Что такое лямбда зонд: назначение, устройство и неисправности

Справочное бюро26 мая 2019 в 17:18

Наверное, каждый автомобилист слышал о таинственном лямбда-зонде, известном также как кислородный датчик. Но не все в курсе, как он устроен и сколь важную функцию выполняет. Итак, что такое лямбда-зонд, по какому принципу работает и из-за чего страдает неисправностями?

Согласно строгому определению, лямбда-зонд или кислородный датчик – это устройство, оценивающее концентрацию кислорода в отработавших выхлопных газах. Казалось бы, зачем «мозгам» двигателя знать, что вылетает наружу? Очень просто – чтобы приготовить оптимальную топливно-воздушную смесь и снизить токсичность выхлопных газов.

При чем тут лямбда?

Название «лямбда-зонд» не случайно происходит от греческой литеры «лямбда» (λ) – в автомобилестроении она обозначает коэффициент избытка воздуха в топливно-воздушной смеси (соотношении топлива и воздуха). Когда ее состав оптимален – а таким принято считать 14,7 кг воздуха к 1 кг топлива – то коэффициент избытка воздуха равен единице, а смесь считается стехиометрической и обеспечивает полное сгорание топлива. В зависимости от коэффициента существует три вида топливно-воздушной смеси – это упомянутая выше оптимальная стехиометрическая, «богатая» с избытком топлива (в данном случае λ < 1) и «бедная» с не оптимально большим содержанием воздуха (λ > 1).

Если датчик увидел наличие свободного кислорода, не вступившего в реакцию, то это означает, что топлива должно быть больше. В противном случае, когда воздуха наоборот мало, требуется сократить подачу горючего.

Двигатели способны работать не только на оптимальной топливно-воздушной смеси, но также на «богатой» или «бедной» – все зависит от целей и задач, к которым относится динамика, экономичность и снижение вредных выбросов. Наименьшее потребление топлива и чистота выхлопа будет при лямбде, равной единице, а на обогащенной смеси двигатель будет развивать оптимальную мощность. Отметим, что заметные отклонения от стехиометрической смеси могут привести к поломкам как выпускной системы, так и двигателя. Раз уж зашел разговор об идеальной топливно-воздушной пропорции, то следует отметить следующее. Двигатель нечасто работает на стехиометрической смеси, но при этом постоянно стремиться к ней. Удерживать «идеальный» состав длительное время невозможно, поскольку на смесеобразование влияет масса факторов. Таким образом, электронный блок управления постоянно регулирует его, удерживая в условно оптимальных рамках.

Где расположен кислородный датчик

Лямбда-зонд находится в выпускном тракте (проще говоря, он вкручен в систему) и соседствует с каталитическим нейтрализатором. У современных автомобилей кислородный датчик установлен как перед ним (называется верхний лямбда-зонд), так и на выходе катализатора (нижний лямбда-зонд). Конструктивно они идентичны, но выполняют несколько разные замеры. Так, верхний датчик отслеживает, сколько кислорода содержится в отработавших газах. Сигнал с него отправляется в электронный управляющий блок двигателя и тот считывает характеристики топливно-воздушной смеси – проще говоря, понимает, стехиометрическая ли она, обогащенная или обедненная. В зависимости от результата, происходит корректировка объемов подаваемого в цилиндры топлива для приготовления смеси с оптимальным составом. Что касается нижнего кислородного датчика, то он нужен для контроля работы каталитического нейтрализатора и более точной корректировки. Отметим, что в стародавние времена гораздо менее строгих экологических норм нижние лямбда-зонды не применялись.

Как устроен кислородный датчик

Наиболее популярны устройства на основе диоксида циркония. Выглядят они как металлический стержень, конец которого скруглен, с проводом. Непосредственно с выхлопными газами контактирует наружный электрод (для этого в защитном кожухе предусмотрены отверстия), в то время как с атмосферой взаимодействует внутренний. Между ними как раз и находится двуокись циркония или твердый электролит. Оба электрода имеют платиновое напыление. Есть и нагревательный элемент, который призван как можно скорее выводить лямбда-зонд на высокую рабочую температуру в районе 300 °С.

Неисправности кислородного датчика

Датчик работает в крайне неблагоприятных тяжелых условиях, находясь в потоке горячих отработавших газов. Водитель узнает о неисправности и дело не в загоревшейся контрольной лампе Check Engine на приборной панели. Выход лямбда-зонда из строя сопровождается увеличением расхода топлива, неустойчивой работой двигателя на холостых оборотах и снижением мощности, а также характерным «бензиновым» запахом из выхлопной трубы – резким и «токсичным». В общем, автомобиль подаст сигнал.

Причины неисправностей кислородного датчика редко провоцируются механическими повреждениями – все-таки он сравнительно неплохо защищен. Наиболее часто лямбда-зонд требует замены из-за износа в процессе эксплуатации, либо загрязнения или обрыва электрической цепи нагревательного элемента. Прикончить датчик может некачественное топливо, технические проблемы, например, сгорание масла из-за плохого состояния маслосъемных колец или антифриз в топливе. Правда, в этом случае проблемы с лямбда-зондом будут наименьшей из сложностей. Бывает, что он работает с перебоями из-за электрического питания и окисления контактов, что отражается на топливно-воздушной смеси и, соответственно, поведении автомобиля.

Можно ли заменить самостоятельно

Как видите, неисправность кислородного датчика не только делает езду на автомобиле проблематичной, но в ряде ситуаций способна повлечь за собой другие поломки. Поменять датчик можно самостоятельно, если до него получиться добраться. Перед этим следует обесточить автомобиль и снять с датчика колодку. Дальше – самое интересное: далеко не всегда удается выкрутить прикипевший лямбда-зонд с первого раза, поэтому следует проявить осторожность, чтобы не сломать. Если вывернуть удалось, то не забудьте перед установкой нового очистить резьбу в выпускной системе.

Подписывайтесь на нас в Facebook и Вконтакте!

Материалы по теме

Лямбда зонд – это датчик, который измеряет уровень содержания кислорода в выхлопных газах автомобиля. На первый взгляд, занятие бесполезное с практической точки зрения и влияющее только на экологичность работы транспортного средства. Однако это не так – прибор обеспечивает максимальный КПД двигателя. Поговорим подробнее, как устроен, как работает и для чего нужен в современных автомобилях датчик концентрации кислорода.

Что такое лямбда зонд

Лямбда зонд (в народе – кислородник) – это датчик, который определяет, сколько кислорода содержится в отработанных выхлопных газах, выделяемых двигателем. Название прибора произошло от греческой буквы лямбда (пишется «λ»). Именно с ее помощью выражают коэффициент содержания кислорода в выхлопах при его подсчете.

Зачем нужен подобный датчик? Он выполняет две функции.

• Контроль эффективности работы мотора. Если в отработанных газах избыток кислорода, значит, реакция окисления бензина (то есть горение) протекает со слабой интенсивностью. Сгорает не весь бензин, его окисляет не весь кислород. Поэтому подачу топлива надо уменьшить. В обратной ситуации, когда кислорода в выхлопах слишком мало, подача горючего увеличивается.
• Обеспечение максимально безвредных выхлопов. В последнее время существенно возросли требования к экологичности отработанных газов. По установленным в большинстве сран мира стандартам нельзя, чтобы в атмосферу попали несгоревшие частицы топлива. Лямбда зонд обеспечивает их полное сгорание.

Таким образом, лямбда зонд осуществляет регулирование состава топливной смеси и тем самым стабилизирует работу мотора.

Принцип работы кислородного датчика

Итак, каков принцип работы датчика? Когда на лямбда-зонд попадают ионы кислорода, он начинает производить слабый электрический ток. Этот ток попадает в электронный блок управления транспортного средства. Он обрабатывает сигнал и в зависимости от полученной в ходе обработки информации меняет состав топливной смеси, которая поступает в цилиндровый блок. Чем выше напряжение датчика, тем меньше впрыск горючего, и наоборот – чем оно выше, тем больше топлива поступает в цилиндровую группу.

Стоит отметить, что без попадания на его поверхность кислорода прибор не может работать совсем. Соответственно, реакция на них должна иметь место и до пуска двигателя. Проблему решают следующим образом:

• датчик размещают таким образом, чтобы до старта мотора он контактировал с атмосферным воздухом;
• в прошивку электронного блока управления вносят программу, которая позволяет устройству в первые секунды работы двигателя не учитывать показания устройства.

Устройство лямбда зонда

Лямбда зонд состоит из следующих конструктивных элементов.

Похожие статьи

• Корпус. Металлический или пластиковый кожух, в котором размещены все компоненты прибора.
• Керамический конус. Представляет собой легированный оксидом иттрия конус из керамики с нанесенными на него ионами платины. Керамика в данном случае выполняет роль изолятора, а иттрий и платина – проводника. Именно эта часть прибора омывается отработанными газами. Часть конуса, которая не соприкасается с выхлопами, контактирует с атмосферным воздухом.
• Защитный кожух. Кожух из пластика, который защищает керамический конус от механических повреждений.
• Нагревательный элемент. Необходим для нагрева легирования из иттрия, так как его корректная работа возможна при температуре от 300 градусов цельсия, а быстро достичь ее одними лишь выхлопными газами бывает трудно.
• Выходные контакты. Контакты, к которым подключают провода, ведущие к электронному блоку управления. Именно с их помощью передаются показания прибора.

На всех моделях машин используется одна из двух наиболее распространенных схем подключения лямбда зонда:

• его размещают в районе выпускного коллектора авто перед катализатором;
• устройство монтируют непосредственно в катализаторе.

Так что проблем с определением места, где он находится, не возникнет.

Виды лямбда-зондов

Лямбда зонды подразделяют на несколько типов в зависимости от различных факторов.

Так, по диапазону измерения кислородный датчик может быть:

• узкополосный;
• широкополосный.

Отличия устройств заключаются в том, что последнее имеет более широкий диапазон измерения. Это позволяет ему более плавно менять состав топливной смеси, что обеспечивает более стабильную и эффективную работу двигателя.

В зависимости от скорости разогрева зонды делят на:

• стандартные;
• быстро разогреваемые (FLO);
• особо быстро разогреваемые (UFLO).

Последние два типа разогреваются гораздо быстрее стандартных устройств, что обеспечивает своевременную передачу полученных данных на электронный блок управления.

В зависимости от наличия дополнительного подогрева лямбда зонд может быть:

• без нагревательного элемента;
• с нагревательным элементом.

Первый тип разогревается исключительно за счет выхлопных газов. Второй подогревает нагревательный элемент. Это помогает быстрее достичь рабочей температуры и стабилизировать функционирование двигателя.

Как проверить лямбда-зонд

Датчик стоит проверить, если появился один из следующих симптомов:

• появление на холостом ходу так называемых плавающих оборотов;
• спад мощности мотора;
• замедленная реакция на нажатие акселератора;
• увеличение расхода горючего;
• частый перегрев мотора;
• хлопки при работе двигателя;
• дерганье во время езды.

Для начала проводят визуальный осмотр. Для этого зонд извлекают из посадочного места, а затем изучают на предмет наличия повреждений. На приборе не должно быть оплавлений и сколов, контакты тоже должны быть целыми.

Если внешний осмотр ничего не дал, стоит провести диагностику напряжения, которое поступает на прибор. Для этого нужно:

• включить зажигание, не производя пуск двигателя;
• отсоединить контакты датчика;
• вольтметром замерить напряжение на контактах подогрева и массы.

Напряжение не должно отличаться от бортового.

Контакт массы – верхний справа, подогрева – верхний слева (если держать разъем защелкой кверху). Следует помнить, что на некоторых моделях авто может быть использована друга распиновка, но на большинстве применяют именно такую.

Также можно замерить сопротивление контактов нагревательного элемента датчика. Оно должно быть равно от 3 до 11 Ом.

Другой способ проверки – замер напряжения на разогретом датчике. Это потребует выполнить следующие действия:

• подключить параллельно выходным контактам лямбда зонда мультиметр в режиме измерения напряжения;
• завести авто и дать двигателю поработать несколько минут.

При нормальном функционировании прибора мультиметр должен показывать от 0,2 до 1 В и обновляться не чаще, чем 1 раз в 10 секунд.

Чтобы понять, правильно работает устройство или нет, лучше совместить все приведенные способы проверки.

Возможные неисправности датчика

Чаще всего у датчика возникают следующие неисправности:

• замыкание каких-либо компонентов прибора;
• механические повреждения напыления на керамическом конусе;
• оплавление одного из элементов устройства.

Нужно учитывать, что срок службы зонда ограничен, поэтому выход из строя может произойти просто потому, что датчик уже отработал свое. В среднем продолжительность работы зонда составляет от 40 до 80 тысяч километров.

При замене можно использовать не только прибор конкретной модели, но и универсальные варианты, которые можно установить на разные автомобили.

Подведем итог

Лямбда зонд – устройство, которое измеряет уровень кислорода в выхлопах машины. Благодаря подаче сигнала на блок управления оно помогает изменить состав топливной смеси и тем самым оптимизировать работу мотора, а также уменьшить вредные выбросы в атмосферу. При поломке прибора падает мощность, увеличивается расход топлива, появляются рывки, хлопки. Проверить и заменить механизм можно и самостоятельно.

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.

Как работает лямбда зонд

Схема работы лямбда зонда

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.

Читайте также:Датчик массового расхода воздуха или ДМРВ, что это такое, как работает и для чего нужно. 

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.

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. 

Читайте также: Что такое ЭБУ (Электронный блок управления) и как оно взаимодействует с лямбда-зондом и другими датчиками. 

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.

Используемые источники:

• https://autorambler.ru/advice/chto-takoe-lyambda-zond-ili-kislorodnyi-datchik.htm
• https://novinki-krossoverov.ru/avto-v-detalyah/ljambda-zond/
• https://avtonov.com/лямбда-зонд/