Все, що потрібно знати про лямбда-зонд

Як і будь-яка складна система, від якої потрібна точна і безперебійна робота, автомобіль оснащується різними датчиками і контрольними точками. Мета цього підходу зрозуміла: при відмові одного вузла інші також починають давати збої, і потрібно відразу бачити несправність, щоб вчасно усунути і її, і можливі наслідки. Однією з таких контрольних точок є датчик кисню або лямбда-зонд, що служить для контролю за роботою двигуна .

Призначення

Лямбда-зонд показує концентрацію залишкового (незгорілого) кисню у вихлипі автомобіля.

Щоб повністю спалити один літр бензину, потрібно 14,7 кг повітря (± 0,1 кг). Це співвідношення фактичного до необхідного об’єму повітря називають стехіометричним або λ = 1. При недостатній кількості повітря значення буде λ < 1 (перезбагачена суміш), а при надмірному λ >1 (збіднена суміш). При нестачі кисню паливо не буде повністю згоряти, тобто замість вуглекислого газу СО₂ в вихлопі буде міститися отруйний чадний газ СО. Це, так би мовити, екологічні наслідки нестачі повітря для двигуна. Є й технічні: гірше згоряє паливо – менша потужність мотора, швидше виходять з ладу деталі і компоненти двигуна. При перезбагаченому паливі частина незгорілого бензину буде потрапляти в вихлопну систему.

Надлишок повітря (збіднена суміш) загрожує згорянням палива з перевищенням нормативної температури, що небезпечно пошкодженням поршнів, свічок запалювання, клапанів, і знову-таки зниженням потужності двигуна. А отруйний оксид азоту NO_х при надлишку кисню не розкладається на безпечний азот N і кисень O_х.

Ще однією деталлю, яка залежить від правильного оптимального згоряння палива, є каталізатор (каталітичний нейтралізатор вихлопних газів). Що краще збалансовано подачу палива і повітря, то менше на нього навантаження, а значить, він довше прослужить. Вартість каталізатора сьогодні стартує від 200$.

Регулювання співвідношення палива і повітря, що поступає, здійснюється зміною тривалості упорскування паливних форсунок. Цим процесом керує ЕБУ (електронний блок управління), який одержує сигнал від датчика.

Отже, лямбда-зонд призначений для аналізу кількості залишкового кисню у вихлопі двигуна. Потім, відповідно до його показань, відбувається підлаштовування інжекторної системи для отримання ідеальної насиченості паливно-повітряної суміші.

Система зворотного зв'язку

Електроніка, що управляє роботою мотора, налаштовується нп оптимальні параметри роботи ще на конвеєрі. Але умови роботи автомобіля завжди відрізняються від ідеальних (європейських, азіатських чи американських). Та й в процесі експлуатації двигун поступово зношується, а значить, необхідно контролювати і коригувати його роботу. Цю функцію і виконує лямбда-зонд в парі з ЕБУ: зняття показань вмісту вихлопної труби і на їх підставі корекція кількості палива, що надходить у двигун. Зворотній зв'язок діє як на бензинових інжекторних, так і на сучасних дизельних двигунах: в обох випадках без нормально працюючого лямбда-зонду система не зможе оптимально розрахувати витрати палива.

Конструкція лямбда-зонда

Конструкція датчика:
1. Металевий корпус з наріззю і гайкою під ключ. 2. Кільце ущільнювача.
3. Струмознімач електричного сигналу. 4. Керамічний ізолятор.
5. Провід. 6. Ущільнювальна манжета проводів. 7. Контакт підігріву.
8. Зовнішній захисний корпус з отвором для повітря. 9. Підігрів.
10. Керамічний наконечник. 11. Захисний екран з отворами.

Головним конструктивним елементом датчика є пустотілий керамічний наконечник з оксиду цирконію, всередині і зовні якого нанесено пористе платинове покриття (внутрішній і зовнішній електроди). При нагріванні до 300-350°Скераміка набуває властивостей діелектрика, який проводить сигнали від зовнішнього електрода на внутрішній, що виникають при різниці співвідношення кисню і вихлопних газів всередині і зовні системи вихлопу.

Принцип роботи

Цирконієва кераміка при нагріванні набуває властивостей провідника: іони кисню проходять від одного електрода до іншого, від області з більшою концентрацією кисню (атмосфери) у область з меншою концентрацією (вихлоп). Створюється електричний струм, сила якого безпосередньо залежить від щільності кисню з однієї й іншої сторони. Цей показник фіксується, подається на ЕБУ, який, в свою чергу, регулює тривалість упорскування (подачі) палива.

Для нормальної роботи датчика його внутрішній і зовнішній електроди повинні бути надійно ізольовані один від одного, а погружна частина (яка розташовується у випускній системі) – від атмосферного повітря.

Місце установлення

В автомобілях встановлюється один або два лямбда-зонди.

Якщо конструкцією передбачено один датчик, то, залежно від того, є в ньому підігрів чи ні, він ставиться поруч з двигуном (для швидкого прогрівання) або далі, в більш зручному місці.

Схема розміщення датчика в системі вихлопу

Дві лямбди встановлюються на автомобілі з каталітичним нейтралізатором, по обидва боки від нього, і дають свідчення не тільки про роботу двигуна, а й про ефективність роботи самого каталізатора. Якщо ставиться пара датчиків, то на вході каталізатора може перебувати широкосмуговий, а на виході – двоточковий, або ж обидва двоточкові.

Схема установлення двох датчиків кисню: до і після каталізатора

Лямбда-зонд у вихлопній трубі

Види і конструктивні особливості

Незалежно від змін і доповнень конструкції, принцип роботи лямбда-зонда залишається незмінним. Але виробники, враховуючи недоліки і слабкі місця зондів, постійно вносять зміни, що покращують їх роботу.

Підігрів

Одне з важливих удосконалень – штучний підігрів керамічного наконечника для прискорення його виходу на робочу температуру.

Спочатку лямбда-зонд (кисневий датчик) розігрівався від вихлопних газів подалі, тому його встановлювали близько до двигуна, де найбільш висока температура. Але все одно, для прогріву керамічного корпусу до 350-400°Спотрібен час, протягом якого датчик не працював. Зараз у більшості з них встановлений електричний нагрівач, що прискорює вихід датчика на робочий режим. Ця функція не тільки оптимізує витрати бензину, але і подовжує термін експлуатації каталізатора.

Двоточковий і широкосмуговий

Найпростіша схема роботи, яка описувала принцип дії лямбда-зонда, відноситься якраз до двоточкового датчику. Саме він фіксує різницю концентрації кисню в атмосфері і вихлопі.

Широкосмуговий датчик є наступним кроком еволюції цього пристрою. В основі його роботи лежить примусове закачування кисню, що міститься в випускний системі, в спеціальну камеру під дією сили струму (в нормі 450 мВ). Чим менше кисню міститься у відпрацьованих газах, тим вища потрібна сила струму для закачування, і зміни даного параметра фіксуються датчиком.

Схема роботи широкосмугового датчика кисню

Кількість проводів

Залежно конструкції і наявності додаткових функцій, на виході лямбда-зонду може перебувати від 1 до 5 дротів.

Двоточкові датчики без підігріву

Двоточкові датчики з підігрівом

Схема дротів широкосмугового датчика: Ip (+) - сигнал струму накачування,
Vs (+) - сигнал вимірювальної комірки, Ip (-) і Vs (-) - заземлення

Різні виробники випускають свої кольори проводів, але, як правило, темні (чорні) завжди йдуть на сигнал.

Цирконієвий або титановий?

Кераміка для наконечника лямбда-зонда може виготовлятися не тільки на основі оксиду цирконію, але і на основі оксиду титану. Принцип дії такого датчика дещо відрізняється: він вимірюєть не напругу, а електричний опір кисню у вихлопі: чим більша концентрація кисню (збіднена суміш), тим нижчий опір. І навпаки, чим менше кисню (перезбагачена суміш), тим вищим буде опір.

Титановий датчик набагато швидше реагує на зміни складу вихлопу, довше служить, дає більш точні свідчення. Але і ціна його вища, ніж у цирконієвих моделей: за якість і тривалу роботу доводиться розщедрюватися.

Цирконієві датчики, хоч і поступаються титановим, користуються великим попитом: вони дешевші, а працюють цілком прийнятно, особливо за умови дотримання правил експлуатації.

Взаємозамінність

У випадках, коли з якоїсь причини неможливо купити відповідний датчик, його доводиться замінювати подібним, підбираючи найбільш близький за параметрами.

При заміні дотримується таке правило: якщо на автомобілі стояв датчик без підігріву, замість нього можна поставити такий, що підігрівається, якщо правильно підключити провід від нагрівального елементу. Але не навпаки! Якщо система розрахована на підігрів датчика, ставити зонд без підігріву не можна, на старті, коли він ще холодний, комп'ютер буде сприймати його сигнали як несправність.

Для тих, хто їздить на старих автомобілях, заміна лямбда-зонду на більш сучасний можлива, якщо грамотно переробити з'єднання з джерелом живлення для нагріву, заземленням і т.д. Деякі умільці роблять це самостійно, проте краще звернутися в сервіс, де майстри виконають цю роботу професійно. Головне, щоб нарізь на новому лямбда-зонді збіглася з наріззю гнізда під нього.

А ось замінити титанові датчики на цирконієві значно складніше, оскільки в них використані різні принципи отримання даних. Без складного шаманства з таким завданням не впоратися.

Зараз виробники випускають величезну кількість модифікацій датчиків, тож знайти підходящий за параметрами нескладно. У будь-якому випадку краще ставити той, що підходить до конструкції автомобіля без додаткових танців з бубном.

Датчик кисню для дизельних двигунів

Коли на дизельних автомобілях почали застосовувати електронне управління системою живлення (замість ПНВТ), лямбда-зонди почали використовуватися і на них. Мета та ж: зменшення шкідливих вихлопів, оптимізація роботи двигуна, і в кінцевому підсумку – економія коштів.

Використання лямбда-зонда особливо ефективно в режимі високих навантажень, при якому збільшується димоутворення. І, як і в бензинових двигунах, застосування датчика кисню допомагає більш ефективно використовувати каталітичний нейтралізатор.

Несправності, їх причини, діагностика, наслідки та усунення

Лямбда-зонд – один з найбільш вразливих датчиків в автомобілі. Його мінімальна робоча температура 350⁰С, а під час роботи він може нагріватися до 900⁰С і вище. Вихлопні гази – середа агресивна, що теж не спрощує робочу задачу. Чому і як ламаються кисневі датчики?

Існують природні причини «старіння» і виходу з ладу лямбда: заправка неякісним паливом (з високим вмістом свинцевих елементів або присадок), перегрів системи вихлопу і корпусу датчика, прогоряння через займання парів палива в системі випуску. Є і поломки через помилки в експлуатації: забруднення наконечника технічними рідинами (оливою, антифризом), застосування нерегламентованих герметиків під час установлення датчика, неправильне установлення (відсутність герметичності). І, нарешті, можуть банально обірватися або перетертися дроти.

Згорілий лямбда-зонд

В кожному з цих випадків датчик безповоротно виходить з ладу, і система починає працювати в аварійному режимі. Симптоми поломки лямбда-зонда неоднозначні: вони також можуть свідчити і про інші проблеми.

Поломка датчика супроводжується такими проблемами:

• підвищення витрати палива (наслідок того самого аварійного режиму роботи);
• збільшення токсичності вихлопу;
• нерівна робота двигуна на холостих обертах;
• зниження потужності двигуна;
• чорний дим з вихлопної труби;
• перегрів самого датчика;
• зміна кольору датчика, потріскування після зупинки автомобіля;
• поява сигналу "СНЕСК ЕNGINЕ".

За «поведінкою» автомобіля складно зробити однозначний висновок про несправність саме лямбда-зонду. А ось візуальний огляд місця підключення зонда вже може сказати про його несправності (зміна кольору, занадто сильне нагрівання). І навіть "СНЕСК ЕNGINЕ" вимагає розглядів, цей сигнал з'являється при будь-яких збоях в ЕБУ. Точну відповідь на питання, в чому саме проблема, може дати тільки діагностика на СТО.

Діагностика лямбда-зонда

Причому, якщо "СНЕСК ЕNGINЕ" загорівся, знайти причину несправності краще якомога скоріше: несправний лямбда-зонд тягне за собою поломки інших деталей, після чого вартість комплексного ремонту йде в стратосферу.

Самостійно можна визначити справність лямбда-зонду простим способом: замінити його на точно робочий і подивитися на результат. Якщо неполадки зникли, лямбда-зонд доведеться замінити.

Ремонт датчика кисню

Відремонтувати зіпсований датчик можливо лише в тому випадку, якщо виникла проблема з дротами і якщо до місця обриву є доступ. У всіх інших випадках цей прилад відновленню не підлягає: ні промивка в кислоті, ні відтирання пригару зубною щіткою не дадуть жодного ефективного результату. Зіпсований лямбда-зонд підлягає заміні. І, звичайно, разом із установленням нового датчика треба розібратися і усунути ту причину, яка привела до поломки попереднього. Тоді у нового будуть всі шанси відкатати свої законні 100 тис. км до регламентної заміни.

В наших умовах кисневі датчики ламаються в процесі природного старіння: присадки в паливо і утруднений пуск двигуна на морозі – головні вороги лямбда-зондів. Краще перевіряти датчик, як і сказано в регламенті, що 30 тис. км, щоб не пропустити момент заміни. Як і з іншими запчастинами, своєчасний сервіс є статтею економії коштів і нервів.

Про те, як вибрати новий лямбда-зонд, читайте наш" Гід покупця".