Где находится лямбда-зонд и что это такое?
В конструкции автомобилей, выпускаемых разными производителями, предусмотрено использование многочисленных датчиков. С их помощью осуществляется непрерывный мониторинг, контроль функционирования различных узлов, систем и агрегатов в заданных параметрах. Важнейшим датчиком является лямбда-зонд (λ-зонд), отвечающий за уровень кислорода в отводимых от двигателя выхлопных газах.
Определение
В соответствии с техническим описанием, лямбда-зонд – это специальное устройство, которое предназначено для фиксации, измерения и оценки уровня содержания (процентного) кислорода в общей массе выхлопных газов ТС. Данная информация в постоянном режиме направляется на электронный блок управления (ЭБУ), где в автоматическом режиме производится корректировка (при необходимости) состава подготавливаемой смеси топлива и кислорода, а также ее качества. В результате обеспечивается снижение уровня токсичности в отработанных газах, выбрасываемых автомобилем в окружающую среду.
Общее устройство
С каждым годом экологические нормы эксплуатации ТС становятся все жестче. Задача снижения уровня токсичности решается конструкторами посредством установки специального элемента – катализатора. Качество, надежность, продолжительность работы каталитического нейтрализатора обеспечивается за счет формирования правильного состава смеси (топливо/ кислород) перед ее направлением в камеру сгорания.
Лямбда-зонд представляет собой специальную систему, которая определяет уровень содержания кислорода, остающегося после завершения процесса превращения энергии сгорания топлива в движущую силу автомобиля. Если датчик зафиксирует излишки свободного кислорода, который не вступит во взаимодействие с топливом, то это указывает на недостаток бензина. С другой стороны, если не хватает кислорода, то следует снизить подачу. Принцип достаточно простой и эффективный, при этом позволяет не только контролировать выхлопные газы, но и обеспечивает экономичный расход топлива.
Месторасположение кислородного датчика
Лямбда-зонд вкручивается непосредственно в систему отвода отработанных выхлопных газов и находится в выпускном тракте в непосредственной близости с катализатором. Последние модели современных автомобилей оснащаются двумя датчиками кислорода, которые устанавливаются по обе стороны от каталитического нейтрализатора. По конструкции оба лямбда-зонда одинаковы, но производят разные замеры.
Так, верхний датчик замеряет и посылает на ЭБУ информацию о том, какой процент кислорода содержится в выхлопных газах. А главная задача кислородного датчика, установленного внизу, заключается в контроле эффективности работы катализатора (при необходимости – в его более тонкой, точечной корректировки).
Общее устройство детали
Наибольшее распространение в современных автомобилях получили кислородные датчики, работающие на основе диоксида циркония. Конструктивно, изделие представляет собой металлический стержень с проводом.
Конец стержня несколько скруглен, внутри находится 2 электрода, между которыми – твердый электролит, либо двуокись циркония. Наружный электрод взаимодействует с выхлопными газами, а внутренний – с атмосферой. В конструкции лямбда-зонда предусмотрен специальный термоэлемент, с помощью которого осуществляется быстрый прогрев электродов до требуемых эксплуатационных параметров (приблизительно 300°С).
Возможные неисправности
Кислородные датчики функционируют в крайне тяжелых эксплуатационных условиях при непрерывном и достаточно агрессивном воздействии потока горячих отработанных газов. Выход детали из строя влечет целый ряд характерных неисправностей:
- увеличение расхода топлива;
- неустойчивую работу двигателя на холостом ходу;
- снижение мощности;
- ухудшение тяги, преемственности, передачи крутящего момента на ходовую часть;
- характерный запах бензина из выхлопной трубы.
Поломка датчика редко происходит по причине механического воздействия.
Чаще всего это последствия естественного износа, обрыва цепи питания нагревательного элемента или загрязнения.
Заменить неисправный лямбда-зонд можно самостоятельно, но при наличии соответствующей квалификации, либо рекомендуется доверить ремонт специалистам автосервиса.
- устройство автомобиля
Что такое лямбда-зонд в машине
Лямбда-зонд, он же кислородный датчик, служит для передачи в компьютер инжекторного автомобиля данных о составе топливовоздушной смеси. Причем измеряется не процент кислорода в самой смеси, а количество кислорода, в уже отработанных газах. При прохождении через каталитический нейтрализатор выхлопных газов, они изменяют свой состав, поэтому лямбда-зонд в машине монтируют на выпускном коллекторе, до нейтрализатора. Применение лямбда-зонда, позволяет значительно улучшить качество рабочей смеси и обеспечить наиболее полное сгорание топлива, что обеспечивает продление срока службы каталитических нейтрализаторов.
Свое второе название, он получил от коэффициента избытка воздуха в смеси, обозначаемого в автомобилестроении буквой лямбда.
Теоретическая часть работы лямбда-зонда
При создании лямбда-зонда был применен принцип гальванического элемента. В основе он имеет твердый керамический электролит (ZrO2). Поверх керамической основы делается губчатое напыление платины. Один электрод находится внутри системы выпуска отработавших газов, а второй снаружи (на чистом воздухе). Достаточная точность измерения содержания кислорода в отработавших газах возможна только после прогрева системы выпуска отработавших газов до рабочей температуры (300°C — 400°C).
При такой температуре керамика приобретает свойство проводить электрический ток, а разница в содержании кислорода в атмосфере и в отработанных газах ведет к образованию на электродах электрического напряжения.
Во время работы холодного двигателя, впрыск топлива осуществляется блоком управления автомобилем без участия показаний лямбда-зонда, а состав топливовоздушной смеси регулируется при помощи показаний других приборов.
Особенностью работы лямбда-зонда является то, что при незначительном изменении коэффициента избытка воздуха (от 0,97 до 1,03), напряжение резко изменяется скачком в интервале 0,1 — 0,9 В.
Поэтому, именно применение ZrO2 обеспечивает наиболее точные данные, сильно отличающиеся даже при незначительном изменении.
Неисправный датчик кислорода
В случае, если лямбда-зонд неисправен, блок управления впрыском работает по средним параметрам, сохраненным в памяти. В результате получается, что состав топливовоздушной смеси становится далеким от идеального и автомобиль значительно увеличивает потребление топлива, двигатель начинает работать неустойчиво, особенно на холостом ходу, повышается СО в отработавших газах. Проверку работоспособности датчика следует проводить только с использованием специального оборудования, поэтому лучше всего обратиться к специалистам.
Некоторые модели автомобилей, при неисправности датчика кислорода, начинают получать настолько обогащенную смесь, что автомобиль не может даже доехать на СТО.
Возможность восстановления
Довольно часто на автомобилях наблюдается повышенный расход топлива. Основной причиной этого является топливо низкого качества, которое сильно загрязняет систему выпуска отработавших газов и датчик кислорода.
Если неисправность не вызвана разрушением керамической основы, то возможно его удастся восстановить, так как это гораздо дешевле чем покупка нового.
Если поверхность электрода покрывается нагаром, датчик перестает передавать правильные показания. При удалении налета, датчик начнет работать в штатном режиме.
Процедура восстановления лямбда-зонда
- При попытке восстановления необходимо получить доступ к рабочей части электродов. Для этого можно произвести вскрытие защитного колпачка при помощи токарного станка (ни в коем случае не вскрывать ножовкой, это приведет к повреждению керамической основы) или при помощи нарезания напильником окошечек (3-4 мм) в защитном стакане.
- Слой платины очень тонкий, поэтому производить чистку любым механическим способом нельзя. Для очистки необходимо использовать ортофосфорную кислоту или очиститель ржавчины на его основе.
- Нельзя целиком погружать лямбда-зонд в кислоту. Необходимо при помощи мягкой щеточки нанести ее на рабочую поверхность электрода и дать некоторое время для реакции.
При очистке электрода от нагара, должен появиться тускло-стальной цвет платинового напыления. - По окончании операции нужно тщательно промыть его водой.
- Затем, аргоновой сваркой крепится на место защитный колпачок.
- Отремонтированный датчик закручивается на свое место. Стоит использовать антиприхватывающий герметик при установке.
- Проводятся испытания, которые и покажут эффективность всех манипуляций.
При очистке электрода от нагара, должен появиться тускло-стальной цвет платинового напыления.Если эта процедура не принесла результата и двигатель продолжает расходовать топливо в усиленном режиме, то придется покупать новый датчик. Если же эффект экономии проявился, то стоит повторить процедуру при повторном повышении расхода.
История датчика кислорода — Продукты Walker
История датчика кислорода
Продукты Walker> Руководство по обучению датчиков O2> История датчика кислорода
Скачать печатный Руководство по обучению PDF
2,0. Кислородный или лямбда-зонд в правильно функционирующей выхлопной системе контролирует соотношение A/F до ста раз в секунду и передает эту информацию в электронный блок управления автомобилем или блок управления двигателем (также называемый PCM или ECM).
Затем вносятся соответствующие коррективы, чтобы убедиться, что это соотношение является идеальным или стехиометрическим, что помогает автомобилю сжигать топливо более эффективно. В большинстве кислородных датчиков используется материал сердечника из циркония, который вырабатывает напряжение в зависимости от количества кислорода в выхлопных газах.Evolution
Кислородные датчики были разработаны компанией Robert Bosch и впервые использовались в автомобилях Volvo в конце 1970-х годов. Первоначально автомобильные кислородные датчики имели только один или два провода и были сделаны из циркония в форме наперстка. Они полагались на тепло выхлопной системы, чтобы нагреть их до необходимой рабочей температуры. Проблема, связанная с этой концепцией, заключалась в том, что датчикам требовалось очень много времени для перехода из нерабочего состояния (таким образом, блок управления двигателем оставался в режиме разомкнутого контура) в рабочее состояние (что необходимо для режима замкнутого контура), обычно более минуты.
Некоторые производители автомобилей намеренно увеличивали угол опережения зажигания, чтобы нагреть выхлопные газы, чтобы обеспечить более быстрый прогрев кислородного датчика и катализатора. При расположении близко к двигателю (требование прогреть датчики до соответствующей рабочей температуры) было невозможно контролировать выхлопные газы обоих рядов двигателей — еще один недостаток ранних конструкций датчиков.
В начале 1980-х годов производители кислородных датчиков добавили небольшой стержневой нагреватель в центр наперстка, который намного быстрее нагревал керамический наперсток до рабочей температуры. Датчики с подогревом можно было бы установить ниже по потоку рядом с каталитическим нейтрализатором — более предпочтительное место, поскольку выхлопные газы были в более однородном состоянии, а вероятность перегрева датчика была значительно снижена. Первые версии представляли собой трехпроводные датчики, в которых для сигнала датчика использовалось заземление корпуса. В более поздних приложениях использовались четырехпроводные версии с изолированным заземлением.
Начиная с начала 1990-х годов для автомобилей в Калифорнии и с 1996 года для других 49 штатов были реализованы элементы управления OBDII. Требования к кислородному датчику резко возросли. Были разработаны новые технологии, и датчики были размещены в большем количестве мест, что увеличило их обратную связь с ЭБУ. Текущие узкополосные датчики, которые позволяли считывать только «богатые» или «бедные», были заменены. Новое поколение четырех- и пятипроводных широкополосных датчиков в настоящее время используется во многих транспортных средствах. Эти датчики позволяют точно измерять соотношение A/F, обеспечивая истинный контроль выбросов.
В то время как первые автомобили, оснащенные датчиками, имели один датчик, современные автомобили могут иметь до восьми. К оригинальному однопроводному датчику в виде наперстка присоединились нагреваемые, планарные датчики, датчики на основе титана, FLO (быстрое выключение света), UFLO (сверхбыстрое выключение света), широкополосные датчики и датчики отношения A/F.
Современный кислородный датчик, благодаря своей сложности и размещению, позволяет использовать впрыск топлива и двигатели с низким уровнем выбросов в современных автомобилях.
Типовые компоненты датчика
Имитация выхлопных газов для проверки лямбда-зонда
Примечание по применению A069-GP03
Каждый современный автомобиль с двигателем внутреннего сгорания имеет саморегулирующийся способ оптимизации работы двигателя. Лямбда-зонд, датчик, который расположен в выхлопной части автомобиля, измеряет содержание кислорода в выхлопных газах автомобиля.
Это содержание кислорода, «коэффициент лямбда», является мерой эффективности процесса сгорания в двигателе автомобиля. Значение лямбда передается в систему управления двигателем автомобиля, и, при необходимости, соотношение топливо/кислород в двигателе внутреннего сгорания оптимизируется путем регулировки впрыска топлива. Исследовательскому отделу производителя автомобилей необходимо проверить работоспособность этих лямбда-зондов с несколькими составами выхлопных газов.
Требования к применению
Производитель автомобилей хочет иметь возможность изменить состав газов с очень низким содержанием таких газов, как моноксид углерода (CO) и оксид азота (NO), на очень высокое содержание. Кроме того, они хотят очень быстро перейти на другую газовую смесь.
Важные темы
- Точное дозирование компонентов выхлопных газов
- Стабильность
- Гибкость
Технологическое решение
Первоначально компания Bronkhorst поставила десять регуляторов массового расхода типа EL-FLOW Prestige для точной подачи компонентов искусственного состава отработавших газов для имитации определенной рабочей точки. Каждый конкретный регулятор массового расхода предназначен для компонента, который может присутствовать в выхлопных газах автомобиля (N 
д.) Эти индивидуально генерируемые газовые потоки поступают в камеру смешения и, когда поток стабилизируется, подается на лямбда-зонд.
С помощью регуляторов массового расхода EL-FLOW Prestige можно добавлять небольшие количества газа в искусственную смесь выхлопных газов. Было использовано несколько диапазонов, и регуляторы массового расхода были откалиброваны от 9 миллилитров в минуту до 20 литров (N 2 газа) в минуту.
Для проведения дополнительных испытаний лямбда-зонда за то же время исследовательский отдел заказал Bronkhorst поставку второго комплекта из десяти контроллеров массового расхода EL-FLOW Prestige для параллельного моделирования другой рабочей точки. В то же время, когда лямбда-зонд тестировался с использованием искусственного состава отработавших газов первой очереди, состав второй очереди предварительно смешивался во второй смесительной камере. Таким образом, они могли переключаться с одной рабочей точки на другую, физически (отключая) каждую из смесительных камер от (от) лямбда-зонда, что экономило время.