Что такое лямбда-зонд в автомобиле
Что это такое в машине? Лямбда-зонд – это специальный датчик остаточного кислорода в выхлопной системе, который постоянно «мониторит» содержание кислорода в выпускном коллекторе. Устройство замеряет количество несгоревшего кислорода или топлива в выхлопном газе. Это необходимо для приготовления оптимальной топливной смеси и снижения выброса вредных веществ в атмосферу.
Многие спрашивают, к какой системе относится лямбда-зонд. Отвечаю. Лямбда-зонд относится к выхлопной системе автомобиля.
Запомните! Лямбда-зонд и кислородный датчик — это одно и тоже.
Как называется лямбда-зонд по-другому? Вот ещё правильные названия этого полезного приборчика: регулятор лямбда, λ-зонд, ЛЗ, O2 датчик, Lambda probe, Oxygen sensor, датчик кислорода, датчик концентрации кислорода в отработавших газах, кислородник.
Почему так назвали этот интересное устройство? Это слово произошло от греческой буквы λ (лямбда), которая в автомобилестроении означает коэффициент избытка кислорода в топливно-воздушной смеси или соотношение воздуха и топлива. А термин зонд от французского слова sonder, которое переводится – исследовать.
Как и что измеряет лямбда-зонд? Замер кислорода происходит весьма интересным методом – определяется остаток этого газа в выхлопном газе. Причём здесь показания довольно точные. Вот поэтому лямбда-зонд и установлен в выхлопной системе.
Когда состав топливно-воздушной смеси идеален (14,7 кг воздуха на 1 кг топлива), то коэффициент избытка воздуха будет равен 1. Это означает, что топливная смесь — стехиометрическая, поэтому происходит её полное сгорание. А всего различают 3 типа топливно-воздушной смеси: стехиометрическая (λ=1), переобогащённая (λ<1) и обеднённая (λ>1).
Отмечу, что мотор может работать на любом из этих типов топлива, всё зависит от множества факторов. К примеру, на «богатой» смеси мотор будет работать на полной мощности, но и потребление топлива здесь будет максимальным. А если топливная смесь оптимальная, то потребление горючего и выбросы токсичных газов будут минимальны. Но если отклонения от стехиометрической смеси будут высокие, то это приведёт к поломке ДВС и выпускной системы.
На практике мотор не всё время работает на оптимальной топливно-воздушной смеси, но он безостановочно стремится к этому. Постоянно обеспечивать идеальные пропорции смеси невозможно, слишком много факторов на это влияет. Регулирование состава смеси обеспечивает ЭБУ – электронный блок управления.
Сколько лямбда-зондов в автомобиле? Один, два или четыре. Они требуются для обеспечения высокой точности анализа выхлопных газов, чтобы обеспечить приготовление оптимальной топливной смеси и контроль эффективности катализатора. Наличие двух датчиков увеличивает расходы на обслуживание, потому что стоят они недёшево, а менять их рекомендуют каждые 3 года эксплуатации автомобиля.
Если кислородный измеритель зафиксировал повышенное содержание кислорода, то значит, что надо добавить больше топлива. А если наоборот – то надо уменьшить его подачу.
Рассмотрим подробнее, какое назначение датчика кислорода и где он расположен.
Где находится лямбда-зонд
Чтобы выяснить расположение и количество кислородных датчиков в автомобиле, можно заехать на станцию техобслуживания, где после диагностики вам выдадут снимок дна с отмеченными кислородниками. Если вам хочется сэкономить деньги, то ознакомьтесь ниже с полезной информацией о расположении лямбда-зондов.
Датчики кислорода устанавливают как под днище машины, так и под капотом.
Если ваш авто был выпущен более 15-20 лет назад, то вероятнее всего у него только 1 лямбда-зонд. Ну а если автомобиль относительно новый, то в нём 2 или 4 кислородных датчика.
Теперь перейдём к объёму мотора, от этого будет зависеть количество лямбда-зондов.
- Если он менее 2 литров, то в машине 2 датчика. Один под капотом, а другой под днищем.
- Если объём двигателя более 2 литров, то в автомобиле 4 лямбда-зонда (на 4 выхода). Первые 2 находятся под капотом, а два других – под днищем.
Чтобы вживую увидеть, где установлен лямбда-зонд, надо выполнить следующие действия:
- Следует открыть капот автомобиля.
- Определите, где находится двигатель. Как правило, он расположен примерно посередине, сверху он закрыт пластмассовой крышкой с названием марки авто.
- Найдите, где находится выпускной коллектор. Это трубы большого размера, которые находятся у мотора.
- На этом коллекторе вы должны найти маленькую цилиндрическую деталь длиной 6-7 см. Поздравляю, вы нашли лямбда-зонд. Если их 2, то один будет слева, а второй – справа.
- Другой лямбда-зонд находится в выпускной системе, под днищем автомобиля. У каждой модели месторасположение различается. Если их там 2, то один стоит перед катализатором, а второй – после него.
Теперь рассмотрим, какие бывают лямбда-зонды.
Замена лямбда-зонда
В замене нет ничего сложного. Перед проведением работ поставьте машину на подъемник, а также купить новое устройство. Примерный алгоритм замены детали рассмотрен ниже.
- Датчик крепится перед катализатором в выхлопном коллекторе автомобиля под капотом. Если в системе установлено два устройства, то первое крепится перед катализатором, а второе – после него. Современные коллекторы защищены с помощью металлической пластины – перед заменой ее необходимо снять, чтобы получить доступ к лямбда-зонду (одному или двум). Для демонтажа защитной пластины используйте шуруповерты.
- Теперь прогрейте двигатель автомобиля до температуры 80-90 градусов. Так будет легче открутить старый датчик (на автомобиле он сидит плотно). При нагреве происходит небольшое расширение металла, что позволит легче открутить деталь. Долго прогревать двигатель не нужно. Оптимальный вариант – запустите движок и дождитесь температуры 80-90 градусов, несколько минут прогрейте двигатель и выключайте зажигание.
- С помощью гаечного ключа отсоедините отрицательно заряженную клемму на аккумуляторе автомобиля. Гайки на электрических элементах не затягиваются сильно, поэтому с их отсоединением проблем быть не должно. Как ослабите гайку, отведите клемму в сторону, чтобы полностью обесточить электрические элементы автомобиля.
- Найдите на выхлопной системе лямбда-элемент и аккуратно отсоедините электроразъем. В разъеме старый датчик кислорода сидит плотно, но не туго, поэтому Вы легко сможете отсоединить устройство с помощью нескольких движений руками. Разъем следует развести в сторону, чтобы они располагались друг от друга на расстоянии минимум 20-30 сантиметров.
- Теперь выполняется самый сложный этап работ – фактический демонтаж прибора. Для проведения работ рекомендуется приобрести насадку с удлинителем, которая позволяют упростить работу. Присоедините насадку к лямбда-зонду, вращайте насадку против часовой стрелки, чтобы ослабить крепление. Возьмите гаечный ключ и ослабьте гайку на выхлопной трубе, а потом аккуратно вытащите кислородный датчик.
- От старого устройства можете избавиться – оно Вам больше не понадобится. Полезных запчастей и деталей оно не содержит. Возьмите в руки новый лямбда-зонд и обработайте его резьбу с помощью любого хорошего смазочного материала (например, это может быть медная паста). Применение смазки позволяет упростить монтаж устройства, а также серьезно снизит риск повреждения резьбы на выхлопной трубе.
- Теперь возьмите новый датчик в руки и закрепите его до упора в отверстие на трубе. Для монтажа можно не использовать насадку с удлинителем – установки от руки будет достато. С помощью ключа затяните гайку, чтобы надежно закрепить деталь в отверстие. Но не переусердствуйте! Если перестараетесь, то в будущем снимать лямбда-элемент будет сложно, что создаст много ненужных проблем.
- Подсоедините новую запчасть к электроразъему, ведущему к двигателю. Возьмите в руку “вилочный” конец лямбда-зонда, обработайте его с помощью спрея для зачистки электроники и вставьте в электроразъем мотора. Получившуюся конструкцию рекомендуется зафиксировать с помощью хомутов. Также можете положить их на специальную “полочку”, выполненную в виде свисающих крючков-опор (они есть на всех современных автомобилях).
- На завершающем этапе установите обратно металлическую пластину, подключите минусовую клемму к аккумулятору. Сбросьте настройки или обновить память на электронном блоке, который управляет работой двигателя. Обнулить настройки можно на управляющей панели или с помощью программы на смартфоне, если Ваш ЭБУ поддерживает такую функцию. Чтобы активировать датчик, снимите машину с эстакады и проедьте на ней несколько десятков километров. После этого устройство начнет функционировать в обычном режиме.
Работы рекомендуется проводить в плотных чистых перчатках. Многие элементы выхлопной системы будут горячими (перчатки помогут не обжечься). Также перчатки помогут защититься от разрядов электрического тока на этапе демонтажа клеммы.
От какого производителя выбрать универсальный лямбда-зонд
Если вы выяснили, что лямбда-зонд на вашем авто требует замены, не торопитесь бежать в ближайший магазин и выбирать новый датчик из тех, что есть в наличии. Обратите внимание, что производители часто заявляют об универсальности выпускаемых ими датчиков и указывают на абсолютную совместимость того или иного устройства с любым транспортным средством. В чем же кроется опасность приобретения такого товара?
Все очень просто – несовместимость датчика с вашим автомобилем может проявиться не сразу, а спустя какой-то период времени. Эти устройства разных автомобилей имеют различную конструкцию. Они отличаются резьбой, наличием предварительного подогрева, предусмотренным количеством проводов, а также разъемами для соединения. Одинаковым является только принцип работы и основной элемент.
Именно поэтому специалисты рекомендуют отдавать предпочтение оригинальным датчикам, которые имеют маркировку, идентичную обозначениям на сломанной лямбде. Сэкономить свои средства можно путем приобретения универсального датчика, разработанного специально для определенной марки авто.
Какой лямбда-зонд лучше выбрать? Предлагаем ознакомиться с небольшим перечнем проверенных производителей, у которых можно купить лямбда-зонд хорошего качества:
- Bosch.
Это крупнейший мировой бренд. Поставки товара измеряются сотнями тысяч единиц, которые производятся в 150 странах мира. Помимо изготовления запчастей, компания осуществляет обслуживание транспортных средств, а также занимается разработкой программного обеспечения. Товары Bosch занимают около четверти вторичного европейского рынка автозапчастей. По прогнозам экспертов компании, сфера влияния расширится в ближайшие годы еще больше за счет обслуживания грузового транспорта и производства высокотехнологичных деталей.
Среди автозапчастей Bosch каждый владелец авто может найти подходящую к своему ТС деталь. Ассортимент представлен большим количеством устройств ходовой, тормозной системы, рулевого управления, электроникой, элементами топливной системы, расходниками, оптикой, мультимедийной техникой, а также элементами охладительной системы. Наибольшей популярностью среди автовладельцев пользуются стартеры, датчики, аккумуляторы, генераторы, бензонасосы и лампы – эти детали считаются лучшими не только в Европе, но и в Америке, и в Азии.
Все оригинальные запчасти Bosch оснащены отличительной наклейкой KeySecure System, прочитать которую можно при помощи телефона со специальным приложением. Еще одна метка – наклейка с голограммой и защитным кодом. Последние цифры кода на ней должны совпадать с последними символами номера запчасти.
- Denso.
Этот бренд входит в число самых известных производителей элементов системы зажигания, топливной системы, электрики, электроники и расходников. Согласно статистике, у 90 % автолюбителей установлен хотя бы один элемент производства этой компании. Предприятие тесно взаимодействует с автоконцернами, а также имеет филиал Denso Aftermarket, успешно функционирующий на вторичном европейском рынке.
Линейка продуктов бренда Denso включает в себя множество различных наименований: топливные системы, электрические компоненты авто, стеклоочистители, элементы системы безопасности и информационной системы, а также систем кондиционирования воздуха и охлаждения, свечи накала и т. д. Именно широкий ассортимент и высокое качество деталей являются факторами, определяющими выбор автолюбителей.
Для того чтобы отличить оригинальную деталь Denso от подделки, следует обратить внимание на наличие особых металлических наплавов, а также оценить качество сварки и резьбы. Электроды поддельных свечей будут отличаться от электродов оригинального продукта тем, что имеют несколько больший размер. Еще один признак подделки – матовый наконечник. Не стоит также игнорировать буквенные и цифровые обозначения: на оригинальных деталях надписи не сотрутся даже очень твердым предметом.
- NGK.
Это довольно известный производитель свечей зажигания, лямбда-зондов и свечей накала. Подразделение NGK в Европе занимается торговлей и налаживанием взаимодействия с ведущими автоконцернами. Установлено, что около 85 % автопроизводителей используют запчасти NGK в процессе сборки авто.
Комплектующие компании стали использовать в Европе относительно недавно. Предприятие поставляет на рынок самые разные запчасти, но наибольшей популярностью пользуются свечи. Все, кто сталкивался с продукцией бренда, отмечают постоянно высокое качество изделий. NGK занимает стабильно высокое положение на рынке автомобильных комплектующих. Около 50 % выпускаемых в мире авто в первичной комплектации имеют свечи этой фирмы.
Оригинальная продукция NGK имеет характерные особенности, благодаря которым высококачественную деталь можно отличить от подделки (качество полиграфии, высокая стоимость, правильное расположение и геометрия бокового и центрального электрода, качественная накатная резьба, наличие кода на грани, плотная посадка уплотнительного кольца и т. д.).
- Profit.
Это бренд чешской компании, которая производит бюджетные запчасти для различных транспортных средств. В отличие от вышеперечисленных фирм, Profit производит комплектующие менее высокого качества, что, разумеется, отражается на мнении автовладельцев.
Ассортимент продукции Profit состоит из следующих наименований: амортизаторы, элементы тормозной системы, шаровые опоры, стойки стабилизаторов, кузовные детали, фильтры, насосы, детали рулевого механизма, подшипники, детали трансмиссии, крепежные элементы, запчасти системы зажигания и т. д. Стоит отметить, что запчасти этой компании нередко собирают отрицательные отзывы пользователей. Наиболее популярными и качественными деталями считаются тормоза, амортизаторы и салонные фильтры.
В целом качество запчастей Profit соответствует их небольшой стоимости, поэтому комплектующие от чешского бренда могут подойти, скорее, в качестве временной замены вышедшей из строя детали. Если вы хотите установить надежный датчик, который будет исправно работать на протяжении долгого времени, лучше выбрать более качественный вариант.
Принцип работы лямбда-зонда
Как я уже говорил ранее, лямбда-зонд измеряет только количество кислорода в отработавших газах. Через сколько минут начинает работать лямбда-зонд? Всё зависит, как он быстро прогреется до температуры 300-350°С. Если в нём есть нагревательный элемент, то кислородник начнёт работать значительно быстрее. Именно при повышенной температуре электролит λ-зонда начинает проводить электричество.
Что делает лямбда-зонд? Датчик производит эффективное измерение остаточного кислорода и сравнивает его объём с эталонным значением. При отклонении он начинает генерировать пониженное или повышенное выходное напряжение на электродах, что передаётся в электронный блок управления. На основе этих данных в горючее либо обедняется, либо обогащается.
А как же быть с тем, что после поворота ключа зажигания лямбда-зонд не работает, пока не прогреется? Коррекция состава топливно-воздушной смеси происходит на основе сигналов с таких лямбда-зондов , как обороты коленчатого вала ДВС, температура антифриза и положение дроссельной заслонки.
Расскажу более подробно о самом принципе работе устройства. Поскольку в кислороде находятся отрицательные ионы, они накапливаются на электродах с платиновым напылением. Когда температура лямбда-зонда достигает отметки 350°C, то разность потенциалов на электродах формирует напряжение.
Если кислорода в выхлопе много, то смесь считается бедная. Когда происходит сравнение с содержанием O2 с содержанием его в атмосфере, то формируется небольшая разность потенциалов. Образуется невысокое напряжение, которое равно 0,1-0,4 В.
Если кислорода в выхлопных газах мало, то смесь считается богатая. В этом случае формируется высокая разность потенциалов. Напряжение в этом случае достигает отметки 0,5-0,9 В.
Что происходит дальше? Первый (верхний, передний) лямбда-зонд в автомобиле передаёт указанное напряжение в ЭБУ двигателя. Причём первый лямбда-зонд считывает количество кислорода 3 раза в секунду. Система управления без остановки стремиться выставить среднее напряжение, которое составляет 0,4-0,6 в при значении остаточного кислорода равному единице.
А поскольку работа мотора происходит в разных режимах, то напряжение изменяется как больше, так и меньше среднего значения. Узкополосный датчик может выявить лишь большие отклонения содержания кислорода в отработавших газах. При этом возникает скачок напряжения от 0,1 В до 0,9 В.
Второй (задний, нижний) лямбда-зонд работает по похожему принципу, как и первый. Поскольку он стоит сразу после катализатора, то содержание кислорода в выхлопе остаётся на одном и том же уровне. Это происходит благодаря постоянному напряжению, которое всегда удерживается в границах от 0,4 В до 0,6 В. Если этот λ-зонд или катализатор выйдет из строя, то мотор начнёт работать нестабильно во всех случаях.
ЭБУ на основе данных об объёме воздуха, который попал во впускной коллектор и данных с датчика абсолютного давления, решает, какое количество топлива впрыснуть в цилиндры мотора через форсунки. А данные с лямбда-зонда помогают ЭБУ «понять», прибавить или убавить количество горючего, чтобы автомобиль работал как надо.
Вообще работа λ-зонда по времени не линейна, значения меняются очень быстро, поэтому системе управления приходится постоянно оптимизировать топливную смесь. Мотор очень редко работает на 100% стехиометрической смеси, но система пытается всё время достичь эталона.
Кислородный датчик не выявляет информацию о том, какое количество кислорода в выхлопе, он лишь считывает данные о том, имеется ли свободный кислород в газах или нет. Наличие кислорода в топливной смеси говорит о том, что бензина в ней должно быть больше, потому что некоторая часть воздуха не вступила в окислительную реакцию.
https://www.youtube.com/watch?v=XJr1aP9NZGM
И наоборот, если свободного кислорода будет мало, а топлива больше, чем нужно, то выхлоп будет грязный, что приведёт к возникновению сажи. Если λ-зонд будет работать правильно, то разница между стехиометрическим и реальным составом топливной смеси будет минимальна. Смесь, грубо говоря, постоянно пребывает в условно-обогащённом и условно-обеднённом состоянии.
Если взять график вольтажа с лямбда-зонда, то он будет иметь вид синусоиды с резким скачками вверх и вниз. Топливо в смесь то добавляется, то перестаёт поступать.
Если же лямбда-зонд работает некорректно, то электронный блок управления будет работать по средним значениям, которые записаны в устройстве – аварийной карте. Сразу после этого на приборной панели загорится лампочка Check Engine. Разумеется, состав топливной смеси будет далёк от идеального.
Из-за этого бензин начнёт улетучиваться на глазах, холостой ход авто будет нестабильный, ухудшится разгон. А в некоторых моделях из выхлопной трубы может валить чёрный дым и мотор работает чересчур тормознуто, поэтому придётся добираться до техстанции техобслуживания на буксире.
Причины неисправности датчика кислорода
Перечислю распространённые причины поломки лямбда-зонда:
- Заправка некачественным или этилированным бензином. Особенно вредно для авто, если в топливе много свинца. Свинец уничтожает платиновые электроды устройства за несколько заправок.
- Если при установке лямбда-зонда применялся нетермостойкий силиконосодержащий герметик. При высоких температурах он вулканизируется.
- Перегрев устройства из-за проблем с зажиганием. Это приводит к уменьшению ресурса λ-зонда.
- Слишком часто пытались завести мотор. В конце концов это приведёт к попаданию горючего в выпускной коллектор.
- Охлаждающая жидкость попала в выхлопную систему.
- Проблемы с контактами кислородного датчика (обрыв сигнальных или питающих проводов, нарушение изоляции, окисление, замыкание на массу цепи λ-зонда).
- Плохая герметичность в выхлопной системе. К примеру, это может произойти из-за прогорания прокладки между каталитическим нейтрализатором и коллектором.
- Поломка цепи подогрева. Датчик в этом случае сможет возобновить работу при его нагреве выхлопными газами до нужной температуры.
- Замыкание лямбда-зонда. λ-зонд придётся заменить на новый.
- Загрязнение кислородного датчика. Со временем лямбда-зонд будет загрязняться продуктами сгорания горючего. Это может привести к некорректной передаче данных с датчика. Поэтому λ-зонд через определённое время меняют на новый, желательно оригинальный.
- Механическое повреждение устройства. Как правило, оно появляются при поездках по бездорожью, авариях или некачественном ремонте автомобиля.
- На наконечник лямбда-зонда попала жидкость или посторонний предмет.
- Чистка корпуса λ-зонда средствами, которые для этого не подходят.
- Попадание масла в систему выхлопных газов из-за изношенных маслосъёмных колец (или колпачков).
Сильно уменьшает ресурс датчика состояние других деталей ДВС. Это «убитое» состояние маслосъёмных колец, слишком богатая смесь, попадание антифриза (охлаждающей жидкости) в цилиндры. Если при исправном устройстве количество углекислого газа не более 0,3%, то при выходе λ-зонда этот показатель может достигать 7%.
Если выходят из строя оба датчика кислорода, то машина может выйти из строя – придётся вызывать автоэвакуатор.
Проверка осциллографом
Этот измерительный прибор имеет преимущество в возможности выявления времени между однообразными изменениями выходного напряжения. Этот показатель должен быть не более 120 миллисекунд.
Как проверить датчик осциллографом?
- Соединяем щуп измерительного устройства с сигнальным проводом.
- Сигнал λ-зонда всегда проверяется при работающем прогретом двигателе. Заводим и прогреваем мотор.
- Повышаем число оборотов до 2500—2600.
- При температуре 25 по Цельсию сопротивление будет составлять 2-14 Ом (как правило, об этих значениях указывает производитель устройства лямбда-зонда).
- Затем надо проверить напряжение, которое подведено к нагревательному элементу: при работающем моторе и подключённом разъёме оно должно быть не меньше 10,5 В. Если этот показатель меньше, то следует проверить напряжение проводов и АКБ.
Отмечу, что осциллограф может показать наибольшее число поломок лямбда-зонда.
Применять профессиональный осциллограф вовсе не нужно, можно применить специальную программу на ноутбуке.
На этом рисунке изображён график правильной работы кислородного датчика. На сигнальный провод транслируется сигнал в виде ровной синусоиды в допустимых границах. Небольшие изменения указывают на то, что датчик постоянно проверяется.
На нижеуказанных рисунках изображены графики неисправного датчика.
Циркониевый
Это самый популярный тип кислородного датчика. Изготавливается на основе диоксида циркония (ZrO2). В состав этого устройства входит керамическая составляющая, легирована оксидом иттрия. Сверху он покрыт платиновыми электродами, которые играют защитную роль, а также проводят электрические импульсы. Платиновые токопроводящие пористые электроды дополнительно являются катализатором окислительных восстановительных реакций.
Внешняя часть циркониевого датчика взаимодействует с нагретыми выхлопными газами, а внутренняя – с окружающим воздухом. Лямбда-зонд хорошо защищён от воды, но в него попадает немного воздуха (это необходимо для корректной работы).
Принцип работы циркониевого лямбда-зонда основан на работе гальванического (либо твёрдооксидного) топливного элемента с твёрдым электролитом. Такой лямбда-зонд может выявить только относительное количество кислорода в топливе.
Обращу ваше внимание, что такой датчик начинает проводить импульсы только при его нагреве более 300-400°C. И таким образом, если указанная температура не будет достигнута, то циркониевый лямбда-зонд будет выдавать ошибку, пока не прогреется. Керамический изолятор с нагревателем позволяет лямбда-зонду прогреться быстрее. Датчик из циркония устанавливается перед каталитическим нейтрализатором.
Внимание! Если нагреется до температуры более 950°C, то он перегреется и выйдет из строя.
Лямбда-зонд сам по себе создаёт положительное или отрицательное напряжение. А опорное напряжение в нём – 0,45 В. Оно имеет меняющийся диапазон от 0,1 В до 0,9 В. Главное отличие циркониевого датчика от титанового — в способности самостоятельно создавать напряжение.
Важно знать, что к такому датчику нельзя присоединять какие-либо сторонние провода, потому что в изоляции находятся каналы, по которому проходит эталонный кислород. В ином случае кислородный датчик будет некорректно работать.
