Как правильно подобрать лямбда зонд для автомобиля

Что такое лямбда зонд?

Лямбда зонд представляет собой сложный датчик измерения состава выхлопа автомобиля. Он проверяет сколько кислорода и угарных газов в этой смеси. От измерений этого прибора зависит сколько топлива и кислорода будет поступать в камеры сжигания двигателя.

Надо сказать, что этот датчик достаточно надежен. Его средний срок службы измеряется несколькими годами. Обычно, он выходит из строя или начинает показывать неправильные данные лишь после 80-100 тысяч километров пробега.

Как работает лямбда-датчик

Для полного сгорания 1 кг бензина требуется примерно 14,5 кг воздуха. Такое идеальное соотношение определяется как «лямбда=1». Соотношение количества воздуха и топлива оказывает существенное влияние на рабочие характеристики двигателя. Так, богатая смесь позволяет получить максимальный крутящий момент и более равномерную работу двигателя, однако при этом повышается расход топлива и увеличивается концентрация вредных веществ в выхлопных газах. Сразу же после запуска двигателя лямбда-датчик измеряет процент содержания кислорода в выхлопных газах, которые ещё не прошли катализатор. Полученное значение показывает, происходит ли в двигателе полное сгорание топливно-воздушной смеси. Лямбда-зонд определяет отклонения в концентрации кислорода в отработавших газах и передает информацию в бортовой компьютер, который корректирует параметры работы систем зажигания и впрыска.Таким образом,лямбда-датчик контролирует оптимальный состав топливно-воздушной смеси, что позволяет экономит топливо и достигать минимальной токсичности выхлопных газов. Кроме того, только при достижении оптимального значения «лямбда=1» установленный на автомобиле катализатор может в полной мере выполнять свои функции по расщеплению образовавшихся при сгорании топлива вредных веществ.

В каких системах применяются

Кислородные датчики позволяют измерять объемную долю кислорода в газах, присутствующих после сгорания топлива в ДВС и котлах, работающих на твердом топливе либо метане.

λ- зонды применяются в приборах, измеряющих долю кислорода в уходящих газах котлов на ТЭС и других промышленных предприятиях для наилучшей регулировки КПД сгорания топлива при помощи подачи воздуха в топку, в зависимости от показаний приборов.

Наиболее широкое использование датчики получили в автомобильной промышленности для автоматической регулировки подачи бензиново-воздушной смеси в цилиндры двигателя.

Классификация, устройство и принцип действия

Датчики подразделяют на виды в зависимости от материала активных элементов, наличия системы подогрева, конструктивных особенностей и принципа действия. Рассмотрим существующие типы зондов.

Циркониевые

Для данного типа датчиков в качестве твердого электролита гальванической системы – керамической, проницаемой для ионов кислорода мембраны, служит диоксид циркония, который проявляет рабочие свойства при температуре свыше 300˚С. Наконечник из твердотельного циркония покрывается тонкой прослойкой оксида иттрия для лучшей проходимости атомов кислорода, а с внешней и внутренней стороны, частично покрывается тонким слоем платины, выполняющей функцию электродов. На примере рис.1 рассмотрим λ-зонд в разрезе.

1. Провода: сигнальный и питания нагревателя.
2. Контактная пластина нагревательного провода.
3. Стальной корпус, соединенный с кожухом, вставляемым резьбой в гнездо отверстия выхлопной трубы.
4. Циркониевый электролит с наружной и внутренней платиновыми электродными пластинами.
5. Нагреватель.
6. Керамический теплоизолирующий элемент.
7. Контактная плоскость.
8. Металлический корпус с отверстиями для попадания уходящих газов.

Принцип работы

Он довольно прост. Во внутренней камере рабочего элемента с платиновым электродом находится обычный воздух, имеющий стандартную (эталонную) проницаемость кислорода со своим давлением на стенки циркониевого наконечника при его нагреве до 350-400˚С.

На наружный платиновый электрод поступают выхлопные газы, делающие проницаемость переменной величиной, в зависимости от объема кислорода в этих газах. Разность потенциалов на электродах появляется вследствие перемещения ионов кислорода со стороны большего давления в сторону с меньшим давлением.

Резкий перепад напряжения (примерно от 850 мВ до 75 мВ) при изменении наличия кислорода в выхлопе от смеси с излишками топлива и недостатком кислорода (богатой, где λ<1) до смеси с недостатком топлива и излишком кислорода (бедной, где λ>1), позволяет делать измерения с погрешностью около 5%.

Титановые

Рабочий элемент этого зонда – диоксид титана. Устройство датчика похоже на циркониевый, только не требует камеры с эталонной смесью воздуха. Принцип работы основан на изменении сопротивления материала при изменении объемной доли кислорода в выхлопе. Чем больше ионов кислорода, тем большее сопротивление возникает в рабочем элементе. Для функционирования системы необходима высокая температура нагрева двуокиси титана (свыше 600˚С) и постоянная подача питания на электронный блок управления – 5В.

Преимущества титановых зондов:

• Прочность, небольшие размеры.
• Отсутствие камеры с эталонной сравнительной смесью, что увеличивает их долговечность.
• Быстрое достижение нагрева и рабочего состояния.

К недостаткам можно отнести более высокую цену, чем у циркониевых, что обусловило отказ производителей автомобилей применять их в современных моделях.

Широкополосные – LSU датчики

При помощи широкого диапазона измерения в областях с различным коэффициентом избытка воздуха (λ<1; λ>1), кислородные зонды этой конструкции получили универсальное применение в разнообразных типах двигателей (газовых, дизельных, внутреннего сгорания с принудительным зажиганием) и отопительных установках. Широкополосное устройство более точно подает сигнал на электронный блок управления о соотношении наличия кислорода и топлива в уходящих газах ДВС, что позволяет лучше контролировать уровень выхлопов.

По внешнему виду зонд похож на циркониевый, но принцип действия немного другой. Работа системы основана на поддержании постоянной разности потенциалов между электродами в пределах 0,45 В, соответствующей коэффициенту избытка воздушной смеси, равной единице.

Датчик состоит из двух рабочих элементов – циркониевого, выполняющего измерительную функцию и элемента для введения либо выведения кислорода из системы. Между рабочими элементами расположено удлиненное отверстие, размером от 20 до 50 мкм. В отверстии размещены два электрода для измерения и регулировки (накачивающий) объемной доли кислорода. В измерительное отверстие вставлен барьер, отделяющий его от уходящих газов и, регулирующий закачку либо откачку кислорода из него. Циркониевый элемент соприкасается с внешней атмосферой благодаря небольшому приточному каналу.

Если смесь, подающаяся в двигатель, обедненная на топливо, то уходящие газы богаты на кислород и он выводится из отверстия для измерения с помощью плюсового напряжения на выводящий рабочий элемент. В противном случае, на элемент подается напряжение с противоположным знаком, кислород входит в измерительное отверстие.

Электронная схема стремится удержать напряжение 0,45 В через, постоянно меняющееся напряжение на электродах элемента введения/выведения кислорода из системы, чтобы концентрация кислорода в отверстии соответствовала: λ = 1. В датчик вмонтирован нагреватель для достижения температуры 700˚С и выше, в зависимости от типа зонда.

Как правильно установить универсальный кислородный датчик?

1. Обрежьте провода нового кислородного датчика в соответствии с необходимой длиной.

ВАЖНО: Новый датчик, соединенный с имеющимся у вас коннектором, должен быть такой же длины, как и старый датчик с оригинальным коннектором.

2. Обрежьте провод старого кислородного датчика.

3. Зачистите провода нового датчика и коннектора от изоляции примерно на 7 мм каждый.

4. Обожмите стыковые соединения датчика и проводника специальными клещами и закройте термоусадочной трубкой (размер 22–16).

5. Нагревайте горячим воздухом термоусадочную изоляцию до тех пор, пока соединения не будут плотно закрыты.

Как определить неисправность лямбда зонда?

Есть несколько причин по которым можно судить о том, что датчик перестал нормально выполнять свою работу. Выглядят они следующим образом:

• Автомобиль значительно потерял в мощности и приемистости.
• Разгон транспортного средства увеличился на десяток секунд.
• Расход топлива возрос на 2-3 литра на сотню километров пробега.

Если имеется хотя бы один из вышеупомянутых факторов, то стоить проверить исправность лямбда зонда. Решающим станет измерение газоанализатора. В том случае, если количество угарного газа в выхлопе значительно превышают норму, то датчик неисправен и нужно искать место, где купить лямбда зонд.

Основные причины выхода из строя

Причин поломки датчика кислорода может быть много, среди них, конечно же, и качество применяемого топлива. Рассмотрим главные:

• Повреждение или встряска зонда вследствие неаккуратной езды (наезда на препятствие, яму).
• Перегрев зонда из-за неисправности в блоке зажигания.
• Засорение керамической поверхности продуктами сгорания некачественного бензина.
• Неисправность в работе двигателя (попадание масла в выхлоп).
• Замыкание в проводах датчика.

Поломка датчика может происходить постепенно, переводя работу двигателя в режим неправильной работы. На современных машинах стоит второй зонд после катализатора, что улучшает качество работы ДВС и защиту атмосферы от продуктов сгорания топлива.

Нюансы подключения

При поломке устройства, можно установить датчик, который рекомендует завод-изготовитель или похожий циркониевый зонд. Вот основные правила:

• Цвета проводов датчика различаются, но цвет подающего сигнал на электронную схему, всегда темный.
• «Земля» бывает желтого, белого, серого оттенков.
• Для подключения 4-проводного зонда на место 3-проводного – соединяются с «землей» автомобиля провода заземления нагревателя и минусовой сигнальной системы. Провод нагревателя через релейную схему подсоединяется к плюсовому полюсу аккумулятора.

Подключение нового зонда лучше сделает специалист из автосервиса.

Советы и рекомендации

При первых признаках неправильной работы лямбда датчика (машина начинает резко дергаться при начале движения, не так быстро срабатывает педаль газа, на панели должны высвечиваться предупредительные сообщения, перегрев двигателя во время работы, неприятные токсичные газы из выхлопной трубы), необходимо определиться с некоторыми вопросами:

• Точная установка неисправности зонда.
• Правильный подбор нового датчика.
• Не следует поддаваться желанию установить датчик, бывший в употреблении (неизвестен его остаточный ресурс), если хотите сберечь двигатель в хорошем состоянии.
• Не нужно пытаться разобрать устройство, оно сделано герметично и не ремонтируется.

Желательно покупать оригинальный зонд либо универсальный (для двигателей определенного производителя).