Устройство и схема подключения датчика лямбда зонда/кислорода, причины поломок

Основные виды лямбда-зондов

В конструкции современного автомобиля могут присутствовать следующие лямбда-зонды:

1. Циркониевый.

Самая популярная модель, которая изготавливается на основе диоксида циркония.

Работает рассматриваемый элемент по принципу гальванического элемента с твердым электролитом в виде специального наконечника.

Изготовленный из керамики и циркония наконечник со всех сторон покрыт защитными пластинами из пористых платиновых электродов, которые выполняют роль проводников тока. Стоит отметить, что свойства электролита активизируются только при нагреве диоксида циркония выше +350 °C. Получается, что лямбда-зонд будет выдавать ошибку, если не прогреется до определенной температуры. Быстрый нагрев устройства осуществляется благодаря встроенной нагревательной конструкции с керамическим изолятором.

Обратите внимание! Повышение температуры до +950 °C может привести к перегреву датчика и его дальнейшей поломке.

Посредством прохождения через небольшие просветы в защитном кожухе выхлопные газы поступают к наружной части наконечника. Воздух, в свою очередь, проникает внутрь датчика через специальную пройму в корпусе устройства или пористую уплотнительную крышку.

Разница потенциалов формируется благодаря перемещению ионов кислорода по электролиту между наружным и внутренним платиновыми электродами.

Напряжение на электродах обратно пропорционально объемам кислорода в выхлопной системе.

При наличии оповещения, поступающего от датчика, блок управления выравнивает содержание компонентов топливовоздушной смеси. Напряжение, поступающее от лямбда-зонда, каждую секунду меняется по несколько раз, что позволяет оптимизировать состав смеси независимо от режима работы ДВС.

В зависимости от количества проводов лямбда-зонды из циркония делятся на несколько групп:

• однопроводные – оснащены одним сигнальный проводом, при этом контакт на массу осуществляется через корпус;
• двухпроводные – имеют сигнальный и заземляющий провода;
• трех- и четырехпроводные – подразумевают наличие системы нагрева, а также подведенных к ней управляющих и заземляющих проводов.

2. Титановый.

Внешне схож с циркониевым, но в данном случае чувствительная деталь датчика изготовлена из диоксида титана. Объемное сопротивление устройства меняется с учетом изменения количества кислорода в смеси: от 1 кОм при богатой смеси до более 20 кОм при бедной. Вместе с этим меняется проводимость титанового элемента, о чем лямбда-зонд сообщает блоку управления. Эффективность датчика рассматриваемого вида достигается только при температуре +700 °C, поэтому без нагревательного элемента здесь не обойтись.

Титановый лямбда-зонд имеет высокую цену и сложную конструкцию, что отрицательно сказывается на популярности данных устройств.

3. Широкополосный.

В отличие от вышеописанных моделей, широкополосные приборы имеют конструкцию, состоящую из двух камер: измерительной и насосной.

В измерительном отсеке поддерживается такой состав газов, при котором лямбда равна единице. Что касается насосной камеры: если мотор работает на бедной смеси, камера убирает лишний кислород из диффузионного зазора в атмосферу, а если на богатой – пополняет диффузионное отверстие недостающим кислородом из внешней среды. Направление тока для перемещения кислорода в разные стороны меняется, а его величина пропорциональна объемам бесцветного газа.

Нормальное функционирование широполосных датчиков возможно при температуре +600 °C, что достигается за счет работы нагревательного элемента в датчике.

Широкополосные датчики кислорода детектируют лямбду от 0,7 до 1,6.

Признаки и причины неисправности лямбда зонда

Согласно статистике датчики кислорода выходят из строя постепенно, поэтому выявить его неисправность можно, если вовремя обратить внимание на следующие «симптомы»:

• Обороты на холостом ходу начали падать или «плавать».
• Автомобиль дергается, а после запуска мотора слышны нехарактерные для двигателя хлопки.
• Снизилась мощность мотора и при нажатии на педаль газа наблюдается замедленная реакция.
• Двигатель сильно перегревается, а расход топлива увеличился.
• Изменился запах в выхлопной трубе (выхлопные газы стали более токсичными).

В результате вышедшего из строя датчика качество топливной смеси, попадающей в камеру сгорания, ухудшается, из-за чего нарушается отлаженная работа двигателя. Причин для этого может быть множество:

• Неправильная работа цепи накала или пониженная чувствительность наконечника датчика.
• Низкокачественное топливо с высоким содержанием железа, свинца, частиц нефтяного распада и прочих вредных включений. Все эти вещества налипают на платиновые электроды, что приводит к неисправности датчика.
• Проблемы с системой подогрева лямбда зонда. Если подогрев перестал функционировать как нужно, то датчик кислорода будет выдавать неточные данные.
• Перегрев корпуса регулятора. Такое происходит, если неправильно установить угол опережения зажигания.
• Изношенные маслосъемные кольца. В этом случае в выхлопную трубу попадает моторная жидкость, которая воздействует на лямбда зонд.
• Если часто производится многократный запуск двигателя.
• Использование герметиков (особенно силиконовых) для установки лямбда зондов.
• Нарушен уровень компрессии в цилиндрах двигателя. В этом случае горючая смесь сгорает неравномерно.
• Забитые бензиновые форсунки двигателя.

Основные типы устройств

Сегодня можно выделить несколько типов кислородных датчиков. Все они могут отличаться по нескольким критериям:

• по числу проводов — от 1 до 6;
• по организации сенсорного элемента (есть два вида — пластинчатые и пальчиковые);
• по крепежу в выхлопной трубе — фланцевые или на резьбе;
• по диапазону измерений параметра лямбды — широкополосные (измерение производится в диапазоне от 0.7 до 1.6) или узкополосные, контролирующие уровень лямбда на уровне выше единицы.

Каждый из типов устройств имеет свои особенности.

Одно контактные устройства.

Оборудованы одним сигнальным проводом. Именно по нему передается сигнал, генерируемый устройством.

2-контаткные датчики.

Оборудуются двумя проводами. Один является сигнальным, а второй выполняет функцию заземления через корпус устройства.

С помощью заземляющего проводника можно точно определить показатели сигнального провода.

3-контактные.

Здесь предусмотрен сигнальный провод, один «массовый» провод и третий провод, направляемый к нагревательному устройству.

Особенность таких датчиков — быстрое достижение нужной температуры, повышенный период службы устройства, а также меньшие требования к выхлопной системе.

Нагревательный элемент, который монтируется в системе, имеет мощность 12 или 18 Вт.

4-контактные – устройства.

В них предусмотрено четыре провода:

• сигнальный проводник,
• провод,
• питающий нагревательное устройство;
• третий провод — «земля»;
• четвертый провод — может использоваться для решения каких-либо других задач (в зависимости от системы управления автомобиля).

ПОПУЛЯРНОЕ У ЧИТАТЕЛЕЙ: Как заполнять Европротокол при ДТП

Может быть такое положение контактов.

К примеру, его можно использовать в качестве заземления или же для питания нагревательного элемента.

Особенность современных лямбда-зондов в том, что они взаимозаменяемы и имеют схожую конструкцию.

К примеру, можно менять датчики с подогревом на устройства без подогрева. При этом возможны проблемы с разъемами или невозможностью запитать устройство.

В случае нехватки проводов их можно проложить самостоятельно, а в качестве разъема использовать контакты автомобиля.

Маркировка может отличаться, но провод подачи сигнала всегда окрашивается в черный цвет.

«Масса» может быть желтой, серой или белой.

Как обойти лямбда-зонд?

Для обхода кислородного регулятора можно использовать обманку — механическую либо электронную. В первом случае речь идет об установке так называемой проставки или втулки вместо катализаторного устройства. Этот элемент монтируется между самим контроллером и выхлопной трубой. Размеры устройства должны быть определенными и соответствовать конкретной марке авто

Для более качественной работы важно, чтобы втулка была изготовлена из теплоустойчивой стали либо бронзы

В самой проставке необходимо сделать отверстие сверлом на 2 мм, через него отработанные газы будут проходить в обманку. Во втулку ставится керамическая крошка, ее надо заранее обработать каталитическим спреем. Химическое воздействие выхлопных газов с этим материалом приведет к окислению, соответственно, будет снижена концентрация вредоносных элементов на выходе. В итоге это станет причиной того, что информация с двух контроллеров будет разной, а микропроцессорный модуль воспримет это как штатную работу катализаторного устройства.

Пример схемы для создания механической обманки лямбды

Для монтажа обманки выполняются следующие действия:

1. Автомобиль загоняется в гараж с ямой либо на эстакаду.
2. От АКБ отключается клеммный зажим.
3. Производится демонтаж кислородного контроллера.
4. Устанавливается проставка, подключается аккумуляторная клемма.
5. Производится запуск мотора. Если микропроцессорный модуль выдает ошибку, процедура демонтажа и установки повторяется.

Этот тип обманки самый экономичный, он оптимально подойдет для использования в любом типе авто. Реализация электронных обманок более сложная.

Чтобы соорудить такое устройство, потребуются следующие детали:

• неполярный конденсаторный элемент К10-17Б, емкость устройства должна составить 1 мкФ;
• резисторный элемент С1-4, он должен быть рассчитан на 0,25 Вт, 5%;
• паяльник с припоем и канифолью;
• изолента;
• канцелярский нож.

Монтаж обманки производится на проводники, идущие от контроллера к колодке. Сам разъем в некоторых моделях авто может располагаться в тоннеле между креслами водителя и пассажиром. Его место установки может быть в подкапотном отсеке или под центральной консолью, этот момент надо уточнить. Конденсаторное устройство рекомендуется монтировать сразу от коннектора перед резисторным элементом. Прежде чем выполнять задачу, необходимо отсоединить отрицательную клемму от АКБ.

Схема электронной обманки для кислородного регулятора

После осуществления подключений все компоненты надо качественно заизолировать. Оптимальнее всего установить всю схему в пластмассовый корпус и эффективно закрыть коробку, для этого залить эпоксидной смолой. Соединение проводников рекомендуется сделать там, где гофра отключается. Затем закрыть место изоляции.

Также допускается использование специальных приборов — эмуляторов. Но это не обманка. Такое устройство позволит обеспечить качественную работу микропроцессорного модуля, но не обойти его. Блок управления, установленный внутри эмулятора, позволит оценить качество отработавших газов и проанализировать работу первого контроллера. Затем устройство формирует импульс, соответствующий сигналу со второго контроллера.

Для решения проблемы можно перепрошить микропроцессорный модуль. Принцип заключается в том, что после выполнения задачи управляющий блок не станет учитывать импульсы от контроллера за катализаторным устройством. Модуль будет ориентироваться на сигналы регулятора, расположенного перед ним. Проблема состоит в том, что найти заводскую прошивку почти невозможно.

 Загрузка …

Как работает лямбда зонд

Тут тоже много заблуждений. Даже Википедия дает не совсем корректную информацию. Вот цитата:»Лямбда-зонд (λ-зонд) — датчик остаточного кислорода. Позволяет оценивать количество оставшегося несгоревшего топлива либо кислорода в выхлопных газах.»

Получилось два предложения, которые противоречат друг другу и ещё больше запутывают начинающих автомобилистов.

Так что он оценивает? Остаточный кислород? Или остаточное несгоревшее топливо?

На самом деле лямбда зонд понятия не имеет сколько там несгоревшего топлива! Потому что он предназначен не для этого. И даже не для определения количества остаточного кислорода в выхлопных газах.

Он всего лишь сравнивает количество кислорода в выхлопных газах с количеством кислорода в окружающей среде в том месте, где находится автомобиль. Ведь мы знаем, что количество кислорода в окружающей среде не везде одинаково.

В общем, на простом языке — Лямбда зонд сравнивает количество кислорода в окружающей среде с количеством кислорода в выхлопных газах! По этой разности можно судить сколько кислорода сгорело в камере сгорания двигателя. Если кислорода в выхлопных газах много, значит смесь была обеднена и в следующем цикле ЭБУ прибавит топлива, чтобы сгорело больше кислорода.

Этот цикл повторяется постоянно и топливовоздушная смесь благодаря этому находится в районе стехиометрии. Именно в РАЙОНЕ стехиометрии — чуть выше, чуть ниже, чуть выше, чуть ниже. На графиках это выглядит как пила

Посредине этой пилы, как раз и есть стехиометрия. Именно по этому сигналу происходит топливная коррекция и выглядит она, естественно, тоже, как пила

Как видим, блок управления двигателем выполняет топливные коррекции строго по сигналу лямбда зонда. Всё как бы в зеркальном отражении — сигнал лямбда зонда вниз (обеднённая смесь), а коррекции сразу вверх (поддать топлива). И так происходит бесконечно, пока необходима смесь, близкая к стехиометрии.

Думаю, должно быть понятно.

Но ещё раз подчеркну, что лямбда зонд не видит топлива, он видит только кислород! Поэтому он и называется датчиком кислорода! Естественно, он никак не может определить несгоревшее топливо. Никак! Он для этого не предназначен.

Почему так важно это понимать?

Представьте ситуацию, если на авто прогорит прокладка выпускного коллектора. Так как выхлопные газы имеют пульсирующий характер, то через эту прокладку будут не только выходить выхлопные газы, но и засасываться воздух из окружающей среды. Лямбда зонд, естественно, увидит этот кислород и сообщит об этом. ЭБУ неизбежно определит, что смесь слишком обеднена и загонит коррекции далеко в плюс, добавляя топлива. Но лямбда зонд не умеет определять топливо, он видит только кислород! И сообщает только о большом количестве кислорода! ЭБУ в этой ситуации будет добавлять топливо до того момента, пока коррекции не дойдут до своего крайнего значения. В этот момент вылезет ошибка о бедной смеси и невозможности блока управления исправить ситуацию своими силами и он просит о помощи человека разобраться в этой проблеме.

Первые промежуточные выводы: Лямбда зонд установлен в систему управления двигателем для поддержания топливовоздушной смеси в районе стехиометрии для полноценной работы катализатора и сравнивает содержание кислорода в выхлопных газах с содержанием кислорода в окружающей среде. Исключительно кислорода!

Как определить неисправность датчика кислорода

Существует ряд методов для проверки состояния лямбда датчика и его питающих/сигнальных цепей.

Специалисты компании BOSCH советуют проверять соответствующий датчик каждые 30 тысяч километров пробега, либо при выявлении описанных выше неисправностей.

Что нужно сделать в первую очередь при диагностике?

1. Необходимо оценить количество сажи на трубке зонда. Если ее слишком много — датчик будет работать некорректно.
2. Определить цвет отложений. Если на чувствительном элементе датчика имеются белые или серые отложения — это означает, что используются присадки к топливу или к маслу. Они негативно сказываются на работе лямбда зонда. Если на трубке зонда имеются блестящие отложения — это говорит о том, что в используемом топливе очень много свинца, и от использования такого бензина лучше отказаться, соответственно, сменить марку бензозаправки.
3. Можно попытаться очистить сажу, однако это не всегда возможно.
4. Проверить мультиметром целостность проводки. В зависимости от модели конкретного датчика он может иметь от двух до пяти проводов. Один из них будет сигнальным, а остальные — питающими, в том числе, для питания элементов подогрева. Для выполнения процедуры проверки вам понадобится цифровой мультиметр, способный измерять постоянное электрическое напряжение и сопротивление.
5. Имеет смысл проверить сопротивление нагревателя датчика. В разных моделях лямбда зонда оно будет находиться в пределах от 2 до 14 Ом. Значение питающего напряжения должно быть около 10,5…12 Вольт. В процессе проверки также нужно обязательно проверить целостность всех проводов, подходящих к датчику, а также значение сопротивления их изоляции (как попарно между собой, так и каждого на «массу»).

Как проверить лямбда-зонд видео

Обратите внимание, что нормальная работа датчика кислорода возможна лишь при его нормальной рабочей температуре, равной +300°С…+400°С. Это обусловлено тем, что лишь в таких условиях циркониевый электролит, нанесенный на чувствительный элемент датчика, становится проводником электрического тока. Также при такой температуре разница атмосферного кислорода и кислорода в выхлопной трубе приведет к тому, что на электродах датчика появится электрический ток, который и будет передаваться на электронный блок управления двигателем

Также при такой температуре разница атмосферного кислорода и кислорода в выхлопной трубе приведет к тому, что на электродах датчика появится электрический ток, который и будет передаваться на электронный блок управления двигателем.

Так как проверка кислородного датчика во многих случаях подразумевает снятие/установку то стоит учесть такие нюансы:

• Лямбда — устройства очень хрупкие, поэтому при проверке нельзя подвергать их механическим нагрузкам и/или ударам.
• Резьбу датчика необходимо обработать специальной термопастой. При этом нужно следить, чтобы паста не попала на его чувствительный элемент, поскольку это приведет к его некорректной работе.
• При закручивании необходимо соблюдать значение крутящего момента, и пользоваться для этих целей динамометрическим ключом.

Точная проверка лямбда зонда

Точнее всего определить неисправность датчика концентрации кислорода позволит осциллограф. Причем использовать профессиональный аппарат необязательно можно снять осциллограмму используя программу-симулятор на ноутбуке либо другом гаджете.

График правильной работы датчика кислорода

На первом рисунке в данном разделе представлен график правильной работы датчика кислорода. В этом случае на сигнальный провод поступает сигнал, похожий на ровную синусоиду. Синусоида в данном случае означает, что контролируемый датчиком параметр (количество кислорода в выхлопных газах) находится в предельно допустимых границах, и просто происходит его постоянная и периодическая проверка.

График работы сильно загрязненного датчика кислорода

График работы датчика кислорода на обедненной топливной смеси

График работы датчика кислорода на обогащенной топливной смеси

График работы датчика кислорода на бедной топливной смеси

Далее представлены графики, соответствующие сильно загрязненному датчику, использованию двигателем автомобиля обедненной топливной смеси, богатой смеси, а также бедной смеси. Ровные линии на графиках означают, что контролируемый параметр вышел за допустимые пределы в ту или другую сторону.

Установка нового кислородного датчика

В общем, установка нового кислородного датчика не представляется сложным мероприятием. В работе потребуется эстакада или смотровая яма, в зависимости от возможностей. Особое значение играет плотная фиксация транспортного средства, так как безопасность, при любой работе, является самым главным направлением. В противном случае, непредвиденное перемещение, может привести к серьезным травмам.

Далее проводится работа с аккумулятором. От нее отсоединяют «минусовой» провод. Такие мероприятия являются неотъемлемой частью работы с электроникой. Если этого не сделать, то возможно образование короткого замыкания. Провод контакта датчика с основным компьютером требуется отсоединить. Проведя данные мероприятия, можно говорить о готовности к замене.

Крепеж датчика ослабляется соответствующим ключом. Чтобы избежать получения ожогов, все мероприятия проводятся на двигателе в холостом режиме. В случае отсутствия продвижения в демонтаже, прикладывать излишние усилия не следует, иначе можно повредить катализатор, что только повысит расходы на ремонт системы выхлопа.

Здесь велика вероятность появления прикипевших соединений, удаление которых целесообразнее проводить с помощью тормозной жидкости или керосина. Как правило, такие процессы сопровождаются образованием ржавчины, которая под воздействием данных веществ, частично растворяется, что позволяет выкрутить кислородный датчик. Как правило, подобный подход решает проблему.

Открутив датчик, он извлекается вместе со штекером из-под капота. Далее, устанавливается новое устройство, с последующим подключением. Закручивание элемента должно быть максимально плотным, иначе возможна низкая герметизация, которая станет причиной образования отверстия, являющееся источником постороннего звука, при работе двигателя.

Основные функции лямбда-зонда

Стремительный технологический прогресс и сопутствующее ему ухудшение экологической ситуации привели к установлению четких норм, касающихся максимально допустимого количества выбросов – результата работы транспортных средств. В целях минимизации ущерба, наносимого окружающей среде, автомобили стали оснащать каталитическими нейтрализаторами (катализаторами) – специальными устройствами, уменьшающими количество вредных веществ в выхлопных газах машин с двигателями внутреннего сгорания.

Катализатор – важный элемент устройства автомобиля, но его эффективная работа возможна только при соблюдении нескольких условий. Так, без систематического контроля за составом топливно-воздушной смеси устройство быстро выйдет из строя и утратит свои рабочие функции. Избежать подобной неприятности можно посредством использования датчика кислорода, который также называют лямбда-зонд.

Что такое лямбда-зонд? Основа названия датчика соответствует наименованию греческой буквы λ (лямбда), которой в машиностроении обозначают коэффициент излишка воздуха в топливно-воздушной смеси. Если состав смеси имеет оптимальные пропорции, т. е. на 14,7 частей воздуха приходится 1 часть топлива, лямбда равна 1. Диапазон возможных отклонений, при котором работа катализатора будет оставаться эффективной, в данном случае минимален: от 0,9 до 1,1.

Поддержание такой точности возможно только посредством использования систем питания с электронным впрыском топлива и с учетом наличия лямбда-зонда (схема 1). Получается, что основная функция устройства заключается в информировании компьютера инжекторного транспортного средства о нарушениях в соотношении компонентов топливно-воздушной смеси.

Теперь попробуем разобраться, где находится лямбда-зонд. Располагается лямбда-зонд перед катализатором в выпускном коллекторе и является важнейшим элементом системы определения остаточного содержания кислорода в выхлопных газах. Сигнал датчика поступает на электронный блок управления системы впрыска топлива, который оптимизирует состав смеси в случае изменения объема подаваемого в цилиндры топлива.

В результате взаимосвязанной работы перечисленных механизмов осуществляется регулировка количества топлива относительно количества воздуха, что позволяет максимально увеличить процент сгорания топлива в цилиндрах и обеспечить эффективную работу катализатора. Стоит отметить, что многие современные модели автомобилей оснащаются дополнительным лямбда-зондом или вспомогательными датчиками (к примеру, датчиком температуры, который устанавливается на выходе катализатора). Это позволяет контролировать работу катализатора и поддерживать правильные пропорции воздушно-топливного состава.