных элементов системы питания, возникшие в процессе эксплуатации автомобиля, определяются с помощью сканирующего прибора и устраняются, тогда коэффициенты λ, λ1, λ2 возвращаются к номинальным значениям.

Согласно требованиям Евро III и Евро IV система самодиагностики должна реги­стрировать пропуски воспламенения смеси. Из-за них резко повышается содержа­ние вредных веществ в отработавших газах – в первую очередь несгоревших угле­водородов. Дожигание чрезмерного количества углеводородов перегревает нейтрализатор и может вывести его из строя. При уровне пропусков воспламенения двигателе свыше 4% (на каждые 100 рабочих циклов – более 4 пропусков) со­держание несгоревших паров топлива в отработавших газах становится выше допускаемых норм.

В случае появления пропусков воспламенения электронный блок управления фиксирует повы­шенную неравномерность вращения коленчатого вала, по показаниям датчика его положения следующим образом. Например, двигатель с порядком воспламенения в цилиндрах 1-3-4-2 работает в установив­шемся режиме, причем первый и третий цилиндры в порядке, а в четвертом вос­пламенения нет. Время полуоборота пер­вого и третьего цилиндров одинаковое, а у четвертого оно больше – вращение коленчатого вала за­медляется. Во втором исправном цилиндре начинается ускорение вращения. Электронный блок управления фиксирует сбой в работе двигателя и помечает его как пропуск.

Для подсчета пропусков у каждого ци­линдра свой счетчик: SUM1, SUM2, SUM3, SUM4. Вычислить неисправный цилиндр блоку управления помогает датчик положения распределительного вала. Допустим, обнаружен пропуск воспламе­нения в третьем цилиндре, тогда значение SUM3 увеличивается на единицу и т.д. Подсчет продолжается в течение 1000 оборотов коленчатого вала (допустимо, если счетчик накопит за это время пять пропусков), потом результат обнуляется и от­счет возобновляется.

Система самодиагностики в комплек­тации Евро III следит за пока­заниями счетчиков. Если их сумма превы­сит отметку 2,5% – будет зафиксирована неисправность и записан код ошибки Р0300. Коды Р0301, Р0302, Р0303, Р0304 указывают неисправность конкретного цилиндра.

В паре со счетчиком SUM работает еще один – SUMKAT. Его задача – фиксировать пропуски во всех цилиндрах, влияющие на работоспособность нейтрализатора. При обнаружении одного пропуска пока­зание счетчика изменяется не на единицу, как в предыдущем случае, а на большую величину, зависящую от режима работы двигателя. Мини­мальный скачок составляет 30 единиц, а максимальный – 250. Подсчет пропусков прекращается через каждые 200 оборо­тов коленчатого вала – и показание обнуляется. Если за такой цикл показание SUMKAT превысит 1000, то будет зафиксирована неисправность и в память контроллера записаны коды Р0300, Р0301…304.

Для того чтобы предупредить водителя о неисправности, на панели автомобиля начинает мигать контрольная лампа (Сheck engine), пре­дупреждая водителя о нештатной ситуа­ции и после небольшой за­держки отключится форсунка в неисправ­ном цилиндре. При многочисленных про­пусках сразу в двух цилиндрах контрол­лер отключит оба – в любом случае пере­грев нейтрализатора недопустим.

В ряде случаев самодиагностика мо­жет ошибаться по объективным причи­нам. Так, движение автомобиля по неров­ному покрытию означает неравномерное вращение колес, а с ними и коленчатого вала. Чтобы толчок колеса из-за неровностей дороги блок управления не посчитал за пропуск воспламенения, в мо­торном отсеке некоторых автомобилей, удовлетворяющих нормам Евро III, рядом с верх­ней опорой стойки устанавливают «датчик неровной дороги».

Согласно европейскому законодатель­ству (Евро III, Евро IV), бортовая диагности­ка должна контролировать состояние ней­трализатора и при неисправности вклю­чать диагностическую лампу. Для выпол­нения этого условия на выходе из нейтра­лизатора устанавливают второй датчик кисло­рода.

Второй датчик также участву­ет в точной подстройке состава топливовоздушной смеси, компенсируя погреш­ность первого датчика, которую необхо­димо учитывать по мере его старения. Контроллеры некоторых фирм, сравнивая показания обоих датчиков, рассчитывают коэффициент старения нейтрализатора, на основе которого специалисты по диаг­ностике строят свои прогнозы.

В отдельных автомобилях нашли применение кислородные датчики, в которых вместо циркониевого элемента используется титановый. Принцип действия титанового датчика полностью отличается от принципа работы циркониевого датчика и заключается в изменении его проводимости при приложении напряжения в зависимости от содержания кислорода в отработавших газах. Титановый датчик не вырабатывает напряжение, а изменяет свое сопротивление в зависимости от изменений состава топливной смеси. Из электронного блока управления на титановый датчик поступает опорное напряжение (примерно 1 в) от эталонного источника тока с высоким выходным сопротивлением. Изменение состава топливно-воздушной смеси вызывает скачкообразное изменение сопротивления титанового датчика и, как следствие, скачкообразное изменение протекающего через него тока. Соответственно этому изменяется падение напряжения на включенном последовательно с датчиком сопротивлении. Вместо постепенного изменения выходного напряжения как в циркониевом датчике, этот датчик изменяет своё сопротивление скачкообразно от малого (менее 1 кОм) при богатой смеси, к большому (более 20 кОм) при обедненной смеси. Титановые зонды широко использовались в некоторых моделях Nissan, Mitsubishi, Chrysler.

Источник

Лямбда-зонд

Лямбда зонд— один из многочисленных датчиков автомобиля, фиксирующий объем кислорода (02), оставшегося после сжигания горючей смеси в камере сгорания. Находится в системе выпуска возле катализатора (спереди и сзади), передает данные в ЭБУ для корректировки пропорции подготовленного горючего. Ниже рассмотрим, что это за устройство, для чего оно необходимо, и как работает. Отдельно разберемся с коэффициентом лямбда (λ) и его параметром, рассмотрим основные виды и особенности узла.

Что такое лямбда-зонд (кислородный датчик), назначение

Кислородный датчик (λ-зонд) — устройство, предназначенное для определения количества 02 в выхлопных газах. Обеспечивает эффективную работу ДВС, благодаря передаче сведений о содержании кислорода в блок управления. Последний, в свою очередь, корректирует состав топливовоздушной смеси.

При дефиците воздуха в топливе окисление угарного газа / углеводородов происходит не полностью, а при избытке оксиды азота не делятся на азот и кислород.

Интересно, что до прогрева двигателя до рабочей температуры сигналы с лямбда-датчика не принимаются ЭБУ из-за высокой погрешности. При этом в конструкции машины предусмотрено два таких элемента— передний и задний.

Первый установлен до катализатора и контролирует содержание О2в выхлопе, а второй — за ним. Лямбда зонд после катализатора применяется для корректировки состава и проверки работоспособности каталитического нейтрализатора. При этом основные функции берет на себя передний кислородный датчик.

Коэффициент избытка воздуха λ

При анализе работе двигателя часто применяется термин «стехиометрическое соотношение». Под ним подразумевается оптимальное соотношение кислорода и горючего, при котором подготовленная смесь полностью сгорает. На базе этого показателя рассчитываются режимы ДВС и особенности подачи горючего.

Идеальным считается отношение 14,7 к 1. Понятно, что 14,4 кг воздуха попадают в цилиндр не сразу, а в определенный временной промежуток.

Коэффициент λ показывает отношение реального объема кислорода, поступающего в цилиндр, к идеальному параметру (указан выше). Простыми словами, он показывает отклонение текущего количества воздуха от оптимального параметра.

С учетом полученного λ выделяется три варианта:

Современные ДВС способны работать во всех случаях, но отклонение от нормы сказывается на многих параметрах: ускорение, экономичность, уменьшение концентрации вредных компонентов и т. д. Оптимально, чтобы коэффициент λ был около 0,9-1.

Конструкция и принцип работы кислородного датчика

Лямбда датчик— сравнительно простой узел, состоящий из нескольких элементов, обеспечивающих измерение нужного параметра и его передачу в ЭБУ. Для примера рассмотрим λ-зонд на базе диоксида циркония. Он состоит из следующих компонентов:

Принцип работы датчика (лямбда зонда) построен на появлении разности потенциалов между электродами с платиновым напылением, отличающимися высокой чувствительностью к О2.

Напряжение появляется при нагреве электролитической жидкости, когда через нее идут кислородные ионы от ОГ и окружающего воздуха. Параметр разности потенциалов меняется с учетом объема О2в измеряемом материале.

При измерении возможны следующие варианты:

Оптимальным значением, соответствующим стехиометрическому параметру, является 0,45 В. Полученные данные направляются в ЭБУ, который анализирует поступившие сведения, а после дает команду системе впрыска на регулирование состава.

Ресурс лямбда-зонда и его неисправности

В процессе эксплуатации автомобиля λ-зонд находится под постоянно нагрузкой и подвержен износу. Из-за измерения качества ОГ его срок службы зависит от качества заливаемого горючего и исправности ДВС. В среднем кислородный датчик служит от 70 до 120 тысяч километров с возможной погрешностью в большую или меньшую сторону.

При поломке любого из λ-зондов ЭБУ фиксирует проблему и выдает ошибку с последующим зажиганием «CheckEngine» на приборной панели. Для выявления неисправности лямбда-зонда нужен сканер для диагностики, к примеру, Scan Tool Pro BlackE dition. В его функции входит проверка разного оборудования, а не только ДВС. Главное, что он контролирует показания датчиков в онлайн-режиме.

Если λ-зонд исправен, кривая имеет вид синусоиды, меняющей полярность где-то раз в одну секунду. В случае поломки форма сигнала меняется, или скорость отклика становится много меньше. К основным поломкам датчика стоит отнести:

Причиной рассмотренных проблем может быть низкое качество бензина, перегрев, добавление неправильных присадок, замасливание детали и т. д. Распознать неисправность можно по появлению ошибки на приборной панели, снижении мощности, медленной реакции на акселератор и колебаниях оборотов при работе на холостых.

Особенность устройства в том, что оно редко подлежит ремонту, а лучший выход —замена лямбда зонда.При выборе устройства необходимо смотреть на рекомендации производителя и выбирать только совместимое оборудование.

Виды кислородных датчиков

Важность кислородного датчика в автомобиле трудно переоценить, ведь от его работы зависит правильность подготовки рабочей смеси и главные параметры авто: экономичность, динамика, приемистость и другие.

Кроме того, неисправность этого узла может привести к выходу из строя других важных элементов двигателя и необходимости дорогостоящего ремонта. Вот почему при первых признаках неисправности λ-зонда нужно провести его диагностику, а при выявлении поломки сделать замену.

Лямбда зонд. Зачем нужен?

Источник

Лямбда-зонд: что это такое, принцип работы, для чего нужен, где находится, срок службы

Лямбда-зонд в автомобиле – это датчик кислорода, который измеряет концентрацию этого газа в выхлопе. Это надо для того, чтобы топливная смесь была наиболее эффективной для работы двигателя, а вредные выбросы в окружающую среду – минимальные. Ведь в наше время машина должна быть не только мощной, но и экологичной.

Вообще эта деталь получила своё название по греческой букве λ, которая обозначает такой показатель, как избыток воздуха в топливно-воздушной смеси.

В устройстве любого авто находится немало различных устройств, которые постоянно мониторят состояние элементов и узлов. Если сравнивать составляющие детали авто с организмом человека, то кислородный датчик – это дыхательная система. Сейчас чаще всего применяют электромеханический датчик кислорода (хотя существуют и другие виды), внутренний электрод которого сделан из циркония, который работает при температуре 1000°С. В лямбда-зонде создаётся разное напряжение в зависимости от содержания кислорода в выхлопных газах и снаружи.

Отмечу, что при запуске и прогреве мотора в холодное время года управление впрыском топлива происходит без датчика кислорода, а основываясь на температуре антифриза, количестве оборотов коленчатого вала и положении дроссельной заслонки.

Находится это устройство в выпускном коллекторе (большие трубы у мотора), сразу перед катализатором (деталь, которая уменьшает выброс вредных газов).

Если устройство будет неисправен, то расход бензина возрастёт, динамика упадёт, мотор начнёт работать нестабильно, а выбросы выхлопных газов станут токсичнее.

И на самом деле, если спросить любого грамотного специалиста, почему падает мощность мотора, то в первую очередь он вам скажет, что надо проверить лямбда-зонд – кислородный датчик. В крайних случаях его меняет целиком (это дорогое удовольствие!), но на практике это в большинстве случаев можно исправить. Но малок то знает, что именно за зверь такой – лямбда, как и что в этой вещице работает. Я вам всё объясню как можно понятнее.

В статье: что такое лямбда-зонд, устройство, принцип работы, виды, для чего служит, где находится, признаки и причины неисправностей, как проверить кислородный датчик, как устранить поломку, какой фирмы лучше брать и что такое обманка лямбда-зонда. Обещаю, будет интересно!

Что такое лямбда-зонд в автомобиле

Что это такое в машине? Лямбда-зонд – это специальный датчик остаточного кислорода в выхлопной системе, который постоянно «мониторит» содержание кислорода в выпускном коллекторе. Устройство замеряет количество несгоревшего кислорода или топлива в выхлопном газе. Это необходимо для приготовления оптимальной топливной смеси и снижения выброса вредных веществ в атмосферу.

Многие спрашивают, к какой системе относится лямбда-зонд. Отвечаю. Лямбда-зонд относится к выхлопной системе автомобиля.

Запомните! Лямбда-зонд и кислородный датчик — это одно и тоже.

Как называется лямбда-зонд по-другому? Вот ещё правильные названия этого полезного приборчика: регулятор лямбда, λ-зонд, ЛЗ, O₂ датчик, Lambda probe, Oxygen sensor, датчик кислорода, датчик концентрации кислорода в отработавших газах, кислородник.

Почему так назвали этот интересное устройство? Это слово произошло от греческой буквы λ (лямбда), которая в автомобилестроении означает коэффициент избытка кислорода в топливно-воздушной смеси или соотношение воздуха и топлива. А термин зонд от французского слова sonder, которое переводится – исследовать.

Как и что измеряет лямбда-зонд? Замер кислорода происходит весьма интересным методом – определяется остаток этого газа в выхлопном газе. Причём здесь показания довольно точные. Вот поэтому лямбда-зонд и установлен в выхлопной системе.

Когда состав топливно-воздушной смеси идеален (14,7 кг воздуха на 1 кг топлива), то коэффициент избытка воздуха будет равен 1. Это означает, что топливная смесь — стехиометрическая, поэтому происходит её полное сгорание. А всего различают 3 типа топливно-воздушной смеси: стехиометрическая (λ=1), переобогащённая (λ 1). Отмечу, что мотор может работать на любом из этих типов топлива, всё зависит от множества факторов. К примеру, на «богатой» смеси мотор будет работать на полной мощности, но и потребление топлива здесь будет максимальным. А если топливная смесь оптимальная, то потребление горючего и выбросы токсичных газов будут минимальны. Но если отклонения от стехиометрической смеси будут высокие, то это приведёт к поломке ДВС и выпускной системы.

На практике мотор не всё время работает на оптимальной топливно-воздушной смеси, но он безостановочно стремится к этому. Постоянно обеспечивать идеальные пропорции смеси невозможно, слишком много факторов на это влияет. Регулирование состава смеси обеспечивает ЭБУ – электронный блок управления.

Сколько лямбда-зондов в автомобиле? Один, два или четыре. Они требуются для обеспечения высокой точности анализа выхлопных газов, чтобы обеспечить приготовление оптимальной топливной смеси и контроль эффективности катализатора. Наличие двух датчиков увеличивает расходы на обслуживание, потому что стоят они недёшево, а менять их рекомендуют каждые 3 года эксплуатации автомобиля.

Если кислородный измеритель зафиксировал повышенное содержание кислорода, то значит, что надо добавить больше топлива. А если наоборот – то надо уменьшить его подачу.

Рассмотрим подробнее, какое назначение датчика кислорода и где он расположен.

Для чего нужен лямбда-зонда в автомобиле

Для чего предназначен лямбда-зонд? Он применяется для передачи информации о наличии примесей в выхлопном газе в электронный блок управления двигателя. Это позволяет удерживать оптимальный состав топлива и воздуха в горючей смеси, которая поступает в мотор автомобиля.

Лямбда-зонд меряет количество остаточного кислорода в отработавших газах. Идеальный состав: 14,7 частей кислорода к 1 части топлива. А чтобы поддерживать такой баланс, в систему питания встроен электронный впрыск топлива, лямбда-зонд встроен в цепь обратной связи. Значение электронного блока управления системы впрыска горючего – это изменение состава рабочей смеси для подачи в цилиндры ДВС.

Какую функцию выполняет ещё лямбда-зонд? Он является контролёром в выпускном тракте в системе питания с электронным управлением впрыском топлива.

За что ещё отвечает лямбда зонд до катализатора? Он создаёт благоприятные условия для катализатора, чтобы он смог эффективно отфильтровать вредные выбросы. Это вторая важная функция, которую выполняет кислородный датчик.

Многие спрашивают, для чего нужен второй лямбда-зонд? И вправду, зачем два лямбда-зонда, если с функцией может справиться и один? Первый лямбда-зонд отвечает за анализ оптимального состава смеси, а второй – за проверку корректной работы катализатора и повторной проверки горючей смеси. Если он не будет эффективно работать, то катализатор быстро сломается. Поэтому лямбда-зонд играет немаловажная роль в автомобиле, защищая катализатор от поломки.

Отмечу, что два датчика кислорода применяется во многих современных автомобилях (с наличием рядного мотора). Первый лямбда-зонд находится до каталитического нейтрализатора (верхний), а второй – после него (нижний). Причём они могут быть одинаковыми, но функции они выполняют разные. Также к двум кислородникам в автомобиль встраиваются дополнительные устройства (температуры и др.), что помогает улучшить работу катализатора и поддерживать оптимальный состав горючей смеси.

А где стоит лямбда-зонд? Ответ ниже.

Где находится лямбда-зонд

Чтобы выяснить расположение и количество кислородных датчиков в автомобиле, можно заехать на станцию техобслуживания, где после диагностики вам выдадут снимок дна с отмеченными кислородниками. Если вам хочется сэкономить деньги, то ознакомьтесь ниже с полезной информацией о расположении лямбда-зондов.

Датчики кислорода устанавливают как под днище машины, так и под капотом.

Если ваш авто был выпущен более 15-20 лет назад, то вероятнее всего у него только 1 лямбда-зонд. Ну а если автомобиль относительно новый, то в нём 2 или 4 кислородных датчика.

Теперь перейдём к объёму мотора, от этого будет зависеть количество лямбда-зондов.

Чтобы вживую увидеть, где установлен лямбда-зонд, надо выполнить следующие действия:

Теперь рассмотрим, какие бывают лямбда-зонды.

Виды лямбда-зондов

Чтобы λ-зонд получил электронный сигнал о составе выхлопного газа, внутри него встроен специальный твёрдый электролитический элемент. И в зависимости от того, из какого материала состоит эта деталь, лямбда-зонды бывают следующих видов.

Циркониевый

Это самый популярный тип кислородного датчика. Изготавливается на основе диоксида циркония (ZrO₂). В состав этого устройства входит керамическая составляющая, легирована оксидом иттрия. Сверху он покрыт платиновыми электродами, которые играют защитную роль, а также проводят электрические импульсы. Платиновые токопроводящие пористые электроды дополнительно являются катализатором окислительных восстановительных реакций.

Внешняя часть циркониевого датчика взаимодействует с нагретыми выхлопными газами, а внутренняя – с окружающим воздухом. Лямбда-зонд хорошо защищён от воды, но в него попадает немного воздуха (это необходимо для корректной работы).

Принцип работы циркониевого лямбда-зонда основан на работе гальванического (либо твёрдооксидного) топливного элемента с твёрдым электролитом. Такой лямбда-зонд может выявить только относительное количество кислорода в топливе.

Обращу ваше внимание, что такой датчик начинает проводить импульсы только при его нагреве более 300-400°C. И таким образом, если указанная температура не будет достигнута, то циркониевый лямбда-зонд будет выдавать ошибку, пока не прогреется. Керамический изолятор с нагревателем позволяет лямбда-зонду прогреться быстрее. Датчик из циркония устанавливается перед каталитическим нейтрализатором.

Внимание! Если нагреется до температуры более 950°C, то он перегреется и выйдет из строя.

Лямбда-зонд сам по себе создаёт положительное или отрицательное напряжение. А опорное напряжение в нём – 0,45 В. Оно имеет меняющийся диапазон от 0,1 В до 0,9 В. Главное отличие циркониевого датчика от титанового — в способности самостоятельно создавать напряжение.

Важно знать, что к такому датчику нельзя присоединять какие-либо сторонние провода, потому что в изоляции находятся каналы, по которому проходит эталонный кислород. В ином случае кислородный датчик будет некорректно работать.

Титановый

Такой лямбда-зонд визуально похож на вышеуказанный, но начинка здесь сделана из диоксида титана. При изменении количества атмосферного кислорода в смеси изменяется проводимость титанового наконечника. Сигнал об этом поступает в электронный блок управления.

Отмечу, что титановый датчик начинает работать при температуре от 700°C, поэтому здесь установлен нагреватель. Титановый лямбда-зонд работает без доступа кислорода из атмосферы.

Поскольку титановый кислородный датчик имеет сложный механизм, он стоит дорого, поэтому этот датчик среди автолюбителей не так популярен. Но, несмотря на это, их включают в конструкцию многих продаваемых машин.

Далее рассмотрим, чем отличаются лямбда-зонды по своей конструкции.

Узкополосный и широкополосный

Узкополосный не может выявить малые отклонения в содержании кислорода. По-другому он называется двухточечным. Он определяет количество кислорода в выхлопном газе. Он применяется только на входе и выходе, когда как широкополосный устанавливается только на входе.

Широкополосный датчик – это более современный тип кислородного λ-зонда. Он может не только выявлять, богатая или бедная смесь подаётся в двигатель, а также величину отклонения от эталонных значений.

А широкополосный тип датчика дополнительно имеет 2 ячейки: измерительную и насосную. Конструкция λ-зонда держит постоянное напряжение. В измерительном блоке имеется газ, коэффициент избытка кислорода (λ) в котором равен единице. Когда ДВС работает на обеднённой топливной смеси, то насосная камера выносит лишний кислород наружу, а если на обогащённой, то происходит пополнение смеси кислородом из внешней атмосферы. То есть, когда в смеси – избыток кислорода, то напряжение возрастает, а при недостатке O2 — уменьшается. Значение силы тока здесь является детектором коэффициент избытка кислорода в отработавших газах. Напряжение здесь всегда стремится к эталонному значению (450 мВ).

Воздух проходит здесь через диффузионный зазор. Для перемещения кислорода внутрь и наружу меняется направление тока, а его значение пропорционально объёму газа.

Широкополосный λ-зонд работает только при температуре более 600°C, этому способствует установленный в него нагревательный элемент. Устройство выглядит в виде электрода с двумя концами, которые контактируют с отработавшими газами и атмосферой.

Широкополосное устройство определяет коэффициент избытка воздуха точнее и быстрее и точнее, чем узкополосный: от 0,7 до 1,6. Это обеспечивается сенсорными и накачивающими ячейками.

Типы конструкций

По конструкции λ-зонды различаются по количеству проводов и наличию нагревателя. Если лямбда-зонд не имеет нагревателя, то используется один или два провода. Если с нагревателем, то количество проводов 3-4.

Более старые версии кислородных датчиков были без нагревательного элемента, они разогревались от выхлопных газов через длительное время после запуска мотора. Более новые модели лямбда-зондов обладают нагревателем, поэтому устройство начинает работать гораздо быстрее.

Рассмотрим подробнее, как устроен лямбда-зонд, из чего состоит.

Устройство лямбда-зонда

Что внутри лямбда-зонда? За основу взят циркониевый тип датчика. В состав кислородного датчика входят следующие детали:

Для производства лямбда-зонда применяются очень термостойкие материалы, потому что устройство может работать только при экстремальных температурах.

Лямбда-зонд – это электрическая деталь, сквозь которую проходят выхлопные газы. Самый важный элемент λ-зонда – это наконечник, который сделан из циркония, керамики и платиновым напылением. Внутренний защитный щиток контактирует с выхлопным потоком, а наружный – изнутри. Поскольку снаружи и внутри количество кислорода различается, то создаётся различающаяся разность напряжения.

Видео: Устройство датчика кислорода (лямбда зонда)

Посмотрите полезное видео, где подробно рассказывается про его устройство и принцип работы.

Копнём глубже и разберёмся, как работает кислородный датчик.

Принцип работы лямбда-зонда

Как я уже говорил ранее, лямбда-зонд измеряет только количество кислорода в отработавших газах. Через сколько минут начинает работать лямбда-зонд? Всё зависит, как он быстро прогреется до температуры 300-350°С. Если в нём есть нагревательный элемент, то кислородник начнёт работать значительно быстрее. Именно при повышенной температуре электролит λ-зонда начинает проводить электричество.

Что делает лямбда-зонд? Датчик производит эффективное измерение остаточного кислорода и сравнивает его объём с эталонным значением. При отклонении он начинает генерировать пониженное или повышенное выходное напряжение на электродах, что передаётся в электронный блок управления. На основе этих данных в горючее либо обедняется, либо обогащается.

Расскажу более подробно о самом принципе работе устройства. Поскольку в кислороде находятся отрицательные ионы, они накапливаются на электродах с платиновым напылением. Когда температура лямбда-зонда достигает отметки 350°C, то разность потенциалов на электродах формирует напряжение.

Если кислорода в выхлопе много, то смесь считается бедная. Когда происходит сравнение с содержанием O2 с содержанием его в атмосфере, то формируется небольшая разность потенциалов. Образуется невысокое напряжение, которое равно 0,1-0,4 В.

Если кислорода в выхлопных газах мало, то смесь считается богатая. В этом случае формируется высокая разность потенциалов. Напряжение в этом случае достигает отметки 0,5-0,9 В.

Что происходит дальше? Первый (верхний, передний) лямбда-зонд в автомобиле передаёт указанное напряжение в ЭБУ двигателя. Причём первый лямбда-зонд считывает количество кислорода 3 раза в секунду. Система управления без остановки стремиться выставить среднее напряжение, которое составляет 0,4-0,6 в при значении остаточного кислорода равному единице. А поскольку работа мотора происходит в разных режимах, то напряжение изменяется как больше, так и меньше среднего значения. Узкополосный датчик может выявить лишь большие отклонения содержания кислорода в отработавших газах. При этом возникает скачок напряжения от 0,1 В до 0,9 В.

Второй (задний, нижний) лямбда-зонд работает по похожему принципу, как и первый. Поскольку он стоит сразу после катализатора, то содержание кислорода в выхлопе остаётся на одном и том же уровне. Это происходит благодаря постоянному напряжению, которое всегда удерживается в границах от 0,4 В до 0,6 В. Если этот λ-зонд или катализатор выйдет из строя, то мотор начнёт работать нестабильно во всех случаях.

ЭБУ на основе данных об объёме воздуха, который попал во впускной коллектор и данных с датчика абсолютного давления, решает, какое количество топлива впрыснуть в цилиндры мотора через форсунки. А данные с лямбда-зонда помогают ЭБУ «понять», прибавить или убавить количество горючего, чтобы автомобиль работал как надо.

Вообще работа λ-зонда по времени не линейна, значения меняются очень быстро, поэтому системе управления приходится постоянно оптимизировать топливную смесь. Мотор очень редко работает на 100% стехиометрической смеси, но система пытается всё время достичь эталона.

Кислородный датчик не выявляет информацию о том, какое количество кислорода в выхлопе, он лишь считывает данные о том, имеется ли свободный кислород в газах или нет. Наличие кислорода в топливной смеси говорит о том, что бензина в ней должно быть больше, потому что некоторая часть воздуха не вступила в окислительную реакцию. И наоборот, если свободного кислорода будет мало, а топлива больше, чем нужно, то выхлоп будет грязный, что приведёт к возникновению сажи. Если λ-зонд будет работать правильно, то разница между стехиометрическим и реальным составом топливной смеси будет минимальна. Смесь, грубо говоря, постоянно пребывает в условно-обогащённом и условно-обеднённом состоянии.

Если взять график вольтажа с лямбда-зонда, то он будет иметь вид синусоиды с резким скачками вверх и вниз. Топливо в смесь то добавляется, то перестаёт поступать.

Если же лямбда-зонд работает некорректно, то электронный блок управления будет работать по средним значениям, которые записаны в устройстве – аварийной карте. Сразу после этого на приборной панели загорится лампочка Check Engine. Разумеется, состав топливной смеси будет далёк от идеального. Из-за этого бензин начнёт улетучиваться на глазах, холостой ход авто будет нестабильный, ухудшится разгон. А в некоторых моделях из выхлопной трубы может валить чёрный дым и мотор работает чересчур тормознуто, поэтому придётся добираться до техстанции техобслуживания на буксире.

Видео: Как работает кислородный датчик

Наглядное видео про принцип работы лямбда-зонда. Рекомендую посмотреть.

Лямбда-зонд тоже может выходить из строя и иметь ограниченный срок службы. Об это расскажу ниже в статье.

Признаки неисправности лямбда-зонда и последствия

Кислородный датчик работает в очень тяжёлых условиях, под воздействием экстремально горячих выхлопных газов. Расскажу, как провести поверхностную диагностику для выявления поломки кислородника.

На неисправность и выход из строя лямбда-зонда могут указывать следующие признаки:

Обращу ваше внимание, что указанные неисправности могут указывать на поломку других деталей автомобиля. Например, резкий бензиновый запах из трубы может указывать на выход катализатора из строя или поломки свечей зажигания.

В зависимости от модели автомобиля поломка кислородного датчика может как сильно ухудшить вождение автомобилем, так и нет.

К каким последствиям могут привести вышеуказанные проблемы?

Срок службы лямбда-зонда

Сколько служит лямбда-зонд? Скажу сразу – это один из часто изнашиваемых датчиков в автомобиле. Это происходит из-за того, что эта деталь постоянно контактирует с горячими выхлопными газами. Также его ресурс напрямую зависит от качества используемого топлива и состояния мотора.

Циркониевый лямбда-зонд может «ходить» от 60 до 130 тыс. км пробега. Всё зависит от условий, в которых будет эксплуатироваться автомобиль и состояния двигателя внутреннего сгорания.

На практике, в среднем, лямбда-зонд ходит от 40 до 80 тыс. км пробега. А начать проверять состояние λ-зонда уже надо каждые 10 тыс. км пробега.

Причины неисправности датчика кислорода

Перечислю распространённые причины поломки лямбда-зонда:

Сильно уменьшает ресурс датчика состояние других деталей ДВС. Это «убитое» состояние маслосъёмных колец, слишком богатая смесь, попадание антифриза (охлаждающей жидкости) в цилиндры. Если при исправном устройстве количество углекислого газа не более 0,3%, то при выходе λ-зонда этот показатель может достигать 7%.

Если выходят из строя оба датчика кислорода, то машина может выйти из строя – придётся вызывать автоэвакуатор.

Как проверить кислородный датчик

Расскажу про методы, с помощью которых можно проверить состояние кислородного датчика. Отмечу, что при наличии любых поломок на приборной панели включиться лампочка – Check Engine (например, это происходит при появлении ошибок в электронном блоке управления p0130, p0136, p0135 или p0141).

Визуальная проверка

Для начала диагностики следует внимательно осмотреть все соединения проводов и клемм с лямбдой, а также сам датчик на наличие механических повреждений. Иногда могут присутствовать пережатия контактов в разъёмах, поэтому осмотр надо начать именно с них. Затем надо выкрутить кислородник из коллектора и изучить защитный кожух. Если на нём имеются отложения, то их надо удалить.

Визуальный осмотр λ-зонда:

Проверка мультиметром (тестером)

Этот прибор поможет выявить напряжение в нагревательной цепи, состояние нагревательного элемента, проходит ли сигнал датчика, а также «опорное» напряжение. Мультиметр только показывает, исправен лямбда-зонд или нет.

На устройстве значения должно соответствовать напряжению АКБ, то есть 12 В.

Поскольку плюс «передаётся» от батареи к лямбде через предохранитель, то при отсутствии показаний на мультиметре, причину поломки надо искать в этой цепи.

Минус «передаётся» на лямбду от ЭБУ. При отсутствии показаний поломку надо искать в цепи от блока управления к датчику.

Проверка «опорного» напряжения.

Значения на мультиметре должны быть 0,45 В.

Диагностика нагревателя.

Цифры здесь могут быть различные, но нормальные значения должны варьироваться от 2 до 10 Ом.

Если сопротивления нет, то есть вероятность разрыва электрической цепи нагревателя.

Проверяем сигнал датчика.

Нормальные значения напряжение при измерении сигнала кислородного датчика – от 0,1 В до 0,9 В.

Видео: λ-зонд. Проверка, замена

Как определить неисправность кислородного датчика с помощью мультиметра. Что же должен показывать рабочий датчик?

Проверка осциллографом

Этот измерительный прибор имеет преимущество в возможности выявления времени между однообразными изменениями выходного напряжения. Этот показатель должен быть не более 120 миллисекунд.

Как проверить датчик осциллографом?

Отмечу, что осциллограф может показать наибольшее число поломок лямбда-зонда.

Применять профессиональный осциллограф вовсе не нужно, можно применить специальную программу на ноутбуке.

На этом рисунке изображён график правильной работы кислородного датчика. На сигнальный провод транслируется сигнал в виде ровной синусоиды в допустимых границах. Небольшие изменения указывают на то, что датчик постоянно проверяется.

На нижеуказанных рисунках изображены графики неисправного датчика.

Как устранить неисправность датчика кислорода

Идеальной технологии ремонта лямбда-зондов нет. Если произошла поломка, то деталь следует полностью заменять. Конечно, есть некоторые методики восстановления кислородника, но она не всегда срабатывает. Чаще всего датчик перестаёт работать из-за появления нагара на наконечнике. Если отложения удалить, то лямбда-зонд начинает работать корректно.

Первый метод

Следует снять защитный колпачок при помощи надрезов напильником в основании устройства. Если не получится, то можно сделать несколько маленьких отверстий по 5 мм. Отмечу, что после очистки защитный колпачок надо закрепить обратно при помощи аргоновой сварки. При установке датчика резьбу надо смазать термопастой, избегая её попадания на чувствительный наконечник.

Процедура по очистке:

Бывает, что с первого раза не удастся убрать отложения, поэтому придётся выполнить много процедур. Если и это не помогло, то надо провести очистку при помощи ненужной зубной щёточки.

Второй метод

Нагар на кислородном датчике выпаливается. Кроме ортофосфорной кислоты понадобится газовая горелка (ну или обычная газовая плита).

Видео: Как промыть лямбда-зонд? Помогает ли чистка?

Это видео — эксперимент, что же поменяется после чистки лямбда-зонда? Снизится ли расход топлива, уйдут ли ошибки датчика.

Зачем менять лямбда-зонд

Во многих случаях потребуется полная замена датчика кислорода, о чём и утверждают автопроизводители. Но поскольку цены на λ-зонд довольно завышенные, это отпугивает автомобилистов постоянно тратить деньги на устройство.

Хорошей заменой лямбда-зонда является установка вместо него универсального датчика, который дешевле оригинала и подходит многим маркам авто. Либо можно попробовать установить поддержанный кислородник на гарантии или выпускной коллектор с установленным в нём лямбда-зондом.

Оригинальные датчики и конструктивно похожие циркониевые лямбда-зонды взаимозаменяемы. Можно заменить неподогреваемые устройства на подогреваемые, но никак не наоборот! Но здесь могут не совпасть разъёмы, а также может отсутствовать провод питания для нагревателя. Что же делать в этом случае? Провода можно проложить самому, а вместо разъёма применить стандартные контакты для автомобиля.

Отмечу, что вероятность обрыва проводов намного выше, чем поломка самого кислородного датчика. Поэтому, при малейших подозрениях на поломку датчику надо первым делом отсоединить разъём и проверить его состояние, а также изучить провода на предмет деформации. Чаще всего провода переживаются в местах входа в разъём. Только после этого следует измерить напряжение λ-зонда в разных режимах работы мотора.

Обманка лямбда-зонда

Если появился индикатор Check Engine на панели приборов из-за плохо работающего лямбда-зонда, то можно воспользоваться обманкой лямбда-зонда. Она бывает электронной и механической.

Но отмечу, что попытка замены оригинального устройства обманкой не приведёт ни к чему хорошему. Электронный блок не определит сторонние сигналы, и никак их не будет применять для коррекции топливной смеси.

Механическая обманка выглядит в форме стальной или бронзовой проставки, где высверливают отверстие, через которое выхлопные газы в него попадают. Отработавшие газы вступают в реакцию с керамической крошкой, которую предварительно надо покрыть каталитическим слоем. В итоге происходит окисление CH и CO кислородом, благодаря чему уменьшается концентрация вредных веществ выхлопных газов при его выходе наружу. А если на авто находится 2 датчика, то сигналы между ними будут различаться (в виде синусоиды). ЭБУ «поймёт», что λ-зонды работают корректно. Это самый недорогой тип обманки.

Электронная обманка технологически сложнее, в него встроен микропроцессор. Она не только сможет «обмануть» ЭБУ, но и обеспечить его корректное функционирование.

Рассмотрим такой вопрос, как выбрать хороший кислородный датчик.

Лямбда-зонд какой фирмы лучше

Если выяснилось, что следует заменить кислородный датчик, то не надо бежать в ближайший автомагазин и выбирать, какой подешевле. Хочу отметить, что многие автопроизводители утверждают, что их лямбда-зонды универсальные, и они совместимы с той или иной маркой авто. Но здесь обнаруживаются следующие подводные камни.

Несовместимость кислородного датчика с вашей маркой авто может проявиться через определённый промежуток времени. На самом деле устройства могут иметь разную резьбу и конструкцию, а подходящий только принцип работы. Поэтому рекомендовано приобретать только оригинальное устройство с точно такой же маркировкой, что и на сломанном.

Как подобрать лучший лямбда-зонд? Вот небольшой список проверенных фирм, которые выпускают хорошие устройства:

Чтобы выбрать наиболее подходящий лямбда-зонд, можно проконсультироваться со своим автомехаником, который точно скажет тип нужного устройства. Лучше всего на датчике не экономить, чтобы не пришлось через некоторое время покупать устройство снова.

Как продлить ресурс кислородного датчика

Как правильно диагностировать неисправный датчик кислорода? Внимательно смотрим видеоролик.

Лямбда-зонд – это довольно важный датчик в автомобиле, который следит за наличием кислорода в выхлопных газах. А это необходимо для того, чтобы топливная смесь была наиболее подходящей для работы двигателя в разный момент времени. Также существенно уменьшается выхлоп вредных веществ в окружающий воздух, что хорошо для экологии в целом. А ведь автопроизводители обязаны выпускать автомобили в соответствии с жесткими экологическими нормами, особенно в европейских странах.

Принцип работы кислородного датчика – в постоянном измерении количества остаточного кислорода в выхлопных газах.

Датчик относит к так называемой «дыхательной» системе автомобиля, если сравнивать устройство автомобиля с живым организмом. Причём работает λ-зонд при экстремально высокой температуре при постоянном напряжении, постоянно передавая данный в электронный блок управления. Применяют несколько разных видов кислородных датчиков (чаще всего циркониевый), а в некоторых марках авто их 2 или даже 4 штуки. Кислородный элемент устанавливают в выпускном коллекторе перед катализатором, а другое устройство устанавливают в подкапотное пространство.

Чтобы сохранить максимальный ресурс датчика рекомендуется заправляться только на проверенных автозаправочных станциях.

Источник