Все о датчике кислорода или Лямбда-зонде
Лямбда-зонд устанавливается в потоке отработавших газов двигателя и измеряет уровень содержания кислорода в них. Анализируя осциллограмму напряжения выходного сигнала лямбда-зонда на различных режимах работы двигателя, можно оценить как исправность самого датчика, так и исправность системы управления двигателем в целом.
Признаком неисправности лямбда-зонда является повышенный расход топлива, ухудшение динамики автомобиля, ощутимое понижение мощности двигателя, возможна его неустойчивая работа на холостом ходу или «качание» оборотов холостого хода. Лямбда-зонд сравнивает содержание кислорода в выхлопных газах и в окружающем воздухе и представляет результат этого сравнения в форме аналогового сигнала. Применяются двухуровневые зонды, чувствительный элемент которых выполнен из оксида циркония либо из оксида титана, но сейчас им на смену приходят широкополосные лямбда-зонды.
Лямбда-зонд на основе оксида циркония Лямбда-зонд на основе оксида циркония генерирует выходной сигнал напряжением от 40–100 mV до 0.7–1.0 V. Размах напряжения выходного сигнала исправного лямбда-зонда достигает 950 mV. При пониженном содержании кислорода в отработавших газах, вызванном работой двигателя на обогащённой топливовоздушной смеси, датчик генерирует сигнал высокого уровня напряжением 0.65–1 V. При повышенном содержании кислорода (обеднённая топливная смесь) датчик генерирует сигнал низкого уровня напряжением 40–50 mV. Исправный лямбда-зонд начинает работать только после прогрева чувствительного элемента до температуры выше 350°С, когда его выходное электрическое сопротивление значительно снижается, и он приобретает способность отклонять опорное напряжение, поступающее от блока управления двигателем через резистор с постоянным электрическим сопротивлением. В блоках управления двигателем большинства производителей опорное напряжение равно 450 mV. Такой блок управления двигателем считает лямбда зонд готовым к работе только после того как вследствие прогрева, датчик приобретает способность отклонять опорное напряжение в диапазоне более чем ±150 – 250 mV.
Лямбда-зонд на основе оксида титана Напряжение выходного сигнала лямбда-зонда на основе оксида титана колеблется в диапазоне от 10–100 mV до 4–5 V. На изменение состава выхлопных газов такой зонд реагирует изменением своего электрического сопротивления. Сопротивление датчика высокое при низком содержании кислорода в отработавших газах (богатая смесь) и резко снижается при обеднении топливовоздушной смеси. За счёт этого датчик шунтирует поступающее от блока управления двигателем через резистор с постоянным электрическим сопротивлением опорное напряжение 5 V. Выходной сигнал лямбда-зонда на основе оксида титана значительно быстрее реагирует на изменения уровня содержания кислорода в отработавших газах по сравнению со скоростью реакции датчика на основе оксида циркония.
Датчик кислорода (лямбда-зонд): неисправности, проверка и замена
Статья чужая на заметку для себя и может еще кому пригодиться
При всей своей миниатюрности и даже незаметности кислородный датчик, или как его иначе называют лямбда-зонд,
играет значительную роль для правильной регулировки соотношения воздуха и топлива в камерах сгорания
автомобильных двигателей любой конструкции. Иначе говоря, по информации именно от этого датчика происходит
коррекция топливной смеси с целью достижения максимальной эффективности силового агрегата при минимальной
выработке бензина (солярного топлива).
Несмотря на достаточную надежность лямбда-датчиков существуют факторы способные привести к досрочному
выходу их из строя или, как минимум, к значительному увеличению погрешности их показаний. Как правило, к
нарушению нормальной их работы приводит:
• Очистка корпуса датчика химически активными средствами;
• Попадание на датчик технических составов, например антифриза или тормозной жидкости;
• Повышенное содержание в топливе соединений свинца;
• Значительный перегрев элементов датчика вследствие использования топливной смеси низкого качества, либо
засорения топливного фильтра.
Кроме всего прочего, о неисправности датчика кислорода могут свидетельствовать некоторые внешние признаки,
связанные с ненормальным поведением автомобиля, а именно:
• Необычное увеличение расхода топлива;
• Рывки автомобиля даже при «прогретом» двигателе;
• Явные нарушения в работе катализатора;
• Ухудшения показателей токсичности выхлопных газов.
Разумеется, свое негативное влияние оказывают и общие условия эксплуатации, способные привести к
тривиальному повреждению, как самого датчика кислорода, так и подведенной к нему электрической проводки.
Исходя из вышесказанного, в случае подозрений на ненормальную работу датчика кислорода, прежде всего, следует
оценить его внешнее состояние. В случае, если датчик в значительной мере покрыт сажей или просто слоем грязи
непонятного происхождения, самое правильное действие — заменить его.
Если же, по внешнему виду, к лямбда-датчику претензий нет, однако проверка его все же желательна, то
необходимо отключить его от штатной колодки и подключить к вольтметру с достаточно высоким классом точности
(схема датчика приведена ниже).
Наличие такого прибора позволяет проверить исправность датчика в динамике работы двигателя. Технология
достаточно проста : при крейсерском режиме около 2500 оборотов в минуту и вынутой вакуумной трубке
исправный датчик выдает около 0,9 В (ниже 0,3 В — датчик неисправен).
В случае обедненной смеси, которую можно сымитировать принудительном подсосом воздуха, датчик кислорода
должен выдавать не более 0,2В. В промежуточном положении работы двигателя, а именно около 1500 оборотов в
минуту, лямбда-датчик должен выдавать напряжение в пределах 0,5В.
Если все же принято решение на снятие датчика кислорода, то имеет смысл придерживаться следующих
рекомендаций:
1. Демонтировать датчик лучше ••на горячую» — меньше шансов сорвать резьбу;
2. Разъем нового датчика лучше поднять повыше, тем самым снижая риск попадания грязи и влаги;
3. Даже при наличии специальной смазки лишний слой графитки не помешает.
Экологический «прибамбас» или более важная персона? Почему лямбда-зонд звучит как проклятие
Среди множества датчиков, которыми оборудован автомобиль, что делает его, говоря образно, похожим на космонавта, проходящего перед полетом медицинское обследование, есть один, чье название до сих пор звучит как проклятие.
Во всяком случае многие автомобилисты со стажем, заставшие времена, когда иномарки начали осваивать наши улицы и проселочные дороги, обязательно вспомнят историю из своей биографии, которая подтвердит печальную известность этого датчика.
Его именуют кислородным датчиком, датчиком кислорода либо лямбда-зондом. Однако оценивает он не содержание кислорода в отработавших газах, как можно подумать из названия, а разницу между концентрациями O2 в выхлопе и окружающей среде, из-за чего его технически правильное «имя» должно быть более сложным для восприятия.
Последнему из общепринятых названий рассматриваемый датчик обязан двум обстоятельствам. Во-первых, в теории коэффициент избытка воздуха в топливовоздушной смеси, подготовленной к последующему сгоранию в цилиндре двигателя, обозначается греческой буквой лямбда.
В то же время похожесть функции лямбда-зонда с назначением приборов, с помощью которых при прохождении техосмотра определяется содержание в выхлопных газах токсичного CO, ведет к ошибке в установлении его истинной миссии.
Соответственно изменяется содержание остаточного кислорода в выхлопе, а с ним и разница между концентрацией кислорода в отработавших газах и окружающей среде, которую определяет лямбда-зонд. Если разница существенная, рабочая смесь, сгоревшая в цилиндрах, наверняка была чересчур богатой. Когда она невелика, можно говорить о бедной смеси.
Схематически смысл действий лямбда-зонда заключается в следующем. За исключением некоторых режимов работы двигателя, например, запуска и прогрева, когда смесь намеренно обогащают, сигнал, что сгоревшая смесь была слишком богатой либо бедной, чаще всего указывает на неэффективную работу мотора. Информация, полученная лямбда-зондом, передается блоку управления двигателем, а далее электроника корректирует подачу топлива в цилиндры таким образом, чтобы соотношение топлива и воздуха в смеси вновь стало оптимальным.
Поэтому неисправности лямбда-зонда обязательно сопровождаются снижением мощности, увеличением расхода топлива и содержания в выхлопе вредных веществ. Однако перед тем как рассмотреть причины выходов лямбда-зондов из строя, следует сказать, что в современных автомобилях датчиков кислорода, как правило, два.
Первый, основной, размещают в начале выхлопного тракта как можно ближе к двигателю, другой располагается после катализатора.
Практика показывает, что если нет вопросов с присоединительными размерами, то поставленный взамен более простой либо подобранный для замены универсальный лямбда-зонд работать будет, однако сомнительно, что он сможет справляться с обязанностями столь же идеально, как делал бы датчик, которому место первого принадлежит по праву.
Если стержень из такого материала разместить так, чтобы его концы оказались в объемах с разным содержанием кислорода, между концами стержня появляется разность потенциалов. При этом напряжение будет тем больше, чем больше разница в концентрациях кислорода. Это принцип работы датчика, из которого следует, что любое загрязнение рабочего элемента является помехой для правильного определения содержания кислорода.
Именно использование некачественного топлива, прежде всего бензина, в продуктах сгорания которого имелись соединения свинца и других металлосодержащих присадок, добавляемых в бензин для увеличения его детонационной стойкости, и было причиной массовой «гибели» лямбда-зондов и приобретенной ими дурной славы в момент «пришествия» иномарок в наши пенаты.
Нынешний бензин с его предшественниками не сравнить. Поэтому сегодня выход лямбда-зондов из строя раньше положенного срока может быть обусловлен следующими внешними причинами.
Это, во-первых, их регулярный перегрев, например, из-за догорания бензина в выхлопном коллекторе, что случается при льющих форсунках, пропусках зажигания на свечах, нарушениях фаз газораспределения. Нечто похожее происходит в моторах, имеющих проблемы с запуском, когда из-за многочисленных неудачных попыток запустить двигатель несгоревшее топливо оказывается в выпускном тракте, где позже догорает. Перегрев может повредить рабочий элемент датчика.
Все остальное, что может произойти, связано с внутренними проблемами. Лучшие лямбда-зонды имеют со стороны выпускного тракта внешний и внутренний защитные колпачки плюс покрытие рабочего элемента, а также оснащены воздушным фильтром со стороны, находящейся снаружи выхлопной системы. Худшие могут этого не иметь, что сказывается на сроке службы.
Когда датчик кислорода перестает работать, блок управления переводит двигатель в режим работы по усредненным параметрам, не отвечающим текущим нагрузочным и скоростным условиям движения. Отсюда проблемы с тяговыми, экономическими и экологическими показателями.
Что последует дальше, зависит от модели автомобиля. В машинах старых поколений дело может ограничиться зажиганием контрольного указателя Check engine, однако по мере того, как увеличивалась важность экологии, производители начали практиковать перевод мотора на работу в аварийном режиме. После этого даже легкомысленный либо неопытный водитель поймет, что если он куда-то должен ехать, то только на СТО.
Сергей БОЯРСКИХ
Фото автора и из открытых источников
ABW.BY
Более 40.000 предложений о продаже запчастей в нашей базе объявлений
Ремонт и диагностика автомобилей. Лямбда-зонд. Неисправности и последствия.
При выходе из строя и неисправности лямбды в поведении авто появляются несколько ощутимых последствий:
• Увеличенный расход топлива
• Нестабильная работа двигателя авто (рывки)
• Нарушается работа катализатора (повышается токсичность)
Чтобы проверить лямбда-зонд, для начала можно выкрутить и провести визуальную проверку (так же как и визуальная проверка свечей может о многом рассказать).
На автомобилях устанавливается несколько видов лямбд, датчики могут быть с одним, 2-мя, 3-мя, 4-мя даже пятью проводами, но стоит запомнить что в любом из вариантов один из них является сигнальным (зачастую чёрный), а остальные предназначены для подогревателя (как правило они белого цвета).
Как можно проверить лямбду:
Для проверки потребуется цифровой вольтметр (лучше аналоговый вольтметром, поскольку у него время «дискретизации» значительно меньше чем у цифрового) и осциллограф если есть возможность, измерения будут более точнее. Перед проверкой следует прогреть авто поскольку лямбда правильно работать при температуре более 300C°.
Сначала ищем провод обогрева:
Заводим двигатель, разъем лямбды не разъединяем. Минусовой щуп вольтметра (обычная цешка) соединяем с кузовом автомобиля. Плюсовым щупом цешки “тыкаем” на каждый контакт провода и наблюдаем за показанием вольтметра. При обнаружении плюсового провода обогревателя, вольтметр должен показывать постоянные 12 В. Далее минусовым щупом вольтметра пытаемся найти минусовой провод подогревателя. Включаемся в оставшиеся контакты разъема датчика. При обнаружении минусового контакта, опять же вольтметр покажет 12 В. Оставшиеся провод, провода сигнальные.
Проверка лямбда-зонда тестером:
Берём электронный милливольтметр постоянного напряжения и подсоединяем его параллельно ЛЗ («+» «-» к ЛЗ, — к массе), причём лямбда зонд должен быть подключен к контроллеру.
Когда двигатель прогреется (5-10 мин) затем нужно смотреть на стрелку вольтметра. Она должна периодически ходить между 0,2 и 0,8 В (т.е. 200 и 800 мВ, причём, если за 10 секунд произойдёт менее 8-и циклов — ЛЗ пора менять. Также к замене если напряжение «стоит» на 0,45 В.
Когда же напряжение всё время 0,2 или 0,9 В — то что-то со впрыском — смесь слишком бедная или слишком богатая. Поскольку напряжение датчика кислорода все время должно изменятся и скакать от ≈0,2 до 0,9V.
Имеется еще один быстрый способ проверки лямбда зонда. Следует сделать так:
Аккуратно прокалывается плюсовым контактом тестера (чёрный провод лямбды), другой контакт — на массу. На работающем моторе показания должны колебаться от 0,1 до 0,9V. Постоянные показания (к примеру, всё время 0,2) или показания, выходящие за эти рамки, или колебания с меньшей амплитудой говорят о неисправности зонда.
Исключения:
• всё время 0,1 — мало кислорода
• всё время 0,9 — много кислорода
• Зонд исправен, проблема в чём-то другом.
Если есть время и желание можно провести несколько тестов на богатую и бедную смесь и дополнительно проверить датчик лямбда зонд.
1. Отключите кислородный датчик от колодки и подключите его цифровому вольтметру. Заведите автомобиль, и, нажав педаль газа, увеличьте обороты двигателя до отметки 2500 оборотов в минуту. Используя устройство для обогащения топливной смеси, устройте снижение оборотов до 200 в минуту.
2. При условии, что ваш автомобиль оборудован топливной системой с электронным управлением, выньте вакуумную трубку из регулятора давления топлива. Посмотрите на показания вольтметра. Если стрелка прибора приблизится к отметке 0.9 В, значит, лямбда зонд находится в рабочем состоянии. О неисправности датчика свидетельствует отсутствие реакции вольтметра, и показания его в пределах меньших отметки 0.8 В.
3. Сделайте тест на бедную смесь. Для этого возьмите вакуумную трубку и спровоцируйте подсос воздуха. Если кислородный датчик исправен, показания цифрового вольтметра будут на уровне 0.2 В и ниже.
4. Проверьте работу лямбда зонда в динамике. Для этого подключите датчик к разъему системы подачи топлива, и установите параллельно ему вольтметр. Увеличьте обороты двигателя до 1500 оборотов в минуту. Показатели вольтметр при исправном датчике должны быть на уровне 0,5 В. Другое значение свидетельствует о выходе из строя лямбда зонда.
Проверка напряжения в цепи подогрева
Для проверки наличия напряжения в цепи нужен вольтметр. Включаем зажигание и подсоединяем его щупами к проводам нагревателя (отсоединять разъем не можно, лучше проткнуть острыми иголками). Их напряжение должны быть равно тому, что выдает аккумулятор на не запущенном двигателе (около 12В).
Если нет плюса нужно пройти цепь АКБ-предохранитель-датчик, поскольку он всегда идет напрямую, а вот минус поступает с ЭБУ, так что если нет минуса смотрим цепь до блока.
Проверка нагревателя лямбда зонда
Кроме как померить напряжения мультиметром, можно замерить еще и сопротивления для проверки исправности нагревателя (двух белых проводов), но нужно будет тестер переключить на Омы. В документации к определенному датчику обязательно указывается номинальное сопротивление (обычно оно около 2-10 Ом), ваша задача только проверить его и сделать вывод.
Проверка опорного напряжения датчика кислорода
Тестер переключаем на режим вольтметра, затем включив зажигание измеряем напряжение между сигнальным и проводом массы. В большинстве случаев опорное напряжение лямбда-зонда должно быть 0,45В.
Как проверить лямбда зонд тестером
• Прогреваем двигатель и глушим;
• Осматривает датчик на предмет загрязнений;
• Отключаем от колодки, подключаем его к тестеру;
• Запускаем движок, жмем на педаль газа чтобы довести обороты до отметки 2500 об/мин;
• На экране тестера показания должны приближаться к отметке 0,9V, и скакать то вниз, то вверх;
• Когда показывает меньше 0,8, лямбда неисправна.
Но стоит отметить, что такая проверка актуальна для 3-мя и 4-мя проводами, а вот широкополосный лямбда-зонд имеет чуть другие цифры.
Широкополосный 5-ти проводный датчик кислорода имеет другую распиновку и диапазон измерений выходящий за пределы штатных значений, а именно в диапазоне от 0 до 5 В.
На тех авто где устанавливается лямбда без подогревателя, устанавливать можно любой универсальны кислородный датчик, в том числе и с подогревателем (чтобы подключить лишние провода нужно использовать реле), но ели наоборот, то этого делать нельзя.
Расположение компонентов
ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ
Для управления выбросами таких составляющих ОГ, как CO, HC и NOx, осуществляется контроль концентрации кислорода в ОГ с помощью подогреваемых датчиков кислорода (HO2S), устанавливаемых на передней и задней стороне каталитического нейтрализатора. Сигнал переднего датчика кислорода используется для управления отношением воздух/топливо (обратная связь управления топливом), сигнал заднего датчика используется для контроля правильности функционирования переднего датчика и нейтрализатора.
Для обеспечения обратной связи в системе управления топливом и правильности функционирования этой системы температура датчика кислорода должна быть выше определенного минимального значения. В датчике кислорода имеется нагревательный элемент, благодаря которому удается уменьшить время прогрева датчика и обеспечить надежность его функционирования во всех режимах эксплуатации автомобиля. Управление этим нагревательным элементом осуществляется ЭБУД с помощью импульсного сигнала, модулируемого по коэффициенту заполнения. Питание на нагревательный элемент подается от главного реле, а его активация осуществляется ЭБУД путем подключения к цепи «массы».
ОПИСАНИЕ ДИАГНОСТИЧЕСКОГО КОДА НЕИСПРАВНОСТИ
Если сопротивление подогревателя нижнего датчика кислорода выше пороговой величины, ЕСМ распознает это как неисправность датчика и регистрирует код P0141.
УСЛОВИЕ РЕГИСТРАЦИИ ДИАГНОСТИЧЕСКОГО КОДА НЕИСПРАВНОСТИ
Условие регистрации Возможная причина
Cтратегия регистрации DTC a. Проверка подогревателя
1. Плохой контакт
2. Разрыв или короткое замыкание на массу в цепи питания
3. Разрыв в цепи управления
4. S2
Условия активации a. Напряжение АКБ: 10,7
16,1 В
a. Температура отработавших газов: 350
Пороговое значение a. Внутреннее сопротивление > Пороговая величина
Время диагностики a. 6 сек.
Включенное состояние контрольной лампы неисправности a. Три поездки
S1 – передний кислородный датчик, S2 – задний кислородный датчик
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Позиция ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Сопротивление нагревательного элемента (Ом) Прибл. 9,0 Ом при (20°C)
Схема цепи диагностики
ФОРМА СИГНАЛА И ДАННЫЕ
Для обеспечения управления подачей топлива с «замкнутой петлей» датчик кислорода (HO2S) должен быть прогрет до минимальной рабочей температуры. С этой целью в датчике имеется встроенный нагревательный элемент, уменьшающий время прогрева датчика и поддерживающий его работу при любых условиях движения. Подогреватель датчика кислорода включается после запуска двигателя, за исключением режимов холодного пуска и ускорения с высокой скоростью. Управление подогревателем осуществляет ЕСМ посредством сигнала с изменяемой скважностью. Напряжение питания к нагревателю подается от главного реле, а соединение его цепи с «массой» обеспечивается ЕСМ.
Если продолжать ездить с неисправным лямбда зондом!
• Гарантированный выход из строя катализатора, 2-го лямбда зонда в случае продолжения езды с неисправным 1-м лямбда зондом.
• Ухудшение холодного пуска двигателя, некомфортная езда, сопровождаемая пониженной мощностью и плавающими оборотами холостого хода и иногда провалами на оборотах от 2000 до 3000.
• Повышенный расход топлива, в среднем на 5-20% от обычного и даже до 50% в тяжелых случаях, что в итоге выльется за год как раз в стоимость новенького лямбда зонда.
• Сигнализирующая о неисправности лампочка Check Engine, которая попросту добавляет беспокойства в вашу жизнь и за которой можно просмотреть другую неисправность.
При появлении любой неисправности современного автомобиля необходимо поспешить с её устранением, желательно отказавшись от дальнейшей интенсивной эксплуатации до её устранения. В большей степени, чем к каким бы то ни было деталям это относится к лямбда зонду. Как уже известно из статьи «Для чего нужен лямбда зонд?», этот датчик вместе с катализатором, отвечает за чистоту выхлопных газов от вредных примесей. Звучит довольно невинно, и многие автолюбители полагают, что после выхода из строя кислородного датчика, всё, что им грозит, это повышение вредных примесей в выхлопной системе. Однако это далеко не так.
Драйвовчане попробуем разобраться, что же происходит с двигателем и его системами при продолжении эксплуатации автомобиля с неисправным кислородным датчиком на примере двух главных угроз.
Сокращение ресурса двигателя.
Кратко о механизме этого процесса, который развивается в двух направлениях.
В результате неисправности датчика или его неправильной работы под воздействием внешних факторов, в цилиндры может подаваться переобогащённая топливная смесь. Эта смесь сгорает не полностью в результате чего, электроды и изоляторы свечей и камеры сгорания покрываются чёрным нагаром. Обильный нагар закоксовывает компрессионные кольца цилиндров. Возникает неполное прилегание и снижение компрессии, в результате чего часть газов поступает в картер и «отравляет» масло.
Но это ещё не так опасно как процесс, идущим параллельно с вышеописанным. Остатки несгоревшего топлива, проникшего за компрессионные кольца, смывают масляную плёнку с поверхности цилиндра, возникает сухое трение, приводящее к сокращению его ресурса, а в запущенных случаях и к перегреву двигателя.
Выход из строя катализатора и 2-го лямбда зонда.
Как мы уже выяснили, в выхлопную трубу попадают отработавшие газы с остатками топлива. В результате, катализатор начинает работать в аварийном режиме, дожигая остатки топлива. Постепенно катализатор разрушается, продукты его разрушения начинают забивать его соты. Катализатор начинает перегреваться и оплавляется, окончательно запечатывая всю свою сотовую структуру. В итоге мощность двигателя окончательно падает и автомобиль перестаёт ехать из-за того, что нет места для свободного отвода отработавших газов. В течение этого процесса отравляется и 2-й лямбда зонд.
Другой, важной причиной, по которой следует быстрее заменить датчик кислорода, это необходимость погасить горящую лампочку Check Engine, поскольку за ошибкой лямбда зонда, можно проглядеть появление другой ошибки.