Функция лямбда зонда в автомобиле
Что такое лямбда зонд. Принцип работы, функции и причины неисправностей
1. Понятие, функции и задачи автомобильного лямбда зонда
2. Принцип работы лямбда зонда
Точное и эффективное измерение кислорода остаточного уровня выхлопных газов лямбда зондом обеспечивается после разогрева системы до рабочей температуры от 250 до 450 градусов по Цельсию. Только такой температурный режим обеспечивает условия для того, чтобы циркониевый электролит приобретал высокую проводимость. Кроме того, разница в количестве кислорода с атмосферы и кислорода в трубе выхлопных газов ведет к появлению на электродах датчика лямбда зонда нужного выходного напряжения.
Принципиальная схема любого датчика кислорода или лямбда зонда на основе диоксида циркония, который расположен в выхлопной трубе включает в свой состав следующие элементы: 1. электролит твердого типа с маркировкой ZrO2; 2. наружный электрод; 3. внутренний электрод; 4. контакт заземления; 5. контакт сигнального типа; 6. отверстие для крепления к выхлопной трубе. Ниже на изображение можем наглядно видеть схему лямбда зонда и его основные компоненты.
Лямбда зонд. Что это такое и как он работает?
В данной статье разберемся что такое лямбда зонд, для чего нужен и принцип его работы.
Жесткие экологические нормы узаконили применение на автомобилях каталитических нейтрализаторов – устройств, способствующих снижению содержания вредных веществ в выхлопных газах. Катализатор вещь хорошая, но эффективно работает лишь при определенных условиях. Без постоянного контроля состава топливно-воздушной смеси обеспечить катализаторам «долголетие» невозможно – тут приходит на помощь датчик кислорода, он же лямбда зонд.
Что такое лямбда зонд?
Название датчика лямбда зонд происходит от греческой буквы лямбда, которая в автомобилестроении обозначает коэффициент избытка воздуха в топливно-воздушной смеси. По сути, лямбда зонд — это датчик для измерения состава выхлопных газов, чтобы поддерживать оптимальный состав топлива и воздуха.
При оптимальном составе этой смеси, когда на 14,7 части воздуха приходится одна часть топлива — лямбда равна 1. Обеспечить такую точность возможно только с помощью систем питания с электронным впрыском топлива и при использовании в цепи обратной связи лямбда-зонда.
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.
На некоторых моделях автомобилей имеется еще один лямбда-зонд. Расположен он на выходе катализатора. Этим достигается большая точность приготовления смеси и контролируется эффективность работы катализатора.
Принцип работы лямбда-зонда
Схема лямбда зонда на основе диоксида циркония, расположенного в выхлопной трубе.
1 – твердый электролит ZrO2; 2, 3 – наружный и внутренний электроды; 4 – контакт заземления; 5 – «сигнальный контакт»; 6 – выхлопная труба.
Эффективное измерение остаточного кислорода в отработавших газах лямбда-зонд обеспечивает после разогрева до температуры 300 – 400°С. Только в таких условиях циркониевый электролит приобретает проводимость, а разница в количестве атмосферного кислорода и кислорода в выхлопной трубе ведет к появлению на электродах лямбда-зонда выходного напряжения.
При пуске и прогреве холодного двигателя управление впрыском топлива осуществляется без участия этого датчика, а коррекция состава топливо-воздушной смеси осуществляется по сигналам других датчиков (положения дроссельной заслонки, температуры охлаждающей жидкости, числа оборотов коленвала).
Особенностью циркониевого лямбда-зонда является то, что при малых отклонениях состава смеси от идеального напряжение на его выходе изменяется скачком в интервале 0,1 — 0,9 В.

Зависимость напряжения лямбда-зонда от коэффициента избытка воздуха при температуре датчика 500-800°С
Для повышения чувствительности лямбда-зондов при пониженных температурах и после запуска холодного двигателя используют принудительный подогрев. Нагревательный элемент расположен внутри керамического тела датчика и подключается к электросети автомобиля.
Если лямбда зонд не работает
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 выхлопе, снижение мощности, но машина при этом остается на ходу.
Перечень неисправностей лямбда зонда достаточно большой и некоторые из них 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».
Лямбда зонд – наиболее уязвимый датчик автомобиля с системой впрыска. Его ресурс составляет 40 – 80 000 км в зависимости от условий эксплуатации и исправности двигателя. Особенно чувствителен к качеству топлива – после нескольких таких заправок лямбда зон «умирает» и больше не работает
Лямбда-зонд: что это, как работает кислородный датчик в автомобиле, неисправности
Практически на всех современных автомобилях устанавливается специальное устройство лямбда-зонд. Оно определяет уровень кислорода в активной зоне двигателя. В статье будут рассмотрены вопросы того, какие функции выполняется это устройство, по каким причинам оно может выйти из строя и как выполнить его замену пошагово.
Лямбда-зонд (датчик кислорода в автомобиле) – что это
Лямбда-зонд (датчик кислорода) – небольшое устройство, которое входит в состав выхлопной системы транспортного средства. Его главная функция – отслеживание уровня кислорода в отработанных газах, которые образуются в результате сгорания топлива в двигателе внутреннего сгорания. Устройство имеет вид небольшой трубки с проводами. Оно подключается к двум системам машины:
Датчик кислорода в автомобиле ставится на любые ТС. Это автомобили, грузовики, автобусы, спецтехника. Большинство лямбда-зондов рассчитаны на 60-80 тысяч километров пробега. При выходе из строя устройство необходимо отремонтировать или заменить. При отсутствии исправного устройства большинство современных автомобилей переходят в аварийный режим работы.
Зачем нужен лямбда-зонд
Чтобы дать ответ на этот вопрос, необходимо разобраться в физике сгорания горючего в моторе. Для эффективного сгорания топлива в двигателе требуется наличие двух компонентов – топливо и кислород. Топливо попадает в активную зону с помощью форсунок, подключенных к топливному баку. Уровень кислорода контролируется ДМРВ-устройством.
Физические эксперименты показывают – оптимальный уровень сгорания топлива достигается при наличии в активной зоне 14,7 частей воздуха и 1 части топлива. Это соотношение называют лямбда-соотношением, а обозначают его греческой буквой λ. Если в активной зоне кислород по отношению к топливу находится в пропорции ровно 14,7 к 1, то показатель λ приравнивают к единице.
Сценарии сгорания топлива в зависимости от того, достигается ли там оптимальное соотношение топлива/кислорода:
Лямбда-зонд не регулирует количество кислорода и топлива в активной зоне. Он оценивает концентрацию кислорода в выхлопных газах и подает эту информацию на ЭБУ двигателя. Если кислорода много или мало, электронный блок уменьшает или увеличивает подачу топлива, что приводит к приведению соотношения топливо/кислород к нормативному показателю λ.
Механика работы лямбда-зонда:
Обратите внимание! В качестве второго лямбда-зонда используется тот же самый прибор. Он имеет аналогичное строение, работает по тем же самым принципам, точно так же подключается к автомобилю и так далее. Отличается он функциями и расположением.
Виды лямбда-зондов
При наличии выбора отдать предпочтение следует широкополосным устройствам на титановой основе. Они стоят дорого, однако обеспечивают наиболее высокое качество замеров и обладают большим сроком годности.
Как работает датчик кислорода автомобиля
Чтобы разобраться с режимом работы лямбда-зонда, нужно знать его конструкцию. Основные элементы:
Механика работы лямбда-зонда проста. Внешний экран контактирует с атмосферным воздухом, тогда как внутренний экран – с отработанными газами. При температуре датчика 300-350 градусов возникает разность потенциалов между внутренним и внешним экраном за счет неодинакового содержания кислорода в воздухе/газах. Чем выше разность – тем сильнее напряжение. Получившийся электрический ток поступает на провода, которые через провода передаются на ЭБУ двигателя.
Неисправен лямбда-зонд: причины и ремонт
Лямбда-зонд выходит из строя по различным причинам. Это высокие нагрузки на выхлопную систему машины, повреждение электрической проводки, использование низкокачественного бензина и другие. Ниже рассмотрим основные сценарии возникновения неисправностей, а также узнаем, как эти проблемы с лямбда-зондом разрешаются.
Образование нагара
Одной из популярных причин выхода из строя лямбда-зонда – образование слоя нагара в области активной зоны запчасти. Если двигатель заводить слишком резко, то небольшие порции бензина попадают в выхлопную систему машины и оседают там на поверхности лямбда-зонда. Нагар образуется и по другим причинам – использование низкокачественного топлива, неправильное включение двигателя.
Устанавливается поломка по следующим признакам:
Чтобы исправить эту проблему, рекомендуется демонтировать старый и поставить новый лямбда-зонд. Также можно попытаться очистить наконечник самостоятельно. Делается это так:
Перегрев устройства
Лямбда-зонд может временно выходить из строя из-за перегрева выхлопной системы. Ключевое слово здесь “временно” – при повышенной нагрузке начинает мигать кнопка “Check Engine”. Тогда как при нормальной езде такая проблема не наблюдается. Связано это с тем, что на автомобили устанавливаются датчики на циркониевой основе, а такие лямбда-зонды не могут работать при высоких температурах. Это и приводит к выходу из строя прибора.
Устанавливается перегрев по таким признакам:
Чтобы устранить эту неполадку, рекомендуется демонтировать циркониевый и поставить титановый лямбда-зонд. Иногда это не помогает – например, если автомобильная система в целом не справляется с высокими нагрузками (а не только лямбда-зонд). В таком случае просто снизьте уровень нагрузки, чтобы устранить неполадку (например, ездите более медленно).
Повреждение электропроводки
Еще одной популярной причиной выхода из строя лямбда-зонда является повреждение проводки. Каждое устройство оборудовано электрическими проводами (от 2 до 4), которые передают сигнал на блок управления мотором. В случае повреждения проводки сигнал становится нестабильным, что приводит к разбалансировке работы мотора. Повреждение проводов часто имеет механическую природу (например, водитель попал в ДТП).
Повреждение электрической проводки устанавливается по таким признакам:
В случае повреждения проводов рекомендуется поставить новый лямбда-зонд. Можно выполнить замену поврежденного участка цепи, если у Вас завалялись провода от старого зонда. Для ремонта старый кислородный датчик демонтируется из системы, потом срезается старый поврежденный элемент (с соединительной вилкой или без). На ее место устанавливается неповрежденная электропроводка от старого лямбда-зонда.
Выход из строя нагревателя
Еще одна причина выхода из строя лямбда-зонда – поломка нагревательного элемента. Поломка нагревателя не всегда выводит из строя ведь зонд. Этот дефект обычно не дает о себе знать при низких нагрузках, однако при средних и высоких нагрузках он проявляет себя. Основные признаки поломки нагревателя:
Нагревательный элемент крепится внутри лямбда-зонда прочно, поэтому разобрать запчасть и достать поврежденный нагреватель сложно. Если у Вас возникла такая проблема, купите новый зонд и поставите его взамен старого. Если не планируете ездить при высоких нагрузках, то замену можно не производить. То есть на поврежденном лямбда-зонде можно ездить до полного выхода из строя.
Срок службы лямбда-зонда
Срок службы устройства зависит от многих параметров. Это качество комплектующих запчастей, чистота используемого топлива, характер управления машиной водителя, уровень нагрузок. Большинство циркониевых устройств рассчитано на 60-80 тысяч километров пробега. Узкополосные титановые и широкополосные титановые работают до 100 и 120 тысяч километров. Срок службы можно узнать в инструкции к прибору, а также уточнить у продавца при покупке.
В случае обычного некоммерческого использования машины (то есть не для перевозки грузов и для доставки пассажиров) устройство работает 1-3 года. Поэтому рекомендуется держать под рукой парочку запасных устройств, чтобы при необходимости можно было всегда оперативно выполнить замену испортившего прибора. Также придерживайтесь советов и рекомендаций, которые позволят продлить срок службы датчика:
Замена лямбда-зонда
В замене нет ничего сложного. Перед проведением работ поставьте машину на подъемник, а также купить новое устройство. Примерный алгоритм замены детали рассмотрен ниже.
Работы рекомендуется проводить в плотных чистых перчатках. Многие элементы выхлопной системы будут горячими (перчатки помогут не обжечься). Также перчатки помогут защититься от разрядов электрического тока на этапе демонтажа клеммы.
Какой фирмы лучше лямбда-зонд и как его выбрать
В продаже можно встретить сотни различных лямбда-зондов. Общее количество производителей в России насчитывает 20-30 компаний. Самыми лучшими фирмами-производителями являются следующие организации:
Обманка лямбда-зонда
Датчики кислорода являются чувствительными приборами, которые обычно рассчитаны на 60-80 тысяч километров пробега. В случае выхода датчика из строя на управляющей панели может появиться сигнал Engine Check. Сам автомобиль может быть переведен в аварийный режим работы. Чтобы восстановить работу авто, следует поставить либо оригинальный зонд, либо прибор-обманку. Она подает на электронную систему ложный сигнал, что позволяет избежать перевода авто в аварийный режим. Существует две категории обманок:
Применяйте “обманки” только в крайних случаях, поскольку это чревато следующими последствиями:
Выводы и итоги:
Что такое лямбда зонд (датчик кислорода)
Лямбда зонд (он же датчик кислорода) — специальное устройство, один из видов датчика. Задача — контроль объема кислорода в коллекторе силового узла.
С помощью устройства оценивается общий объем кислорода или несгоревшей топливной смеси в выхлопе транспортного средства.
Часто лямбда зонды устанавливаются в дымоходах отопительных котлов и прочих системах, где необходим кислородный контроль.
Назначение
Знание особенностей работы и назначения лямбда зонда весьма полезны для автолюбителя.
Во-первых, уже никто не сможет обмануть владельца транспортного средства, а во-вторых, в случае поломки можно самому поставить «диагноз».
Задача лямбда-зонда — создать условия для выполнения функций каталитическим нейтрализатором, который осуществляет фильтрацию выхлопа автомобиля.
По сути, катализатор снижает вредность выхлопа, а лямбда-зонда осуществляет контроль работы данного устройства.
Название зонда произошло от известной греческой буквы «лямбда», которой обозначается объем кислорода в подготовленной горючей смеси.
Величина лямбды составляет 14.7 единиц на одну единицу топлива. Пропорциональность обеспечивается, благодаря электронному впрыску топливной смеси и работе лямбда-зонда.
Назначение устройства зависит и от его позиции в транспортном средстве.
Как правило, датчик кислорода монтируется перед катализатором, что позволяет точно измерять уровень кислорода в горючей смеси, а в случае дисбаланса давать сигнал блоку управления впрыска.
Чтобы повысить эффективность работы, на новых моделях авто ставится не один, а два датчика, закрепляемые с одной и другой стороны катализатора.
Такая конструкция позволяет с большей точностью анализировать состав выхлопа.
Эволюция развития
Раньше датчики кислорода были резистивными, что снижало точность измерений и надежность самих устройств.
Современный лямбда-зонд работает как пороговое устройство. При этом сигнал, полученный от датчика, позволяет точно фиксировать уровень отношения кислорода в выхлопе и корректировать его.
Впервые лямбда-зонд был изготовлен в 1960 году предприятием Robert Bosch GmbH. Руководителем проекта был Гюнтер Бауман.
В серийное производство устройство поступило лишь через 16 лет (в 1976 году). Первыми производителями, которые занялись выпуском, стали компания Сааб и Вольво.
Основные типы устройств
Сегодня можно выделить несколько типов кислородных датчиков. Все они могут отличаться по нескольким критериям:
Каждый из типов устройств имеет свои особенности.
Одно контактные устройства.
Оборудованы одним сигнальным проводом. Именно по нему передается сигнал, генерируемый устройством.
2-контаткные датчики
Оборудуются двумя проводами. Один является сигнальным, а второй выполняет функцию заземления через корпус устройства.
С помощью заземляющего проводника можно точно определить показатели сигнального провода.
3-контактные
Здесь предусмотрен сигнальный провод, один «массовый» провод и третий провод, направляемый к нагревательному устройству.
Особенность таких датчиков — быстрое достижение нужной температуры, повышенный период службы устройства, а также меньшие требования к выхлопной системе.
Нагревательный элемент, который монтируется в системе, имеет мощность 12 или 18 Вт.
4-контактные
В них предусмотрено четыре провода:
Может быть такое положение контактов.
К примеру, его можно использовать в качестве заземления или же для питания нагревательного элемента.
Особенность современных лямбда-зондов в том, что они взаимозаменяемы и имеют схожую конструкцию.
К примеру, можно менять датчики с подогревом на устройства без подогрева. При этом возможны проблемы с разъемами или невозможностью запитать устройство.
В случае нехватки проводов их можно проложить самостоятельно, а в качестве разъема использовать контакты автомобиля.
Маркировка может отличаться, но провод подачи сигнала всегда окрашивается в черный цвет.
«Масса» может быть желтой, серой или белой.
Устройство современных датчиков кислорода
В составе датчика кислорода есть два электрода — внутренний и внешний.
Первый делается из циркония, а второй — из платинового напыления, что делает его более чувствительным к воздействию кислорода.
Лямбда-зонд смонтирован таким образом, чтобы он пропускал весь объем отработавших газов транспортного средства.
В процессе прохождения газов внешний электрод оценивает уровень кислорода в отработавших газах, что приводит к изменению потенциала между электродами.
Чем больше объем кислорода, тем выше уровень напряжения. Рабочая температура циркония, которым покрыт электрод — 300-1000 градусов Цельсия.
Вот почему датчики кислорода конструктивно дополняются подогревателями, необходимыми в момент пуска.
Датчики бывают двух типов — двухточечными и широкополосными. Внешне они похожи, но отличаются конструкцией и принципом действия.
Так, 2-точечный датчик состоит из двух электродов. Его задача — фиксация коэффициента повышенного объема воздуха в топливной смеси.
Что касается широкополосного устройства, то это более современная конструкция. Главная его особенность — применение силы тока закачивания.
При этом конструктивно широкополосный датчик состоит из двух керамических устройств — закачивающего и 2-точечного.
Принцип действия
В кислороде присутствуют отрицательно заряженные ионы. Они собираются на электродах из платины и при достижении нужной температуры датчика (где-то 400 градусов Цельсия) создается разность потенциалов (напряжение).
Если смесь слишком обеднена, то объем кислорода в газах будет высоким, и наоборот, если смесь обогащена, то кислорода будет мало.
В первом случае напряжение равно 0,2-0,3 Вольта, а во втором — 0,7-0,9 Вольта.
Система управления мотора поддерживает уровень напряжения около 0,4-0,6 Вольт, то есть уровень лямбда равен 1.0.
В процессе движения происходит изменение режимов работы мотора, что способствует корректировке параметра напряжения в обе стороны. При этом узкополосный датчик может улавливать лишь те параметры, которые выше нуля.
Лямбда-зонд, который установлен после катализатора, имеет такой же принцип действия.
После обработки газов катализатором, уровень кислорода остается неизменным. Это, в свою очередь, позволяет поддерживать оптимальную разницу потенциалов в пределах 0.4-0.6 Вольта.
Широкополосный лямбда-зонд: главные отличия, принцип работы
Широкополосный датчик для измерения уровня кислорода — лямбда-зонд, который монтируется в современных авто.
Его особенность — выполнение функций катализатора на входе в устройство. Измерение необходимых параметров происходит благодаря использованию силы входного тока.
Главное отличие широкополосного датчика заключается в том, что в его составе есть два рабочих элемента — закачивающий и 2-точечный керамический обогреватель.
В процессе закачивания кислород пропускается через соответствующий элемент под действием силы тока.
Принцип действия широкополосного зонда построен на поддержании напряжения в пределах 450 мВ.
Сама разность потенциалов появляется между электродами двухточечного элемента. Достижение нужного напряжения гарантируется, благодаря изменению силы тока закачивания.
Если объем кислорода в выхлопе снижается, то напряжение между электродами растет, а ЭБУ получает соответствующую команду.
После этого формируется сигнал требуемой силы тока, что приводит к выравниванию напряжения.
Сила тока анализируется в ЭБУ, после чего блок управления воздействует на систему впрыска.
Нормальная работа датчика кислорода возможна при температуре в 300 градусов Цельсия, которая достигается с помощью нагревателя.
К чему приводит неисправность зонда?
Первая неприятность, к которой приводит выход из строя зонда — повышение «прожорливости» авто и ухудшение общей динамики.
Главная причина — искажение показаний датчика, что приводит к отклонению отношения кислорода и топлива.
В случае выхода из строя одного датчика машина остается на ходу (здесь многое зависит от самого транспортного средства).
Есть модели, в которых отказ механизма приводит к расходованию топлива в больших объемах. Как следствие, может понадобиться срочный ремонт.
В случае поломки лямбда-зонда его замена должна производиться только на аналогичный механизм.
Если же установить устройство другого типа, то бортовой компьютер транспортного средства может попросту не воспринимать сигналы нового датчика.
При поломке сразу двух датчиков авто и вовсе оказывается обездвиженным.
Причины поломки
Стоит отметить, что датчик кислорода имеет повышенную чувствительность к поломкам.
Причиной выхода из строя может стать:
Решается проблема посредством установки нового датчика. Что касается ремонта, то при таких поломках он бесполезен.
3. Чрезмерные объемы топлива, подаваемые в цилиндры мотора, попросту не успевают сгорать и вылетают в систему выхлопа в виде сажи.
Через время черный налет скапливается на узлах системы выхлопа машины и на датчике кислорода в том числе. Как следствие, лямбда зонд начинает работать неправильно.
В качестве «лечения» можно использовать специальные очистители и тряпки, позволяющие убрать загрязнения. Если же датчик забивается регулярно, то лучше его поменять.
Как выявить поломку?
Распознать неисправность лямбда зонда можно по следующим признакам:
Также важно знать как проверить лямбда зонд на исправность.
Можно ли отключать лямбда зонд?
Отключение датчика кислорода — дело нескольких минут для специалиста. Только вот польза такой работы вызывает большие сомнения.
С момента отключения лямбда зонда ЭБУ переходит на средние параметры подачи топлива в двигатель, что сказывается на надежности и расходе топлива (как правило, в худшую сторону).
Кроме этого, в случае отключения датчика кислорода может понадобиться и перепрошивка самого ЭБУ автомобиля, ведь постоянно будет «вылазить» ошибка.
Поэтому если лямбда зонд вышел из строя его желательно заменить.
Обманка лямбда зонда: что это?
При замене катализатора пламегасителем или демонтаже устройства сигналы двух лямбда зондов будут идентичны. Это, в свою очередь, неизбежно приведет к ошибкам.
Проблема решается путем установки обманки лямбда зонда.
Она бывает двух видов:
По своей конструкции это проставка, выполненная из бронзы и имеющая определенные размеры. Внутри узла есть специальная крошка с каталитическим напылением, которая помогает вредным веществам догореть.
Такая обманка представляет собой прибор на основе микропроцессора, анализирующего весь процесс прохода выхлопных газов и осуществляющего обработку данных с первого датчика.
Задача — обеспечить корректную работу системы управления мотором в условиях, когда катализатор поломан или удален.
Несмотря на свою компактность, лямбда зонд является одним из наиболее важных узлов автомобиля. Он не только снижает вредность выброса, но и отвечает за ряд других функций.
Отсутствие данного устройства может стать причиной повышения расхода топлива, ухудшения динамики мотора или полной невозможности эксплуатации автомобиля.