Кислородный датчик предназначен для определения остаточного содержания кислорода в отработавших газах автомобильного двигателя. Установленный в системе выпуска возле катализатора, он передает информацию о содержании кислорода в газах на электронный блок управления двигателем. Данные от датчика используются для корректировки оптимального соотношения топливо-воздушной смеси. Датчик также известен как лямбда-зонд, поскольку использует греческую букву "лямбда" для обозначения коэффициента избытка воздуха в смеси.
При работе двигателя происходит неравномерное распределение концентрации кислорода внутри и вне выпускной системы. Это различие приводит к перемещению ионов кислорода в твёрдом электролите, что порождает разность потенциалов на электродах измерительного устройства и создаёт сигнал от датчика кислорода. Реакции на обеднённые и обогащённые смеси различаются, однако при понижении температуры до уровня ниже 300 градусов разность сокращается в связи с тем, что зона перестаёт быть действующей. Чтобы ускорить прогрев датчика после запуска двигателя, его размещают как можно ближе к мотору, соблюдая при этом ограничение максимальной рабочей температуры.
Датчик лямбда получил свое имя от обозначения коэффициента избытка воздуха, обозначаемого греческой буквой λ (лямбда). Он применяется в системе выбросов автомобиля для регулирования состава отработавших газов, что позволяет поддерживать оптимальное соотношение топливной смеси с воздухом. Это важно для обеспечения эффективного сгорания и снижения выбросов вредных веществ в атмосферу. На советских двигателях было сложнее достичь такого соотношения, нежели на современных автомобилях с системами питания и электронным топливным впрыском, взаимодействующими с датчиком лямбда-зонда.
Для определения избытка воздуха измеряется содержание остаточного кислорода в отработавших газах. Поэтому датчик устанавливается непосредственно перед катализатором. Для обработки сигнала от датчика используется электронный блок системы управления топливным впрыском, который оптимизирует состав смеси. Он может уменьшать или увеличивать количество топлива, поступающего в цилиндры.
Некоторые автомобили оснащены по два лямбда-зонда в системах выхлопных газов: один перед катализатором и один после него. Использование пары датчиков необходимо для увеличения точности смеси топлива и улучшения работы катализатора.
Измерение состава выхлопных газов с использованием лямбда-зонда становится возможным при температуре 300-400 градусов. При этом циркониевый электролит становится более проводимым, что приводит к появлению выходного напряжения на электродах датчика. Во время запуска и прогрева двигателя данный датчик не активируется. На этом этапе контроля качества смеси топлива ответственны датчик положения дроссельной заслонки, датчик температуры жидкости системы охлаждения и датчик числа оборотов коленвала. Для обеспечения работы датчика при низких температурах применяется принудительный нагрев компонента.
Если датчик лямбда-зонда не функционирует должным образом, ЭБУ выбирает усредненные параметры работы, основываясь на данных из памяти. Это может привести к несоответствию параметров топливно-воздушной смеси идеальным. Неисправность датчика вызывает увеличенный расход топлива, нестабильную работу на холостом ходу, повышение уровня углекислого газа в выхлопе и снижение мощности двигателя. Продолжительность работы лямбда-зонда зависит от качества используемого топлива. Плохое качество бензина, используемого несколько раз подряд, может привести к выходу датчика из строя. Обычно его срок службы составляет 40-80 тысяч километров пробега. Оптимальное соотношение смеси - 1 часть топлива к 14,7 частям воздуха. Отклонение в любую сторону указывает на обогащенную или обедненную смесь. Чтобы катализатор работал эффективно, допустимо отклонение до 1%.
Для создания прочного керамического электролита гальванических элементов используется циркониевый диоксид с добавлением оксида иттрия. Электроды покрыты слоем платины. Количество драгоценных металлов крайне незначительно, поэтому экстрагировать их в домашних условиях бесполезно. Израсходованный датчик можно сдать на переработку вместе с катализатором.
Зонд циркониевого датчика размещается перед катализатором и способен генерировать как отрицательное, так и положительное напряжение. Номинальное напряжение для него составляет 0,45 В и может варьироваться от 0,1 В до 0,9 В. Отличие от титанового датчика заключается в том, что циркониевый самостоятельно генерирует напряжение. Важно помнить, что при ремонте нельзя присоединять провода к датчику, так как в его изоляции проложены каналы, необходимые для пропуска эталонного воздуха. Без этого воздуха датчик прекратит работу.
Широкополосный датчик представляет собой передовую конструкцию зонда. Он способен не только определять обогащенную или обедненную смесь при поступлении в цилиндры, но и оценивать степень отклонения. По этим характеристикам он обладает большей точностью и реагирует на изменения в составе выхлопных газов. Для включения кислородного датчика требуется его нагрев до 350 градусов, но широкополосный датчик обеспечивает более высокую температуру за счет наличия дополнительного нагревательного элемента.
В зависимости от структуры, существуют два типа лямбда-зондов: двухточечные и широкополосные. Датчик двухточечного типа устанавливается как до, так и после нейтрализатора. Его функция заключается в мониторинге коэффициента избытка воздуха в топливно-воздушной смеси через измерение концентрации кислорода в отработанных газах. Датчик представляет собой керамический элемент, покрытый диоксидом циркония с обеих сторон, и для измерений используется электромеханический метод. Один из электродов контактирует с выхлопными газами, а другой - с атмосферным воздухом.
Принцип работы двухточечного датчика основан на измерении содержания кислорода в атмосфере и отработанных газах. Различная концентрация кислорода приводит к образованию напряжения на концах электрода. Более высокая концентрация кислорода приводит к снижению напряжения, а наоборот. Полученный электрический сигнал передается в электронный блок управления, который выдает соответствующие команды органам системы управления автомобиля.
Широкополосный датчик представляет собой современную модификацию лямбда-зонда, используемую в качестве входного датчика для катализатора. Для определения значений лямбда в нем используется сила тока закачивания. Он состоит из двух компонентов - двухточечного и закачивающего. Закачивание представляет собой физический процесс, в ходе которого кислород из газов проходит через закачивающий элемент под воздействием заданной силы тока. Работа широкополосного датчика основана на поддержании постоянного значения напряжения между электродами. При снижении концентрации кислорода в выхлопе, напряжение между электродами увеличивается. Полученный сигнал передается в ЭБУ, где формируется ток определенной силы. Этот ток обеспечивает закачивание в измерительный зазор, а значение напряжения достигает заданной нормы. Величина силы тока используется для измерения концентрации кислорода в отработавших газах, его анализ проводится ЭБУ и преобразуется в управляющее воздействие на исполнительные компоненты системы впрыска.
Существует основной признак, который позволяет определить возможную неисправность зонда - увеличение расхода топлива при обычном режиме езды. Существуют и другие причины, но отказ лямбда-зонда приводит к существенному увеличению расхода топлива автомобилем. Неисправный кислородный датчик также приводит к увеличению количества топлива в смеси. Кроме того, отмечается:
Если вы решаете проверить работоспособность компонента, важно начать с проверки исправности нагревательного элемента. Обычно его сопротивление составляет 10 Ом, и для измерения используется мультиметр, который подключается к выводу нагревательного элемента. Если нагревательный элемент неисправен, датчик может корректно функционировать только при длительной эксплуатации.
Для проверки рабочего элемента используется мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения. Для этой цели можно подключить вольтметр к выходу лямбда-зонда. Существуют специальные диагностические сканеры, которые помогают отслеживать состояние датчиков в режиме реального времени.
Перед принятием решения о покупке нового датчика необходимо проанализировать состояние его рабочей поверхности. Существуют различные признаки, указывающие на возможные проблемы:
Очистка налета может быть произведена, однако это не гарантирует полноценную работу датчика, так как рабочий слой из оксида циркония и платины в нем может быть уже выгоревшим.