На что влияет кислородный датчик на автомобиле
Почему при неисправном датчике кислорода машина плохо едет и расходует много бензина?
Датчик кислорода или лямбда-зонд – устройство, устанавливаемое в выпускном коллекторе. Его основная задача контролировать количество кислорода, оставшегося после сгорания топливной смеси. По стандартам эта смесь формируется в пропорции 1 к 14,7, при отклонении данного показателя лямбда-зонд передает команду в ЭБУ о нарушении качества воздушно-топливной смеси. В некоторых автомобилях устанавливают второй зонд после катализатора. Если работа датчика кислорода нарушена или он вообще вышел из строя, возникают проблемы в работе двигателя:
Зачем нужен кислородный датчик
Этот конструктивный элемент появился в 1976 году, и первые лямбда-зонды были выпущены немецким концерном Bosch. Его появление было вызвано тем, что в середине 70-х годов прошлого века случился резкий скачок цен на нефть, поэтому большинство автовладельцев задумались об экономичности своих машин. Благодаря датчику удалось достигнуть ощутимой экономии топлива без снижения мощности.
Датчик лямбда-зонд анализирует количество несгоревшего в выхлопе кислорода. Если его много, то подаваемая в цилиндры смесь – бедная, когда его мало – воздушно-топливная смесь слишком обогащена. Благодаря этим данным электронный блок управления регулирует соотношение воздуха и горючего в смеси, что позволяет достигнуть максимально эффективности при работе, а это приводит к экономии топлива. Идеальный показатель – на сгорание 1 кг топлива должно потребляться 14,7 кг воздуха. Стандартный кислородный датчик находится в выпускном коллекторе.
С 90-х годов на автомобили стали устанавливать два лямбда-зонда – верхний кислородный датчик непосредственно на выходе из двигателя, а нижний датчик после катализатора. Первый зонд контролирует качество подаваемой топливной смеси, а второй – следит за состоянием катализатора, что важно для соблюдения экологических норм.
Из-за плохого качества топлива и других проблем нижний датчик кислорода часто выходит из строя. Решать эту проблему пытаются разными способами, один из них – программное отключение, другой – механическая обманка лямбда-зонда. Такая обманка датчика кислорода работает очень просто – в ней делается дополнительное отверстие или устанавливается сеточка для доступа воздуха извне. В результате концентрация выхлопа и вредных веществ в нем снижается и зонд считает, что с экологией все нормально. Более надежный вариант — перепрошивка ЭБУ.
Устройство лямбда-зонда
Чтобы понять принцип работы датчика кислорода, нужно знать его устройство. В лямбда-зонде установлены два электрода. Внешний электрод взаимодействует непосредственно с выхлопом, внутренний электрод взаимодействует с атмосферным воздухом. Между этими электродами располагается слой диоксида циркония. Существуют титановые зонды, которым не требуется контакта с атмосферой, но они встречаются очень редко и стоят дорого.
В результате взаимодействия с различными средами на электродах возникает разное напряжение, результирующее значение которого передается по проводу в ЭБУ. Из этих данных делается вывод о богатстве или бедности смеси. При значениях от 0,1 до 0,45 В – смесь обедненная, в диапазоне 0,45-0,9 В – смесь обогащенная. Идеальное соотношение воздушно-топливной смеси достигается при 0,45 В.
Первые модели датчиков кислорода работали только до 3000 оборотов двигателя, а после этого он переходил на усредненные параметры обогащения смеси. Но современные лямбда-зонды работают во всем диапазоне оборотов, что обеспечивает лучшую эффективность и экономичность.
Диагностика
Проверку лямбда-зонда осуществляют, не снимая его с автомобиля. Для этого берется специальное приспособление и присоединяется к эклектической системе, после заводится двигатель. Чтобы датчик начал работать, его нужно разогреть до 300 градусов, а титановый зонд – до 700.
Значения напряжения на устройстве должны меняться в диапазоне от 0,1 до 0,9 В примерно 8 раз в 10 секунд. Это означает, что датчик работает правильно и никаких проблем с ним не возникает. Если частота смены показателей уменьшается, зонд не работает нормально и скоро выйдет из строя. При полном выходе из строя на экране диагностического аппарата высвечивается одно значение.
Что происходит при неисправном кислородном датчике
В случае неисправности лямбда-зонда, когда напряжение на нем не меняется, ЭБУ начинает обогащать рабочую смесь, обеднять ее он не будет, поскольку это приводит к более серьезным последствиям.
Специфический запах начинает проникать в салон, а расход топлива возрастает в 2 раза. При этом разгоняется автомобиль гораздо хуже, поскольку топливо заливает цилиндры, иногда из выхлопной трубы доносятся характерные хлопки.
Что приводит к поломке лямбда-зонда
Устройство датчика кислорода таково, что главным его врагом являются высокие температуры. При удалении катализаторов, без соответствующей компенсации, температура выхлопных газов увеличивается, что со временем это приводит к выходу зонда из строя.
Вторая проблема – попадание антифриза в выхлопные газы. Но если охлаждающая жидкость попадает в камеры сгорания, а из них в выхлопной коллектор, поломка кислородного датчика – это наименьшая из проблем.
Третья распространенная причина поломки – попадание масла на электроды. Это происходит, когда выкинутое из мотора масло попадает на турбину, где оно выгорает, а пары попадают в лямбда-зонд, который выходит из строя. Выгорающие масляные брызги существенно поднимают температуру в выхлопном коллекторе.
При изготовлении тюнингованных систем выхлопа датчик кислорода иногда устанавливают снизу. Это ошибка, поскольку образующийся конденсат и твердый осадок приведут к быстрой коррозии электродов, и устройство сломается. Поэтому лямбда-зонд устанавливают сверху магистрали и еще под углом 45 градусов, чтобы поток выхлопных газов заходил правильнее.
Сколько времени работает лямбда-зонд
Первые варианты кислородных датчиков, с двумя проводами, при нормальном режиме эксплуатации работали в районе 50 тыс. км пробега. Новая конструкция зондов с тремя или четырьмя проводами проработает в районе 80 тыс. км. Лямбда-зонды, устанавливаемые в современные автомобили способны отработать до замены около 150 тыс. км.
Отдельный подвид этих датчиков – широкополосные лямбда-зонды, которые проходят не менее 150 тыс. км., обладая рядом преимуществ. Они оборудованы отдельной шкалой вывода, поэтому водитель может в реальном времени видеть, какая смесь подается в двигатель. Это устройство работает во всем диапазоне оборотов и обрабатывает информацию с гораздо большей скоростью. Особенно полезны такие датчики для автовладельцев, которые любят заниматься тюнингом своих моторов.
Видео: Лямбда! Датчик Кислорода и Повышенный расход топлива
Датчики от сторонних производителей
Чтобы улучшить работу двигателя или просто заметить кислородный датчик, вышедший из строя, автовладельцы обращаются к вариантам от сторонних производителей, выпускающих, в том числе, и широкополосные датчики. Для этого лучше брать продукцию известных компаний, среди которых популярны:
Каждый из этих брендов предлагает несколько типов и поколений датчиков кислорода, которые отличаются приемлемым уровнем точности и надежности. Есть определенные нарекания к широкополосным зондам от Depo Racing, но и здесь многие специалисты поспорили бы.
Зонды от INNOVATE motorsports требуют предварительной калибровки. Для этого их нужно подключить на воздухе, чтобы они установили нужное значение, и только после этого устанавливать в выхлопную систему. Иногда в них возникают проблемы с контроллерами и другой электронной начинкой. Наименьшее количество проблем возникает с АЕМ performance electronics, но они стоят дороже всего.
При установке широкополосного лямбда-зонда нужно знать, что он не переносит перегрева. Поэтому они устанавливаются на расстоянии не менее 40, а лучше 50 см от турбины или начала штанов выпускного коллектора.
Заключение
Датчик кислорода – необходимый элемент любого современного двигателя. Благодаря ему мотор понимает, что происходит в камерах сгорания, достаточно ли топлива в них поступает или нужно увеличить количество воздуха в смеси. Бедные смеси приводят к детонации и преждевременному износу двигателя, разрушению поршневой группы и цилиндров. При излишне богатой смеси в камерах сгорания образуется нагар, кроме того, она смывает масло со стенок цилиндров, что тоже приводит к ускоренному износу.
При замене лямбда-зонда можно обращаться к сторонним производителям, перепиновав несколько проводов и получив более точное и надежное устройство. При этом ускоренная передача информации позволяет работать по более адекватному алгоритму, оперативно реагируя на изменившиеся условия. В результате это поможет сэкономить деньги на топливе, избежать проблем с богатой или бедной смесью, а двигатель будет работать в идеальном для него режиме.
Что такое лямбда зонд (датчик кислорода)
Лямбда зонд (он же датчик кислорода) — специальное устройство, один из видов датчика. Задача — контроль объема кислорода в коллекторе силового узла.
С помощью устройства оценивается общий объем кислорода или несгоревшей топливной смеси в выхлопе транспортного средства.
Часто лямбда зонды устанавливаются в дымоходах отопительных котлов и прочих системах, где необходим кислородный контроль.
Назначение
Знание особенностей работы и назначения лямбда зонда весьма полезны для автолюбителя.
Во-первых, уже никто не сможет обмануть владельца транспортного средства, а во-вторых, в случае поломки можно самому поставить «диагноз».
Задача лямбда-зонда — создать условия для выполнения функций каталитическим нейтрализатором, который осуществляет фильтрацию выхлопа автомобиля.
По сути, катализатор снижает вредность выхлопа, а лямбда-зонда осуществляет контроль работы данного устройства.
Название зонда произошло от известной греческой буквы «лямбда», которой обозначается объем кислорода в подготовленной горючей смеси.
Величина лямбды составляет 14.7 единиц на одну единицу топлива. Пропорциональность обеспечивается, благодаря электронному впрыску топливной смеси и работе лямбда-зонда.
Назначение устройства зависит и от его позиции в транспортном средстве.
Как правило, датчик кислорода монтируется перед катализатором, что позволяет точно измерять уровень кислорода в горючей смеси, а в случае дисбаланса давать сигнал блоку управления впрыска.
Чтобы повысить эффективность работы, на новых моделях авто ставится не один, а два датчика, закрепляемые с одной и другой стороны катализатора.
Такая конструкция позволяет с большей точностью анализировать состав выхлопа.
Эволюция развития
Раньше датчики кислорода были резистивными, что снижало точность измерений и надежность самих устройств.
Современный лямбда-зонд работает как пороговое устройство. При этом сигнал, полученный от датчика, позволяет точно фиксировать уровень отношения кислорода в выхлопе и корректировать его.
Впервые лямбда-зонд был изготовлен в 1960 году предприятием Robert Bosch GmbH. Руководителем проекта был Гюнтер Бауман.
В серийное производство устройство поступило лишь через 16 лет (в 1976 году). Первыми производителями, которые занялись выпуском, стали компания Сааб и Вольво.
Основные типы устройств
Сегодня можно выделить несколько типов кислородных датчиков. Все они могут отличаться по нескольким критериям:
Каждый из типов устройств имеет свои особенности.
Одно контактные устройства.
Оборудованы одним сигнальным проводом. Именно по нему передается сигнал, генерируемый устройством.
2-контаткные датчики
Оборудуются двумя проводами. Один является сигнальным, а второй выполняет функцию заземления через корпус устройства.
С помощью заземляющего проводника можно точно определить показатели сигнального провода.
3-контактные
Здесь предусмотрен сигнальный провод, один «массовый» провод и третий провод, направляемый к нагревательному устройству.
Особенность таких датчиков — быстрое достижение нужной температуры, повышенный период службы устройства, а также меньшие требования к выхлопной системе.
Нагревательный элемент, который монтируется в системе, имеет мощность 12 или 18 Вт.
4-контактные
В них предусмотрено четыре провода:
Может быть такое положение контактов.
К примеру, его можно использовать в качестве заземления или же для питания нагревательного элемента.
Особенность современных лямбда-зондов в том, что они взаимозаменяемы и имеют схожую конструкцию.
К примеру, можно менять датчики с подогревом на устройства без подогрева. При этом возможны проблемы с разъемами или невозможностью запитать устройство.
В случае нехватки проводов их можно проложить самостоятельно, а в качестве разъема использовать контакты автомобиля.
Маркировка может отличаться, но провод подачи сигнала всегда окрашивается в черный цвет.
«Масса» может быть желтой, серой или белой.
Устройство современных датчиков кислорода
В составе датчика кислорода есть два электрода — внутренний и внешний.
Первый делается из циркония, а второй — из платинового напыления, что делает его более чувствительным к воздействию кислорода.
Лямбда-зонд смонтирован таким образом, чтобы он пропускал весь объем отработавших газов транспортного средства.
В процессе прохождения газов внешний электрод оценивает уровень кислорода в отработавших газах, что приводит к изменению потенциала между электродами.
Чем больше объем кислорода, тем выше уровень напряжения. Рабочая температура циркония, которым покрыт электрод — 300-1000 градусов Цельсия.
Вот почему датчики кислорода конструктивно дополняются подогревателями, необходимыми в момент пуска.
Датчики бывают двух типов — двухточечными и широкополосными. Внешне они похожи, но отличаются конструкцией и принципом действия.
Так, 2-точечный датчик состоит из двух электродов. Его задача — фиксация коэффициента повышенного объема воздуха в топливной смеси.
Что касается широкополосного устройства, то это более современная конструкция. Главная его особенность — применение силы тока закачивания.
При этом конструктивно широкополосный датчик состоит из двух керамических устройств — закачивающего и 2-точечного.
Принцип действия
В кислороде присутствуют отрицательно заряженные ионы. Они собираются на электродах из платины и при достижении нужной температуры датчика (где-то 400 градусов Цельсия) создается разность потенциалов (напряжение).
Если смесь слишком обеднена, то объем кислорода в газах будет высоким, и наоборот, если смесь обогащена, то кислорода будет мало.
В первом случае напряжение равно 0,2-0,3 Вольта, а во втором — 0,7-0,9 Вольта.
Система управления мотора поддерживает уровень напряжения около 0,4-0,6 Вольт, то есть уровень лямбда равен 1.0.
В процессе движения происходит изменение режимов работы мотора, что способствует корректировке параметра напряжения в обе стороны. При этом узкополосный датчик может улавливать лишь те параметры, которые выше нуля.
Лямбда-зонд, который установлен после катализатора, имеет такой же принцип действия.
После обработки газов катализатором, уровень кислорода остается неизменным. Это, в свою очередь, позволяет поддерживать оптимальную разницу потенциалов в пределах 0.4-0.6 Вольта.
Широкополосный лямбда-зонд: главные отличия, принцип работы
Широкополосный датчик для измерения уровня кислорода — лямбда-зонд, который монтируется в современных авто.
Его особенность — выполнение функций катализатора на входе в устройство. Измерение необходимых параметров происходит благодаря использованию силы входного тока.
Главное отличие широкополосного датчика заключается в том, что в его составе есть два рабочих элемента — закачивающий и 2-точечный керамический обогреватель.
В процессе закачивания кислород пропускается через соответствующий элемент под действием силы тока.
Принцип действия широкополосного зонда построен на поддержании напряжения в пределах 450 мВ.
Сама разность потенциалов появляется между электродами двухточечного элемента. Достижение нужного напряжения гарантируется, благодаря изменению силы тока закачивания.
Если объем кислорода в выхлопе снижается, то напряжение между электродами растет, а ЭБУ получает соответствующую команду.
После этого формируется сигнал требуемой силы тока, что приводит к выравниванию напряжения.
Сила тока анализируется в ЭБУ, после чего блок управления воздействует на систему впрыска.
Нормальная работа датчика кислорода возможна при температуре в 300 градусов Цельсия, которая достигается с помощью нагревателя.
К чему приводит неисправность зонда?
Первая неприятность, к которой приводит выход из строя зонда — повышение «прожорливости» авто и ухудшение общей динамики.
Главная причина — искажение показаний датчика, что приводит к отклонению отношения кислорода и топлива.
В случае выхода из строя одного датчика машина остается на ходу (здесь многое зависит от самого транспортного средства).
Есть модели, в которых отказ механизма приводит к расходованию топлива в больших объемах. Как следствие, может понадобиться срочный ремонт.
В случае поломки лямбда-зонда его замена должна производиться только на аналогичный механизм.
Если же установить устройство другого типа, то бортовой компьютер транспортного средства может попросту не воспринимать сигналы нового датчика.
При поломке сразу двух датчиков авто и вовсе оказывается обездвиженным.
Причины поломки
Стоит отметить, что датчик кислорода имеет повышенную чувствительность к поломкам.
Причиной выхода из строя может стать:
Решается проблема посредством установки нового датчика. Что касается ремонта, то при таких поломках он бесполезен.
3. Чрезмерные объемы топлива, подаваемые в цилиндры мотора, попросту не успевают сгорать и вылетают в систему выхлопа в виде сажи.
Через время черный налет скапливается на узлах системы выхлопа машины и на датчике кислорода в том числе. Как следствие, лямбда зонд начинает работать неправильно.
В качестве «лечения» можно использовать специальные очистители и тряпки, позволяющие убрать загрязнения. Если же датчик забивается регулярно, то лучше его поменять.
Как выявить поломку?
Распознать неисправность лямбда зонда можно по следующим признакам:
Также важно знать как проверить лямбда зонд на исправность.
Можно ли отключать лямбда зонд?
Отключение датчика кислорода — дело нескольких минут для специалиста. Только вот польза такой работы вызывает большие сомнения.
С момента отключения лямбда зонда ЭБУ переходит на средние параметры подачи топлива в двигатель, что сказывается на надежности и расходе топлива (как правило, в худшую сторону).
Кроме этого, в случае отключения датчика кислорода может понадобиться и перепрошивка самого ЭБУ автомобиля, ведь постоянно будет «вылазить» ошибка.
Поэтому если лямбда зонд вышел из строя его желательно заменить.
Обманка лямбда зонда: что это?
При замене катализатора пламегасителем или демонтаже устройства сигналы двух лямбда зондов будут идентичны. Это, в свою очередь, неизбежно приведет к ошибкам.
Проблема решается путем установки обманки лямбда зонда.
Она бывает двух видов:
По своей конструкции это проставка, выполненная из бронзы и имеющая определенные размеры. Внутри узла есть специальная крошка с каталитическим напылением, которая помогает вредным веществам догореть.
Такая обманка представляет собой прибор на основе микропроцессора, анализирующего весь процесс прохода выхлопных газов и осуществляющего обработку данных с первого датчика.
Задача — обеспечить корректную работу системы управления мотором в условиях, когда катализатор поломан или удален.
Несмотря на свою компактность, лямбда зонд является одним из наиболее важных узлов автомобиля. Он не только снижает вредность выброса, но и отвечает за ряд других функций.
Отсутствие данного устройства может стать причиной повышения расхода топлива, ухудшения динамики мотора или полной невозможности эксплуатации автомобиля.
Экологический «прибамбас» или более важная персона? Почему лямбда-зонд звучит как проклятие
Среди множества датчиков, которыми оборудован автомобиль, что делает его, говоря образно, похожим на космонавта, проходящего перед полетом медицинское обследование, есть один, чье название до сих пор звучит как проклятие.
Во всяком случае многие автомобилисты со стажем, заставшие времена, когда иномарки начали осваивать наши улицы и проселочные дороги, обязательно вспомнят историю из своей биографии, которая подтвердит печальную известность этого датчика.
Его именуют кислородным датчиком, датчиком кислорода либо лямбда-зондом. Однако оценивает он не содержание кислорода в отработавших газах, как можно подумать из названия, а разницу между концентрациями O2 в выхлопе и окружающей среде, из-за чего его технически правильное «имя» должно быть более сложным для восприятия.
Последнему из общепринятых названий рассматриваемый датчик обязан двум обстоятельствам. Во-первых, в теории коэффициент избытка воздуха в топливовоздушной смеси, подготовленной к последующему сгоранию в цилиндре двигателя, обозначается греческой буквой лямбда.
В то же время похожесть функции лямбда-зонда с назначением приборов, с помощью которых при прохождении техосмотра определяется содержание в выхлопных газах токсичного CO, ведет к ошибке в установлении его истинной миссии.
Соответственно изменяется содержание остаточного кислорода в выхлопе, а с ним и разница между концентрацией кислорода в отработавших газах и окружающей среде, которую определяет лямбда-зонд. Если разница существенная, рабочая смесь, сгоревшая в цилиндрах, наверняка была чересчур богатой. Когда она невелика, можно говорить о бедной смеси.
Схематически смысл действий лямбда-зонда заключается в следующем. За исключением некоторых режимов работы двигателя, например, запуска и прогрева, когда смесь намеренно обогащают, сигнал, что сгоревшая смесь была слишком богатой либо бедной, чаще всего указывает на неэффективную работу мотора. Информация, полученная лямбда-зондом, передается блоку управления двигателем, а далее электроника корректирует подачу топлива в цилиндры таким образом, чтобы соотношение топлива и воздуха в смеси вновь стало оптимальным.
Поэтому неисправности лямбда-зонда обязательно сопровождаются снижением мощности, увеличением расхода топлива и содержания в выхлопе вредных веществ. Однако перед тем как рассмотреть причины выходов лямбда-зондов из строя, следует сказать, что в современных автомобилях датчиков кислорода, как правило, два.
Первый, основной, размещают в начале выхлопного тракта как можно ближе к двигателю, другой располагается после катализатора.
Практика показывает, что если нет вопросов с присоединительными размерами, то поставленный взамен более простой либо подобранный для замены универсальный лямбда-зонд работать будет, однако сомнительно, что он сможет справляться с обязанностями столь же идеально, как делал бы датчик, которому место первого принадлежит по праву.
Если стержень из такого материала разместить так, чтобы его концы оказались в объемах с разным содержанием кислорода, между концами стержня появляется разность потенциалов. При этом напряжение будет тем больше, чем больше разница в концентрациях кислорода. Это принцип работы датчика, из которого следует, что любое загрязнение рабочего элемента является помехой для правильного определения содержания кислорода.
Именно использование некачественного топлива, прежде всего бензина, в продуктах сгорания которого имелись соединения свинца и других металлосодержащих присадок, добавляемых в бензин для увеличения его детонационной стойкости, и было причиной массовой «гибели» лямбда-зондов и приобретенной ими дурной славы в момент «пришествия» иномарок в наши пенаты.
Нынешний бензин с его предшественниками не сравнить. Поэтому сегодня выход лямбда-зондов из строя раньше положенного срока может быть обусловлен следующими внешними причинами.
Это, во-первых, их регулярный перегрев, например, из-за догорания бензина в выхлопном коллекторе, что случается при льющих форсунках, пропусках зажигания на свечах, нарушениях фаз газораспределения. Нечто похожее происходит в моторах, имеющих проблемы с запуском, когда из-за многочисленных неудачных попыток запустить двигатель несгоревшее топливо оказывается в выпускном тракте, где позже догорает. Перегрев может повредить рабочий элемент датчика.
Все остальное, что может произойти, связано с внутренними проблемами. Лучшие лямбда-зонды имеют со стороны выпускного тракта внешний и внутренний защитные колпачки плюс покрытие рабочего элемента, а также оснащены воздушным фильтром со стороны, находящейся снаружи выхлопной системы. Худшие могут этого не иметь, что сказывается на сроке службы.
Когда датчик кислорода перестает работать, блок управления переводит двигатель в режим работы по усредненным параметрам, не отвечающим текущим нагрузочным и скоростным условиям движения. Отсюда проблемы с тяговыми, экономическими и экологическими показателями.
Что последует дальше, зависит от модели автомобиля. В машинах старых поколений дело может ограничиться зажиганием контрольного указателя Check engine, однако по мере того, как увеличивалась важность экологии, производители начали практиковать перевод мотора на работу в аварийном режиме. После этого даже легкомысленный либо неопытный водитель поймет, что если он куда-то должен ехать, то только на СТО.
Сергей БОЯРСКИХ
Фото автора и из открытых источников
ABW.BY
Более 40.000 предложений о продаже запчастей в нашей базе объявлений