Для чего нужен лямбда-зонд и как его отремонтировать?
В любой современной машине имеется лямбда-зонд и многие водители не придают ему (и выходу его из строя) значения, а зря. И дело даже не в чистоте воздуха, который от роста количества автомобилей не становится чище, а в том, что без лябда-зонда, двигатель автомобиля уже не работает как надо, и уже не экономичен. Поэтому очень важно при выходе из строя лямбда-зонда, уметь восстановить его как можно раньше. Как это сделать самому, мы и разберёмся в этой статье.
Нормы токсичности выхлопа автомобилей с каждым годом стремительно ужесточаются (особенно в европейских странах), и конструкторы постоянно под это подстраивают двигатели современных автомобилей (под экономичность и чистый выхлоп). От этого теряется часть мощности и усложняется двигатель. А делать выхлоп максимально чистым, каталитический нейтрализатор может только при соблюдении ряда условий. И одно из них — это соотношение топливной смеси, когда на каждую часть бензина приходится 14,7 части воздуха (на карбюраторных машинах немного другое соотношение).
У хорошо настроенного исправного двигателя впрыскового автомобиля, расход бензина зависит в основном от длительности импульсов форсунок. Эту длительность (время в открытом состоянии) задаёт электронный блок управления двигателем, так называемая «эфишка», название у ремонтников появилось от заглавных букв блока — EFI. Когда двигатель впрысковой машины запущен и работает, блок управления считывает необходимую информацию с датчиков, затем обрабатывает её, и исходя из этих показателей открывает форсунки. Но определить точное количество впрыснутого топлива не просто — инжекторы засоряются, может поменяться давление топлива в магистрали или плотность воздуха и много чего ещё. Поэтому для очень точной работы системы и чёткой работы мотора, электронному мозгу (блоку управления) нужна обратная связь. То есть просто необходимо знать, как прошло сгорание топлива в цилиндрах мотора. Вот за эту важную информацию и отвечает лямбда-зонд или как его ещё называют — датчик кислорода.
И если сигнал на нём слабый, то в выхлопных газах машины переизбыток кислорода, это значит, что топливо-воздушная смесь бедная.
От этого блок управления моментально увеличит время открытия форсунок и этим естественно обогатит смесь до нужного соотношения. Ну и наоборот, при чрезмерно богатой топливо-воздушной смеси, время открытия форсунок снизится. Так работает исправная система впрыска современных машин, то есть состав топливо-воздушной смеси в работающем моторе корректируется каждую долю секунды.
Более того, на многих современных автомобилях и мотоциклах, на заводе устанавливают несколько лямбда-датчиков (в выпускном коллекторе каждого цилиндра). В этом случае, электронный мозг системы впрыска не просто изменяет длительность открытия всех форсунок, но и контролирует состав горючей смеси в каждом цилиндре отдельно. К тому же блок управления следит за состоянием каталитического нейтрализатора или катализаторов, так как их тоже бывает несколько. Таким образом, на многих современных автомобилях, может быть установлено более десятка лямбда-зондов (чем больше цилиндров в моторе, тем лямбда-датчиков больше). И выходят из строя они примерно одновременно.
Но переживать по этому поводу небогатому автовладельцу не стоит, так как на большинстве рядовых и не новых иномарок, которыми пользуется у нас в стране рядовой водитель, лямбда-зонд всего один.
Из-за чего может выйти из строя лямбда-зонд, стоимостью в 200 -300 долларов, за считаные километры. Это и изношенные поршневые кольца (а тем более поршневая группа), изношенные сальники клапанов и их направляющие, этилированный или некачественный бензин, а так же всевозможные непроверенные составы из бутылочек с яркими этикетками, которые водители-чайники так любят заливать в бензобак своей машины. От этих неблагоприятных факторов, уровень сигнала с лямбда-зонда снижается с каждым пройденным километром, а электронный блок решает, что смесь обедняется и соответственно обогащает её (как мы уже знаем, увеличивая длительность импульса открытия форсунок). От этого расход топлива стремительно растёт, а катализатор постепенно забивается.
Многие Кулибины (в кавычках) с толкнувшись с острой проблемой неуёмного аппетита двигателя, догадываются, что виноват датчик кислорода, ну и поступают весьма просто (зачем им думать) : сдёргивают с датчика провод.
И теперь сигнала с датчика естественно нет вообще!!! Электронный блок управления «видит», что датчик якобы вышел из строя, зажигает лампочку на панели приборов (Check — но не на всех моделях) и подключает обходную программу. Отмечу особо (особенно для Кулибиных), что основная функция (задача) этой программы, несмотря ни на что, даже на большой расход топлива, помочь автомобилю добраться до ремонтного сервиса. При попытке сымитировать сигнал от датчика, электронный мозг обнаружит, что сигнал с датчика не меняется со временем, и тоже решит, что он вышел из строя, и естественно включит обходную программу. Произойдёт то же самое, как и с обрывом проводов. Теперь держите бумажник всегда наготове, так как вам потребуется для каждой поездки довольно много бензина.
Любой водитель в такой ситуации, задастся вполне естественным вопросом: что же делать, если расход бензина резко повысился? Для начала, если у вас нет своего газоанализатора, съездить в автосервис и замерить уровень СО (во всех режимах работы мотора).
И если уровень укладывается в нормы именно вашей машины, а не ГОСТа (для впрысковых машин технические требования ГОСТа по СО не очень то подходят), то мотор вашего автомобиля в перерасходе топлива невиновен. Ищите другие причины, например расход топлива может повысится, если заклинены тормозные колодки, или вы просто ездите на недостаточно накачанных шинах. Многие водители довольно резко стартуют с каждого светофора, а потом удивляются, почему их автомобиль так прожорлив.
Но часто, поездка за замером СО не нужна, так как и так видно всё, как говорится невооружённым глазом. Например если холодный двигатель неустойчиво работает на холостом ходу, постоянно пытаясь заглохнуть, свечи чёрного цвета, но прогревшись мотор начинает работать нормально, то виноват в большинстве случаев наш пресловутый лямбда-зонд. Прогреваясь, он начинает работать нормально. Реже, но всё же могут быть и другие причины описанной неисправности двигателя. И убедиться в чём дело (в датчике или в чем то другом) можно только проверив сам лямбда-зонд.
А для этого необходимы специальные приборы, так как сигнал с датчика слишком слаб, и измерить его обычным тестером невозможно. Как проверить работоспособность других датчиков впрысковой машины, причём с помощью обыкновенного тестера, я уже писал и почитать об этом весьма желательно вот в этой статье.
В развитых странах обеспеченные водители поступают очень просто: покупают новый лямбда-зонд, а это как я уже говорил примерно в пределах трёхсот долларов, и выкинув старый, устанавливают на его место новый. У наших отечественных водителей, особенно не богатых, имеются как всегда другие пути решения распространённой проблемы. Например можно приобрести датчик подешевле (от другого автомобиля, например от отечественного). Ведь устройство всех лямбда-зондов одинаковое, и один от другого может отличаться только посадочными размерами да ещё и электро-разъёмом. Главное при покупке учесть посадочный размер (что бы был одинаковый), а электро-разъём можно переделать (продаётся великое множество различных клемм и колодок).
Многие покупают на разборке оригинальный (родной) датчик, но бэушный, что делать не советую, так как неизвестно сколько времени он проработал на машине доноре, и в любой момент он может выйти из строя.
Но есть всё таки способ, как оживить ваш родной, но неисправный лямбда-зонд. И описать этот способ для меня (ну и естественно для вас) на этом блоге просто необходимо, так как блог рассчитан на людей, которые …. . Впрочем чего это я, на кого рассчитан этот блог, можно прочитать на страничке «обо мне». Не будем отвлекаться, а идём дальше.
Во многих крупных городах, технология восстановления лямбда-зонда уже давно отработана и не отличается сложностью. Ведь чтобы вернуть работоспособность датчика, достаточно подержать его всего десять минут в ортофосфорной кислоте (она входит в состав преобразователя ржавчины) при обычной комнатной температуре, а затем хорошенько промыть его водой с мягкой колонковой кисточкой и можно устанавливать его на место — он снова готов к работе. Естественно сигнал восстановится не сразу, а через час или полтора работы мотора (электронному мозгу надо адаптироваться).
Для более тщательной промывки, лямбда-зонд нужно будет вскрыть. Аккуратно (через алюминиевую фольгу) зажав датчик в патрон токарного станка, тонким резцом срезаем у самого основания защитный колпачок (с отверстиями). Далее уже оголённый датчик, который представляет собой керамический стержень (на стержень напыленны платиновые полоски, отсюда его немалая цена) окунаем на 10 минут в кислоту. Ортофосфорная кислота разрушает свинцовую плёнку и нагар на поверхности керамического стержня. Как я уже говорил, держим его в кислоте не более 10 минут, так как если передержать, то могут испортиться токопроводящие платиновые электроды. По этой же причине ни в коем случае нельзя зачищать стержень наждачной бумагой или надфилем. Далее, когда кислота очистит стержень от токопроводящей плёнки, остаётся промыть его в воде и вернуть на место колпачок. Теперь аккуратно капнув аргоновой сваркой, закрепляем колпачок на своём родном месте.
Есть ещё более сложный способ, который недоступен обычному автомобилисту, и я его опишу лишь для общего развития.
Ну и для того — вдруг он появится в автосервисе вашего города, и кто-то захочет им воспользоваться, так как он очень эффективен и его можно использовать многократно. Его удалось разработать учёным из дальневосточного РАН отделения. Суть его известна из физики — плотность тока в различных газах определяется концентрацией ионов, величиной их заряда, а так же из подвижностью. А в отработанных газах автомобиля ионы образуются от повышения температуры. И если температура, а от неё и подвижность ионов известны (напряжённость поля тоже известна, так как на неё подаётся 1 вольт), то выходные характеристики зависят только от концентрации ионов. Их измеряют частотомером и осциллографом. Затем на ультрозвуковом стенде в эмульсионном моющем растворе проводят отчистку загрязнённых электродов. При этом возможен электролиз вязких металлов осевших на поверхности (например свинца). При очистке учитывается материал стержня (металлокерамика или фарфор) с напылением металлов, таких как платина, цирконий, барий и др.
В итоге восстановленный лямбда-зонд испытывают специальными приборами и устанавливают на машину. И самое главное, как я уже говорил, операцию восстановления можно проводить многократно.
Это ещё раз подтверждает, что наши учёные на много превосходят забугорных, для которых основная идея — это как что-то разработать, а вот как восстановить какую то деталь, им с нашими не сравниться.
Лямбда зонд — признаки неисправности и способы проверки
Инжекторная система питания автомобиля является более экономичной и эффективной, чем карбюраторная. Достигается это за счет полного контроля за подачей топлива и воздуха, которое осуществляется рядом датчиков. Они выполняют проверку рабочих параметров, передают их на электронный блок, который анализирует и на их основе корректирует работу всей системы.
Причем датчики для обеспечения полной информации о работе системы устанавливаются не только на впуске (количества топлива, воздуха), но и в выпускной системе.
В ней используется всего один датчик, но от его работы зависит, какое количество воздуха будет подаваться в цилиндры. Он так и называется – датчик кислорода, другое название — лямбда-зонд.
Зачем нужен лямбда зонд в машине?
1) металлический корпус с резьбой и шестигранником “под ключ”;
2) уплотнительное кольцо;
3) токосъемник электрического сигнала;
4) керамический изолятор;
5) провода;
6) манжета проводов уплотнительная;
7) токоподводящий контакт провода питания нагревателя;
8) наружный защитный экран с отверстием для атмосферного воздуха;
9) чувствительный элемент;
10) керамический наконечник;
11) защитный экран с отверстием для отработавших газов.
Основная задача этого датчика кислорода – оценка количества несгоревшего кислорода в отработанных газах. Дело в том, что самое эффективное сгорание топливовоздушной смеси достигается при определенном соотношении топлива и воздуха — одна часть бензина должно смешиваться с 14,7 частями воздуха.
Если топливовоздушная смесь будет обедненной, то содержание воздуха будет увеличенным, и наоборот – обогащенная смесь обеспечит меньшее процентное содержание кислорода в выхлопных газах. А это уже сказывается на мощности, расходе, приемистости.
А поскольку двигатель работает на разных режимах, поэтому такое соотношение далеко не всегда соблюдается. Чтобы была возможность контролировать количество подаваемого воздуха, в систему питания и включен лямбда-зонд.
На основе показаний этого датчика электронный блок оценивает качество топливовоздушной смеси и при обнаружении несоответствия нормам – корректирует работу системы, обеспечивая подачу оптимальной смеси путем подачи сигнала на форсунки, которые увеличивают или уменьшают количество впрыскиваемого топлива.
Устройство и принцип работы лямбда зонда
Принцип работы лямбда зонда
Принцип вроде и прост, но реализация его — не такая уж и легкая. Этот датчик должен с чем-то сравнивать полученные результаты, чтобы «понять», что произошло изменение процента кислорода.
Поэтому он делает замеры в двух местах – атмосферный воздух и тот, что остался после сгорания смеси. Это позволяет ему «почувствовать» разницу при изменении соотношения топливовоздушной смеси.
1 – твердый электролит ZrO2; 2, 3 – наружный и внутренний электроды; 4 – контакт заземления; 5 – «сигнальный контакт»; 6 – выхлопная труба
При этом на электронный блок должен подаваться электрический сигнал. Для этого лямбда-зонду необходимо преобразовать результаты замеров в импульс, который будет подаваться на ЭБУ. Для проведения замеров концентрации кислорода в атмосфере и в выхлопных газах, используется два электрода, вступающих в реакцию с ним. То есть, в работе этого датчика задействован принцип гальванического элемента, при котором смена параметров химической реакции влечет за собой изменение напряжения между электродами датчика. Так, при обогащенной смеси, когда процент кислорода – меньше, напряжение возрастает, а при обеднении – снижается.
Полученный в результате химической реакции электрический импульс подается на ЭБУ, параметры которого он сравнивает с прописанными в своей памяти и в результате этого производит корректировку работы системы питания.
Используя для работы химические реакции, лямбда-зонд не является сложным по конструкции. Основным его элементом выступает керамический наконечник, изготовленный из диоксида циркония (реже – диоксида титана) с платиновым покрытием, которое и выступает в роли электродов, вступающих в реакцию. Одной своей стороной наконечник контактирует с атмосферой, а другой – с выхлопными газами.
Лямбда зонд с подогревом
Особенность работы такого керамического наконечника заключается в том, что произведение эффективных замеров остаточного процента кислорода выполняется только при определенном температурном режиме. Чтобы наконечник обрел необходимую проводимость, необходима температура в 300-400 град. С.
Чтобы обеспечить необходимый температурный режим изначально этот датчик устанавливали ближе к выпускному коллектору, что обеспечивало достижение необходимой температуры по мере прогрева силовой установки. То есть, в работу он вступал не сразу. До того, как лямбда-зонд начнет передавать импульсы, электронный блок основывался на показания других датчиков, включенных в систему питания, но при этом оптимальное смесеобразование не соблюдалось.
Видео: Как подключить лямбда зонд с подогревом
Ещё кое-что полезное для Вас:
- Ошибка P0172 — причины появления и способы устранения
- Ошибка P0171 — как выявить и устранить
- Чип-тюнинг двигателя — достоинства и недостатки
Некоторые модели лямбда-зондов в своей конструкции имеют специальные электрические подогреватели, что обеспечивает более быстрый выход на необходимый температурный режим. Запитка подогревателя осуществляется от бортовой сети авто.
Датчик, выполняющий свою работу за счет химической реакции, получил название двухточечного, за счет того, что замеры производятся в двух местах. Но выпускаются еще и другой тип лямбда-зонда – широкополосный, который является более современной версией датчика. В его конструкции тоже используется двухточечный элемент, а также еще один керамический элемент – закачивающий.
Использование двух и более датчиков
Сейчас многие автомобили, чтобы повысить их экологичность, используют каталитические нейтрализаторы, что позволяет снизить вредные выбросы в атмосферу. При этом выхлопная система оснащается не одним, а двумя и более кислородными датчиками.
В такой выхлопной системе эти датчики производят не только замер остаточного кислорода, но еще и оценивают эффективность работы нейтрализатора. Один из датчиков устанавливается перед катализатором, а второй – за ним. Это позволяет на основании сравнения показаний двух лямбда-зондов понять, выполняется ли нейтрализация вредных веществ.
С одной стороны, такая система позволяет меньше загрязнять окружающую среду, но с другой – она очень «капризна». Одна-две заправки некачественным бензином запросто может испортить нейтрализатор. А это уже скажется на показаниях кислородных датчиков, и как следствие – на работе всей системы питания.
К тому же даже при соблюдении всех условий эксплуатации авто, нейтрализатор выйдет из строя, поскольку у него имеется свой ресурс, после которого он подлежит замене, чтобы восстановить нормальную работоспособность системы питания. А поскольку замена – «удовольствие» дорогостоящее, то на выручку приходят разные хитрости.
Многие просто вырезают нейтрализатор, а на его место устанавливают пламегаситель – обычный отрезок трубы необходимого диаметра. А чтобы получить разницу в показаниях двух датчиков, используют так называемую обманку на лямбда зонд – специальную проставку, устанавливаемую на второй лямбда-зонд.
Эта обманка просто удаляет наконечник от потока выхлопных газов, что влияет на его показания. За счет этого и достигается разница, которую ЭБУ воспринимает как работу катализатора.
Видео: Лямбда зонд (датчик кислорода). Как обмануть второй лямбда зонд
Признаки неисправности датчика кислорода
Лямбда-зонд – достаточно важный элемент в системе питания авто и его поломка может значительно сказаться на работе силовой установки.
Признаки неисправности его таковы:
- увеличение расхода бензина;
- «плавающие» обороты на холостом ходу;
- понижение динамики разгона;
- щелчки и треск из-под авто после остановки мотора;
Одна из особенностей лямбда-зонда кроется в том, что его неисправность далеко не всегда распознается системой самодиагностики авто. К тому же невозможно его проверить при помощи обычных измерительных приборов в гаражных условиях. Его работоспособность проверяется только осциллографом.
Также он не ремонтопригоден. Единственное, что можно устранить, так это – обрыв проводки, ведущей к датчику. Но с ним бывают также и такие неисправности как повреждение подогревающего элемента и потеря чувствительности самого датчика.
Видео: Как проверить лямбда зонд
Замена
Поэтому многие автолюбители не пытаются проводить диагностику работоспособности лямбда-зондов, а просто периодически производят его замену на новый.
Чтобы поддерживать работоспособность системы питания в рабочем состоянии следует производить замену раз в 2-3 года.
Данная операция не является сложной и выполняется она на смотровой яме. Предварительно следует приобрести необходимую модель датчика. Перед демонтажем отключается колодка проводов от зонда, а затем он выкручивается со своего посадочного места рожковым ключом соответствующего размера. Для облегчения откручивания допускается обработка специальными средствами (WD-40 или др.). На место выкрученного элемента вкручивается новый и к нему подключается проводка.
Детали — Лямбда-модули — ETAS
Лямбда-регулирование с обратной связью
Кислородные зонды, также называемые лямбда-датчиками, измеряют содержание кислорода в выхлопных газах автомобилей. Соотношение воздух-топливо или лямбда-число (λ) определяет соотношение масс воздуха и топлива в камере сгорания, так как оно относится к стехиометрическому соотношению воздух-топливо. При λ=1 идеально сбалансированные условия горения не приводят ни к кислородному голоданию, ни к избытку.
Показание λ < 1 указывает на недостаток воздуха (богатая смесь), тогда как λ > 1 указывает на избыток воздуха (бедная смесь). Классическое лямбда-регулирование с обратной связью обеспечивает стехиометрическую топливно-воздушную смесь для сгорания в двигателях с искровым зажиганием. Процесс обогащает выхлопные газы в пропорции, подходящей для оптимальной обработки трехкомпонентными каталитическими нейтрализаторами. Дизельные двигатели или бензиновые двигатели с непосредственным впрыском работают на обедненной смеси в широком диапазоне нагрузок, с оксидом азота (NO x ) содержание выбросов резко возрастает в связи с повышением температуры сгорания. Рециркуляция отработавших газов является средством снижения температуры сгорания, наряду с долей NO x выбрасываемых отработавших газов. Остаточный NO x в потоке выхлопных газов может удерживаться в накопительном каталитическом нейтрализаторе NO x до тех пор, пока он не будет восстановлен до азота во время фаз богатого сгорания.
Лямбда-число представляет собой контрольное значение уставки как для рециркуляции отработавших газов, так и для каталитической очистки отработавших газов. В дизельных двигателях лямбда-число может использоваться в качестве основного значения для установки предела дымности при полной нагрузке.
Лямбда-датчики кислорода
Принцип работы лямбда-датчиков кислорода основан на проводимости оксида циркония по ионам кислорода при высоких температурах. Датчики дискретного уровня (или бистабильные) измеряют напряжение проводимости измерительной ячейки (ячейки Нернста), производя в узком диапазоне в стехиометрической точке высокочувствительные отклики на изменения концентрации кислорода. В традиционном лямбда-регулировании датчики дискретного уровня размещаются либо до, либо после каталитического нейтрализатора, выступая в качестве ведущего и управляющего датчиков соответственно. Контрольный датчик предназначен для помощи в оптимизации управления, а также для контроля работы каталитического нейтрализатора в рамках бортовой диагностики.
В случае широкополосных циркониевых датчиков концентрация кислорода в контрольном газе внутри ячейки Нернста устанавливается равной λ=1. Это достигается закачкой, т. е. впрыскиванием или извлечением, ионов кислорода из тестового газа или из него. Величина и направление тока накачки облегчают точное определение значений лямбда даже при наличии нестехиометрического горения. Широкополосные циркониевые лямбда-зонды, используемые в качестве основных датчиков, обеспечивают контроль содержания кислорода как в богатой, так и в бедной смеси. Благодаря своим стабильным измерительным характеристикам эти датчики улучшают динамику классического контура лямбда-регулирования.
Широкополосные датчики LSU от Bosch надежно работают при температурах выше 600 °C (1112 °F). Они рассчитаны на постоянный рабочий цикл при температуре выхлопных газов до 930 °C (1706 °F) и кратковременных пиках до 1030 °C (1886 °F). Поскольку датчики имеют внутренний нагреватель, они работают с потоком холодных выхлопных газов и функционируют в течение нескольких секунд после запуска холодного двигателя.
Эффект нагревателя сводит к минимуму влияние температуры выхлопных газов на сигнал датчика.
Как лямбда влияет на расход топлива?
Параметр расхода топлива двигателя ($5E) поддерживается только относительно новыми автомобилями, совместимыми с OBD2. С этим параметром двигатель выдает данные о расходе топлива в режиме реального времени. Но не волнуйтесь, даже если ваш автомобиль не поддерживает его.
OBD Auto Doctor предоставляет расчетный расход топлива практически для каждого автомобиля. Программное обеспечение рассчитывает расчетный расход топлива на основе нескольких других параметров. Формула немного отличается в зависимости от того, какие параметры поддерживает ваш автомобиль и какое топливо он использует.
Что такое лямбда?
В области диагностики автомобилей коэффициент эквивалентности топливовоздушной смеси часто рассматривается как лямбда (λ). Особенно это касается разговорной речи. Коэффициент воздушно-топливной эквивалентности — это отношение фактического соотношения воздух-топливо (AFR) к стехиометрии для данной смеси.
Другими словами, лямбда — это отношение количества кислорода, фактически присутствующего в камере сгорания, к количеству, которое должно присутствовать для идеального сгорания.
В идеальной смеси содержится ровно столько кислорода, сколько необходимо для сжигания имеющегося количества топлива. Таким образом, лямбда = 1,0.
В обедненной смеси слишком много кислорода для количества топлива. Таким образом, лямбда >
В богатой смеси слишком мало кислорода для такого количества топлива. Таким образом, лямбда будет < 1,0.
На практике устройства AFR измеряют количество остаточного кислорода или несгоревших углеводородов в выхлопных газах. Двигатель контролирует значения лямбда в контуре обратной связи, чтобы отрегулировать воздушно-топливную смесь.
OBD Auto Doctor использует значения лямбда для расчета расхода топлива. Это необходимо для наиболее точной оценки расхода топлива.
Источники и дополнительная информация доступны в разделе «Соотношение воздух-топливо» в Википедии и «Лямбда как средство диагностики».
