АВТО БЛОГ YAMAHA-VOLGA.RU

Лямбда зонд принцип работы: Принцип работы лямбда зондов — Denso

7 декабря, 1974 by admin

Принцип работы лямбда зондов — Denso

Датчики кислорода работают совместно с системой впрыска, каталитическим нейтрализатором и системой управления двигателем или электронным блоком управления (ЭБУ), помогая добиться максимально низкого уровня выбросов двигателя, наносящих вред окружающей среде:

• Датчик кислорода контролирует процентное содержание несгоревшего кислорода в выхлопных газах автомобиля; 
• В зависимости от содержания кислорода — слишком высокое (бедная смесь) или слишком низкое (богатая смесь) — датчик передает быстроизменяющийся сигнал в ЭБУ; 
• ЭБУ реагирует на сигнал изменением качества топливовоздушной смеси, поступающей в двигатель. Задача состоит в том, чтобы поддерживать соотношение топлива и воздуха в смеси близко к стехиометрической точке, которая представляет собой рассчитанное идеальное соотношение топлива и воздуха в смеси. В теории при таком соотношении все топливо сгорает полностью, используя при этом почти все количество кислорода в воздухе. Остаточный кислород должен присутствовать в количестве, как раз необходимом для эффективной работы каталитического нейтрализатора; 
• После этого нейтрализатор производит обработку выхлопных газов до того, как они покинут автомобиль. Большинство современных автомобилей оснащены трехкомпонентным каталитическим нейтрализатором. Трехкомпонентный подразумевает три вида контролируемых (вредных) выбросов, уровень которых снижается с помощью нейтрализатора — монооксид углерода (CO), несгоревшие углеводороды (CH) и оксид азота (NOx). Точное количество кислорода в выхлопных газах важно для нейтрализатора, поскольку от этого зависит, насколько эффективно он сможет удалить эти вредные выбросы из выхлопных газов. При правильном количестве кислорода между кислородом и токсичными газами возникает химическая реакция, в результате которой из нейтрализатора выходят безвредные газы. Если нейтрализатор работает исправно, то этой химической реакцией поглощается весь кислород, содержащийся в выхлопных газах.

Принцип работы лямбда зонда | Выхлоп-сервис

В современных системах управления впрыском топлива, едва ли не главную роль выполняет датчик содержания кислорода в выхлопных газах (Oxygen Sensor). Его часто называют лямбда-зонд или О2-датчик, иногда — датчик выхлопа. Задача лямбда-зонда состоит в том чтобы преобразовывать информацию о содержании кислорода в выхлопных газах в эл.сигнал, который, в свою очередь, считывается эл.блоком управления впрыском (ECU).

В современных двигателях оптимальной считается смесь с соотношением 14.7 частей воздуха к 1части топлива. Соотношение воздуха и топлива в составе топливной смеси определяется эл.блоком по полученным сигналам датчиков установленных на двигателе, качество же приготовленной смеси проверяется ECU по сигналам, введенного в обратную связь, датчика О2. При излишне обогащенной или обедненной топливной смеси, эл.блок корректирует ее приготовление с учетом показаний лямбда-зонда. датчик О2 выполняет в системе впрыска топлива одну из основных функций, работа двигателя во многом зависит от его исправного состояния. Самыми важными условиями работоспособности датчика содержания кислорода в выхлопных газах являются:

1. Обеспечение герметичности выхлопного тракта и непосредственно места установки датчика. При замене вышедшего из строя датчика О2 следует смазывать его резьбу специальной токопроводной смазкой для предотвращения заклинивания резьбового соединения. Не стоит применять для этого стандартные смазки, т.к. они не являются токопроводными, а резьбовая часть датчика является для него эл.контактом. Некачественный контакт (или контакт с большим сопротивлением эл.току) приведет к неправильной работе
лямбда-зонда. В некоторых конструкциях предусмотрена установка герметизирующей шайбы. Чаще всего эти шайбы являются одноразовыми и при демонтаже датчика подлежат замене.

2. Считается недопустимым попадание на корпус датчика тормозной или охлаждающей жидкости и других реактивов. Не следует применять для очистки его поверхности какие-либо растворители и активные моющие средства.

3. В связи с малыми рабочими токами, должны быть обеспечены надлежащие контакты в разъемах соединений эл.цепи и проводки датчика О2.

4. Существенно снизить ресурс лямбда-зонда может применение топлива, в состав которого входит высокое содержание свинца (эт.бензин).

5. К выходу из строя датчика может привести перегрев его корпуса. Перегрев может произойти из-за неправильно установленного угла опережения зажигания или сильно переобогащенной топливной смеси. В свою очередь, топливная смесь может быть переобогащена из-за забитого воздушного фильтра, неисправного регулятора давления топлива в системе, неработающего датчика температуры охлаждающей жидкости и др.

Функционально лямбда-зонд работает, как переключатель и выдает напряжение выше порогового (0.45V) при низком содержании кислорода в выхлопных газах. При высоком уровне кислорода датчик О2 снижает это пороговое напряжение ECU. При этом, важным параметром является скорость переключения датчика. В большинстве систем впрыска топлива О2-датчик имеет выходное напряжение от 40–100мВ. до 0.7–1В. Длительность фронта должна быть не более 120мСек. Следует отметить, что многие неисправности лямбда-зонда контроллерами не фиксируются и судить о его исправной работе можно только после

Проверку работоспособности датчика О2 лучше всего производить с помощью осциллографа. На Рис.3 показан сигнал нормально работающего лямбда-зонда на прогретом двигателе, работающего на ХХ.

На Рис.4 показан выходной сигнал еще работающего, но изрядно послужившего и практически забитого датчика О2. Данная осциллограмма зафиксировала падение амплитуды выходного сигнала ниже 0V, что говорит о неисправности датчика О2. Данная неисправность датчика чаще всего фиксируется системой самодиагностики и на приборной панели загорается лампочка «CHECK ENGINE», которая сигнализирует о неисправности.

На Рис.5 представлена наиболее распространенная «болезнь» датчиков содержания кислорода в выхлопных газах, которая выражена в замедленной его реакции. Время фронта сигнала (t) значительно превышает 120 мСек. Данная неисправность датчика неминуемо вызывает увеличенный расход топлива и заметное снижение динамики автомобиля, а система самодиагностики ее не зафиксирует, т.к. данный параметр не отслеживается контроллером.

Неисправности “замерзших» датчиков О2 не фиксируются контроллером, т.к.амплитудные значения сигналов не выходят из заданного для них диапазона. В большинстве систем впрыска топлива неисправности датчиков могут быть зафиксированы только при выходе их сигнала из этого заданного диапазона. Чаще всего это 0–1В.

Таким образом, однозначно фиксируется только полное отсутствие сигнала и его минусовое значение, в этих случаях ошибка индицируется лампой «CHECK ENGINE». Однако, следует заметить, что в некоторых ECU предусмотрена возможность диагностики и обнаружения неисправности по косвенным признакам (соотношение показаний датчика скорости автомобиля или датчика положения коленвала, датчика положения дроссельной заслонки, расходомера воздуха и др.). В этих случаях индикация «СЕ» может быть включена.

При обнаружении неисправности О2-датчика, контроллер переходит в режим управления впрыском по усредненным параметрам и завышает обогащение

Ресурс датчика содержания кислорода в выхлопных газах обычно составляет от 30 до 70 тыс.км. и в значительной степени зависит от условий эксплуатации. Дольше служат, как правило, датчики с подогревом. Рабочая температура для них обычно 315–320ёC. В конструкцию этих датчиков включен нагревающий элемент, имеющий на разъеме свои контакты. Проверку работоспособности нагревательного элемента таких датчиков можно производить обычным омметром. Сопротивление их обычно составляет от 3 до 15 Ом.

Демонтаж неисправного лямбда-зонда следует производить при температуре двигателя около 50ёC, в противном случае, из-за заклинивания, велик риск сорвать резьбу. Перед тем, как приступать к демонтажу, необходимо при выключенном зажигании отсоединить разъем датчика. На некоторых автомобилях, чтобы снять датчик О2, необходимо демонтировать защитный кожух выпускного тракта. Признаком неисправного лямбда-зонда может служить повышение расхода топлива и ухудшение динамики автомобиля, при этом возможен неустойчивый холостой ход двигателя.

В большинстве своем, сходные по конструкции датчики являются взаимозаменяемыми. Возможна и замена неподогреваемых на подогреваемые О2 (обратную замену я не рекомендую). Однако часто возникает проблема несовместимости разъемов и отсутствие дополнительных проводов питания для подогревающего элемента. При этих заменах можно самостоятельно проложить дополнительные провода и подключить подогреватель к реле зажигания или реле эл.бензонасоса. При этом следует учитывать, что ток потребления подогревателя может составлять до 8–12А. Если есть возможность, лучше эту цепь подключить через дополнительное реле и предохранитель, как показано на Рис.9.

На рис. показана схематика разъемов, которые чаще всего встречаются с распространенными датчиками содержания кислорода в выхлопных газах. Цветовая маркировка проводов, разъемов (и их конструкция) могут различаться и зависят от предприятия (фирмы) изготовителя конкретного датчика или автомобиля. Однако замечено, что сигнальный провод О2 чаще бывает более темного цвета, чем его подогревателя. Цветовая маркировка проводов подогревателя датчика, чаще всего бывает одноцветной (часто белого цвета), но отличной от сигнального провода.

В заключение хочу отметить, что датчик содержания кислорода в выхлопных газах устанавливается, как правило, в паре с катализатором. Многие автовладельцы считают, что они взаимосвязаны функционально и могут работать только в паре. Однако это не совсем так. В большинстве автомобилей лямбда-зонд установлен на выхлопном тракте до катализатора. В этом случае катализатор не может влиять на работу датчика, хотя обратная зависимость есть и заключается в том, чтобы система впрыска топлива регулировала топливную смесь не обогащая ее, таким образом продляя срок службы катализатора.

Некоторые автовладельцы самостоятельно заменяют вышедший из строя катализатор на резонатор и отключают лямбда-зонд. В этом случае ECU работает по усредненным значениям и не может обеспечить оптимального приготовления состава топливной смеси. Кроме того, добиться низкого уровня содержания СО в выхлопных газах на таких автомобилях бывает весьма проблематично. Часто в этих случаях после отключения аккумулятора работа двигателя становится неустойчивой и не всегда оптимизируется даже после значительного пробега автомобиля, т.к. не во всех ECU есть система коррекции режимов сохраняемых в оперативной памяти и, при отключении питания, ECU теряет эти значения. Восстановление этих значений порой может быть дороже стоимости нового катализатора вместе с О2.

Бесконтрольность датчика О2 может привести к его полному разрушению, а ведь его основу составляют керамические пластины. Самым серьезным следствием отключенного лямбда-зонда может стать вышедший из строя двигатель, т.к. на многих автомобилях из-за растянувшегося ремня ГРМ (и не только) могут не плотно быть закрыты выпускные клапана в начале обратного хода поршня. В этот момент очень велик риск попадания керамики в камеру сгорания, а чем это грозит догадаться не трудно.

Если вы решили заменить катализатор на резонатор или просто его удалить, не стоит отключать лямбда-зонд, а если и он вышел из строя, то установите новый датчик. В автомобилях где лямбда-зонд установлен на катализаторе, дело обстоит еще сложнее, т.к. О2 контролирует уже очищенный выхлоп. В этом случае, если удален катализатор (даже если сохранен О2), добиться оптимальной работы двигателя бывает достаточно трудно, т.к. программа ECU может быть не рассчитана на более «грязный» выхлоп и часто воспринимает
это как неисправность лямбда-зонда.

Настоятельно рекомендую проверять работу датчика содержания кислорода в выхлопных газах не реже одного раза через каждые 5000–10000 км. пробега автомобиля. Решением данной проблемы контроля может стать установленный на приборной панели индикатор работы лямбда-зонда.

Vladimir Kalinovsky
Corsa Automotive
2307 McDonald Ave
Brooklyn, NY 11223
(718) 998–0770
fax (718) 627–7312
Внимание! Проверку работы датчика содержания кислорода в выхлопных газах следует проводить на прогретом двигателе и частоте вращения коленвала на оборотах обычного Х.Х.+1200. Щуп осциллографа необходимо подключать к сигнальному проводу О2 не отключая датчик от контроллера.

Отключить диагностические лямбда зонды, что избавит от необходимости их менять, можно с помощью чип тюнинга. Это позволит полностью удалить каталитический нейтрализатор.

Принцип работы датчика Лямбда зонд

Любознательные автолюбители давно уже слышали о таких системах, как антиблокировочная тормозная система (ABS) или стабилизация курсовой устойчивости (ESP), да и о других тоже. Сегодня поговорим о датчике Лямбда зонд, рассмотрим принцип работы датчика Лямбда зонд, узнаем для чего надо датчик Лямбда зонд, за что он отвечает и так далее.

С каждым годом человечество все больше задумывается о сохранении окружающей среды, ведь не мало было упущено в прошлом, надо подумать и о будущем. Узаконивание жестких экологических норм относительно автомобилей, привело к разработке и применению новых устройств, таких как каталитические нейтрализаторы.

Каталитический нейтрализатор

Каталитический нейтрализатор – это устройство, назначение которого является снижение вредных выбросов в окружающую среду. Катализатор очень полезная вещь, только для его корректной работы следует соблюдать некоторые условия. Огромное влияние на работу катализатора оказывает состав топливно-воздушной смеси. Именно от качества топливно-воздушной смеси и зависит ресурс работы катализатора. Поэтому и был разработан датчик Лямбда зонд, который отвечает за контроль состава этой же топливно-воздушной смеси. В просто народе его называют датчик кислорода.

Не секрет, что свое название датчик получил от обозначения коэффициента избытка воздуха, который обозначается греческой буквой Лямбда. Лямбда зонд применяется для измерения состава отработавших газов и содействует в дальнейшем для поддержания оптимального состава смеси топлива и воздуха. Оптимальное соотношение топливно-воздушной смеси обеспечит качественное сгорание, что уменьшит выброс вредных веществ в атмосферу.

Оптимальный состав топливно-воздушной смеси это когда на 14,7 частей воздуха приходится 1 часть топлива, при этом Лямбда равняется одному. На старых советских двигателях такого сложно было добиться. А в современных автомобилях для этого используют системы питания с электронным впрыском топлива, которая взаимодействует с датчиком Лямбда-зонд.

Избыток воздуха в топливно-воздушной смеси измеряется путем определения в отработавших газах содержания остаточного кислорода (О₂). Этим объясняется и расположение датчика в выпускном коллекторе непосредственно перед катализатором.

Для считывания сигнала с Лямбда датчика используется электронный блок управления системы впрыска топлива (ЭБУ), который отвечает за оптимизацию состава топливно-воздушной смеси, то уменьшая, то увеличивая подачу топлива в цилиндры двигателя.

Некоторые производители автомобилей пошли еще дальше, и начали устанавливать по два Лямбда датчика в выхлопной системе, перед катализатором и после него. Два датчика Лямбда устанавливали для того, чтобы увеличить точность приготовления горючей смеси и улучшить работу катализатора.

Схема датчика кислорода лямбда зонда на основе диоксида циркония: 1 – твердый электролит; 2, 3 – наружный и внутренний электроды; 4 – контакт заземления; 5 – сигнальный контакт; 6 – выхлопная труба.

Наиболее качественное измерение выхлопных газов Лямбда датчиком обеспечивается при температуре 300-400 градусов Цельсия. При такой температуре Циркониевый электролит становиться более проводимым, вследствие чего на электродах датчика появляются выходное напряжение.

Поэтому при запуске и прогреве двигателя датчик не используется. На этих режимах работы двигателя контроль качества топливно-воздушной смеси осуществляют датчики положения дроссельной заслонки, датчик температуры охлаждающей жидкости, датчик количества оборотов коленчатого вала.

На схеме представлена зависимость напряжения лямбда-зонда от коэффициента избытка воздуха при 500-800°С температуре датчика.

Для качественной работы датчика при низких температурах применяют принудительные нагревательные элементы.

Если не работает датчик лямбда зонд, тогда ЭБУ выбирает средние параметры работы, считывая данные с своей памяти. Параметры топливно-воздушной смеси будут разниться от идеальной.

К чему приведет поломка Лямбда датчика?

Поломка Лямбда датчика приведет к повышению расхода топлива, на холостом ходу двигатель будет работать неравномерно, в выхлопных газах будет содержаться повышенный уровень СО, упадет мощность двигателя, но автомобиль будет на ходу.

Самому проверить Лямбда датчик достаточно сложно, поэтому лучше проконсультироваться с специалистами.

Какой срок службы Лямбда датчика?

Срок службы Лямбда датчика зависит от качества заливаемого топлива. Бывает так, что достаточно нескольких заправок некачественным бензином и датчик приходит в негодность. Средний срок службы Лямбда датчика составляет от 40 до 80 тыс. км пробега.

Кислородный датчик или лямбда зонд

Одна из острейших проблем, с которой сталкиваются современные автопроизводители, – экологическая безопасность. Массовое использование автомобилей в повседневной жизни грозит ростом загазованности современных городов. Для уменьшения количества токсичных веществ, содержащихся в составе выхлопных газов, используются специальные системы их очистки, так называемые каталитические нейтрализаторы, для обеспечения последним необходимых условий работы применяется кислородный датчик.

На что влияет кислородный датчик?

Работа ДВС сопровождается выделением выхлопных газов (ВГ), содержащих вредные для человека вещества. Их значительная концентрация влияет на самочувствие и здоровье окружающих. Среди этих токсичных веществ необходимо особо отметить угарный газ, не полностью сгоревшие углеводороды и окислы азота. Чтобы уменьшить их содержание в составе ВГ, как уже отмечалось, на современных автомобилях используется каталитический нейтрализатор.

Однако у него есть особенность – он успешно работает в достаточно ограниченном диапазоне соотношения кислорода и бензина, и если смесь обогащенная, или наоборот, слишком бедная, то содержание в составе ВГ токсичных веществ остается высоким. Вот кислородный датчик и участвует в обеспечении необходимого соотношения кислорода и бензина.

Содержание токсичных веществ зависит от степени сгорания топливовоздушной смеси (ТВС) и ее состава. Если в ней мало бензина, она называется обедненной, если много – обогащенной. Однако понятие «много или мало» достаточно неопределенное и не может использоваться для управления составом ТВС. Вот для устранения этой неопределенности и нужен кислородный датчик, у него есть ещё одно название – лямбда зонд.

С его помощью контроллер управления двигателем отслеживает процесс сгорания ТВС, для чего измеряется в ВГ содержание кислорода. При необходимости изменяется состав ТВС таким образом, чтобы обеспечить полное сгорание топлива и уменьшить выделяемое количество токсичных веществ.

Как работает кислородный датчик?

На сегодняшний день существует лямбда зонд трех разновидностей:

• циркониевый;
• титановый;
• широкополосный.

Наиболее распространенными из них являются первые два типа. Свое название они получили от используемого материала, и соответственно, принцип работы кислородного датчика из-за этого у них разный.

Циркониевый датчик кислорода

Как устроен подобный лямбда зонд, изображено на рисунке.

Конструктивно он может быть выполнен по-разному, либо цилиндрический (пальчиковый), либо пластина (планарный датчик). По сути дела, это слоистая структура, внутренняя и наружная поверхности которой выполнены из платины и разделены слоем специальной керамики. Она защищена снаружи корпусом с отверстиями для поступления ВГ к платиновой поверхности кислородного датчика и имеет связь с наружным воздухом.

При своей работе лямбда зонд контролирует содержание кислорода в составе ВГ, для чего его надо располагать в потоке этих газов. Принцип, по которому он работает, чем-то напоминает аккумулятор, только твердотельный. При достаточно высоких температурах (не ниже трехсот градусов) через керамику, разделяющую слои платины, начинают проходить ионы кислорода. Их содержание в окружающем воздухе и в составе ВГ разное, вследствие чего между слоями датчика появляется разность потенциалов.

Именно она и есть тот сигнал, что лямбда зонд выдает контроллеру управления двигателем. На его величину влияет содержание кислорода в ВГ. Получив эти данные, контролер отвечает тем, что изменяет ТВС, уменьшая или увеличивая количество впрыскиваемого бензина. Вот для чего нужен лямбда зонд, с его помощью контроллер определяет, насколько полностью сгорает ТВС, и подбирает ее оптимальный состав, обеспечивая при этом эффективность работы ДВС и его топливную экономичность.

Описанный принцип работы, основанный на движении ионов кислорода, реализуется при температурах от трехсот до девятисот градусов, поэтому и помещают лямбда зонд в выхлопную систему автомобиля.

Титановый датчик кислорода

Принцип работы, который использует такой датчик, совсем другой. В этом случае применяется зависимость проводимости диоксида титана от парциального давления кислорода в смеси газов. Чем больше содержание кислорода в составе ВГ, тем хуже лямбда зонд проводит электрический ток. Его выходное напряжение пропорционально количеству кислорода и изменяется скачкообразно.

Кислородный датчик подобного типа работает при температуре от семисот градусов, и для него не требуется эталонный воздух.

Широкополосный датчик

Он в обычных машинах используется довольно редко, его отличает совершенно другой принцип работы. У него имеются две специальные камеры – измерительная и камера накачки. Если предыдущие типы датчиков генерировали высокое либо низкое напряжение на выходе в зависимости от содержания кислорода в составе ВГ, то широкополосный датчик выдает напряжение, пропорциональное его значению.

Про эксплуатацию датчика

Лямбда зонд – неразборная конструкция и рассчитана на пробег до восьмидесяти тысяч километров. Правда, этот показатель может значительно уменьшиться при нарушении правил эксплуатации.
Среди них стоит отметить:

• использование этилированного бензина или других видов топлива, не предусмотренных изготовителем;
• перегрев датчика;
• многократные неудачные запуски двигателя;
• попадание на корпус датчика эксплуатационных автомобильных жидкостей или моющих средств;
• замыкание на «массу», а также плохой контакт выходной цепи.

Могут быть и другие причины, вызывающие отказ датчика, но и уже приведенных достаточно для понимания, что это хрупкое изделие и требует в процессе работы бережного отношения. Полностью проверить датчик с необходимой степенью достоверности можно, воспользовавшись осциллографом.
Однако результаты работы датчика видны невооруженным взглядом по ряду признаков:

1. увеличение расхода топлива;
2. увеличение содержания окиси углерода в составе ВГ;
3. ухудшение динамики машины;
4. неустойчивая работа мотора.

Причин отказов датчика может быть несколько, но независимо от них ремонт для него не предусмотрен, только замена.

Лямбда зонд в современных автомобилях контролирует количество кислорода в составе ВГ. Он также осуществляет выдачу данных в контроллер управления двигателем с целью изменения состава ТВС для полного сгорания смеси и обеспечения необходимых условий работы нейтрализатора.

Что еще стоит почитать

Кислородный датчик (лямбда-зонд): устройство и принцип работы

В современных автомобилях есть приборы, которые позволяют оценить влияние работы транспортного средства на окружающую среду. К числу таких устройств относится лямбда-зонд, который также называют кислородным датчиком. Его использование необходимо не только для улучшения ситуации в природе, но и оценки эффективности работы системы ДВС (двигателя внутреннего сгорания).

Роль коэффициента отработки воздуха в системе ДВС

Как известно, принцип работы автомобильного транспортного средства базируется на системе двигателя внутреннего сгорания: за счет потребления (расхода) сгораемого топлива автомобиль черпает энергию, помогающую ему управлять всеми двигательными процессами.

В работе системы ДВС учитывается пропорционное соотношение воздуха и топлива. Идеальное значение получило название стехиометрическое. При таком соотношении топливо в системе ДВС сгорает на 100%. Это не только обеспечивает безупречное движение и работу взаимосвязанных с ним систем, но еще и благоприятно сказывается на влиянии деятельности автомобиля на окружающую среду.

При стехиометрическом соотношении газы авто практически не влияют на загрязнение природы, а потому машина может эксплуатироваться долго и регулярно. Но чтобы обеспечить такое соотношение, производителям автомобиля следует исследовать показатели топливоподачи.

В стехиометрическом соотношении учитываются следующие параметры: 14,7:1, где 14,7 кг – это объем воздуха, а 1 кг – количество топлива, которое требуется для его идеального сгорания. В естественных условиях эксплуатации автомобиля очевидно, что невозможно обеспечить одновременное поступление в ДВС именно такого объема воздушной смеси. Поэтому создатели транспортных средств должны предусмотреть такой уровень топливоподачи, при котором соблюдение этого соотношения будет достигнуто в максимально короткий период.

Значения коэффициента избыточности воздуха. «Богатая» и «бедная» смеси

При расчете топливоподачи учитывают значение коэффициента избыточности воздуха. Он определяется как соотношение поступившего в двигатель газа к объему топливной смеси, необходимому для его полного сгорания. Этот коэффициент обозначается особым символом лямбда («λ»). Значения коэффициента:

 Лямбда равна нулю. В таком случае речь идет о достижении стехиометрического соотношения, при котором топливо полностью сгорает в системе двигателя, обеспечивая оптимальные ходовые качества транспортному средству.

 Лямбда больше нуля. Здесь речь идет о так называемой «богатой», или перенасыщенной смеси. Причем под «богатым» понимается превышение доли топлива над количеством кислорода, используемого для сгорания этого топлива.

 Лямбда меньше нуля. И наоборот: если воздуха в топливовоздушной смеси больше, чем требуется для полного сгорания топлива, смесь считается «бедной».

В зависимости от получившихся расчетов используются 3 системы двигателей, каждая из которых направлена на оптимизацию ходовой активности авто и уменьшение негативного влияния машины на окружающую среду, которое осуществляется за счет выброса газов – результатов переработки топливовоздушной смеси. Виды двигателей, применяемых в зависимости от значения коэффициента избыточности:

 1 тип – экономия топлива;

 2 тип – интенсивное ускорение подачи топлива;

 3 тип – снижение доли вредных примесей в составе топливовоздушной смеси.

Учитывая, какое важное влияние оказывает соотношение отдельных элементов топливовоздушной смеси, в автомобилях используется отдельный прибор, задача которого – определить, правильно ли соблюдаются пропорции. Этот прибор носит название лямбда-зонд, которое связано непосредственно с символом, обозначающим значение коэффициента избыточности воздуха.

Лямбда-зонд: назначение

Лямбда-зонд создан, чтобы определять уровень кислорода в газах после сгорания топливной смеси. Передача информации осуществляется через электронный блок, созданный для управления системой ДВС.

Еще одно предназначение, объясняющее, как работает лямбда-зонд, связано с подготовкой смеси для фильтрации в катализаторе. Так как лямбда-зонд измеряет соотношение уровня кислорода и топлива в ДВС, то при разбалансировке в электронный блок подается соответствующий сигнал о том, что нужно увеличить или, наоборот, уменьшить количество топлива в системе. Когда пропорции идеальные, то есть наблюдается стехиометрическое соотношение, двигатель работает в оптимальном режиме, а потому нагрузка на катализатор снижается.

В конечном итоге выброс вредных веществ, которые появляются при сгорании переизбытков топлива в ДВС, сводится к минимуму. Это положительно сказывается на уровне загрязнения окружающей среды: воздействие выхлопных газов уменьшается.

Назначение и устройство датчика кислорода

Учитывая многозадачность современных транспортных средств, во многих устройствах используется не один, а 2 или даже 4 лямбда-зонда. Чем они отличаются и для чего требуется сразу несколько приборов:

 Основная задача первого лямбда-зонда сводится к расчету соотношения уровня горючего и кислорода в ДВС. То есть, первичный кислородный датчик выполняет свою прямую функцию – измерение пропорций и стремление к достижению стехиометрического соотношения.

 Второй лямбда-зонд нужен для упрощения работы катализатора. Учитывая возможные «погрешности», которые могут возникать при избытке или недостатке топлива в смеси, второй лямбда-зонд осуществляет повторную проверку соотношения, тем самым подготавливая смесь для катализатора.

Если второй кислородный датчик отсутствует, то все обязанности берет на себя единственное устройство. В таком случае нельзя с уверенностью сказать, что катализатор будет работать на полную мощность: случаи, когда этот прибор выходил из строя раньше положенного срока, не являются редкостью. Поэтому в тех автомобилях, где установлено 2 лямбда-зонда, объем вредных выхлопных газов минимален, а сам катализатор работает максимально продолжительный срок (при отсутствии заводских дефектов и разрушающих факторов).

Учитывая принцип работы обоих устройств, то есть первого и второго лямбда-зондов, первый располагается непосредственно перед нейтрализатором, а второй – после. Симбиоз устройств обеспечивает слаженную работу ДВС и катализатора, что положительно сказывается на работе всего автомобиля.

В некоторых автомобилях количество лямбда-зондов еще больше. Максимально в настоящее время встречается 4 устройства в составе одного транспортного средства. Количество приборов напрямую связано с тем, каков объем мотора. В машине с объемом мотора 2 литра и менее, как правило, располагается 2 устройства. Если у двигателя объем превышает 2 литра, то используются целых 4 прибора.

Один прибор встречается крайне редко. Его можно увидеть на устаревших моделях бюджетных марок, которые были выпущены 15-20 лет назад. У более старых, но дорогих автомобилей, как правило, уже установлено 2 и более приборов.

Где располагаются запчасти?

Чтобы узнать, сколько лямбда-зондов предусмотрено в модели вашего автомобиля, изучите инструкцию по эксплуатации или журналы, рассказывающие про самостоятельный ремонт транспортных средств. Проверку запчастей также можно осуществить в ближайшей мастерской.

Тем, кто хочет самостоятельно найти этот прибор, следует сделать следующее:

 Откройте капот автомобиля.

 Перейдите к месту, где располагается двигатель. Его несложно отыскать: устройство обычно располагается в центральной части под капотом, в специальной коробке с плотно закрытой крышкой.

 Изучите приводящие к двигателю элементы. Обратите внимание на выпускной коллектор. Это большие массивные трубы, располагающиеся в непосредственной близости от двигателя.

 В нижней части трубы следует поискать небольшой элемент цилиндрической формы. Он и представляет собой лямбда-зонд, который вы ищите. Если таких приборов несколько, то они будут располагаться рядом друг с другом. Расположение второго прибора не так просто найти. Он будет в нижней части автомобиля, в выпускной системе.

Соответственно, там, где предусмотрено целых 4 детали, вы увидите симметрично расположенные 4 элемента. Главное – не пытаться самостоятельно исправить работу приборов, если нет навыка в ремонте транспортных средств. Выход из строя кислородного датчика негативно сказывается на работе многих систем, поэтому лучше доверить решение этого вопроса профессиональным мастерам.

Устройство и принцип работы кислородного датчика

Чтобы понять, что представляет собой этот элемент, какую роль он играет в работе всей системы двигателя внутреннего сгорания, следует изучить его составляющие и их взаимосвязь с другими элементами.

Устройство лямдба-зонда

В зависимости от вида кислородного датчика его устройство, внешний вид и специфика работы будут незначительно различаться. Самый популярный вид прибора – циркониевый, его структура следующая:

 Электроды. У классического устройства их два. Один контактирует с окружающей средой, другой предоставляет доступ к внутренней системе агрегата. Основной объем работы выполняет внешний элемент. Именно через него происходит контакт запчастей с выхлопными газами, которые сами по себе являются разрушающим элементом. Внутренний электрод контактирует с кислородом, который высвобождается или, напротив, заполняет смесь в случае недостатка/избытка топлива.

 Нагревательный элемент. Самые первые датчики выпускались без него. Но сейчас все современные лямбда-зонды оснащены этим агрегатом. Нагревательный элемент позволяет устройству быстро достичь оптимальной температуры, которая требуется для запуска его системы. В зависимости от вида лямбда-зонда есть различные типы элементов. В нашем случае используется нагреватель, который должен прогреть деталь минимум до 300°C. Если температура будет недостаточно низкой, кислородный датчик будет показывать некорректное значение.

 Электролит – диоксид циркония. Он является важнейшим элементом, который проводит ток, необходимый для обеспечения работы лямбда-зонда. В иных приборах роль электролита выполняет титановый сплав.

 Кожух наконечника. На его поверхности предусмотрена специальная перфорация, которая улучшает проникновение отработанных газов в катализатор.

 Корпус. Обычно изготавливается из стали с уплотнителями на концах.

Зная состав и структуру лямбда-зонда, можно понять, каким образом осуществляется контроль над состоянием газа и топлива. Эти сведения помогают водителям своевременно «считывать» тревожные сигналы, возникающие при выходе запчастей из строя.

Если лямбда-зонд работает в полную силу, то сгорание топлива осуществляется наиболее эффективно. Это отражается на ходовой характеристике и плавности движения. И напротив: малейшие отклонения в кислородном датчике могут привести к тому, что автомобиль становится чересчур инертным, резким, слишком медленным и т.д.

Принцип работы лямбда-зонда для авто

Основной принцип работы лямбда-зонда базируется на следующем:

 оценка уровня топлива в смеси;

 передача данных в электрический блок;

 корректировка уровня кислорода в смеси;

 высвобождение газов и их подготовка к катализатору;

 защита катализатора от агрессивного воздействия продуктов горения.

Основной принцип работы этого устройства базируется на том, чтобы определить соотношение топлива и кислорода в топливовоздушной смеси. Если уровень одного из элементов не находится в рамках норматива (стехиометрическое соотношение), лямбда-зонд подает сигнал в электронный блок для корректировки проблемы.

После подачи сигнала осуществляется высвобождение излишнего кислорода или, напротив, насыщение воздухом. Такой способ позволяет поддерживать оптимальный баланс в системе ДВС, что положительно сказывается на работе мотора.

Лямбда-зонд: виды

Кислородные датчики бывают нескольких видов. Они классифицируются по ряду признаков:

 Материал.

 Форма.

 Конструкция.

Благодаря такой классификации можно без труда определить, какой тип устройства используется в вашем автомобиле. Это может пригодиться в том случае, если требуется срочная замена элемента или кратковременный ремонт. Лицам с навыками автомобильного мастера не составит труда исправить погрешность под капотом автомобиля, но только в том случае, если они будут знать, как устроены детали и чем они отличаются от остальных элементов.

Виды материалов лямбда-зонда

Среди материалов, используемых при создании лямбда-зонда, выделяют титан и цирконий. Самым распространенным видом кислородного датчика считается лямбда-зонд, изготовленный из циркония. В составе материала (база) – диоксид циркония. Также при создании используется другой элемент – оксид иттрия. На поверхности лямбда-зонда располагаются мелкие электроды. Они выполнены из платины. Этот материал идеально подходит для реакций окислительно-восстановительного характера.

Кислородный датчик из циркония

Циркониевый лямбда-зонд довольно устойчив к воздействию внешних факторов. Его оболочка находится в непосредственном контакте с окружающей средой, которая состоит из газов, полученных в результате реакций в ДВС. Внутренняя часть прибора взаимодействует с воздухом. В сам кислородный датчик воздух также попадает, что является нормой. Это необходимо для обеспечения оптимальной работы системы.

В составе элемента также есть нагревательный прибор, который представляет собой керамический изолятор. Без этого прибора кислородный датчик будет попросту неисправен, так как для обеспечения оптимального функционирования запчастей требуется достижение определенной температуры. Она составляет 300-400°C. Если керамический изолятор с функцией нагревания не позволит достигнуть указанных параметров температурного режима, не исключено, что система будет выдавать ошибку (например, показывать недостаточный уровень топлива в составе топливовоздушной смеси).

Несмотря на жесткие требования к соблюдению температурного режима, необходимого для корректной работы устройства, не нужно допускать его перегрева. Если температура зонда достигнет 950°C, устройство попросту выйдет из строя. В таком случае ремонт будет бессилен: придется менять неисправный элемент на новый, так как при такой температуре важнейшие элементы лямбда-зонда сгорают.

При эксплуатации и замене неисправного либо устаревшего лямбда-зонда стоит учитывать, что циркониевый элемент не предусматривает присоединение дополнительных приводящих проводов. Это приведет к появлению дисбаланса: по новым каналам будет поступать дополнительный кислород, что скажется на качестве сигнала и работы запчастей. Иными словами, если мастер по ошибке решить присоединить к кислородному циркониевому датчику дополнительные провода, то он попросту перестанет показывать корректную информацию, что приведет к неправильному соотношению уровня топлива и кислорода, увеличению потребления топлива и росту объемов выхлопа загрязняющих веществ.

Титановый лямбда-зонд

Второй вид материала, используемый при создании кислородного датчика, – это титан. По своему внешнему виду и принципу работы он во многом схож с предыдущей моделью, однако базу составляет диоксид не циркония, а титана.

Информация о соотношении элементов в системе топливовоздушной смеси передается благодаря изменению уровня проводимости. Эти сведения поступают в электронный блок, который затем распределяет необходимое количество топлива для корректировки получившегося значения.

Еще одно различие между титановым и циркониевым лямбда-зондом заключается в том, что для работы первого устройства требуется более высокая температура. Чтобы привести прибор в действие, он должен нагреться минимум на 700°C. Также устройство осуществляет свою работу без дополнительного контакта с кислородом, за исключением процессов, которые происходят внутри самого датчика (анализ соотношения топлива и кислорода и отправка полученных сведений).

Титановый датчик считается менее удобным. Он дольше нагревается, требует более высокой температуры, а потому используется лишь в нескольких авто. В большинстве моделей современных транспортных средств используется циркониевый вариант.

Форма лямбда-зонда

Кислородные датчики классифицируются в зависимости от ширины, поэтому среди них выделяют широко- и узкополосные запчасти. В первом случае речь идет о приборе современного плана. Он используется и на входе, и на выходе, а потому считается универсальным.

Особенности такого лямбда-зонда – выявление цифровых отклонений от нормы. То есть, широкополосный лямбда-зонд предназначен для точного расчета соотношения между кислородом и топливом. Он позволяет с легкостью определить, является ли смесь «богатой» или «бедной», а также подает сигналы в электрический блок, какая именно корректировка позволит достичь стехиометрического соотношения.

Такие элементы могут быть установлены и на двигатели, которые используют «обедненную» смесь. Благодаря своим свойствам широкополосные датчики нагреваются так же, как и титановые. Их средняя температура для активации работы составляет 650°C.

Основное преимущество такого датчика – своевременная регулировка смеси. За счет наличия насосной и измерительной систем осуществляется замер показателей, а затем их корректировка. Как это работает:

 Прибор измеряет состав смеси.

 Показатели сравниваются с рекомендованными значениями. У каждого транспортного средства есть свои особенности работы системы ДВС, поэтому у некоторых автомобилей данные могут почти всегда быть в норме, в то время как у других – «скакать» в том или ином направлении.

 Если смесь «бедная», то осуществляется высвобождение излишне накопившегося воздуха из системы.

 При избытке топлива датчик подает сигнал к электронному блоку, в результате чего осуществляется обогащение кислородом из окружающей среды.

Реакция в системе происходит благодаря измерению напряжения тока. В случае «бедной» смеси, в составе которой преобладает кислород, напряжение увеличивается. И, напротив, для «обогащенной» смеси является нормой снижение уровня напряжения, что является свидетельством того, что пора пополнять запасы газа из внешних источников.

Учитывая сложность процессов, чтобы перемещение кислорода из системы и обратно происходило быстро и без проблем, откачка и наполнение воздухом осуществляется через специальное отверстие. Оно называется диффузионным зазором. Когда кислород высвобождается (а также при обратном процессе), направление тока меняется, как и напряжение в устройстве.

Последние 5 лет преимущественно используются широкополосные датчики. Они более точные и надежные, так как оснащены сверхчувствительными элементами на поверхности лямбда-зонда. Узкополосные зонды учитывают лишь значимые изменения в составе смеси. Если кислород или топливо имеют малый дефицит, прибор все равно будет показывать, что показатели находятся в пределах нормы. Поэтому катализаторы, рядом с которыми установлены узкополосные лямбда-зонды, служат меньше, чем элементы с широкополосными системами.

Особенности применения широкополосных лямбда-зондов

Несмотря на то, что широкополосные устройства показывают определенный уровень напряжения, который принимается за норму, на самом деле в самих датчиках напряжение отсутствует. Продемонстрированные данные – не что иное, как внутренняя система измерителей. То есть прибор попросту отображает определенный норматив, именуемый напряжением, при отклонении от которого происходит некорректная работа в системе ДВС.

За отклонение принимается «обеднение» или «перенасыщение» топливом. И то, и иное не является нормой и подлежит немедленной корректировке, если владелец авто не хочет в будущем иметь проблемы с работой двигателя и его негативным влиянием на окружающую среду.

Чтение напряжения, которое показывает лямбда-зонд, – процесс субъективный. Здесь имеет значение, о каком автомобиле идет речь, какой тип двигателя используется. Все это влияет на исходные данные, которые будет показывать система. Поэтому не следует сравнивать значение, полученное на автомобиле российской марки, с показателями иномарок и наоборот.

Узнать, какое значение лямбда-зонда является нормативом можно в инструкции. Опытные автомобильные мастера, которые специализируются на решении проблем с системой ДВС и ее прилегающими элементами, помогут разобраться со значением для владельцев старых, эксклюзивных или неисправных автомобилей.

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.

Почему ломается лямбда-зонд?

Причин выхода из строя этого элемента несколько. Среди самых распространенных:

 Естественное старение прибора. Кислородный датчик рассчитан на определенное количество циклов. Если система работает слаженно, то есть автомобиль эксплуатируется на допустимой мощности, не возникает перегрузок или сбоев, то можно использовать лямбда-зонд на протяжении 150 тыс. км пробега и даже больше. Но у старых авто или машин с явными недостатками в работе ДВС срок применения этого агрегата обычно ниже в 2-3 раза и может составлять всего 45-50 тыс. км.

 Проблемы с электричеством. Когда цепь обрывается, связь с устройством может быть потеряна. Зачастую это случается при ДТП или затоплении автомобиля. В обоих случаях необходимо сразу позаботиться о замене неисправного элемента.

 Попадание инородных тел. Несмотря на то, что кислородный датчик в основном контактирует с газами после процесса горения, некоторые его виды осуществляют взаимодействие и с внешними газами – то есть кислородом из окружающей среды. Если диффузионный заслон загрязняется, это приводит к ухудшению работы системы и требует немедленной очистки.

Независимо от причины, которая привела к выходу устройства из строя, следует заняться его ремонтом или заменой в кратчайшие сроки. Этот агрегат играет важную роль в системе ДВС. Он не только «подает сигналы» в блок управления, но и контролирует соотношение топлива и кислорода. Правильная балансировка обеспечивает оптимальный уровень сгорания, при котором количество выделяемых в атмосферу примесей сводится к минимуму, и при этом двигатель осуществляет свою работу более слаженно.

Лямбда зонд — его роль и принцип работы

что это, принцип работы, описание, драгоценные металлы в нем

С каждым годом количество автомобилей растет, что самым неблагоприятным образом сказывается на экологической ситуации. Страдают от загазованного воздуха не только жители крупных городов, но и вся планета в целом, поскольку озоновый защитный слой атмосферы становится все меньше. По этой причине в цивилизованном мире установлены жесткие правила, требующие установки на автомобилях катализаторов – устройств, поглощающих токсичные компонента выхлопных газов. Это несгоревшие углеводороды, окись углерода и окислы азота.

Катализатор – устройство полезное, но для его эффективной работы нужно создать соответствующие условия. Необходимо постоянно контролировать качество топливно-воздушной смеси.

Что это такое

Оптимальный состав топливно-воздушной смеси содержит 1 часть бензина на 14,7 частей атмосферного воздуха. Если принять такое соотношение за единицу, то его отклонение в большую/меньшую сторону свидетельствует об обогащенном или обедненном составе смеси. Чтобы катализатор работал максимально эффективно, отклонение от оптимальной единицы должно быть не более одного процента.

Технически проблема решается посредством установки встроенного в электронную систему подачи топлива лямбда-зонда, который поддерживает состав топливно-воздушной смеси в катализаторе в оптимальных пределах.

Принцип работы лямбда-зонда

Конструкция датчика состоит из следующих основных элементов:

• металлический корпус;
• керамический изолятор;
• электрический нагреватель;
• электропроводка и токопроводящие контакты.

В процессе работы двигателя внутреннего сгорания содержание кислорода в атмосферном воздухе и в выпускном коллекторе выхлопной системы разное. Один электрод лямбда-датчика «дышит» наружным воздухом, а второй выхлопными газами. Соответственно, ионы кислорода создают в твердом электролите разность потенциалов. Это напряжение передается на бортовую систему управления подачей топлива, в результате чего в режиме реального времени оптимизируется состав топливно-воздушной смеси.

Корректное измерение отклонения количества кислорода в катализаторе возможно только при температуре не ниже 300 градусов. Это обусловлено тем, что циркониевый электролит при меньшей температуре в качестве проводника не работает. Поэтому при холодном пуске лямбда-датчик не принимает участия, а за состав подаваемой в двигатель топливно-воздушной смеси на этом этапе отвечают иные электронные устройства. В современных датчиках кислорода имеется электрический подогрев управляемых бортовым электронным блоком.

Максимальная температура для работы лямбда-датчика также ограничена и не должна превышать 1000 градусов. Поэтому устройство, установленное для быстрого прогрева на выпускном коллекторе перед катализатором, чувствительно к перегреву вследствие длительной езды на максимальных оборотах двигателя.

Может ли работать автомобиль без лямбда-зонда

Ресурс кислородного датчика не превышает 80 000 км и зависит от исправности двигателя, условий эксплуатации автомобиля. Но больше всего на срок эксплуатации влияет качество топлива. Иногда достаточно израсходовать несколько баков некачественного бензина, и датчик перестает работать вообще.

Признаки неисправности катализатора:

• Холостые обороты самопроизвольно падают до 500-600. Причина – в систему поступает обедненная смесь, не обеспечивающая стабильность работы в режиме холостого хода.
• На ходу заметна существенная потеря мощности. Автомобиль с трудом набирает обороты, преодолевает подъемы, медленно разгоняется. Причина та же – некорректное содержание топливно-воздушной смеси.
• Расход увеличился на 20-30%. Из-за слишком обогащенной топливно-воздушной смеси наблюдается темный выхлоп с характерным запахом несгоревшего в катализаторе бензина. На свечах появляется налет черного цвета.
• При ускорении автомобиль дергается.
• На панели управления сигнализирует Check Engine. Теоретически ошибку можно сбросить, но от этого катализатор исправным не станет.

Причины неисправности:

• Топливо низкого качества. Чрезмерное количество примесей приводит к тому, что их несгоревшие остатки оседают на поверхности лямбда-датчика, нарушают токопроводимость его контактов.
• Превышен срок эксплуатации. В идеальных условиях устройство может корректно работать при пробеге 150 000 км и даже больше. В наших реалиях, как правило, не больше 80 000 км. Но это касается оригинального датчика. Ресурс некачественного лицензионного устройства предсказать практически невозможно.
• Неисправность электрической проводки, которая может повредиться по причине перегрева коллектора.

Что делать, если механизм вышел из строя

Прежде всего, нужно убедиться в неисправности лямбда-датчика. В этом плане проще и надежнее всего обратиться на станцию техобслуживания. Если есть желание и возможность, можно сделать визуальную проверку самостоятельно. Начать нужно с осмотра разъемов, проверки надежности их фиксации. Затем следует осмотреть кислородный датчик:

• сажа на корпусе – показатель сгорания обогащенной смеси или чрезмерного перегрева зонда;
• блестящие отложения создает топливо с избытком свинца;
• белый и серый налет возникает вследствие использования масляных и топливных присадок.

Что делать? Если на лямбда-датчике появился свинцовый налет, устройство подлежит замене, поскольку свинец повреждает не только зонд, но и катализатор. То же касается и налета от присадок. Если говорить о саже, то ее можно попробовать почистить своими руками с использованием ортофосфорной кислоты.

Какие драгоценные материалы содержатся в зонде

Керамический твердый электролит гальванического элемента изготовлен из диоксида циркония, легированного оксидом иттрия. Токопроводящие электроды имеют платиновое напыление.

Количество ценных драгметаллов ничтожно мало, и пытаться извлечь их в домашних условиях не имеет смысла. Негодный кислородный датчик может сослужить своему владельцу последнюю службу, если сдать катализатор в утиль. Компания «Лом-АКБ» принимает по выгодным ценам вышедшие из строя автомобильные детали от частных лиц и организаций.

Лямбда-зонд — Принцип работы и его применение

В современных автомобилях используются различные виды цифровых систем управления для улучшения работы двигателя. Эти компьютеризированные системы полагаются на входные данные, поступающие от различных типов датчиков, присутствующих в автомобиле, для управления двигателем, мониторинга выбросов и т. д. Для хорошей работы автомобиля эти датчики должны предоставлять точные данные, иначе возникнут такие проблемы, как повышенный расход топлива, высокая эмиссия и т.п.. может произойти.Некоторыми из датчиков автомобильного двигателя являются датчики массового расхода воздуха, датчик частоты вращения двигателя, датчик детонации искры, датчик давления, датчик кислорода и т. д. Датчик кислорода также известен как лямбда-зонд. Этот датчик присутствует в выхлопной системе автомобиля.

Что такое лямбда-зонд?

, также известный как кислородный датчик, измеряет количество несгоревшего кислорода в выхлопной трубе. Выходной сигнал этого датчика используется для регулировки воздушно-топливной смеси в двигателе внутреннего сгорания.Этот датчик помогает определить, является ли это соотношение воздух-топливо обедненным или богатым.

Первый автомобильный лямбда-зонд был изобретен компанией Robert Bosch GmbH в 1976 году. Volvo и Saab первыми использовали лямбда-зонд. К 1993 году этот датчик был внедрен почти во все бензиновые автомобили в Европе.

Принцип работы

Лямбда-зонд состоит из двух частей: датчика, который нагревается, и датчика нагрева. Пороговая рабочая температура лямбда-зонда составляет от 300°С до 600°С.Датчик нагрева помогает лямбда-зонду достичь рабочей температуры.

Когда двигатель достигает нужной температуры, датчик начинает измерять содержание несгоревшего кислорода в выхлопных газах. Этот вывод отправляется в компьютерный блок, где он рассчитывает соотношение воздух-топливо и проверяет справочную таблицу, чтобы оптимизировать это соотношение воздух-топливо. На основании этой информации высвобождается расчетное количество топлива, необходимое двигателю для сгорания при стехиометрическом соотношении, обеспечивающем полное сгорание.

В автомобилях используются два лямбда-зонда – один устанавливается перед каталитическим нейтрализатором, который контролирует систему, а другой устанавливается за каталитическим нейтрализатором, чтобы убедиться, что первый работает правильно.

Приложения

Реальное количество лямбда-зондов в автомобиле зависит от года выпуска, марки, модели и двигателя автомобиля. Лямбда-зонды (кислородные датчики) помогают улучшить характеристики автомобиля, избегая дорогостоящего повреждения КПП. Использование хорошего лямбда-зонда может сократить потребление топлива автомобилем до 15 процентов.

Этот датчик очень полезен для низкого расхода топлива, низкого уровня выбросов загрязняющих веществ, проверки значений выбросов выхлопных газов. Этот датчик может со временем устареть и потребовать замены. Старые датчики передают информацию очень медленно, что приводит к неправильной топливно-воздушной смеси в каталитическом нейтрализаторе. Это приводит к неправильной работе, повышенному расходу топлива автомобилем и включению индикатора двигателя.

Путем регулярного удаления накипи с сенсора и очистки водородом можно повысить надежность и производительность сенсора.Рекомендуется периодически проверять исправность этого датчика. Назовите конкретное транспортное средство, в котором установлены 4 лямбда-зонда.

КИСЛОРОДНЫЕ ДАТЧИКИ /ЛЯМБДА-ДАТЧИК/: ДЕТАЛИ, ТИПЫ, РАБОЧИЕ

ЧТО ТАКОЕ КИСЛОРОДНЫЙ ДАТЧИК?

Кислородный датчик (обычно называемый «датчик O2», так как O2 — это химическая формула кислорода) устанавливается в выхлопном коллекторе автомобиля для контроля количества несгоревшего кислорода в выхлопных газах, когда выхлопные газы выходят из двигателя. .

ЧТО ДЕЛАЕТ КИСЛОРОДНЫЙ ДАТЧИК?

работают, вырабатывая собственное напряжение, когда они нагреваются (примерно 600°F). На наконечнике кислородного датчика, который подключается к выпускному коллектору, находится керамическая колба из циркония. Внутри и снаружи колба покрыта пористым слоем платины, которые служат электродами. Внутренняя часть колбы вентилируется внутри через корпус датчика во внешнюю атмосферу. Когда внешняя часть колбы подвергается воздействию горячих газов выхлопных газов, разница в уровнях кислорода между колбой и внешней атмосферой внутри датчика вызывает протекание напряжения через колбу.Если соотношение топлива обеднено (недостаточно топлива в смеси), напряжение относительно низкое — примерно 0,1 вольта. Если соотношение топлива богатое (слишком много топлива в смеси), напряжение относительно высокое — примерно 0,9 вольта. Когда воздушно-топливная смесь находится в стехиометрическом соотношении (14,7 частей воздуха на 1 часть топлива), кислородный датчик выдает 0,45 вольта.

ГДЕ РАСПОЛОЖЕНЫ КИСЛОРОДНЫЕ ДАТЧИКИ?

Изменилось количество датчиков кислорода в автомобиле. Каждый автомобиль, выпущенный после 1996 года, должен иметь кислородный датчик перед и после каждого каталитического нейтрализатора.Таким образом, в то время как большинство автомобилей имеют два кислородных датчика, двигатели V6 и V8, оснащенные двойным выхлопом, имеют четыре кислородных датчика — по одному перед каталитическим нейтрализатором и после каталитического нейтрализатора на каждом ряду двигателя.

1. Верхний кислородный датчик (кислородный датчик 1)

Лямбда-зонд 1 — это верхний лямбда-зонд по отношению к каталитическому нейтрализатору. Он измеряет соотношение воздух-топливо в выхлопных газах, выходящих из выпускного коллектора, и отправляет сигналы высокого и низкого напряжения в модуль управления трансмиссией для регулирования воздушно-топливной смеси.Когда модуль управления силовым агрегатом получает сигнал низкого напряжения (обеднение), он компенсирует это за счет увеличения количества топлива в смеси. Когда модуль управления силовым агрегатом получает сигнал высокого напряжения (обогащение), он обедняет смесь, уменьшая количество добавляемого в смесь топлива. Использование модулем управления силовым агрегатом входного сигнала датчика кислорода для регулирования состава топливной смеси известно как замкнутый контур управления с обратной связью. Эта работа с обратной связью приводит к постоянному переключению между обогащением и обеднением, что позволяет каталитическому нейтрализатору минимизировать выбросы за счет поддержания общего среднего соотношения топливной смеси в надлежащем балансе.Однако при запуске холодного двигателя или выходе из строя лямбда-зонда модуль управления силовым агрегатом переходит в режим разомкнутого контура. В режиме разомкнутого контура модуль управления силовым агрегатом не получает сигнал от лямбда-зонда и выдает фиксированную богатую топливную смесь. Работа без обратной связи приводит к повышенному расходу топлива и выбросам. Многие новые кислородные датчики содержат нагревательные элементы, помогающие им быстро достичь рабочей температуры, чтобы свести к минимуму время, затрачиваемое на работу в разомкнутом контуре.

2. Нижний кислородный датчик (кислородный датчик 2)

Лямбда-зонд 2 — это нижний лямбда-зонд по отношению к каталитическому нейтрализатору. Он измеряет соотношение воздух-топливо, выходящее из каталитического нейтрализатора, чтобы убедиться, что каталитический нейтрализатор работает правильно. Каталитический нейтрализатор поддерживает стехиометрическое соотношение воздух-топливо 14,7:1, в то время как модуль управления трансмиссией постоянно переключается между обогащенной и бедной воздушно-топливной смесью из-за входного сигнала от верхнего кислородного датчика (датчик 1).Следовательно, нижний кислородный датчик (датчик 2) должен выдавать постоянное напряжение примерно 0,45 В.

КАК РАБОТАЮТ КИСЛОРОДНЫЕ ДАТЧИКИ

Пошаговое руководство по работе автомобильного датчика кислорода. Эта статья относится к большинству автомобилей.

Шаг 1. Кислородный датчик представляет собой электронный компонент, разработанный для измерения уровня кислорода в выхлопной системе автомобильного двигателя.

Шаг 2. Как правило, кислородный датчик крепится к трубе выхлопной системы или сбоку от каталитического нейтрализатора, при этом часть датчика находится внутри трубы.Это измеряет кислородную смесь, генерируя небольшое количество электричества из-за разницы в атмосфере, кислороде и углекислом газе. Компьютер PCM отслеживает это напряжение и соответствующим образом регулирует подачу топлива. Кислородные датчики обычно можно найти в выхлопной трубе рядом с двигателем (первичный датчик), хотя иногда они устанавливаются в самом выпускном коллекторе, где соединяется выхлопная труба. Датчики, расположенные после или на каталитическом нейтрализаторе, являются вторичным блоком.

Шаг 3. Работа датчика заключается в измерении количества кислорода, необходимого для сжигания топлива, оставшегося в потоке выхлопных газов, и передаче этой информации обратно в компьютер PCM (модуль управления силовым агрегатом), где она сравнивается с другой оперативной информацией, чтобы можно было внести коррективы. быть сделано для максимального повышения эффективности использования топлива и мощности за счет правильного топливовоздушной смеси и угла опережения зажигания в двигателе.Датчики кислорода делают это за счет химической реакции внутри самого датчика; в этой статье мы объясним эволюцию и применение этой очень важной части головоломки впрыска топлива. Датчики кислорода работают через химическую реакцию. Сердечник или элемент датчика представляет собой циркониевую керамику с тонким слоем платины. Поскольку эти материалы являются реакционноспособными и наносятся в виде слоев, они со временем изнашиваются, что снижает их эффективность.

Шаг 4. Затем напряжение, создаваемое датчиком, передается на компьютер, где он сравнивает его с другой оперативной информацией, чтобы внести необходимые корректировки смеси и времени.Кислородный датчик находится в постоянной связи с блоком управления двигателем, передавая ему информацию, необходимую для регулировки подачи топлива для оптимального сгорания.

Шаг 5. Когда двигатель холодный, кислородный датчик считывает показания медленно, для устранения этой проблемы был установлен нагревательный элемент, который помогает датчику работать правильно, пока двигатель не достигнет рабочей температуры. Когда эти нагреватели выходят из строя, загорается контрольная лампа двигателя. Количество вторичных датчиков будет зависеть от количества каталитических нейтрализаторов в автомобиле.Кислородные датчики используют чередование богатых и обедненных смесей для достижения баланса, близкого к стехиометрической смеси (идеально подходит для внутреннего сгорания).

ЗОНД

Чувствительный элемент представляет собой керамический цилиндр, покрытый изнутри и снаружи пористыми платиновыми электродами; вся сборка защищена металлической сеткой. Он работает путем измерения разницы содержания кислорода между выхлопными газами и наружным воздухом и генерирует напряжение или изменяет свое сопротивление в зависимости от разницы между ними.

Датчики работают эффективно только при нагреве примерно до 316 °C (600 °F), поэтому большинство новых лямбда-зондов имеют нагревательные элементы, заключенные в керамику, которые быстро нагревают керамический наконечник до температуры. Старые датчики без нагревательных элементов в конечном итоге будут нагреваться выхлопными газами, но существует временная задержка между запуском двигателя и моментом, когда компоненты выхлопной системы приходят к тепловому равновесию. Время, необходимое для того, чтобы выхлопные газы довели датчик до температуры, зависит от температуры окружающего воздуха и геометрии выхлопной системы.Без нагревателя процесс может занять несколько минут. Существуют проблемы с загрязнением, связанные с этим медленным процессом запуска, в том числе аналогичная проблема с рабочей температурой каталитического нейтрализатора.

К зонду обычно подключаются четыре провода:
1. два для выхода лямбда и
2. два для питания нагревателя,

, хотя некоторые автопроизводители используют металл в качестве заземления для сигнала сенсорного элемента, в результате чего получается три провода. Раньше датчики без электрического обогрева имели один или два провода.

ТИПЫ КИСЛОРОДНЫХ ДАТЧИКОВ

1. Циркониевый датчик

Двуокись циркония или циркониевый лямбда-датчик основан на твердотельном электрохимическом топливном элементе, называемом ячейкой Нернста. Два его электрода обеспечивают выходное напряжение, соответствующее количеству кислорода в выхлопных газах по отношению к количеству кислорода в атмосфере.

Выходное напряжение 0,2 В (200 мВ) постоянного тока представляет собой «обедненную смесь» топлива и кислорода, где количество кислорода, поступающего в цилиндр, достаточно для полного окисления угарного газа (СО), образующегося при сжигании воздуха и топлива. , в углекислый газ (CO2).Выходное напряжение 0,8 В (800 мВ) постоянного тока представляет собой «богатую смесь» с высоким содержанием несгоревшего топлива и низким содержанием остаточного кислорода. Идеальная уставка составляет примерно 0,45 В (450 мВ) постоянного тока. Именно здесь количества воздуха и топлива находятся в оптимальном соотношении, которое составляет ~ 0,5% обедненной смеси от стехиометрической точки, так что выхлопные газы содержат минимальное количество угарного газа.

Напряжение, создаваемое датчиком, нелинейно по отношению к концентрации кислорода. Датчик наиболее чувствителен вблизи стехиометрической точки (где λ = 1) и менее чувствителен, когда он либо очень бедный, либо очень богатый.
ЭБУ представляет собой систему управления, которая использует обратную связь от датчика для регулировки топливно-воздушной смеси. Как и во всех системах управления, важна постоянная времени датчика; способность ECU контролировать соотношение топлива и воздуха зависит от времени отклика датчика. Стареющий или загрязненный датчик обычно имеет более медленное время отклика, что может снизить производительность системы. Чем короче период времени, тем выше так называемый «перекрестный счет» и тем более отзывчива система.

Датчик имеет прочную конструкцию из нержавеющей стали внутри и снаружи.Благодаря этому датчик обладает высокой коррозионной стойкостью, что позволяет эффективно использовать его в агрессивных средах с высокой температурой/давлением.
Циркониевый датчик относится к «узкополосному» типу, относящемуся к узкому диапазону соотношений топливо/воздух, на который он реагирует.

2. Широкополосный циркониевый датчик

Разновидность циркониевого датчика, называемая «широкополосным» датчиком, была представлена ​​NTK в 1992 году и широко использовалась в системах управления двигателем автомобиля, чтобы удовлетворить постоянно растущие требования к экономии топлива, снижению выбросов и повышению качества двигателя. производительность одновременно.Он основан на плоском элементе из диоксида циркония, но также включает в себя электрохимический газовый насос. Электронная схема, содержащая контур обратной связи, регулирует ток газового насоса, чтобы поддерживать постоянный выходной сигнал гальванического элемента, так что ток насоса напрямую указывает на содержание кислорода в выхлопных газах. Этот датчик устраняет цикличность обеднения и обогащения, присущую узкополосным датчикам, позволяя блоку управления гораздо быстрее регулировать подачу топлива и угол опережения зажигания двигателя. В автомобильной промышленности этот датчик также называют датчиком UEGO (универсальный датчик кислорода в отработавших газах).Датчики UEGO также широко используются для вторичной настройки динамометрического стенда и высокопроизводительного оборудования для индикации состояния воздуха и топлива для водителя. Широкополосный циркониевый датчик используется в системах послойного впрыска топлива, а теперь его можно использовать и в дизельных двигателях, чтобы соответствовать будущим ограничениям выбросов EURO и ULEV.

Широкополосные датчики состоят из трех элементов:
1. ионно-кислородный насос,
2. узкополосный циркониевый датчик,
3. нагревательный элемент.

Схема подключения широкополосного датчика обычно имеет шесть проводов:
1.резистивный нагревательный элемент,
2. резистивный нагревательный элемент,
3. датчик,
4. насос,
5. калибровочный резистор,
6. общий.

3. Датчик титана

Менее распространенный тип узкополосного лямбда-зонда имеет керамический элемент из титана (двуокиси титана). Этот тип не генерирует собственное напряжение, но изменяет свое электрическое сопротивление в зависимости от концентрации кислорода. Сопротивление Titania зависит от парциального давления кислорода и температуры.Поэтому некоторые датчики используются с датчиком температуры газа, чтобы компенсировать изменение сопротивления из-за температуры. Значение сопротивления при любой температуре составляет около 1/1000 изменения концентрации кислорода. К счастью, при λ = 1 происходит большое изменение кислорода, поэтому изменение сопротивления обычно составляет 1000 раз между богатым и обедненным, в зависимости от температуры.

Поскольку титан является полупроводником N-типа со структурой TiO2-x, дефекты x в кристаллической решетке проводят заряд.Таким образом, для богатого топливом выхлопа (более низкая концентрация кислорода) сопротивление низкое, а для обедненного топливом выхлопа (более высокая концентрация кислорода) сопротивление высокое. Блок управления питает датчик небольшим электрическим током и измеряет результирующее падение напряжения на датчике, которое варьируется от почти 0 вольт до примерно 5 вольт. Как и циркониевый датчик, этот тип является нелинейным, поэтому его иногда упрощенно описывают как бинарный индикатор, показывающий либо «обогащенный», либо «скудный». Датчики из титана дороже, чем датчики из циркония, но они также быстрее реагируют.

В автомобилестроении датчик из титана, в отличие от датчика из диоксида циркония, не требует для правильной работы эталонного образца атмосферного воздуха. Это упрощает проектирование узла датчика для защиты от загрязнения водой. В то время как большинство автомобильных датчиков являются погружными, для датчиков на основе диоксида циркония требуется очень небольшая подача эталонного воздуха из атмосферы. Теоретически жгут проводов датчика и разъем герметичны. Предполагается, что воздух, который просачивается через жгут проводов к датчику, поступает из открытой точки жгута проводов — обычно это блок управления двигателем, который находится в замкнутом пространстве, например, в багажнике или салоне автомобиля.

Работа лямбда-зонда | Строительство автомобилей

Любознательные автомобилисты давно слышали о таких системах, как антиблокировочная система тормозов (ABS) или Stability Программа (ESP) и другие тоже. Сегодня поговорим о датчике лямбда-зонд, рассмотрим принцип работы датчика лямбда-зонда, узнаем, почему мы нужен датчик лямбда-зонда, за что он отвечает и тд.

Каждый год, человечество все больше и больше задумывается о сохранении окружающей среды, ведь не мало что потеряно в прошлом, надо думать о будущем.То Узаконивание жестких экологических стандартов для автомобилей привело к разработка и применение новых устройств, таких как каталитические нейтрализаторы.

Каталитический нейтрализатор  

Катализатор — это устройство целью которых является снижение вредных выбросов в окружающую среду. Катализатор вещь очень полезная, вот только для ее правильной работы нужны определенные условия наблюдаться. Состав топливно-воздушной смеси оказывает огромное влияние на работу катализатора.Именно от качества топливно-воздушной смеси зависит зависит жизнь катализатора. Поэтому датчик лямбда-зонда был разработан, который отвечает за контроль состава того же топливно-воздушная смесь. В простонародье его называют кислородным датчиком.

Это не секрет что датчик получил свое название от обозначения коэффициента превышения воздух, который обозначается греческой буквой лямбда.Лямбда-зонд используется для измерять состав выхлопных газов и в дальнейшем способствует поддержанию оптимальный состав топливно-воздушной смеси. Оптимальное соотношение топливно-воздушная смесь обеспечит качественное сгорание, что снизит выброс вредных веществ в атмосферу.

Оптимальный состав топливно-воздушной смеси — это когда на 1 часть топлива приходится 14,7 частей воздуха, при этом Лямбда одна. На старых советских двигателях этого добиться было сложно.А в современных автомобилях для этого используются электронные системы впрыска топлива, которые взаимодействуют с лямбда-зондом.

Как лишний воздух измеряется в топливно-воздушной смеси?

Избыток воздуха в топливно-воздушная смесь измеряется определением содержания остаточного кислорода (O2) в выхлопных газах. Это также объясняет расположение датчика в выпускной коллектор сразу перед катализатором.

Читать сигнал от лямбда-зонда, блока управления электронной системой впрыска топлива (ECU), который отвечает за оптимизацию состава топливно-воздушной смеси, то уменьшая, то увеличивая подачу топлива в цилиндры двигателя.

Некоторые автопроизводители пошли еще дальше и стали устанавливать два лямбда-зонда в выхлопную систему, до и после катализатора. Для повышения точности приготовления горючей смеси и улучшения работы катализатора были установлены два лямбда-зонда.

Принцип работы лямбда-зонда

Схема кислородного датчика лямбда-зонда на основе диоксида циркония:

1 – твердый электролит; 2, 3 – внешний и внутренний электроды; 4 – заземляющий контакт; 5 – сигнальный контакт; 6 – выхлопная труба.

Самый обеспечивается качественное измерение выхлопных газов лямбда-зондом при температура 300-400 градусов Цельсия. При этой температуре цирконий электролит становится более проводящим, в результате чего выходное напряжение появляется на электродах датчика.

Поэтому при запуске и прогреве двигателя датчик не используется. На этих режимах работы двигателя контроль качества топливовоздушной смеси осуществляется датчиками положения дроссельной заслонки, датчиком температуры охлаждающей жидкости, датчиком частоты вращения коленчатого вала.

На схеме показано зависимость напряжения лямбда-зонда от коэффициента превышения воздух при температуре датчика 500-800°С.

Для качественного работа датчика при низких температурах, используются принудительные нагревательные элементы.

Что произойдет, если лямбда-зонд не работает?

Если лямбда датчик щупа не работает, то ЭБУ выбирает среднее рабочее параметров, читая данные из своей памяти. Параметры топливно-воздушной смесь будет отличаться от идеальной.

Что может привести к отказу лямбда-зонда? Повреждение лямбда-зонда приведет к увеличению расхода топлива, двигатель будет работать неровно на холостом ходу, в выхлопных газах будет содержаться повышенный уровень СО, упадет мощность двигателя, но автомобиль будет на ходу. Проверить лямбда-зонд самостоятельно достаточно сложно, поэтому лучше проконсультироваться со специалистами.

Жизнь Лямбда-зонд зависит от качества заливаемого топлива.Бывает, что достаточно нескольких заправок некачественным бензином и датчик становится непригодный для использования. Средний срок службы лямбда-зонда от 40 до 80 тыс. километров.

Лямбда-зонд — как работает лямбда-зонд?

Ни один современный двигатель внутреннего сгорания со всей мощью его электроники не будет стоить почти грош без электрических сигналов, получаемых от крошечного электромеханического элемента, размещенного в выхлопной трубе автомобиля. Обязательно угадайте, что это за элемент, это лямбда-зонд…

Лямбда-зонд получает задание послать сигнал определенного напряжения электронному блоку управления (ЭБУ), который распознает текущий состав топливовоздушной смеси.Для правильной работы лямбда-зонда его необходимо предварительно нагреть энергией, полученной от потока горячих дымовых газов, до определенной температуры, необходимой для его правильного функционирования во всем диапазоне работы двигателя.

Лямбда-зонд размещается в потоке выхлопных газов и сконструирован так, что внешний электрод окружен выхлопными газами, а внутренний электрод доступен атмосферному воздуху.Основа лямбда-зонда состоит из специального керамического элемента, на поверхность которого нанесен пористый платиновый электрод. Работа зонда основана на том, что керамический материал является пористым и допускает диффузию (проникновение) кислорода, присутствующего в воздухе. При более высоких температурах он становится проводящим, и если концентрация кислорода на одной стороне отличается от концентрации кислорода на другой, то между электродами возникает напряжение . В области стехиометрической смеси воздуха и топлива (l = 1,00) наблюдается скачок кривой выходного напряжения энкодера. Это напряжение является измерительным сигналом.

Корпус керамического лямбда-зонда заключен в полый корпус с защитным колпачком и электрическим разъемом. Поверхность керамического корпуса лямбда-зонда имеет микропористый платиновый слой, который с одной стороны точно влияет на характеристику зонда, а с другой служит электрическим контактом. Высокоадгезивное и высокопористое керамическое покрытие наносится поверх платинового слоя на конце керамического корпуса, который подвергается воздействию выхлопных газов.Этот защитный слой предохраняет платиновый слой от эрозии твердыми частицами выхлопных газов. Со стороны электрического соединения (снаружи выхлопной трубы) над лямбда-зондом, ввернутым в корпус, надевается защитная металлическая оболочка. Эта оболочка имеет отверстие для компенсации давления внутри лямбда-зонда, а также служит опорой для тарельчатой ​​пружины. Соединительные провода скручены в контактный элемент и пропущены через изолирующую оболочку снаружи лямбда-зонда.Чтобы отложения продуктов сгорания в отработавших газах не попадали на керамический корпус, конец лямбда-зонда, проникающий в поток отработавших газов, защищен специальной защитной трубкой, имеющей отверстия, сконструированные таким образом, чтобы отработавшие газы и твердые частицы в нее не попадали. непосредственного контакта с керамическим (ZrO2) корпусом.

Помимо предусмотренной механической защиты успешно снижено эффективное изменение температуры лямбда-зонда при переходе из одной рабочей формы в другую.

Выходное напряжение датчика λ, а также его внутреннее сопротивление зависят от температуры. Надежная работа лямбда-зонда возможна только при температуре выхлопных газов выше 350 градусов Цельсия (необогреваемая версия) и выше 200 Цельсия (обогреваемая версия).

Конструкция лямбда-зонда с подогревом во многом идентична конструкции лямбда-зонда без подогрева. Активная керамика лямбда-зонда нагревается изнутри керамическим нагревательным элементом, благодаря чему температура керамического корпуса всегда остается выше функционального предела в 250 градусов Цельсия.Подогреваемый лямбда-зонд оснащен защитным колпачком с меньшими отверстиями. Кроме всего прочего, он предохраняет керамику лямбда-зонда от охлаждения при холодных выхлопных газах. Среди преимуществ обогреваемого лямбда-зонда: надежное и эффективное управление при низких температурах выхлопных газов (например, на холостом ходу), минимальное влияние изменения температуры выхлопных газов, быстрое достижение эффекта лямбда-регулирования после пуска двигателя, быстрая реакция энкодера, предотвращает большие отклонения от идеального состава выхлопных газов, независимость от положения энкодера на выпускном патрубке, поскольку он не зависит от нагрева окружающей среды.

Лямбда-регулирование с замкнутым контуром представляет собой, по сути, наличие обратной связи от лямбда-зонда к двигателю, т.е. к блоку управления, и с его помощью можно очень точно поддерживать соотношение воздух-топливо на уровне λ = 1,00 . С помощью блока управления с обратной связью, сформированного с помощью упомянутого лямбда-зонда, можно установить и исправить отклонения от заданного соотношения воздух-топливо. Этот принцип управления основан на путем измерения содержания кислорода лямбда-зондом в выхлопе.

Кислород в выхлопе является мерой состава смеси воздуха и топлива, что до двигателя. Лямбда-зонд работает, посылая информацию (электрические импульсы) о том, богаче или беднее смесь, чем λ = 1,00. При отклонении от этого значения происходит резкое изменение напряжения выходного сигнала энкодера. Это изменение обрабатывается центральным компьютерным блоком (ECU), оснащенным для этой цели системой управления с обратной связью.

Впрыск топлива в двигатель контролируется системой управления впрыском и по информации лямбда-зонда о составе топливовоздушной смеси.Это управление таково, что достигается соотношение воздух-топливо λ = 1. Напряжение лямбда-зонда фактически является мерой корректировки количества топлива в смеси воздуха и топлива, поступающей в цилиндр.

Перед подачей надежного сигнала лямбда-зонд должен нагреться до температуры выше 350 градусов. До достижения этой температуры регулирование приостанавливается, а смесь топлива и воздуха формируется на среднем уровне по регулированию, т.е. без обратной связи. Здесь логично возникает один вопрос, всегда ли значение коэффициента лямбда после выхода на рабочую температуру на всем рабочем режиме двигателя равно единице? Конечно, это не так.В зависимости от текущих пожеланий и потребностей водителя это значение может варьироваться от 0,8 до 1,2. Если, например, требуется резкое и резкое ускорение, центральный компьютер переключает впрыск топлива в режим разомкнутого контура и впрыскивает столько топлива, сколько необходимо для достижения желаемой работы двигателя (λ < 1). То же самое относится и к случаям, когда требуется торможение двигателем, что характерно для длинных спусков, тогда двигатель будет впрыскивать меньше топлива, чем обычно, на определенное число оборотов (λ > 1).

Хотя лямбда-зонд работает с очень высокой точностью ± 1 %, допуски и старение двигателя не влияют на лямбда-регулирование с обратной связью.

Подготовил: Душан Кович
Источник: www.motorna-vozila.com

Кислородный датчик был изобретен в 1975 году инженерами Robert Bosch в ответ на экологические требования США по контролю выбросов автомобилей. Изначально лямбда-зонды устанавливались только на бензиновые автомобили с системами впрыска.

Лямбда-зонд первого поколения выдержал 20 000 км пробега. А первым автомобилем, на который был установлен зонд в 1977 году, была Volvo Model 244.

Второе поколение лямбда-зонда появилось в 1982 году. Эти датчики уже выдерживали более высокие температуры и более длительный срок службы.

Крупнейшие производители лямбда-зондов: Bosch (Германия), Denso (Япония), NGK (Япония), Delphi (Великобритания)…

Зависит от материала керамического наконечника, наличия нагревательного зонда и других факторов.В среднем современный лямбда-зонд имеет срок службы около 60 000 км, но специалисты советуют проверять его каждые 80 км.

Лямбда-зонд — один из самых чувствительных датчиков в автомобиле.

Впрочем, это довольно расплывчатые симптомы, потому что индикатор Check Engine загорается при множестве различных сбоев в работе ЭБУ, в том числе и при некачественном топливе. Правильный ответ может дать только выездная диагностика, с которой не стоит медлить. Дело в том, что неисправный лямбда-зонд может значительно снизить ресурс катализатора и вывести из строя другие узлы и детали.В результате ремонт будет дороже.

Лямбда-зонд: Работа и обслуживание

Что это?

Лямбда-зонд, также называемый кислородным датчиком или датчиком O2, впервые появился в 1970-х годах, но не был принят в Европе до 1993 года, особенно для автомобилей с бензиновым двигателем. Это позволяет соответствовать стандарту EURO 1 (стандарт выбросов загрязняющих атмосферу газов).

Лямбда-зонд, расположенный перед катализатором, постоянно измеряет количество кислорода, присутствующего в выхлопных газах, для изменения топливовоздушной смеси.После катализатора можно найти второй. Таким образом, он позволяет проверять правильность функционирования.

Как это работает?

Существует два типа лямбда-зондов:

• Зонд нагревается выхлопными газами, рабочий порог которого составляет от 300°C до 600°C.
• Нагрев зонда , в свою очередь, позволяет быстрее выйти на рабочую температуру.

После того, как двигатель прогреется, датчик измеряет количество кислорода в выхлопных газах, а затем отправляет эту информацию на компьютер, который отвечает за максимально оптимальную адаптацию топливно-воздушной смеси.

Какие проблемы возникают из-за лямбда-зонда?

Жизненный цикл лямбда-зонда составляет около 150 000 км. Однако по мере старения он отправляет информацию на компьютер все медленнее и медленнее, что в конечном итоге приводит к ухудшению состояния. Затем он обогащает топливно-воздушную смесь, вызывая засорение датчика и каталитического нейтрализатора.

Каковы симптомы засорения лямбда-зонда?

• Горят фары двигателя
• Перерасход бензина
• Нестабильный холостой ход
• Потеря мощности
• Отказ при проверке пригодности к эксплуатации

Как обслуживается лямбда-зонд?

Продлите срок службы лямбда-зонда благодаря удалению накипи с помощью впрыска водорода FlexFuel Energy Development®.Регулярная чистка двигателя позволяет, по сути, замедлить процесс старения лямбда-зонда.

Этот сайт использует файлы cookie, чтобы запоминать ваши предпочтения и оптимизировать ваше путешествие.
Нажимая «ПРИНЯТЬ», вы соглашаетесь на установку этих различных файлов cookie.
Чтобы узнать больше, посетите нашу страницу Политики конфиденциальности.

Политика конфиденциальности и файлов cookie

Датчики NOx

Стефан Карстенс, В. Адди Маевски

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием.Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Автомобильные датчики NOx в основном относятся к амперометрическому типу с двумя или тремя электрохимическими ячейками в соседних камерах. Первая ячейка электрохимически откачивает O ₂ из образца, поэтому он не мешает измерению NOx во второй ячейке. Коммерческие датчики, доступные от нескольких поставщиков, используются для управления адсорбером NOx и системой доочистки SCR.Датчики NH ₃ также были разработаны для использования в системах SCR.

Применение датчика NOx

Разработка датчиков NOx в отработавших газах началась в 1990-х годах. Коммерческие датчики были впервые внедрены в начале 2000-х годов на легковых автомобилях с бензиновым двигателем, работающим на обедненной смеси, с послойным зарядом и адсорберами NOx, за которыми последовали дизельные автомобили с адсорберами NOx, а также дизельные двигатели малой и большой грузоподъемности с дополнительной обработкой мочевиной-SCR.

Датчики NOx первого поколения были разработаны компанией NTK, также известной как NGK/NTK или NGK Spark Plug (не путать с NGK Ceramics) в Японии, и впервые были использованы в 2001 году в Volkswagen Lupo 1.4 ФСИ. В конце концов, все бензиновые двигатели с послойным наддувом в Volkswagen Group (1,4, 1,6 и 2,0 л) были оснащены датчиками NOx. Другие OEM-производители, в том числе Daimler и BMW, также выпускают на дороги большое количество бензиновых двигателей с расслоением заряда. Однако через несколько лет использование двигателей с послойным зарядом и связанный с ними рынок датчиков NOx начали сокращаться из-за более низких, чем ожидалось, выгод от выбросов CO ₂ и высокой стоимости дополнительной обработки адсорбентом NOx.Volkswagen попрощался с двигателями с послойным зарядом в 2006 году, а BMW последовала их примеру пятью годами позже. Только Daimler продолжает использовать послойный наддув с распылением в своем семействе двигателей M270/M274.

Еще одна область применения датчиков NOx открылась с внедрением каталитических нейтрализаторов NOx в дизельных двигателях малой грузоподъемности. Некоторые из первых применений включали систему Toyota DPNR, выпущенную в 2003 году, и модель Renault Espace с дизельным двигателем. Эта технология получила широкое распространение в дизельных автомобилях — в первую очередь в Европе, а также в США и на других рынках, включая модели Volkswagen, BMW и Daimler.Эти автомобили обычно оснащались датчиком NOx после накопительного каталитического нейтрализатора NOx.

Самой последней областью применения датчиков NOx являются системы SCR мочевины для дизельных двигателей малой и большой мощности. Для удовлетворения различных требований OBD (бортовой диагностики) в системах SCR обычно используется датчик NOx после каталитического нейтрализатора SCR. Если на выходе SCR присутствуют чрезмерные концентрации NOx или аммиака, сработает неисправность бортовой системы диагностики, поскольку датчики NOx чувствительны к обоим газам.В зависимости от стратегии управления SCR перед каталитическим нейтрализатором SCR может быть установлен еще один датчик NOx. Если установлены два датчика, скорость преобразования каталитического нейтрализатора SCR можно легко определить.

Дальнейшая разработка датчиков NOx обусловлена ​​будущими стандартами выбросов двигателей большой мощности, такими как те, которые были предложены CARB и Агентством по охране окружающей среды США на 2027 год. а требования к сроку полезного использования могут быть увеличены до 850 000 миль (1 360 000 км) и 18 лет.Улучшенные характеристики датчиков потребуются не только для потенциальных изменений пороговых значений OBD, но и для мониторинга выбросов при использовании, который предлагается в качестве альтернативы более традиционным демонстрациям долговечности. Потребуется дальнейшее развитие технологии датчиков NOx, чтобы иметь возможность отслеживать выбросы при низких уровнях NOx в течение всего рабочего цикла большегрузных транспортных средств и в течение всего срока их службы.

Наиболее распространенная технология измерения NOx на месте основана на электрохимических датчиках [984] из стабилизированного иттрием ZrO ₂ (YSZ), аналогичных по конструкции и принципу работы широкополосным датчикам кислорода .Коммерческие датчики доступны от Continental/NGK [3737] и Bosch [3740] , в то время как другие, такие как Denso, имеют программы разработки датчиков [3739] [3738] [4158] . Датчики YSZ подробно обсуждаются в следующих разделах.

Два последних раздела этой статьи охватывают, соответственно, новые разработки датчиков NOx и датчики аммиака. Последняя технология, основанная на той же электрохимической системе YSZ, была коммерциализирована в некоторых приложениях SCR, но ее использование остается ограниченным.

Принцип действия

Обзор

Коммерческие датчики NOx для автомобильных приложений представляют собой, прежде всего, электрохимические датчики YSZ амперометрического типа . Рисунок 1 иллюстрирует основной принцип работы. Датчик использует две или три гальванические ячейки в соседних камерах. Первая ячейка электрохимически откачивает O ₂ из образца, поэтому он не мешает измерению NOx во второй ячейке. Необходимость удаления O ₂ позволяет датчику NOx этого типа выполнять двойную функцию; он также может определять уровень выхлопных газов O ₂ .

O ₂ в первой ячейке восстанавливается, и полученные ионы O прокачиваются через электролит из диоксида циркония при приложении смещения примерно от -200 мВ до -400 мВ. Ток накачки пропорционален концентрации O ₂ . Оставшиеся газы диффундируют во вторую ячейку, где восстановительный катализатор вызывает разложение NOx на N ₂ и O ₂ . Как и в случае с первой ячейкой, смещение -400 мВ, приложенное к электроду, диссоциирует полученный O ₂ , который затем откачивается из ячейки; ток накачки второй ячейки пропорционален количеству кислорода от разложения NOx.В качестве нернстовского лямбда-датчика можно использовать дополнительную электрохимическую ячейку, помогающую управлять ячейкой [3741] , реагирующей на NOx.

Все углеводороды и CO в отработавших газах должны быть окислены перед датчиком NOx, чтобы избежать помех. Кроме того, любой NO ₂ в образце должен быть преобразован в NO до измерения NOx, чтобы гарантировать, что выходной сигнал датчика пропорционален количеству NOx.

Твердый циркониевый электролит

Ряд композиций диоксида циркония, легированных оксидами металлов, был исследован для использования в датчиках кислорода (λ, лямбда), а также в датчиках NOx.Материалы, которые были проверены включают Fe ₂ O ₃ , CO ₃ O ₄ , NIO, CUO, ZNO, CEO ₂ , LA ₂ O ₃ , Y ₂ O ₃ , а также смеси цеолитов, алюминия и силикатов [3892] [3894] [3893] . Несколько химических элементов также были выбраны в качестве потенциальных электродных материалов, включая платину, родий и палладий.

Система, которая получила наибольшее распространение и используется почти во всех коммерческих датчиках NOx и лямбда, основана на твердотельном электролите из оксида циркония, стабилизированного иттрием (тот же материал, который использовался в лампе Нернста).Ключевым свойством керамики YSZ является ее высокая проводимость для ионов O ₂ при повышенных температурах. Стабилизация иттрием имеет два преимущества: (1) она препятствует фазовому превращению ZrO ₂ , что повышает механическую прочность материала, и (2) повышает проводимость диоксида циркония по ионам кислорода.

Керамика оксида циркония может иметь одну из трех кристаллических фаз в зависимости от температуры [3891] :

• Моноклинная кристаллическая структура при комнатной температуре
• Тетрагональная кристаллическая структура от 1170°C
• Кубическая кристаллическая структура от 2370°C

Кубическая кристаллическая структура демонстрирует особенно правильное расположение элементов и характеризуется высокой проводимостью ионов кислорода.Благодаря добавлению оксидов металлов высокотемпературные кристаллические структуры могут оставаться стабильными при более низких температурах. Добавляя достаточное количество оксида иттрия (Y ₂ O ₃ ) в процессе спекания при температуре около 1000°C, можно стабилизировать кубическую форму оксида циркония.

Если количества оксида иттрия слишком малы, образуются смешанные кристаллы, состоящие из моноклинной и кубической фаз. Эти частично стабилизированные материалы на основе оксида циркония (PSZ) обладают ярко выраженной устойчивостью к тепловым колебаниям.

Два типа керамики YSZ, 4YSZ и 8YSZ, являются основой почти всех датчиков лямбда и оксида азота. Эти обозначения указывают на уровень легирования оксидом иттрия следующим образом:

• 4YSZ — частично стабилизированный ZrO ₂ легированный 4 мол. % Y ₂ O ₃
• 8YSZ — полностью стабилизированный ZrO ₂ легированный 8 мол.% Y ₂ O ₃

При стабилизации диоксида циркония оксидом иттрия ионы Y ³⁺ замещают Zr ⁴⁺ в атомной решетке.Таким образом, два иона Y ³⁺ генерируют одну кислородную щель. Эти промежутки используются для транспорта кислорода.

Максимальная проводимость по ионам кислорода наблюдается в интервале температур от 800°С до 1200°С. К сожалению, при этих температурах также происходит разделение на области с низким содержанием Y и с высоким содержанием Y. Этот процесс является необратимым и приводит к резкому снижению проводимости кислорода. При 950°C проводимость O ₂ может снизиться на целых 40% через 2500 часов [3891] .По этой причине лямбда-зонды и зонды NOx нельзя подвергать воздействию температур выше примерно 930°C. Датчики оксида азота Continental, например, работают при 800°C [2827] .

Ячейки кислородного насоса

Если между двумя камерами с разным парциальным давлением кислорода поставить перегородку из керамики YSZ, то при комнатной температуре ничего не произойдет. Однако при повышении температуры керамической стенки примерно до 600°С ионы кислорода могут перемещаться через зазоры в кристаллической решетке.Происходит выравнивание, когда камера с более высоким парциальным давлением выталкивает ионы кислорода через стенку в камеру с более низким давлением.

Если обе поверхности разделительной стенки снабжены электродом, можно проверить движение ионов посредством измерения напряжения. Именно это и происходит в бинарном (переключающемся) лямбда-зонде. Восстановление кислорода до O ^2-, происходящее в камере более высокого давления O ₂ , описывается уравнением (1):

О ₂ + 4е- = 2О ^2- (1)

а напряжение датчика определяется уравнением Нернста:

U _s = (RT/4F) ln(p _ref / p _exh )(2)

где:
U _s — сигнал датчика, V
T — температура, K
p — парциальное давление кислорода
R — газовая постоянная = 8.314 Дж/моль
F — постоянная Фарадея = 96 485 сА/моль

На рисунке 2 камера с высоким парциальным давлением кислорода представлена ​​синей областью, а камера с низким парциальным давлением кислорода — серой областью. Если коричневую керамику нагреть до 600°C, микропористые платиновые электроды, представленные желтым цветом, будут генерировать примерно 1 В.

Пассивные ячейки. Камера с высоким парциальным давлением кислорода является эталонным воздуховодом.Богатый выхлопной газ (λ < 1) имеет низкое содержание кислорода. Если керамику из оксида циркония нагреть с помощью нагревательного элемента примерно до 600°C, ионы кислорода перемещаются из эталонного воздуховода через керамическую стенку на сторону выхлопных газов, и генерируется сигнальное напряжение почти в один вольт. В случае обедненного выхлопного газа (λ > 1) перепад парциального давления кислорода относительно эталонного воздуха невелик, и измеряемый сигнал составляет всего 0,1 В или меньше. При λ = 1 напряжение сигнала примерно равно 0.4-0,5В, в зависимости от производителя и модели зонда. Характеристика лямбда-напряжение почти ступенчатая, что позволяет датчику различать два значения лямбда — обогащенное и обедненное — отсюда и термин «двоичный» лямбда-датчик.

В такой операции — представитель бинарного лямбда-зонда — генерируемое напряжение коррелирует с падением парциального давления кислорода. Пассивная керамическая ячейка YSZ также называется потенциометрической ячейкой или ячейкой Нернста .

Активные ячейки. Возможна также активная работа зондов, как в широкополосных (линейных) датчиках кислорода и в амперометрических ячейках в датчиках NOx. При активной работе на электроды не подается напряжение, а электроды подключены к источнику питания. В таких активных ячейках, называемых «насосными ячейками», можно «перекачивать» ионы кислорода из бедной кислородом стороны в богатую кислородом путем изменения полярности. Ток накачки обеспечивает меру концентрации кислорода.Токо-лямбда-характеристика имеет линейный характер, что позволяет измерять концентрации O ₂ при различных соотношениях воздух-топливо.

Датчики NOx включают как минимум две ячейки кислородного насоса (рис. 1) — одну для удаления избытка кислорода из выхлопных газов, а другую для измерения концентрации кислорода, выделяющегося при разложении NOx.

Благодарности

Мы признательны за помощь Дирку Блейкеру из Carit Automotive GmbH, который предоставил информацию и изображения дозиметрических датчиков NOx.

###

как это работает, проблемы, тестирование

Обновлено: 13 сентября 2021 г.

Датчик состава топливовоздушной смеси установлен в выпускном коллекторе или в передней выхлопной трубе перед каталитическим нейтрализатором. Его также можно назвать «передним датчиком O2». Работа датчика состава топливовоздушной смеси заключается в измерении содержания кислорода в выхлопе и обеспечивает обратную связь с компьютером двигателя (PCM).На основании сигнала датчика соотношения воздух-топливо компьютер регулирует соотношение воздуха и топлива, чтобы поддерживать его на оптимальном уровне, который составляет около 14,7: 1 или 14,7 частей воздуха к 1 часть топлива.

Проблемы с датчиком состава топливовоздушной смеси

Наиболее распространенными кодами неисправности OBDII, связанными с датчиком состава топливовоздушной смеси, являются P0131, P0134, P0135, P0133, P0031 и P1135. Есть какие-нибудь симптомы, кроме лампочки Check Engine? В некоторых автомобилях вы можете заметить снижение расхода топлива или некоторые проблемы с управляемостью.

Диагностика датчика состава топливовоздушной смеси

Часто датчик может работать неправильно во время проверки. В этом случае ваш механик может порекомендовать заменить датчик состава топливовоздушной смеси, чтобы исключить возможность возникновения прерывистой неисправности.

Датчик кислорода задний

Компьютер двигателя или PCM постоянно сравнивает сигналы переднего и заднего кислородных датчиков (см. схему). Основываясь на двух сигналах, PCM определяет, насколько хорошо каталитический нейтрализатор выполняет свою работу. Если каталитический нейтрализатор выходит из строя, PCM включает индикатор «Проверить двигатель», чтобы сообщить вам об этом.
Задний кислородный датчик можно проверить с помощью сканирующего прибора или лабораторного эндоскопа.

Обозначение датчика состава топливовоздушной смеси/кислорода

Двигатель V6 или V8 имеет два ряда (или две части этого «V»).Обычно банк, содержащий цилиндр номер 1, называется «Банк 1».

Различные производители автомобилей определяют ряд 1 и ряд 2 по-разному. Чтобы узнать, какой банк 1 и какой банк 2 в вашем автомобиле, вы можете найти его в руководстве по ремонту или вы можете использовать Google, указав год, марку, модель и объем двигателя вашего автомобиля. Например, согласно бюллетеню Toyota TSB-0398-09 , в V6 Camry, Highlander, Avalon, Sienna и Solara ряд 1 находится сзади, ряд 2 — спереди.Точно так же в V6 2003-2008 Mazda 6 или V6 Mazda Tribute ряд 1 находится сзади, ряд 2 — спереди. В Nissan Maxima 2003 года ряд 1 находится сзади, ряд 2 — спереди.

Замена датчика состава топливовоздушной смеси/кислорода

При замене датчика топливовоздушной смеси есть два варианта: установить оригинальную (OEM) или неоригинальную деталь. Датчики вторичного рынка работают нормально большую часть времени. Однако мы столкнулись с несколькими случаями, когда датчик вторичного рынка вызывал проблему, которая была устранена после установки датчика OEM.

Для автомобилей, сертифицированных для Калифорнии, номер детали датчика состава топливовоздушной смеси может быть другим. Лучше всего заказывать правильную деталь, используя свой номер VIN.

Comments |0|