Лямбда-зонд (он же кислородный датчик или датчик концентрации кислорода) – это устройство, которое определяет, сколько кислорода содержится в отработавших газах. Подробнее о том, как работает и для чего нужен лямбда-зонд, читайте в нашей сегодняшней статье.

Известно, что ДВС автомобиля может работать максимально эффективно лишь в случае правильного количества топлива и воздуха в топливно-воздушной смеси в каждом рабочем режиме. От этого также зависит расход топлива и влияние на экологию. Именно для этих целей используется датчик кислорода. Что такое лямбда зонд вы теперь знаете, пришло время рассмотреть принцип его работы.

Для чего нужен лямбда-зонд в автомобиле

Если количества воздуха в смеси топлива и воздуха недостаточно, это приводит к тому, что угарный газ, а также углеводороды не окисляются в полном объеме. А вот в случае наличия слишком большого объема воздуха в вышеупомянутой смеси, не наблюдается полного разложения оксидов азота на кислород и азот.

Датчик кислорода – это одна из составляющих системы выпуска автомобиля. На некоторых машинах датчик лямбда зонд может устанавливать в двух экземплярах. Один из них располагается в выпускной системе еще до катализатора (его также называют каталитическим нейтрализатором), а другой – после него. Использование двух кислородных датчиков позволяет максимально эффективно следить за количеством воздуха в отработавших газах, благодаря чему нейтрализатор функционирует максимально действенно.

В наше время используется два вида датчиков концентрации кислорода :

• двухточечный лямбда-зонд;
• широкополосный кислородный датчик.

Особенности двухточечного датчика кислорода

Применение двухточечного лямбда-зонда может осуществляться как до катализатора, так и после него. Этот датчик определяет показатель избытка воздуха, для чего он использует данные о том, сколько кислорода содержится в отработавших газах.

Двухточечный лямбда-зонд – это керамический элемент, на двух сторонах которого нанесено покрытие, изготовленное из диоксида циркония. Для измерений применяется электрохимический метод. Одна часть электрода контактирует с атмосферой, а другая – с отработавшими газами.

Для чего нужен лямбда-зонд такого типа, вы уже знаете, но как он работает? Принцип его работы базируется на определении количества кислорода в атмосфере, а также выхлопных газах. Если количество кислорода отличается, на концах электрода возникает напряжение. Если топливо-воздушная смесь слишком бедная, напряжение уменьшается. В противном случае напряжение возрастает.

Широкополосный лямбда-зонд – что это и как он работает

Широкополосный датчик кислорода – это тот же лямбда-зонд, который используется в современных автомобилях. Он выполняет функции датчика катализатора, расположенного на «входе». В кислородном датчике такого типа определение показателя “лямбда” происходит с помощью применения силы входного тока.

Данный лямбда-зонд отличается от упомянутого выше датчика тем, что в его состав входит закачивающий и двухточечный керамические элементы. Закачивание – это процесс, в ходе которого происходит пропускание кислорода из выхлопных газов сквозь соответствующий элемент под влиянием заданной силы тока.

Широкополосный лямбда-зонд работает на базе принципа поддержания напряжения в 450 мВ, которое присутствует между электродами 2-точечного керамического элемента. Для этого корректируется сила тока закачивания.

Если количество кислорода в выхлопных газах падает, что является признаком слишком богатой топливо-воздушной смеси, между электродами увеличивается напряжение. После этого происходит отправка соответствующего сигнала в ЭБУ двигателя. Затем происходит формирование необходимой силы тока на закачивающем элементе.

Ток необходим для закачки в измерительный зазор, что приводит к нормализации напряжения. Сила тока – это мера количества кислорода в выхлопных газах. Анализ данного показателя происходит в ЭБУ, после чего выполняется соответствующее воздействие на элементы системы впрыска топлива.

Если смесь воздуха и топлива слишком бедная, широкополосный лямбда-зонд работает таким же способом. Отличается он в данном случае лишь тем, что в результате влияния тока кислород выкачивается из измерительного зазора.

Для обеспечения правильного функционирования датчика кислорода, необходима температура 300°С. Для этого лямбда-зонд оснащают специальным нагревателем. Теперь вы знаете, что такое лямбда-зонд, для чего нужен кислородный датчик и как он работает.

На автомобилях с электронным зажиганием для ограничения выброса вредных веществ в атмосферу устанавливают лямбда зонд, который реагирует на содержание углекислоты и других опасных примесей. Свое название этот элемент получил по букве греческого алфавита, которая выбрана для обозначения коэффициента избытка воздуха в топливовоздушной смеси.

Устанавливают кислородный датчик в магистрали выхлопа. Зная, что такое лямбда зонд в автомобиле и как он устроен, можно выбрать оптимальное решение при обнаружении неполадок.

Что такое лямбда зонд в машине и для чего он нужен

Назначение лямбда-зонда - контроль уровня вредных примесей в выхлопных газах. Этот элемента позволяет поддерживать содержание углекислоты в пределах 0,2 – 0,3 %. Основная функция - подача электрического сигнала в электронный блок управления силового агрегата. Это единственное, на что влияет лямбда зонд, но роль датчика нельзя преуменьшать.

Установкой кислородных датчиков в выхлопной трубе нового автомобиля занимается производитель. В дальнейшем при эксплуатации машины рекомендуются визуальная проверка и компьютерное тестирование лямбда-зонда не реже одного раза в год или после 10 – 15 тыс. км пробега. Если компонент будет поврежден или изношен, то придется его заменить. Если не получается замерить содержание кислорода, это может станет причиной поломки двигателя.

Устройство и принцип работы лямбда зонда

Лямбда зонд представляет собой обычный электрический элемент, через который проходят выхлопные газы. Устройство датчика кислорода предполагает наличие внутри корпуса токопроводящего элемента, электродов, сигнального контакта и заземления. Выходной электрический сигнал формируется при изменении напряжения в зависимости от состава выхлопного потока.

Работа датчика основана на принципе сравнения уровня кислорода в отработавших газах и атмосферном воздухе. Установка внутри трубы до и после каталитического нейтрализатора полностью исключает попадание вредных веществ за пределы системы. Электрическая схема в устройстве такого датчика кислорода задействуется только после разогрева до температуры 300 – 400 ºC, что необходимо для появления электропроводимости твердого электролита.

Принцип работы лямбда зонда позволяет выявить даже малейшее превышение норм по опасным веществам. Но даже при заправке горючего высокого качества с минимальным содержанием примесей через 100 – 150 тыс. км пробега датчики кислорода, а часто и катализаторы (нейтрализаторы), приходится менять.

Каких видов бывают лямбда зонды?

Независимо от того, как работает датчик кислорода и в какой части системы он установлен, для получения электрического сигнала о составе выброса внутри предусмотрен твердый электролитический элемент. В зависимости от типа этого компонента различают следующие виды зондов:

• циркониево-оксидные, способные определить количество воздуха в топливе в относительной величине (больше/меньше);
• датчики с высокой чувствительностью, способные точно определить соотношение компонентов топливной смеси (Denso);
• титановые, которые работают без доступа атмосферного кислорода.

На автомобили устанавливают датчики, предназначенные для конкретной марки или модели, а также изделия универсальной конструкции. Последние не комплектуют оригинальным разъемом – его, увы, приходится искать отдельно.

Информацию о составе выхлопа на контроллер подают и датчики других видов, которые отличаются количеством контактов (1- 6), способом установки (резьба/фланец), а также узко- или широкополосные модели по диапазону измерения (до коэффициента 1,6). Все варианты подключаются и работают по аналогичной схеме с передачей сигнала в ЭБУ для корректировки состава топливовоздушной смеси и объема впрыска топлива.

Распространённые причины неисправностей лямбда зонда и способы их устранения

Датчики содержания кислорода в топливовоздушной смеси со временем выходят из строя, что можно определить по нестабильной работе двигателя и увеличенному расходу горючего. Причины неисправности лямбда - это заправка топлива низкого качества, неполадки системы приготовления и подачи горючего, попадание на датчик спецжидкостей. Неполадки проявляется следующими признаками:

• резкий рост оборотов до максимальных значений и мгновенное отключение мотора;
• ухудшение качества подаваемой в цилиндры смеси, снижение полноты сгорания;
• колебания оборотов холостого хода;
• значительное снижение мощности при увеличении оборотов;
• сбои в работе электронных блоков из-за задержек в подаче сигналов с датчика;
• движение автомобиля рывками;
• появление в двигательном отсеке звуков, которые нехарактерны при нормальной работе мотора;
• поздний впрыск при нажатии педали.

Для восстановления работоспособности электроники и системы впрыска понадобится замена или правильная очистка лямбда зонда. При очистке нужно снять керамический наконечник и удалить загрязнения при помощи химических средств.

Заключение

Даже одна–две заправки топливом низкого качества могут стать причинами выхода из строя лямбда зонда. В таких случаях нарушается работа ЭБУ мотора, что и приводит к сбоям. Чтобы восстановить питание двигателя горючим и устранить неполадки, приходится заменять компонент, поскольку чистка считается малоэффективным способом.

Лямбда зонд устанавливается в выхлопной системе автомобиля, некоторые модели авто могут содержать в комплектации 2 кислородных датчика, в таком случае один из них устанавливается до катализатора, второй – после катализатора. Применение 2 датчиков, позволяет усилить контроль, за отработанными газами автомобиля, тем самым достигнуть наиболее эффективной работы катализатора.

Как работает лямбда зонд?
Как Вам известно, дозировкой подаваемого топлива занимается электронный блок управления, он подает сигнал на форсунки о количестве необходимого топлива в камере сгорания в тот или иной момент времени. Лямбда зонд, в этом процессе выступает в качестве устройства обратной связи, благодаря которому, происходит правильная дозировка топлива на количество подаваемого воздуха. Правильно рассчитанная смесь очень важна как с экологической точки зрения, так и с экономической. На сегодняшний день, одним из важнейших требований к производству автомобилей является экологическая безопасность, поэтому новые автомобили комплектуются как правило каталитическим нейтрализатором (катализатором) и двумя датчиками лямбда зонда. Такое сочетание устройств позволяет свести к минимуму экологический вред, который наносят автомобили окружающей среде, но при возникновении поломки в одном из функциональных узлов выпускной системы, водитель попадет на приличные деньги, ведь все это не так то и дешево стоит.

Устройство лямбда зонда.
Сам датчик состоит из 2 электродов, внешнего и внутреннего. Внешний электрод сделан из платинового напыления, поэтому особо чувствителен к кислороду, из за химический свойств платины, ну а внутренний сделан из циркония. Лямбда зонд устанавливается таким способом, чтобы через него проходили отработанные газы автомобиля, при прохождении, внешний электрод улавливает кислород в отработанных газах, при этом изменяется потенциал между электродами, чем больше кислорода – тем выше потенциал! Особенностью циркониевого сплава, из которого сделан внутренний электрод – это его рабочая температура, которая достигает отметки в 300-1000 градусов. Именно по этой причине кислородные датчики имеют в своей конструкции подогреватели, которые доводят температуру самого датчики до рабочей в момент холодного запуска двигателя.

Лямбда зонды бывают 2 видов:

• Двухточечный датчик.
• Широкополосный датчик.

Эти два вида датчика между собой схожи по внешним признакам, но при этом выполняют работу различными способами.

Двухточечный датчик – это пример того датчика, который мы описывали ранее, состоит он с двух электродов, он фиксирует коэффициент избытка воздуха в топливной смеси, по величине концентрации кислорода в отработанных газах автомобиля.

Широкополосный датчик – является современной конструкцией лямбда зонда, в нем значение получают благодаря использование силы тока закачивания. По своей конструкции широкополосный датчик состоит из двух керамических элементов, двухточечного и закачивающего. Закачивающий элемент – физическим процессом закачивает в себя кислород из отработанных газов автомобиля, с использованием определенной силы тока. Датчик держит постоянное напряжение 450 мВ, если концентрация кислорода уменьшается – напряжение между электродами возрастает и подается сигнал в электронно управляющий блок. Как только сигнал поступил на ЭБУ, создается ток определенной силы на закачивающем элементе, этот ток обеспечивает закачку кислорода в измерительный зазор. В этом всем процессе, величины силы тока, которая подается на закачивающий элемент – это уровень концентрации кислорода в отработанных газах.

Основные причины и признаки неисправностей. Существует несколько признаков, по которым можно определить неисправность кислородного датчика:

• Увеличение токсичности выхлопных газов. Этот показатель на «глаз» определить невозможно, только с помощью замера специальным прибором, можно сделать вывод что уровень СО выхлопных газов увеличен. Показания прибора о увеличении СО гласит о нерабочем датчике лямбда зонд.
• Увеличение расхода топлива. Этот признак более заметен, чем предыдущий. Любой автомобилист интересуется, какой количество топлива расходуется автомобилем на определенное расстояние, поэтому повышение расхода будет заметно практически сразу. Единственный нюанс в этом способе определения – не всегда увеличение расхода топлива говорит о неисправности кислородного датчика.
• Check Engine. Все инжекторные автомобили имеют блок управления, который можно диагностировать на причину поломки в том или ином узле. Как правило, при появлении неисправности на приборной панели загорается соответствующая лампочка «Check Engine». В большинстве случаев, горение этой лампы говорит о неисправности лямбда зонда, более подробно можно узнать при диагностике на сервисе.

Причины неисправностей:

• Качество топлива. При некачественном топливе, на кислородном датчике откладывается небольшими долями свинец, этот слой со временем снижает чувствительность внешнего электрода к кислороду. Такой датчик можно со временем смело считать нерабочим.
• Механическая неисправность. К этим неисправностям относятся чисто механические повреждения самого датчика. Например: повреждение корпуса датчика, нарушение целостности обмотки обогрева и прочее. Решаются такие причины путем замены датчика на новый, ремонт практически невозможен и не целесообразен.
• Неисправность в топливной системе автомобиля. Из за неисправности форсунок, в цилиндры двигателя подается большее количество топлива, чем требуется, следовательно, оно не сгорает, а выходит в выхлопную систему в виде черного налета (сажи). Со временем эта сажа накапливается на всех узлах выхлопной системы автомобиля, в том числе и на лямбда зонде, это становиться причиной неправильной работы датчика. Как лечение, можно использовать тряпки и средства очистки, чтобы вычистить кислородный датчик, но если такие загрязнения будут постоянными – можно смело выбрасывать датчик и устанавливать новый.

Следите за автомобилем и своевременно выполняйте диагностику, это поможет сохранить функциональные узлы в хорошем состоянии на протяжении длительного времени.

Название этого датчика происходит от буквы лямбда из греческого алфавита, в автомобилестроении она обозначает кф избытка воздуха, содержащегося в топливно-воздушной смеси. Фактически, такое устройство представляет собой датчик для определения состава выхлопных газов.
Избыток воздуха измеряется посредством измерения содержания остаточного кислорода в газах, поэтому датчик лямбда зонд размещается в выпускном коллекторе перед катализатором. Электрический сигнал лямбда зонда принимается электронным блоком управления (или ЭБУ) системы впрыска топлива, который оптимизирует состав смеси с помощью изменения количества топлива, идущего в цилиндры.
На некоторых моделях устанавливается еще один датчик. Он располагается на выходе катализатора, что позволяет достигать большей точности состава смеси и контролировать работу катализатора.

Принципиально лямбда зонд обладает конструкцией с гальваническими элементами и твердым керамическим электролитом, изготовленным из диоксида циркония. На керамику нанесен оксид иттрия, сверху напыленны пористые токопроводящие платиновые электроды, из которых один «вдыхает» выхлоп, во второй поступает воздух из атмосферы.
Лямбда зонд начинает измерение после прогрева до температуры в 300-400 °C. В подобных условиях циркониевый электролит проводит сигнал, и благодаря разнице оставшегося в выхлопе воздуха и внешнего воздуха приводит к появлению на электродах выходного напряжения. Особенностью этого датчика является скачкообразное изменение напряжения при отклонениях состава смеси всего на 0,3%. Таким образом, первым, на что влияет датчик лямбда зонд, является напряжение на электродах.
Кроме датчиков на основе циркония, можно повстречать и датчики, в производстве которых использовалась двуокись титана. Такие лямбда зонды работают по принципу изменения сопротивления при изменении состава выхлопных газов. Как результат, получается, что датчики данного типа не способны генерировать ЭДС.
Также производятся датчики с дополнительным подогревом. Такое устройство способствует скорейшему входу в требуемый для работы диапазон и более точному отражению данных.

Где расположен лямбда зонд?

Для понимания, где искать датчик кислорода, необходимо знать, когда произведен автомобиль. В автомобилях, выпущенных до 2000 года, только в 10% случаев установлено 2 датчика. В автомобилях, созданных после 2000 года, установлено от 2 до 4 лямбда зондов.
Число лямбд в машинах, произведенных после 2000, зависит от объема силового агрегата. Если объем двигателя меньше 2,0 литров, то установлены 2 датчика:

• Первый устанавливается в подкапотном пространстве, он хорошо заметен и легко заменяется;
• Второй датчик устанавливается под днищем авто.

Если объем двигателя автомобиля более 2,0 литров, то всего установлено 4 лямбда зонда:

• 2 датчика (верхние, регулирующие) – правый и левый, также устанавливаются в подкапотном пространстве, они хорошо заметны и взаимозаменяемы;
• Еще 2 датчика (нижние, диагностирующие) – правый и левый, устанавливаются под днищем автомобиля.

Теперь, чтобы найти первые датчики, расположенные в подкапотном пространстве, необходимо выполнить следующие действия:

Открыть капот машины.

1. Найти двигатель. Обычно он располагается под пластиковой крышкой в середине подкапотного пространства.
2. Внимательно обследовать пространство вокруг силового агрегата и найти примыкающие массивные металлические трубы, которые уходят вглубь подкапотного пространства. Данные трубы представляют собой выпускной коллектор и служат для отвода выхлопных газов из двигателя. Выпускной коллектор может закрываться теплозащитным экраном, в этом случае его придется снять.
3. Далее нужно осмотреть выпускной коллектор – необходимо найти в его конструкции небольшую цилиндрическую деталь (длиной 5-7 см). Один конец данной детали ввинчивается в коллектор, а от другого тянется толстый провод, который и является датчиком лямбда зонд.
4. При отсутствии датчика на выпускном коллекторе следует проследить трубу, уходящую вглубь подкапотного пространства – лямбда зонд расположен на ней.

Существуют обманки двух видов: механические и электронные.

Обманки механического типа

Если был выбран механический тип устройства, то на место катализатора обычно устанавливают «проставку». Эта деталь изготавливается из теплоустойчивой стали либо из бронзы, а ее размер строго определен. В проставке проделывают небольшое отверстие, через которое попадают выхлопные газы.

Газы взаимодействуют с керамической крошкой, помещенной внутри проставки и предварительно покрытой каталитическим слоем. И в результате подобного взаимодействия происходит окисление кислородом CH и CO, что приводит к понижению содержания вредных веществ.
Это самый бюджетный вариант датчика. Механическая обманка одинаково подходит для любого автомобиля, импортного или отечественного.

Обманка электронного типа

Электронные обманки лямбда зонда значительно сложнее, причем речь не о «самопальных» способах их создания, которые практикуют автолюбители. Они сами сооружают обманку с использованием одного резистора или одного конденсатора. В продаже имеются достаточно технологичные устройства (эмуляторы) с микропроцессором.
Подобные эмуляторы позволяют обеспечивать правильное функционирование блока управления (ЭБУ), а не просто обманув его. Установленный в устройстве микропроцессор может оценить состояние состава выхлопных газов, проанализировать обработку сигнала, посылаемого первым датчиком, чтобы после этого сформировать сигнал, который будет соответствовать сигналу со второго функционирующего лямбда зонда при исправном катализаторе.

Введение жёстких экологических норм подтолкнуло автопроизводителей использовать на автомобилях катализаторы. Это устройства, которые помогают снизить содержание токсичных веществ в выхлопных газах. Каталитический нейтрализатор – вещь полезная, но эффективно работает только при определённых условиях. Если не контролировать постоянно состав топливно-воздушной смеси, то катализаторы долго не прослужат.

И здесь приходит на помощь лямбда зонд или так называемый датчик кислорода (в английской литературе его называют Lambda probe или Oxygen sensor). Ниже рассмотрим подробнее, что такое лямбда зонд, как он работает и для чего используется.

Как сказано выше, лямбда зонд это датчик кислорода. Он измеряет количество кислорода в выхлопных газах. Для корректного измерения ему нужно прогреться до температуры 300 – 400°С. Именно в таких условиях электролит, входящий в конструкцию кислородного датчика, приобретает проводимость. При этом разница в объёме атмосферного кислорода и кислорода, содержащегося в выхлопной трубе, приводит к возникновению выходного напряжения на электродах лямбда-зонда.

При запуске и прогреве холодного двигателя впрыск топлива происходит без использования данных от датчика кислорода, вместо этого состав топливно-воздушной смеси корректируется по сигналам других датчиков:

• числа оборотов коленвала;
• температуры охлаждающей жидкости;
• положения дроссельной заслонки.

Чтобы повысить чувствительность лямбда-зондов при низких температурах и после запуска холодного мотора, применяют принудительный подогрев. Внутри керамического тела датчика находится нагревательный элемент, который подключается к автомобильной электросети.

Зачем нужен лямбда зонд

Как выглядит лямбда зонд уже в автомобиле

Лямбда зонд используется для поддержания оптимального состава воздуха и топлива, поступающего в двигатель автомобиля. Оптимальным считается такой состав, когда на 14,6-14,8 части воздуха приходится одна часть топлива. Это можно обеспечить только при помощи систем питания с электронным впрыском и при использовании лямбда зонда в цепи обратной связи.

Замер переизбытка воздуха в смеси осуществляется довольно оригинальным способом – при помощи определения в отработавших газах содержания остаточного кислорода. Именно поэтому лямбда зонд установлен перед катализатором в выпускном коллекторе. Электрический сигнал датчика считывается электронным блоком управления (ЭБУ), а тот, в свою очередь, оптимизирует состав смеси, изменяя количество топлива, подаваемого в цилиндры двигателя.

На некоторых моделях автомобилей на выходе из катализатора расположен ещё один лямбда-зонд. Это позволяет достичь большей точности приготовления смеси и контролировать эффективность работы катализатора.

В зависимости от конструкции, различают два вида датчика:

• широкополосный – используется в качестве входного датчика;
• двухточечный – может устанавливаться и на входе, и на выходе из катализатора. Его принцип работы основан на измерении количества кислорода в атмосфере и выхлопных газах.

Видео о лямбда-зонде

Обманка лямбда зонда

Обманка лямбда зонда

Кислородный датчик подаёт сигнал тогда, когда он обнаружил изменения в содержании кислорода. Данный сигнал передаётся на контроллер, который его принимает и сравнивает полученную информацию с показателями, заложенными в памяти. Если полученные данные не совпадают с оптимальными значениями, то блок управления изменяет длительность впрыска. Этим достигаются следующие показатели:

• экономия топлива;
• максимальная эффективность работы двигателя;
• уменьшение объёма вредных выхлопов.

Но немногие автолюбители прислушиваются к этим рекомендациям и начинают вспоминать о датчике только при появлении проблем. В итоге большинство водителей видят на приборной панели загоревшийся индикатор Check Engine. Причиной этому, скорее всего, стал вышедший из строя либо некорректно работающий кислородный датчик. Решением данной проблемы станет обманка лямбда зонда, которая бывает механической и электронной.

Механическая обманка

При выборе обманки такого типа вместо катализатора устанавливают специальный проставок – деталь из теплоустойчивой стали или бронзы со строго определёнными размерами. В проставке высверливается отверстие малого диаметра, через которое отработавшие газы смогут в него попадать.

Газы взаимодействуют с керамической крошкой, которую предварительно покрывают каталитическим слоем и помещают внутри проставка. В результате такого взаимодействия осуществляется окисление CH и CO кислородом, после чего снижается концентрация вредных веществ на выходе.

Если на автомобиле установлены два кислородных датчика, то сигналы с них будут различаться, блок управления распознает изменение синусоиды сигнала и расценит это как штатную работу катализатора. Данный вариант является самым дешёвым.

Обманка электронного типа

Такой тип обманки гораздо сложнее. В продаже имеются весьма технологичные обманки со встроенным микропроцессором. Они способны не просто обмануть блок управления, а обеспечить его корректную работу. Микропроцессор, установленный в таком устройстве, может оценить состояние выхлопных газов и сформировать сигнал, соответствующий сигналу со второго работающего датчика при исправном катализаторе.