Лямбда-зонд: что это, как работает кислородный датчик в автомобиле, неисправности

Как провести диагностику широкополостного лямбда зонда

Диагностика широкополосного датчика начинается с визуального  осмотра наконечника элемента, проверки токопроводящих выводов. Это самый простой способ провести диагностику, осматривать датчики нужно каждые 10 000 пробега, вынимая детали с посадочного места на выходном коллекторе. Что проверяют.

1. Надежность контакта клеммы с зондом.
2. Наличие механических повреждений.
3. Выкручивают элемент проверяют кожух.

На рабочем зонде могут быть незначительные отложения, которые легко счищаются (даже ногтем). На наконечнике не должно быть окисла. Зонд необходимо поменять, если после демонтажа на наконечнике замечают изменение покрытия.

Сажевые отложения возникают при систематически переобогащенной топливной смеси, если вышел из строя нагреватель зонда. Сажа засоряет внутренние блоки, снижает скорость реакции и точность передачи данных.

Серые, белые отложения свидетельствуют, что в моторном масле или топливе большое количество присадок. Отложения забивают проходы в камеру, снижают точность сигнала в 5 раз.

Свинец накапливается на наконечнике зонда и снижает чувствительность платиновых панелей. Возникает при использовании некачественного топлива (чаще на дизельных моторах).

Обманка лямбда-зонда

Датчики кислорода являются чувствительными приборами, которые обычно рассчитаны на 60-80 тысяч километров пробега. В случае выхода датчика из строя на управляющей панели может появиться сигнал Engine Check. Сам автомобиль может быть переведен в аварийный режим работы. Чтобы восстановить работу авто, следует поставить либо оригинальный зонд, либо прибор-обманку. Она подает на электронную систему ложный сигнал, что позволяет избежать перевода авто в аварийный режим. Существует две категории обманок:

• Механические. Выполняется в виде небольшого стального или бронзового колпачка, внутрь которого устанавливается фильтрующий катализатор. Механическая обманка устанавливается непосредственно на неисправный зонд. При попадании газов обманка фильтрует воздух до нужных показателей. Потом сигнал с нужными показателями кислорода подается на управляющий блок двигателя. Установка “механики” проста – удаляется лямбда-зонд, на его место ставится обманка. В конце к ней подключается нерабочий кислородный зонд.
• Электронные. Выполняется в виде небольшой микросхемы-контроллера, которая устанавливается на цепь, которая идет от лямбда-зонда до электронного блока управления двигателем. Электронная обманка корректирует сигнал, устанавливая нужные нормативные показатели. Это позволяет обмануть двигатель. Способ установки электронной обманки зависит от модели устройства. Обычно он выполняется в виде блока-микросхемы с питающим элементам проводами разного цвета. Эти провода подключаются к нужным элементам цепи.

Применяйте “обманки” только в крайних случаях, поскольку это чревато следующими последствиями:

• Ухудшение ходовых характеристик авто. Обманка не определяет концентрацию кислорода, а лишь имитирует этот процесс, обманывая управляющий блок двигателя. Поэтому в моторе может наблюдаться разбалансировка кислорода/топлива, что приводит к различным последствиям. Самые частые проблемы – повышение расходов топлива, ухудшение ходовых характеристик машины и другие.
• Отказ в гарантийном обслуживании. Практически на все современные машины распространяется заводская гарантия, которая составляет 2-4 года в зависимости от марки ТС. Чтобы выполнить ремонт, водитель должен передать машину в сервисный центр. Если при осмотре механик обнаружит обманку, то это может стать причиной для отказа в гарантийном обслуживании. Закон в данном случае станет на сторону сервисного центра.
• Возможные проблемы с законом. Технический регламент Таможенного союза прямо запрещает вносить в конструкцию выхлопной системы несогласованные изменения. В случае нарушения водителя теоретически могут привлечь к ответственности по статье 12.5 КоАП РФ. На практике проблемы с законом у водителей возникают крайне редко, поскольку установить обманку без специального оборудования практически невозможно. Да и наказание по статье 12.5 является мягким – 500 рублей штрафа.

Выводы и итоги:

1. Лямбда-зонд – небольшое устройство, которое крепится к трубе катализатора перед коллектором. Его главной функцией является определение концетрации кислорода в смеси выхлопных газов в трубе.
2. Причины неисправности лямбда-зонда: использование низкокачественного бензина, высокие нагрузки, неправильное включение двигателя и другие.
3. Если лямбда-зонд вышел из строя, нужно купить новый и выполнить его установку: отключите аккумулятор, аккуратно выкрутите старый зонд, нанесите смазку на новый, прикрутите его к трубе, обнулите ЭБУ двигателя, чтобы сбросить настройки.
4. Инструменты для замены лямбда-зонда: анализатор, вспомогательные инструменты. Это подходящий гаечный ключ, специальная насадка с гибким удлинителем (продается во многих автомагазинах), подходящая смазка (скажем, медная паста).

Различные варианты подключения и цвета кабеля лямбда зонда:

Обогреваемые зонды:

Количество кабелей	Цвет кабеля	Соединение
3	Черный 2 x белый	Сигнал (заземление через корпус) нагревательного элемента
4	Черный 2 x белых Серый	Сигнал, нагревательный элемент, земля

Датчики сопротивления из диоксида титана:

Количество кабелей	Цвет кабеля	Соединение
4	красный белый черный желтый	Нагревательный элемент (+) Нагревательный элемент (-) Сигнал (-) Сигнал (+)
4	Черный 2 x белых Серый	Нагревательный элемент (+) Нагревательный элемент (-) Сигнал (-) Сигнал (+)

В любом случае, если есть информация от производителя, то необходимо ставить её в приоритет.

Эволюция развития

Раньше датчики кислорода были резистивными, что снижало точность измерений и надежность самих устройств.

Современный лямбда-зонд работает как пороговое устройство. При этом сигнал, полученный от датчика, позволяет точно фиксировать уровень отношения кислорода в выхлопе и корректировать его.

Оптимальное отношение — 14,7:1 (реального к необходимому объему воздуха). Если параметр ? соответствует данной норме, то смесь идеальная.

В случае превышения показателя смесь обеднена. Если же ?, наоборот, меньше, то в выхлопе много смеси и объема кислорода недостаточно для сгорания.

Впервые лямбда-зонд был изготовлен в 1960 году предприятием Robert Bosch GmbH. Руководителем проекта был Гюнтер Бауман.

В серийное производство устройство поступило лишь через 16 лет (в 1976 году). Первыми производителями, которые занялись выпуском, стали компания Сааб и Вольво.

Как сделать корректор (обманку) лямбда-зонд?

Есть несколько видов корректоров для кислородных контроллеров. Механическое устройство является наиболее простым и доступным в плане исполнения корректоров. Надо выточить специальный переходник, в который устанавливается лямбда-зонд, а также мини-катализатор. После этого собранное устройство монтируется в штатное место глушителя машины.

Если сломается катализаторное устройство либо кислородный датчик, установленные после него, на блок управления поступит сигнал. Модуль будет предупрежден о том, что в выхлопных газах содержатся вредные вещества, объем которых превышает допустимую величину. Управляющий блок воспримет это событие как аварийное и повысит подачу горючего для обогащения топливовоздушной смеси.

При монтаже такого корректора отработанные газы будут поступать через небольшое отверстие переходника в катализаторное устройство. Последнее наполнено керамической пылью с каталитическим слоем. Концентрация вредоносных веществ в отработанных газах будет меньше. Управляющий модуль воспримет это как правильную работу контроллера и штатного катализаторного устройства. Изготовление обманки выполняется с помощью токарного станка и схемы, в качестве материала допускается применение стали либо бронзы.

Схема механического корректора для лямбда-зонда

Универсальные чертежи, которые можно найти в сети, могут не подойти для изготовления обманки лямбда-зонда к конкретной модели авто, надо искать проверенный вариант.

Изготовление электронной обманки контроллера:

1. С помощью программы СпринтЛейаут и принтера выполняется распечатка чертежа разводки и расположения элементов схемы. Печать выполняется на глянцевой бумаге.
2. При отправке файла на печать для слоя К1 надо выбрать черный цвет на 100%. В программе установите галочку напротив пунктов Зеркально и Контур схемы. Все другие слои удаляются.
3. Затем отправляется на печать следующий слой. Для слоя М2 указывается черный цвет. Галочка напротив пункта Зеркально убирается, но она оставляется напротив второго элемента. Другие слои убираются.
4. При выполнении задачи рекомендуется использоваться фольгированный текстолит. Он должен быть односторонним, а его толщина составит не менее 1 и не более 2 мм.
5. Когда распечатка будет на руках, ее надо перенести на плату LM324 с помощью утюга. Сама плата вырезается с учетом размеров, а по ее контуру надо сделать распечатки. После вырезания приложите схему к чертежу, размеры должны полностью совпадать.
6. С использованием мелкозернистой наждачной бумаги выполняется зачистка медного слоя. С помощью топлива или растворителя делается очистка платы.
7. Затем на рабочую поверхность платы надо перенести распечатку с дорожками. На обратную (медную поверхность) устанавливается распечатанный слой элементов. Для этого фольгированная бумага прикладывается к плате и прогревается утюгом, процедура занимает не более 10 минут. При прогреве поверхность утюга надо максимально прижать к плате. В итоге тонер должен перепечататься с фольгированной поверхности на схему. Если плотность бумаги невысокая, то дорожки будут просвечиваться. Проблему можно исправить с помощью перманентного черного маркера.
8. Следующим этапом будет вытравливание, для этого потребуется хлорное железо либо перхлорат натрия.
9. Затем на плате высверливаются отверстия, выполняется припайка элементов.
10. На завершающем этапе делается регулировка рабочих параметров корректора. Для этого на вход подается +950 мВ, выполняется регулировка величины напряжения в диапазоне от 950 до 1000 мВ. Для платы LM324 процедура делается посредством настройки элементов VR3 и VR4.

 

 

Соединение всех компонентов на плате обманки

Как определить, сколько датчиков кислорода установлено в автомобиле

Чтобы выяснить, сколько лямбда-зондов находится в вашем автомобиле, можно обратиться в автосервис, где вам выдадут распечатку с данными о диагностике ЛЗ (обычно это снимок днища машины с выделенными датчиками). Однако можно сэкономить и найти их самостоятельно.

В первую очередь необходимо выяснить в каком году был изготовлен автомобиль. Если вы являетесь владельцем АТС, произведенного до 2000 года, то, скорее всего, в нем установлен только 1 ЛЗ. В более современных машинах, выпущенных после «нулевых» обычно находится 2 или 4 датчика.

Чтобы определить их количество еще точнее необходимо уточнить объем двигателя. Если он составляет:

• меньше 2 литров, то в машине вы найдете 2 ЛЗ (один будет расположен в подкапотном пространстве, где вы легко его заметите, а второй – под днищем авто);
• больше 2 литров, то в авто будет 4 датчика (2 верхних, расположенных в подкапотном пространстве и 2 нижних – под днищем машины).

Найти верхние датчики довольно просто (именно их чаще всего меняют), для этого:

• Откройте капот авто.
• По центру подкапотного пространства под пластиковой крышкой с наименованием марки машины вы найдите мотор авто.
• Осмотрите пространство вокруг двигателя и найдите массивные трубы (выпускной коллектор), которые одной стороной примыкают к мотору, а другой уходят вглубь.
• На выпускном коллекторе найдите небольшую деталь цилиндрической формы, длина которой будет порядка 5-7 сантиметров. Это и будет лямбда-зонд (или несколько, в этом случае один датчик будет расположен справа, а другой – слева).

Стоит отметить, что информация о том, для чего нужен лямбда-зонд и где он расположен, интересует автовладельцев далеко не из-за праздного интереса. Дело в том, что согласно сервисным книжкам разных автомобилей эти элементы нужно менять после определенного пробега. Обычно замене подлежат ЛЗ поработавшие более 80 тысяч километров, однако, исходя из практики, датчики способны выдерживать нагрузки вдвое больше, если вы будете придерживаться нескольким рекомендациям.

Использование нескольких лямбда датчиков

С момента введения EOBD, появилась возможность контролировать работу каталитического нейтрализатора. Для этого за каталитическим нейтрализатором установлен дополнительный лямбда-зонд. Это используется для определения способности каталитического нейтрализатора накапливать кислород.

Функция зонда расположенного за катализатором такая же, как у первого лямбда зонда, установленного в начале выхлопного потока за выпускным коллектором. Амплитуды напряжений лямбда-датчиков сравниваются в ЭБУ. Амплитуда напряжения на втором лямбда зонде очень мала из-за способности каталитического нейтрализатора накапливать кислород. Чем ниже емкость катализатора, тем выше амплитуды напряжения на выходном датчике из-за повышенного содержания кислорода.

Высоты амплитуд на задней лямбде зависят от фактической ёмкости каталитического нейтрализатора, которая варьируется в зависимости от нагрузки и скорости. Поэтому условие нагрузки и скорость учитываются при сравнении амплитуд зондов. Если амплитуды напряжения обоих зондов все еще примерно одинаковы, накопительная емкость каталитического нейтрализатора достигнута, иными словами катализатор неисправен и подлежит замене или удалению.

НЕИСПРАВНОСТЬ КИСЛОРОДНОГО ДАТЧИКА ЛЯМБДЫ: СИМПТОМЫ

Признаками неисправности лямбда-датчика вместе или по отдельности могут быть следующие симптомы:

• Высокий расход топлива.
• Плохая работа двигателя.
• Выброс едких выхлопных газов.
• Загорается контрольная лампа двигателя — «check engine».
• Код ошибки сохраняется даже после удаления ошибки сканером.

Устройство и принцип работы лямбда зонда

Лямбда зонд представляет собой обычный электрический элемент, через который проходят выхлопные газы. Устройство датчика кислорода предполагает наличие внутри корпуса токопроводящего элемента, электродов, сигнального контакта и заземления. Выходной электрический сигнал формируется при изменении напряжения в зависимости от состава выхлопного потока.

Работа датчика основана на принципе сравнения уровня кислорода в отработавших газах и атмосферном воздухе. Установка внутри трубы до и после каталитического нейтрализатора полностью исключает попадание вредных веществ за пределы системы. Электрическая схема в устройстве такого датчика кислорода задействуется только после разогрева до температуры 300 – 400 ºC, что необходимо для появления электропроводимости твердого электролита.

Принцип работы лямбда зонда позволяет выявить даже малейшее превышение норм по опасным веществам. Но даже при заправке горючего высокого качества с минимальным содержанием примесей через 100 – 150 тыс. км пробега датчики кислорода, а часто и катализаторы (нейтрализаторы), приходится менять.

Причины и симптомы поломок

Вышедший из строя лямбда-зонд

Если универсальный диагностический датчик концентрации кислорода выходит из строя, то причины могут быть следующие:

1. Произошел разрыв проводки в месте подключения.
2. Произошло замыкание цепи.
3. В результате использования некачественного топлива, обогащенного различными октаноповышающими присадками, произошло загрязнение устройства.
4. Если система зажигания работает некорректно, то датчик может сломаться из-за термических перегрузок.
5. Регулярная эксплуатация транспортного средства по сельской местности или бездорожью может привести к появлению механических повреждений в работе устройства.
6. Кроме того, способствовать выходу из строя датчика может неудовлетворительное состояние маслосъемных колец.
7. Если в цилиндры и впускные трубопроводы попадает охлаждающая жидкость, лямбда-зонд также скоро выйдет из строя.
8. Постоянно обогащенная горючая смесь также приведет к поломке элемента.

Если содержание монооксида углерода повышается до 3-7% вместо положенных 0.1-0.3%, то это может свидетельствовать о выходе из строя зонда. Чтобы избавиться от проблемы, необходимо будет только менять элемент, поскольку запаса хода может быть не достаточно. Если транспортное средство оснащено двумя зондами, то при поломке второго устройства наладить оптимальную работу мотора будет невозможно (автор видео — Александр Сабегатулин).

https://youtube.com/watch?v=Y55qz3A8smw

Что касается основных симптомов, по которым можно будет узнать о поломке регулятора:

• во время движения на автомобиле начинают проявляться рывки;
• вполне ощутимый увеличенный расход бензина;
• катализатор начинает работать некорректно;
• обороты двигателя начинают плавать;
• в выхлопных газах начинает увеличиваться концентрация токсинов.

Период работы и выявление недостатков

Зная, как работает лямбда-зонд, можно без труда определить состояние этого агрегата в случае отклонения от нормы. В среднем, менять прибор нужно каждые 100 тыс. км пробега. Но порой замена элемента требуется уже через 50 тыс.

Быстрый выход из строя можно назвать особенностью этого агрегата. Так как кислородный датчик регулярно контактирует с газами, получившимися в результате горения топлива, это негативно сказывается на состоянии самого прибора.

Учитывая тот факт, что электронное управление автомобиля находится в тесной взаимосвязи с этим устройством, узнать о возникновении проблем с лямбда-зондом несложно. Если он вышел из строя, на экране появится соответствующая ошибка – загорится лампа Check Engine. Однако лампа может загореться и при выходе из строя иных запчастей, поэтому для моментального и максимального точного определения проблемы можно использовать специальный сканер. Пример — Scan Tool Pro Black Edition. Он подключается к электронному блоку и позволяет «считать» информацию о том, какие именно запчасти требуют срочного ремонта или замены.

Кроме основного признака, позволяющего определить неисправность этого прибора, есть и косвенные факторы. Среди них стоит упомянуть:

 падение мощности двигателя в процессе нажатия на педаль газа. Нельзя считать появление этого признака свидетельством того, что лямбда-зонд вышел из строя. Иногда работа ДВС может быть нарушена банальным скачком в электросети, отсутствием достаточного уровня топлива, перегревом и иными факторами, которые можно исправить спустя некоторое время, дав автомобилю отдохнуть без движения;

 снижение уровня чувствительности акселератора. Зачастую этот фактор проявляется одновременно с предыдущим признаком. Когда нажатие на газ осуществляется с задержкой, возможно, это связано со снижением уровня работы лямбда-зонда;

 «скачки» на дороге, не связанные с наличием плохого дорожного полотна. Так называемое «рваное движение» — один из явных признаков того, что в работе системы ДВС есть определенные сбои. Также этот признак может указывать на проблемы с лямбда-зондом, который нужно менять каждые 50-150 тыс. км пробега.

Наличие одного признака не является гарантией, что ваш кислородный датчик вышел из строя. Но если все факторы имеют место быть, а также загорается лампочка электронного блока, с уверенностью 80% можно сказать, что следует посмотреть состояние лямбда-зонда.

Как работает датчик кислорода

Существует несколько типов лямбда-зондов, но для простоты в этой статье мы рассмотрим только обычные генерирующие напряжение датчики кислорода.

Как следует из названия, генерирующий напряжение датчик кислорода генерирует небольшое напряжение, пропорциональное разнице в количестве кислорода внутри и снаружи выхлопного газа.

Для правильной работы лямбда-зонд необходимо нагреть до определенной температуры. Типичный современный датчик имеет внутренний электрический нагревательный элемент, который питается от ЭБУ двигателя.

Когда топливовоздушная смесь (ТВС), поступающая в двигатель, бедная (мало топлива и много воздуха), в выхлопе остается больше кислорода, и кислородный датчик создает очень небольшое напряжение (0,1 – 0,2 В).

Если ТВС обогащается (много топлива и мало воздуха), в выхлопе остается меньше кислорода, поэтому датчик будет генерировать бОльшее напряжение (около 0,9 В).

Виды кислородных датчиков

Как и любой другой элемент автомобиля, лямбда-зонд с момента создания был модифицирован. На старых автомобилях, встречается кислородный датчик с одним (сигнальный) или двумя проводами (сигнальным и “минусом”). На современных автомобилях устанавливается широкополосный датчик, который способен быстрее и точнее определять отклонения и подавать сигнал к ЭБУ. 

Из-за своего расположения датчик не обновляет показания мгновенно. Ведь он расположен в выпускном коллекторе, выхлопные газы не всегда выходят равномерно из-за совершения рабочих циклов. Поэтому считается, что кислородный датчик нужен для обнаружения дестабилизации работы ДВС и передачи сигнала на ЭБУ о проблеме.

На изображении видна распиновка лямбда-зонда. Стоит учесть, что полярность проводов нагревателя не имеет значения. 

Разновидности лямбда-зондов

Современные машины оснащаются следующими датчиками:

Циркониевый

Одна из наиболее распространённых моделей. Создана на основе диоксида циркония (ZrO2).

Циркониевый датчик кислорода действует по принципу гальванического элемента с твёрдым электролитом в виде керамики из диоксида циркония (ZrO2)

Керамический наконечник с диоксидом циркония с обеих сторон покрыт защитными экранами из токопроводящих пористых платиновых электродов. Свойства электролита, пропускающего ионы кислорода, проявляются при нагреве ZrO2 выше 350°C. Лямбда-зонд не будет работать, не прогревшись до нужной температуры. Быстрый нагрев осуществляется за счёт встроенного в корпус нагревательного элемента с керамическим изолятором.

Важно! Повышение температуры датчика до 950°C ведёт к его перегреву. Выхлопные газы поступают к наружной части наконечника через специальные просветы в защитном кожухе

Атмосферный воздух попадает внутрь датчика через отверстие в корпусе или пористую водонепроницаемую уплотнительную крышку (манжету) проводов

Выхлопные газы поступают к наружной части наконечника через специальные просветы в защитном кожухе. Атмосферный воздух попадает внутрь датчика через отверстие в корпусе или пористую водонепроницаемую уплотнительную крышку (манжету) проводов.

Разница потенциалов образуется за счёт передвижения ионов кислорода по электролиту между наружным и внутренним платиновыми электродами. Напряжение, образующееся на электродах, обратно пропорционально количеству О2 в выхлопной системе.

Напряжение, которое образуется на двух электродах, обратно пропорционально количеству кислорода

Относительно сигнала, поступающего от датчика, блок управления регулирует состав ТВС, стараясь приблизить её к стехиометрической. Напряжение, поступающее от лямбда-зонда, ежесекундно меняется по несколько раз. Это даёт возможность регулировать состав топливной смеси независимо от режима работы ДВС.

По количеству проводов можно выделить несколько типов циркониевых устройств:

1. В однопроводном датчике существует единственный сигнальный провод. Контакт на массу осуществляется через корпус.
2. Двухпроводное устройство оснащено сигнальным и заземляющим проводами.
3. Трёх- и четырёхпроводные датчики снабжены системой нагрева, управляющим и заземляющим проводами к ней.

Циркониевые лямбда-зонды в свою очередь разделяются на одно-, двух-, трёх- и четырёхпроводные датчики

Титановый

Визуально похож на циркониевый. Чувствительный элемент датчика создан из диоксида титана. В зависимости от количества кислорода в выхлопных газах скачкообразно меняется объёмное сопротивление датчика: от 1 кОм при богатой смеси до более 20 кОм при бедной. Соответственно, меняется проводимость элемента, о чём датчик сигнализирует блоку управления. Рабочая температура титанового датчика — 700°C, поэтому наличие нагревательного элемента обязательно. Эталонный воздух отсутствует.

Из-за своей сложной конструкции, дороговизны и привередливости к перепадам температуры большое распространение датчик не получил.

Кроме циркониевых, существуют также кислородные датчики на основе двуокиси титана (TiO2)

Широкополосный

Конструктивно отличается от предыдущих 2 камерами (ячейками):

В камере для измерений с использованием электронной схемы модуляции напряжения поддерживается состав газов, соответствующий λ=1. Насосная ячейка при работающем моторе на обеднённой смеси устраняет лишний кислород из диффузионного зазора в атмосферу, при богатой смеси — пополняет диффузионное отверстие недостающими ионами кислорода из внешнего мира. Направление тока для перемещения кислорода в разные стороны меняется, а его величина пропорциональна количеству О2. Именно значение тока и служит детектором λ выхлопных газов.

Температура, необходимая для работы (не менее 600°C), достигается за счёт работы нагревательного элемента в датчике.

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

Итоги

Как Вы уже заметили, лямбда-зонд поддается ремонту только если только он отвинтился, во всех остальных случаях помогает только установка нового датчика

Важность датчика кислорода неоспорима , так как он регулирует обогащенность воздушно-топливной смеси. Если Вы заметили неполадки в работе выхлопной системы или у Вас есть сомнения по поводу датчика кислорода, то Вы можете записаться на бесплатную диагностику в наш автосервис «Лёха Выхлоп» по адресу : г

Москва, Сокольнический Вал 1, кор. 1 , или уточнить вопросы по телефону +7-903-129-20-00

Лямбда-зонд — фото,видео,инстаграм

Также, Вы можете прочитать Как выбрать материал для выхлопной системы?