Лямбда-зонд (он же Датчик кислорода, Кислородный датчик) — определяет содержание кислорода в выхлопных газах и передаёт эту информацию блоку управления двигателем (компьютеру), который, в свою очередь, регулирует состав топливо/воздушной смеси.
Какие функции выполняет кислородный датчик?
Название датчика происходит от греческой буквы L (лямбда). Лямбдой называют отношение реального количества воздуха к необходимому количеству воздуха (См. AFR). При оптимальном составе этой смеси, когда на 14,7 части воздуха приходится 1 часть топлива, L равна 1. Если лямбда больше единицы – смесь бедная (много кислорода, мало топлива), если меньше единицы – смесь богатая (мало кислорода, много топлива).
Слишком большое количество кислорода в выхлопных газах говорит о бедности смеси (малом содержании топлива), что приводит к снижению мощности двигателя и пропускам в зажигании (двигатель “троит”). Слишком малое количество кислорода, свидетельствует о переобогащенной смеси (большом количестве топлива), что приводит к повышенному расходу топлива и повышению токсичности выхлопных газов.
Почему нужно заменять неисправный датчик кислорода?
Воздействие высокой температуры, давления, вибрации и различных химических соединений на кислородный датчик приводят к постепенному выходу его из строя. После его поломки наблюдается повышенный расход топлива, снижение мощности двигателя, повышение токсичности выхлопных газов. Именно поэтому проверка работоспособности и при необходимости замена кислородного датчика является важным элементом технического обслуживании автомобиля.
Где расположен кислородный датчик?
Кислородный датчик определяет количество кислорода в выхлопных газах и располагается в выхлопной трубе. Практически все автомобили с бензиновым двигателем, выпущенные после 1986 года имеют как минимум один кислородный датчик.
Большинство современных автомобилей имеют как минимум два кислородных датчика, один из которых расположен, как правило, после катализатора. Сигнал с посткаталитического (нижнего) кислородного датчика позволяет оценивать качество работы катализатора. Точное расположение кислородного датчика на конкретном автомобиле указывается в техническом руководстве к данному автомобилю.
Избыток воздуха в смеси измеряется весьма оригинальным способом – путем определения в выхлопных газах содержания остаточного кислорода (О2). Поэтому лямбда-зонд и стоит в выпускном коллекторе перед катализатором.
Электрический сигнал датчика считывается электронным блоком управления системы впрыска топлива (ЭБУ), а тот в свою очередь оптимизирует состав смеси путем изменения количества подаваемого в цилиндры топлива.
Почему следует заменить неисправный кислородный датчик?
Если кислородный датчик «сломался» (Читай Как проверить работоспособность кислородного датчика на Subaru). В этом случае ЭБУ начинает работать по усредненным параметрам, записанным в его памяти: при этом состав образующейся топливно-воздушной смеси будет отличаться от идеального. В результате появится повышенный расход топлива, неустойчивая работа двигателя на холостом ходу, увеличение содержания СО в отработавших газах, снижение динамических характеристик, но машина при этом остается на ходу.
В некоторых моделях автомобилей ЭБУ реагирует на отказ лямбда-зонда очень серьезно и начинает так рьяно увеличивать количество подаваемого в цилиндры топлива, что запас горючего в баке «тает» на глазах, из трубы валит черный дым, СО «зашкаливает», а двигатель «тупеет» и на ближайшую СТО вам, скорее всего, придется добираться на буксире.
Перечень возможных неисправностей лямбда-зонда достаточно большой и некоторые из них (потеря чувствительности, уменьшение быстродействия) самодиагностикой автомобиля не фиксируются.
Поэтому окончательное решение о замене датчика можно принять только после его тщательной проверки, которую лучше всего поручить специалистам. Следует особо отметить, что попытки замены неисправного лямбда-зонда имитатором ни к чему не приведут – ЭБУ не распознает «чужие» сигналы, и не использует их для коррекции состава приготавливаемой горючей смеси, т.е. попросту «игнорирует».
При сгоревшем или отключенном лямбда-зонде содержание СО в выхлопе возрастает на порядок: от 0,1 – 0,3% до 3 – 7% и уменьшить его значение не всегда удается, т. к. запаса хода винта качества смеси может не хватить. В автомобилях, система L-коррекции которых имеет два кислородных датчика, дело обстоит еще сложнее. В случае отказа второго лямбда-зонда (или «пробивки» секции катализатора) добиться нормальной работы двигателя практически невозможно.
Вообще лямбда-зонд – наиболее уязвимый датчик автомобиля с системой впрыска. Его ресурс составляет 40 – 80 тыс. км в зависимости от условий эксплуатации и исправности двигателя.
Плохое состояние маслосъемных колец, попадание антифриза в цилиндры и выпускные трубопроводы, обогащенная топливно-воздушная смесь, сбои в системе зажигания сильно сокращают срок его службы. Применение этилированного бензина категорически недопустимо – свинец «отравляет» платиновые электроды лямбда-зонда за несколько бесконтрольных заправок.
Замена неисправного кислородного датчика на новый датчик позволяет экономить топливо, улучшить динамику автомобиля, уменьшить токсичность выхлопных газов, является профилактикой преждевременного выхода из строя дорогостоящего катализатора.
Когда кислородный датчик нужно заменить?
Существуют рекомендованные интервалы замены кислородных датчиков, однако межсменные интервалы являются не единственными критериями замены датчиков кислорода. Если имеются признаки повышенного расхода топлива, ухудшение динамики или экологических характеристик работы двигателя необходимо проверит работоспособность кислородного датчика. Следует учитывать, что кислородный датчик изнашивается постепенно, зачастую незаметно для хозяина автомобиля. Кислородные датчики с одним или двумя проводами при эксплуатации автомобиля в Европе или США требуют замены при пробеге в 50000-80000 км. 3- и 4-проводные датчики требуют замены после 100000 км пробега.
Виды кислородных датчиков
Существует несколько классификаций автомобильных кислородных датчиков:
- По количеству проводов: 1-,2-,3-,4-,5-,6-контактные датчики.
- По дизайну сенсорного элемента: “пальчиковые” и пластинчатые
- По способу крепления в выхлопную трубу: резьбовые и фланцевые.
- По ширине измерений лямбды: узкополосные (детектируют лямбду при величине >1) и широкополосные (детектируют лямбду от 0,7 до 1.6).
Принцип работы кислородного датчика
Принцип работы кислородного датчика – электрохимический. Большинство кислородных датчиков изготавливаются на основе оксида циркония ZnO2 (окислитель) и платины (катализатор химической реакции окислении/восстановления).
При работе двигателя выделяются раскалённые выхлопные газы, имеющие сложный химический состав. Основными составляющими их являются азот N2, углекислый газ CO2, кислород O2 и вода H2O. Однако в выхлопных газах содержаться и недоокисленные продукты горения топлива — CO и CH.
Именно с недоокисленными продуктами вступает в реакцию окисления/восстановления оксид циркония кислородного датчика. Непременными условиями протекания этих химических реакций является высокая температура (360 градусов Цельсия) и присутствие катализатора (платина).
При восстановлении двуокиси циркония ZnO2 в окись циркония ZnO возникает электрический ток, который детектируется на контактах кислородного датчика.
Так как окись циркония ZnO, является недоокисленным продуктом, она постоянно стремится окислится в двуокись циркония ZnO2, поэтому при работе двигателя на поверхности кислородного датчика происходит постоянное чередования процессов окисления и восстановления, что детектируется как волнообразное изменение напряжения на контактах кислородного датчика.
Напряжение генерируемое кислородным датчиком колеблется на уровне от 100 mV (бедная смесь) до 900 mV (богатая смесь). При оптимальном соотношении топливо/воздушной смеси датчик генерирует напряжение порядка 465 mV.