В наше время автолюбители стали весьма грамотными. Даже владельцы старых «Жигулей» знают такие слова, как ABS, ESP, катализатор, Jetronic, инжектор, лямбда-зонд и другие. Правда, последний термин больше интересует владельцев автомобилей иностранных марок. Случается, что в автомобиле неожиданно падает «тяга», он начинает потреблять бензин, словно «не в себя», опять оштрафовали за углекислый газ, и не ясно, что является причиной этого. А мастера скажут, что «лямбда вышла из строя», и, конечно же, предложат её заменить, однако мало кому понравятся цены. А если замена не принесёт результатов, тогда что делать? Среди знакомых никто не знает, как подступиться к лямбде – это «вещь в себе». И в самом деле, лямбда-зонд – это штука довольно загадочная, но давайте в любом случае попробуем в ней разобраться.
В чём заключается назначение лямбда-зонда
Каталитические нейтрализаторы (или просто – катализаторы) давно узаконились в своём применении из-за жёстких экологических условий. Эти устройства используются для уменьшения содержания вредных веществ в выхлопных газах. Катализатор – это полезная вещь, однако он может быть эффективным только при определённых условиях. Невозможно добиться долгой службы от катализатора без контроля состава топливно-воздушной смеси – именно здесь нам и приходит на помощь такое устройство, как датчик кислорода, или О2-датчик, или лямбда-зонд (ОЗ).
Название датчика произошло от греческой одноимённой буквы, которая в автомобилестроении являет обозначение коэффициента избытка воздуха в топливно-воздушной смеси. Когда состав этой смеси является оптимальным, окно эффективной работы катализатора представляется весьма узким. Обеспечит такую точность можно лишь при помощи использования в сети обратной связи лямбда-зонда и системы питания с электронным или дискретным впрыском топлива.
.jpg)
Лишний воздух в смеси измеряется весьма оригинальным способом - для этого высчитывается количество остаточного кислорода в выхлопных газах. По этой причине лямбда зонд устанавливается во впускном коллекторе перед катализатором. ЭБУ считывает сигналы датчика, который, между тем, оптимизируют состав смеси, изменяя количество подаваемого в цилиндры топлива. На многих автомобилях современного типа имеется ещё один лямбда зонд. Он находится на выходе катализатора. Этим контролируется эффективность работы катализатора и достигается высокая точность приготовления смеси. Описанное выше действие можно увидеть на рисунке 1, который приведён ниже.
Принцип работы лямбда-зонда напоминает принцип работы гальванического элемента с твёрдым электродом, который имеет вид керамики из диоксида циркония. Легирована керамика оксидом иттрия, а на её поверхности распылены пористые токопроводящие платиновые электроды. Один из таких электродов дышит атмосферным воздухом, а второй - выхлопными газами. Лямбда-зонд может эффективно измерять остаточный кислород в отработавших газах лишь после того, как разогреется до температуры не менее 300 или даже в определённых условиях 400 градусов. Проводимость циркониевый электролит приобретёт только в таких условиях, а появление выходного напряжения на электродах лямбда-зонда ведёт разница между количеством кислорода в выхлопной трубе и количеством атмосферного кислорода.
Когда запускается подогрев холодного двигателя, управление топливным впрыском начинает происходить независимо от участия этого датчика, а коррекция состава топливно-воздушной смеси производится по сигналам других датчиков, среди которых датчик температуры охлаждающей жидкости, датчик положения дроссельной заслонки, датчик числа оборотов коленчатого вала и другие. Особенностью циркониевого лямбда-зонда можно считать то, что при небольших отклонениях состава смеси от идеального напряжение на его выходе начинает изменяться скачком в интервале от 0,1 до 0,9 В. Вышеописанные процесс отражён схематично на графике 2.
График 2. Зависимость от коэффициента избытка воздуха напряжений лямбда-зонда после достижения датчиком температуры 500-800 градусов. Буква А обозначает условную точку некоторых средних показаний.
Помимо циркониевых датчиков, существуют ещё графики кислородные, которые выполнены на основе двуокиси титана. Во время изменения содержания кислорода в отработавших газах они изменяют своё объёмное сопротивление. Датчики из титана не способны регулировать ЭДС; у них достаточно сложная конструкция и стоят они, в некоторой степени, дороже циркониевых, поэтому, не смотря на то, что они применяются в некоторых автомобилях, им так и не удалось обрести широкого распространения.
Для того, чтобы повысить чувствительность лямбда-зондов при низких температурах, а также после запуска холодного двигателя, применяется принудительный подогрев. Нагревательный элемент находится внутри керамического датчика и подключается к электрической сети автомобиля.
Конструкция кислородного датчика с подогревом
Конструкция О2-датчика выглядит следующим образом:
- Основание керамическое.
- Контакты НЭ.
- Элемент нагревания НЭ.
- Твёрдый электролит ZrO2 с платиновыми напыленными электродами.
- Кожух защитный с порезами.
- Корпус из металла с резьбой крепления.
- Уплотнительное кольцо.
- Контакты НЭ.
- Выводы датчика.
Если лямбда-зонда даёт неправильные данные
В таких случаях работа ЭБУ начинает происходить по усреднённым параметра, которые имеются в его памяти: состав топливовоздушной смеси в таких обстоятельствах не будет соответствовать идеальным параметрам. В результате расход топлива увеличится в некоторой степени, на холостом ходу неустойчивой может быть работа двигателя, увеличится содержание СО, снизятся динамические характеристики, однако машина при этом останется на ходу. В некоторых автомобилях система ЭБУ очень серьёзно реагирует на отказ лямбда-зонда, и начинает в больших количествах подавать в цилиндры топливо. Запас топлива в баке будет «таять» на глазах, из трубы повалит чёрный дым, зашкаливает содержание углекислого газа, двигатель просто «тупеет». Вполне вероятно, что до ближайшей СТО вам придётся добраться на буксире.
Для лямбды-зонда существует достаточно большой перечень возможных неисправностей, среди которых нельзя самодиагностикой зафиксировать потерю чувствительности и уменьшение быстродействия. По этой причине окончательное решение насчёт замены датчика можно принимать только после того, как будет завершена его тщательная проверка, которую проводить должны специалисты. Особое внимание нужно уделить тому, что нельзя менять лямбда-зонд его имитатором, так как ни к чему хорошему это в итоге не приведёт – ЭБУ просто-напросто не распознает «чужие» сигналы, и не будет их применять для того, чтобы корректировать состав приготавливаемой горючей смеси, то есть, будет попросту их игнорировать.
Если лямбда-зонд находятся в сгоревшем или отключенном состоянии, содержание углекислого газа в выхлопе возрастает от 0,1 до 7 процентов, и не всегда получается уменьшить данные значения, так как может оказаться недостаточно запаса хода винта качества смеси. Несколько хуже дело обстоит в автомобилях, где имеется сразу два кислородных датчика. Если второй лямбда-зонд придёт в неисправность или случится «пробивка» секции катализатора, добиться нормальной работы двигателя станет практически невозможно.
Между тем, самым уязвимым кислородным датчиком автомобиля является универсальный лямбда-зонд от Bosch. Его ресурс в зависимости от исправности двигателя эксплуатационных условий 40-80 тысяч километров. Срок его службы в значительной степени сокращают сбои в системе зажигания, плохое состояние маслосъёмных колец, обогащённая топливно-воздушная смесь, попадание в выпускные трубопроводы и цилиндры антифриза. Ни при каких обстоятельствах нельзя использовать для заправки своего автомобиля этилированный бензин, так как присутствующий в нём свинец будет «отравлять» электроды из платины, и, спустя некоторое количество заправок, датчик полностью выйдет из строя.
Махнём не глядя!
Рекомендованный изготовитель кислородных датчиков и других датчиков, которые сходны по конструкции, являются взаимозаменяемыми. Заменить можно только неподогреваемые датчики на подогреваемые. Однако в этом случае может выявиться проблема несовместимость разъёма или что похожее. Вместо разъёма применять можно стандартные автомобильные контакты, а многие недостающие провода можно в привод положить самостоятельно.
Цветовая маркировка для вывода лямбда-зондов должна отличатся от маркировки, привычной всем, однако у сигнального провода всегда будет тёмный цвет, например, чёрный. Массовый провод может остаться жёлтым, серым или белым. Циркониевые лямбды легко отличаются от титановых зондов при помощи цвета выхода подогревателя – у титанового зонда он всегда только красный. Когда лямбда-зонт трёхконтактный меняют на четырёхконтактный лямбда-зонд необходимо соединять с автомобилем проводом заземления подогревателя или с проводом накальным.
Нежелательно подключаться к катушке зажигания напрямую, так как в цепи её питания может находиться понижающее сопротивление. Подключиться к контактам топливного насоса не так уж просто. Лучше всего будет подключить к замку зажигания реле подогревателя лямбда-зонда.
