Что такое лямбда-зонд. Как датчик кислорода регулирует работу ДВС
Нынешние автомобили буквально напичканы всевозможными сенсорами, при помощи которых контролируется давление в шинах и тормозной системе, температура антифриза и масла в системе смазки, уровень горючего, скорость вращения колес, угол поворота руля и многое другое. Целый ряд датчиков служит для регулирования режимов работы ДВС. Среди них устройство с загадочным названием лямбда-зонд, о котором и пойдет речь в данной статье.
Греческой буквой лямбда (λ) обозначают коэффициент, который характеризует отклонение состава воздушно-топливной смеси, подаваемой в цилиндры ДВС, от оптимального. Отметим, что в русскоязычной технической литературе для этого коэффициента часто используется другая греческая буква — альфа (α).
Максимальная эффективность ДВС достигается при определенном соотношении объемов воздуха и горючего, поступающих в цилиндры. В такой смеси воздуха ровно столько, сколько нужно для полного сгорания горючего. Ни больше, ни меньше. Данное соотношение воздуха и горючего именуется стехиометрическим.
Для силовых агрегатов, работающих на бензине, стехиометрическое соотношение равно 14,7, для дизельных агрегатов — 14,6, для сжиженного газа (пропан-бутановая смесь) — 15,5, для сжатого газа (метан) — 17,2.
Для стехиометрической смеси λ = 1. Если λ больше 1, значит воздуха больше, чем требуется, и тогда говорят об обедненной смеси. Если λ меньше 1, смесь называется обогащенной.
Обедненная смесь снизит мощность ДВС и ухудшит экономичность расхода горючего. А при определенной пропорции ДВС просто заглохнет.
В случае работы на обогащенной смеси мощность возрастет. Цена такого умощнения — большой перерасход горючего. Дальнейшее увеличение доли горючего в смеси вызовет проблемы с воспламенением и неустойчивую работу агрегата. Недостаток кислорода не даст горючему сгорать полностью, что резко увеличит концентрацию вредных веществ в выхлопе. Бензин будет частично догорать в выхлопной системе, вызывая дефект глушителя и катализатора. На это будут указывать хлопки и темный дым из выхлопной трубы. При появлении подобных симптомов для начала следует диагностировать воздушный фильтр. Возможно, он просто засорился и не пропускает воздух в ДВС.
Блок управления двигателем постоянно контролирует состав смеси в цилиндрах и регулирует количество впрыскиваемого горючего, динамически поддерживая значение коэффициента λ максимально близким к 1. Правда, в возможности обычно используется слегка обедненная смесь, у которой λ = 1,03…1,05. Это максимально экономичный режим, к тому же он минимизирует вредные выбросы, так как наличие небольшого количества кислорода дает возможность дожигать угарный газ и углеводороды в каталитическом нейтрализаторе.
Лямбда-зонд как раз и является тем прибором, который осуществляет мониторинг состава воздушно-топливной смеси, выдавая соответствующий сигнал на ЭБУ ДВС.
Устанавливается он обычно на входе каталитического нейтрализатора и реагирует на присутствие кислорода в отработанных газах. Поэтому лямбда-зонд еще называют датчиком остаточного кислорода или просто кислородным датчиком.
В основе датчика керамический элемент (1) из диоксида циркония с добавлением оксида иттрия, выполняющий функции твердотельного электролита. Платиновое напыление образует электроды — внешний (2) и внутренний (3). С контактов (5 и 4) снимается напряжение, которое по проводам подается на ЭБУ.
Внешний электрод обдувается разогретыми отработанными газами, проходящими через выхлопную трубу, а внутренний контактирует с атмосферным воздухом. Разница в количестве кислорода на внешнем и внутреннем электроде вызывает появление напряжения на сигнальных контактах зонда и соответствующую реакцию ЭБУ.
При отсутствии кислорода на внешнем электроде датчика блок управления получает на своем входе напряжение порядка 0,9 V. В результате ЭБУ уменьшает подачу горючего на форсунки, обедняя смесь, а на внешнем электроде лямбда-зонда появляется кислород. Это приводит к снижению выходного напряжения, генерируемого кислородным датчиком.
Если количество кислорода, проходящего через внешний электрод, повышается до некоторой величины, то напряжение на выходе датчика падает примерно до 0,1 V. ЭБУ воспринимает это как обеднение смеси, и корректирует ее, увеличивая впрыскивание горючего.
Таким образом производится динамическое регулирование состава смеси, а величина коэффициента λ постоянно колеблется возле 1. Если подключить осциллограф к контактам правильно работающего лямбда-зонда, то увидим сигнал близкий к чистой синусоиде.
Более точная коррекция с меньшими колебаниями лямбды возможна в случае установки дополнительного кислородного датчика на выходе каталитического нейтрализатора. Заодно производится контроль работы катализатора.
- впускной коллектор;
- ДВС;
- ЭБУ;
- топливные форсунки;
- основной кислородный датчик;
- дополнительный кислородный датчик;
- каталитический нейтрализатор.
Твердотельный электролит приобретает проводимость лишь будучи нагретым примерно до 300…400 °C. А значит, лямбда-зонд бездействует какое-то время после запуска ДВСа, пока отработанные газы не прогреют его в достаточной степени. Смесь при этом регулируется на основании сигналов прочих датчиков и заводских данных в памяти ЭБУ. Для ускорения включения датчика кислорода в работу его часто снабжают электроподогревом, встраивая нагревательный элемент внутрь керамики.
каждый датчик рано или поздно начинает барахлить и требует ремонта или смены. Лямбда-зонд — не исключение. В украинских реальных условиях он исправно работает в среднем 60…100 тысяч километров. Ряд причин могут сократить срок его службы.
- Некачественное горючее и сомнительные присадки. Примеси могут загрязнять чувствительные элементы датчика.
- Загрязнение маслом, попадающим в отработанные газы из-за проблем в поршневой группе.
- Лямбда-зонд рассчитан на работу при высокой температуре, но лишь до определенного предела (порядка 900…1000 °C). Перегрев из-за некорректной работы ДВС или системы зажигания способен повредить кислородный датчик.
- Электрические проблемы — окисление контактов, обрыв или замыкание проводов и прочее.
- Механические дефекты.
За исключением случаев дефекты в результате удара, датчик остаточного кислорода обычно умирает медленно, а признаки поломки проявляются постепенно, становясь более явными лишь с течением времени. Симптомы неисправного лямбда-зонда следующие:
- Повышенный расход горючего.
- Снижение мощности ДВСа.
- Ухудшение динамики.
- Рывки в процессе движения машины.
- Плавающие обороты холостого хода.
- Повышение токсичности выхлопа. Определяется в основном при помощи соответствующей диагностики, реже проявляется резким запахом или черным дымом.
- Перегрев каталитического нейтрализатора.
Нужно учитывать, что указанные признаки не всегда связаны именно с неисправностью кислородного датчика, поэтому для определения точной причины возникшей проблемы требуется дополнительная диагностика.
диагностировать целостность электропроводки можно прозвонкой при помощи мультиметра. Следует убедиться также в отсутствии замыкания проводов на корпус и между собой.
диагностируйте сопротивление нагревательного элемента, оно должно составлять примерно 5…15 Ом.
Питающее напряжения нагревателя должно быть близко к напряжению бортовой электросети.
Проблемы, связанные с проводами или отсутствием контакта в разъеме, решить вполне возможно, но в целом датчик кислорода ремонту не подлежит.
Очистка датчика от загрязнений весьма проблематична, а во многих случаях просто невозможна. Особенно, если речь идет о блестящем серебристом налете, вызванном присутствием свинца в бензине. Применение абразивных материалов и чистящих средств добьет прибор окончательно и бесповоротно. Многие химически активные вещества также способны повредить его.
Встречающиеся в сети рекомендации по очистке лямбда-зонда посредством ортофосфорной кислоты дают желаемый эффект в одном случае из ста. Желающие могут попробовать.
Отключение неисправного лямбда-зонда переведет систему впрыска горючего в усредненный заводской режим, прописанный в памяти ЭБУ. Он может оказаться далеким от оптимального, поэтому вышедший из строя следует как можно скорее заменить новым.
Откручивание датчика требует аккуратности, чтобы не повредить резьбу в выхлопной трубе. Перед установкой нового устройства резьбу следует очистить и смазать термопастой или графитовой смазкой (следите, чтобы она не попала на чувствительный элемент датчика). Вкручивайте лямбда-зонд динамометрическим ключом с надлежащим моментом.
При монтаже кислородного датчика нельзя использовать силиконовые и прочие герметики.
Соблюдение определенных условий позволит лямбда-зонду дольше оставаться в исправном состоянии.
- Заправляйтесь качественным горючим.
- Избегайте сомнительных присадок к горючему.
- Контролируйте температуру выхлопной системы, не допускайте ее перегрева
- Избегайте многократных запусков ДВС за короткий интервал времени.
- Не применяйте для очистки наконечников кислородного датчика абразивы и химически активные вещества.
