Влияние кислородного датчика на работу двигателя

Устройство и принцип работы кислородного датчика

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

1. Коэффициент избытка воздуха λ
2. Назначение датчиков кислорода
3. Конструкция и принцип работы кислородного датчика
4. Ресурс кислородника и его неисправности
5. Виды лямбда-зондов

Основные признаки неисправностей лямбда-зонда

Понять, исправен кислородный датчик или нет, можно по некоторым характерным признакам. Хотя, причина неполадки может быть и другая, для точного определения дефекта нужна профессиональная диагностика.

Неисправный кислородный датчик может быть, если:

• — автомобиль по дороге передвигается с рывками,
• — увеличился расход топлива,
• — машина «тупит», плохо едет и набирает скорость,
• — мотор работает неустойчиво на холостом ходу,
• — сразу после остановки заметен характерный треск в районе нахождения «лямбды»,
• — при внешнем осмотре датчика выясняется, что он нагрелся до раскаленного состояния (покраснел).

Если у датчика оборваны провода, то здесь нет сомнений — в таком состоянии он работать не будет. При наличии внешних повреждений можно сомневаться в работоспособности лямбда-зонд.

Еще контрольная лампа Chek Engine в салоне автомобиля сигнализирует о любых неполадках в электрике двигателя, но точно определить неисправность можно только с помощью компьютерной диагностики.

Замена кислородного датчика

Заменить лямбда-зонд на автомобиле очень просто, особенно, если датчик находится на выпускном коллекторе (к нему удобнее добраться). Лучше его менять на хорошо прогретом двигателе, так как холодный металл сжимается, и датчик нередко «прикипает» к коллектору.

Для замены нужно:

• — заглушить двигатель и выключить зажигание,
• — отсоединить провода у разъема,
• — гаечным ключом (иногда требуется торцевой ключ) открутить неисправный датчик,
• — вкрутить на место новый датчик до упора до упора, но без лишних усилий,
• — соединить провода на разъеме.

Вот и все, довольно элементарно. Теперь с новым датчиком не будет никаких проблем.

Естественно, каждого водителя интересует, на что влияет неисправность лямбда-зонда. Чаще всего при выходе из строя данной детали, можно наблюдать такие последствия:

Автомобиль движется неестественно.

В разы увеличивается расход топлива.

Возникает неприятный резкий запах из выхлопной трубы.

В современных автомобилях с электронной начинкой при поломке лямбда-зонда сразу активируется аварийная блокировка. Это позволяет уберечь машину от серьёзных поломок, даже если водитель не заметил никаких признаков неисправности. К тому же ездить со сломанным лямбда-зондом просто небезопасно.

Автомобиль ведёт себя слишком непредсказуемо. Из-за этого может возникнуть аварийная ситуация на дороге, которая поставит под угрозу не только жизнь водителя, но и жизни других людей. Именно поэтому так важно вовремя заметить признаки неисправности и отправить авто в сервис. Мало того, для большей безопасности лучше вызвать эвакуатор.

При наихудшем развитии ситуации происходит разгерметизация датчика. В таком случае дальнейшее движение может привести к поломке двигателя. Для восстановления понадобится как минимум капитальный ремонт.

Когда происходит разгерметизация, отработанные газы попадают в заборный канал. При торможении лямбда-зонд начинает фиксировать огромное количество молекул кислорода. В результате система впрыска полностью выходит из строя.

Главный признак подобной неисправности — потеря мощности. Лучше всего это заметно на высоких скоростях. При этом постоянно слышится механическое постукивание под капотом. Неприятный запах и рывки также присутствуют.

Особенности диагностики

Иногда за необходимость отключения кислородного датчика принимают иные неисправности, с этим не связанные. Из этого следует, что перед тем, как убирать его, нужно провести тщательную диагностику с использованием сканера. Компьютер покажет, действительно ли проблема в зонде, или причиной неисправностей являются другие изъяны либо их комплекс.

Конечно, есть и самый простой диагностический метод, который заключается в простом отключении зонда и проверка качества работы авто без него. Ожидается, что при удалении датчика двигатель начнет работать хуже или вообще не заведется. Если же никаких изменений нет, значит, датчик кислорода уже давно неисправен и не реагирует на выхлопы должным образом.

Проверка датчика кислорода

Обычно диагностика лямбда зонда производится с помощью вольтметра и омметра или мультиметра, который заменяет сразу оба эти тестера. Чтобы проверить накальную спираль регулятора необходимо отсоединить от колодки контакты 3 и 4 разъема (обычно это коричневый и белый провода) и подключить к их зажимам концы тестера. Если сопротивление спирали составляет не меньше 5 Ом, то это хороший знак.

Также проверка лямбда зонда мультиметром позволяет узнать чувствительность наконечника датчика кислорода. Чтобы узнать термоэлектрические параметры элемента необходимо включить и прогреть двигатель до 70-80 градусов. После этого:

• Доведите обороты двигателя до 3000 и удерживайте этот показатель на протяжении 3 минут, чтобы датчик разогрелся.
• Соедините минусовой щуп тестера (сигнальный провод) с массой машины, а второй – с выходом лямбда зонда.
• Проверьте показания тестера, данные должны варьироваться от 0,2 до 1 В и обновляться до 10 раз за секунду.
• Резко нажмите на педаль акселератора и отпустите ее, если мультиметр покажет значение в 1 В, а потом резко упадет на ноль, то лямбда зонд в порядке. Если данные на тестере не скачут при нажатии и отпускании педали, а показатели составляют порядка 0,4 – 0,5 В – это свидетельствует о необходимости замены датчика.

Если напряжения вообще нет, то, скорее всего, причина неисправности кроется в проводке, поэтому «прозвоните» мультиметром все провода, которые идут от выключателя зажигания к реле. Полезно! Чтобы более точно уточнить характеристики чувствительности лямбда зонда потребуется профессиональное оборудование – осциллограф.

Если ваш автомобиль оснащен «умной» бортовой системой, то обратите внимание на сигнал «Check Engine», который может выдать следующие ошибки:

• 0130 – свидетельствует о том, что датчик выдает неверный сигнал.
• 0131 – очень слабый сигнал датчика.
• 0133 – лямбда медленно откликается.
• 0134 – нет вообще никакого отклика.
• 0135 – неисправность нагревателя лямбды.
• 0136 – заземление второго датчика замкнуло.
• 0137 – второй датчик выдает очень низкий сигнал.
• 0138 – через-чур высокий сигнал второй лямбды.
• 0140 – обрыв зонда.
• 1102 – невозможно считать показатели, так как сопротивление элемента слишком низкое или вовсе отсутствует.

Однако перед тем как проверить датчик кислорода лямбда зонд (видео этого процесса представлено ниже) с помощью специального тестера, обратите внимание на его внешний вид. Если на него налипли вещества, которые препятствуют его полноценной работе, то возможно удастся ограничиться ремонтом этого элемента.

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

В основу работы лямбда-зонда заложен потенциал Нернста, который возникает на контактах датчика, выполненных в виде пористых платиновых толстоплёночных электродов, покрытых слоем керамической шпинели [1] .

Лямбда-зонд порогового типа действует по принципу гальванического элемента/твердооксидного топливного элемента с твёрдым электролитом в виде керамики из диоксида циркония (ZrO₂). Керамика легирована оксидом иттрия, а поверх неё напылены токопроводящие пористые электроды из платины, одновременно являющейся катализатором окислительно-восстановительных реакций. Один из электродов омывается горячими выхлопными газами (внешняя сторона датчика), а второй — воздухом из атмосферы (внутренняя сторона датчика). Эффективное измерение состава отработавших газов лямбда-зонд обеспечивает после разогрева до определенной температуры выше 300°C. Только в таких условиях циркониевый электролит приобретает проводимость, а гальваническая ячейка начинает работать. Для работы датчика атмосферный кислород нужен в очень небольшом количестве, поэтому, в целом герметичный для воды, датчик делается таким образом, чтобы немного кислорода попадало внутрь со стороны проводки.

Если при работе двигателя и датчика ионы свободного кислорода присутствуют лишь с внутренней стороны элемента, то есть имеется лишь атмосферный кислород, то разогретая ячейка самостоятельно начинает генерировать ЭДС, а значит, на блок управления с датчика начинает поступать электрический ток с определённым напряжением. Это означает для ЭБУ автомобиля, что смесь была «богатой». На практике этому соответствует примерно 0,8-0,9 вольт. Если свободный кислород появляется в составе выхлопа с внешней стороны датчика, то выработка ЭДС снижается, а если кислорода достаточно много, то полностью прекращается, то есть кислород из выхлопа блокирует работу ячейки. Это означает для ЭБУ, что смесь была «бедной». На практике этому соответствует примерно 0,1-0,2 вольт. Если ЭДС стремится к нулю, то это означает что смесь абсолютно бедная, например в двигатель не поступает топливо. Напряжение с датчика 0,45 вольт считается оптимальным, и свидетельствует, что сжигаемая смесь обладает стехиометрическим соотношением топлива и воздуха.

Конструктивно датчики делятся по числу проводов и наличию подогревательного элемента. Датчики без нагревательного элемента используют 1 или 2 провода, с нагревательным элементом — 3 или 4 провода. Первое поколение датчиков разогревалось лишь от выхлопных газов, поэтому начинало давать сигнал сравнительно поздно после старта двигателя. Появившиеся позже датчики с нагревательным элементом стали выводить датчик в рабочее состояние очень быстро, что отвечало возросшим требованиям экологии, а также позволяло использовать датчик, когда температуры выхлопных газов оказывалось недостаточно.

В начале работы, после запуска мотора, лямбда-зонд не выдаёт показаний, и ЭБУ вынужден использовать только карты впрыска, прописанные в нём. Это режим работы без обратной связи, и коррекции топливной смеси по лямбда-зонду в этом режиме нет. Когда с датчика появляется сигнал, то ЭБУ автомобиля переходит в режим работы с обратной связью, при котором исходные топливные карты корректируются с учётом показаний с лямбда-зонда в режиме реального времени.

Сигнал используется системой управления для поддержания оптимального (стехиометрического, около 14,7:1) соотношения воздушно-топливной смеси.

• λ=1 — стехиометрическая (теоретически идеальная) смесь;
• λ>1 — бедная смесь;
• λ Широкополосный лямбда-зонд [ править | править код ]

Разновидность кислородного датчика.

Основная разница зонда с широким диапазоном измерения по отношению к обычным узкополосным λ-зондам — это комбинация сенсорных ячеек и так называемых накачивающих ячеек. Состав его газового содержимого постоянно соответствует λ=1, что для сенсорной ячейки значит напряжение в 450 милливольт. Содержание газа в зазоре и вместе с ним напряжение сенсора поддерживаются посредством различных напряжений, прикладываемых к накачивающей ячейке. При бедной смеси и напряжении сенсора ниже 450 милливольт ячейка выкачивает кислород из диффузионной полости. Если смесь богатая и напряжение выше 450 милливольт, ток меняет своё направление, и накачивающие ячейки транспортируют кислород в диффузионные расщелины. При этом интегрированный нагревающий элемент устанавливает температуру области от 700 до 800 градусов. Датчик типа LSU при погружении в несгоревшую смесь, содержащую одновременно и топливо и кислород, будет указывать на «избыток воздуха», в отличие от порогового, сигнал которого надо интерпретировать как «избыток топлива».

Выходной сигнал широкодиапазонного датчика зависит от его контроллера управления, может быть токовым или потенциальным. Например, выходной ток контроллера широкополосного датчика I_pn и соответствующие значения λ [2] :

Основным преимуществом широкополосного зонда по отношению к узкополосному является устранение циклического перехода дискретных показаний «бедная смесь — богатая смесь». Блок управления получает информацию о степени несоответствия смеси оптимальному значению, и это позволяет ему точнее и быстрее корректировать смесь для достижения её полного сгорания без свободного кислорода.