Все, що потрібно знати про лямбда зонди.

Цю статтю зберігаю швидше для себе і як посібник для тих, хтоставитиме такі часті питання з приводу датчиків кисню (тема доситьактуальна). У попередній темі ми говорили про наших каталізаторів (тут :https://megadriver.org/p681102-shho-potribno-znati-pro-nas-katalizator) Тепер же дізнаємося більше і докладніше про лямбда зонди:Основніположення та функції Кисневого датчика :
Теорія.
Жорсткі екологічні норми у багатьох країнах світу стали диктуватикількість викидів шкідливих речовин, тим самим узаконилизастосування на автомобілях каталітичних нейтралізаторів (в побуті– каталізатори) – пристроїв, що сприяють зниження вмісту шкідливихречовин у вихлопних газах автомобілів з двигуном внутрішньогозгоряння Каталізатор - потрібний і відповідальний вузол автомобіля, але ефективно працює лише за певних умов. Для того, щоб якомогадовше продовжити його життя і приходить на допомогу датчик кисню, він же О2-датчик, він же лямбда-зонд (лЗ). Назва датчика походитьвід грецької літери L (лямбда), яка в автомобілебудуванні означаєкоефіцієнт надлишку повітря в паливно-повітряній суміші. Приоптимальному складі цієї суміші, коли на 14, 7 частини повітряприпадає 1 частина палива (йдеться про об'ємне співвідношеннявеличин), L дорівнює 1 (графік 1). "вікно" ефективної роботикаталізатора дуже вузьке:L=1±0, 01. Забезпечити таку точність можналише за допомогою систем живлення з електронним (дискретним)упорскуванням палива та при використанні в ланцюгу зворотногозв'язку лямбда-зонда. Таким чином, зонд Лямбда створений іпоставлений інженерами для інформування комп'ютера, інжекторногоавтомобіля про відхилення від норми співвідношення паливноповітряної суміші. Графік 1. Залежність потужності двигуна (P) івитрати палива (Q) від коефіцієнта надлишку повітря (L)
Надлишок повітря в суміші вимірюється вельми оригінальним способом( причому цей спосіб не є обхідним шляхом, а дає впевнено точніпоказання) - визначення у вихлопних газах вмісту залишкового кисню (о2). Тому лямбда-зонд і стоїть у випускному колекторі передкаталізатором. Електричний сигнал датчика зчитується електроннимблоком управління системи упорскування палива (еБУ), а той у своючергу оптимізує склад суміші шляхом зміни кількості палива, щоподається в циліндри. Таким чином, відбувається регулювання неповітря, а саме палива, щодо повітря, тим самим досягаєтьсямаксимальний відсоток згоряння палива в циліндрах, максимальноефективна робота каталізатора, і як наслідок максимальний моментдвигуна автомобіля, що крутить. Причому на більшості сучаснихмоделях автомобілів є ще один лямбда-зонд, так само можливевстановлення додаткових датчиків працюючих у зв'язці (наприкладдатчик температури каталізатора, розташований він на виходікаталізатора). Цим досягається велика точність приготування сумішіта контролюється ефективність роботи каталізатора (рис. 1).
Мал. 1. Схема L-корекції з одним та двома датчиками кисню двигуна 1– впускний колектор; 2 – двигун; 3 – блок керування двигуном; 4 –паливна форсунка; 5 – основний лямбда-зонд; 6 – додатковийлямбда-зонд; 7 – каталітичний нейтралізатор.

Як працює Лямбда Зонд (кисневий датчик)
Лямбда-зонд діє за принципом гальванічного елемента з твердимелектролітом у вигляді кераміки із діоксиду цирконію (ZrO2).Кераміка легована оксидом ітрію, а поверх неї напиленіструмопровідні пористі електроди з платини. Один із електродів«дихає» вихлопними газами, а другий – повітрям з атмосфери (рис.2).Ефективне вимірювання залишкового кисню у газах, що відпрацювали, лямбда-зонд забезпечує після розігріву до температури 300 - 400оС.Тільки в таких умовах цирконієвий електроліт набуває провідності, арізниця у кількості атмосферного кисню та кисню у вихлопній трубіведе до появи на електродах лямбда-зонда вихідної напруги.

Мал. 2. Схема датчика кисню на основі діоксиду цирконію, розташованого у вихлопній трубі 1 – твердий електроліт ZrO2; 2, 3 –зовнішній та внутрішній електроди; 4 – контакт заземлення; 5 - "сигнальний контакт"; 6 – вихлопна труба.
При пуску та прогріві холодного двигуна управління упорскуваннямпалива здійснюється блоком керування автомобілем (еБУ) без участіцього датчика, а корекція складу паливо-повітряної сумішіздійснюється за сигналами інших датчиків (положення дросельноїзаслінки, температури охолоджуючої рідини, числа обертів коленвалата ін.). Особливістю цирконієвого лямбда-зонда є те, що при малихвідхиленнях складу суміші від ідеального (0, 97 L 1, 03) напруга найого виході змінюється стрибком в інтервалі 0, 1 - 0, 9 В (графік 2).Таким чином, цей матеріал забезпечує ідеальні показання сильнорізні один від одного навіть при мінімальній зміні вимірюваногосередовища. . А - умовна точка середніх показань (Uвих » 0, 5 В, приL = 1, 0). (збагачення суміші (зменшення О2 у вихлопі). Збідненнясуміші (збільшення О2 у вихлопі)). А – умовна точка середніхпоказань (Uвих » 0, 5 В, при L=1, 0). (збагачення суміші (зменшення О2у вихлопі). Збіднення суміші (збільшення О2 у вихлопі). Крімцирконієвих, існують кисневі датчики на основі двоокису титану(TiO2). При зміні вмісту кисню (о2) у газах, що відпрацювали, вонизмінюють свій об'ємний опір. Генерувати ЕРС титанові датчики неможуть; вони конструктивно складні і дорожчі за цирконієві, тому, незважаючи на застосування в деяких автомобілях (Nissan, BMW, Jaguar), широкого поширення не набули. У міру розвитку автомобілібудівлі, так само посилюються і норми екологічних викидів, такимчином світові законодавці постійно посилюють екологічні норми. Цесприяло подальшому розвитку лямбда-зондів:для підвищення чутливостілямбда-зондів при знижених температурах і після запуску холодногодвигуна використовують примусовий підігрів (кисневі датчики зпідігрівом). Нагрівальний елемент (нЕ) розташований усерединікерамічного тіла датчика та підключається до електромережіавтомобіля (мал. 3).
Мал. 3. Конструкція датчика кисню з підігрівачем 1 – керамічнуоснову; 2, 8 – контакти НЕ; 3 – нагрівальний елемент (нЕ); 4 –твердий електроліт ZrO2 з напиленими платиновими електродами; 5 –захисний кожух із прорізами; 6 – металевий корпус з різьбленнямкріплення; 7 – кільце ущільнювача; 9 – висновки датчика. Принципроботи кисневого датчика мовою автомобілістів (основнімоменти):кисень містить негативно заряджені іони, які збираються наплатинових електродах, і коли датчик досягає температури близько400°C, будь-яка різниця потенціалів утворює електричну напругу.Якщо суміш бідна, вміст кисню у відпрацьованих газах високий. Припорівнянні з вмістом кисню в атмосфері існує тільки дуже маленькарізниця потенціалів і, як наслідок, виникає невелика напруга (близько 0, 2-0, 3 В). Якщо суміш багата, то вміст кисню увідпрацьованих газах низький. Створюється велика різницяпотенціалів, тому виникає відносно висока напруга (0, 7-0, 9 В).Система управління двигуном безперервно підлаштовуватиме тривалістьімпульсного сигналу під форсунки з метою вийти на середню напругу, що становить близько 0, 4-0, 6 В при значенні лямбда близько 1.0.Оскільки в процесі руху режими роботи двигуна постійно змінюються, значення напруги коливається в обидва боки середнього значення.Тому даний датчик через свою нездатність визначити невеликі зміни увмісті кисню відомий як вузькосмуговий. Датчик, встановлений післякаталітичного нейтралізатора
відпрацьованих газів, діє за тим самим способом, що і датчик передним, але з однією дуже великою відмінністю. Після того, як газибули оброблені каталітичним нейтралізатором, вміст кисню в нихзалишається на незмінному рівні. Це забезпечує постійну напругублизько 0, 4-0, 6 Ст. Тепер система управління двигуном можеефективно відслідковувати роботу каталітичного нейтралізаторагазів, що відпрацювали.

Якщо Лямбда Зонд «бреше»

<
У цьому випадку ЕБУ починає працювати за усередненими параметрами, записаними в його пам'яті:при цьому склад паливно-повітряноїсуміші, що утворюється, буде відрізнятися від ідеального. Врезультаті з'явиться підвищена витрата палива, нестійка роботадвигуна на холостому ходу, збільшення вмісту в відпрацьованихгазах, зниження динамічних характеристик, але машина при цьомузалишається на ходу. У деяких моделях автомобілів ЕБУ реагує навідмову лямбда-зонда дуже серйозно і починає так завзятозбільшувати кількість палива, що подається в циліндри, що запаспального в баку «тане» на очах, з труби валить чорний дим, СО«зашкалює», а двигун «тупіє» і на найближчу СТО вам, швидше за все, доведеться добиратися на буксирі. Перелік можливих несправностейлямбда-зонда досить великий і деякі з них (втрата чутливості, зменшення швидкодії) самодіагностикою автомобіля не фіксуються.Тому остаточне рішення про заміну датчика можна прийняти тількипісля його ретельної. Перевірки, яку найкраще доручити фахівцям.Слід особливо відзначити, що спроби заміни несправного лямбда-зондаімітатором ні до чого не приведуть – ЕБУ не розпізнає «чужі»сигнали, і не використовує їх для корекції складу паливної суміші, що готується, тобто. Просто «ігнорує». При згорілому абовідключеному лямбда-зонді вміст СО у вихлопі зростає на порядок:від0, 1 – 0, 3% до 3 – 7% і зменшити його значення не завжди вдається, тому що запасу ходу гвинта якості суміші може не вистачити. Уавтомобілях, система L-корекції яких має два кисневі датчики, справа ще складніша. У разі відмови другого лямбда-зонда (або«пробивки» секції каталізатора) домогтися нормальної роботи двигунапрактично неможливо. Взагалі лямбда-зонд – найбільш вразливийдатчик автомобіля із системою упорскування. Його ресурс становить40 – 80 тис. Км залежно від умов експлуатації та справностідвигуна. Поганий стан маслознімних кілець, потрапляння антифризу вциліндри та випускні трубопроводи, збагачена паливно-повітрянасуміш, збої в системі запалення сильно скорочують термін йогослужби. Застосування етилованого бензину категорично неприпустимо –свинець «отруює» платинові електроди лямбда-зонда за кількабезконтрольних заправок.
Мал. 4. Контактні висновки найпоширеніших цирконієвих лямбда-зондіва – без підігрівача; б, з – з підігрівачем. * колір виведення можевідрізнятися від зазначеного. У зв'язку з важкими умовамиексплуатації та мінімальними значеннями напруги проблеми можутьвиникнути дуже легко. Знаючи, як працює датчик, ви отримуєте ключдо успішної діагностики кисневих датчиків. Контакт 1 - Нагрівач +Контакт 2 - Нагрівач - Контакт 3 - Сигнал напруги Контакт 4 - ЗемляЗверніть увагу, що всі перевірки опору та безперервності ланцюганеобхідно виконувати під час роз'єднаного ланцюга. Якщо у вас єдіагностичний код несправності, він дасть вам деяке уявлення процілісність ланцюга, але ви дізнаєтеся набагато більше, якщо ви саміпроведете випробування датчика. На датчику з чотирма проводами двадроти відповідають за нагрівальний елемент, який призначений длятого, щоб якнайшвидше довести температуру датчика до робочоїтемператури 400°C. Найпростіше, з чого можна почати, це перевіритицілісність ланцюга елемента нагрівача. Вимкніть датчик і виміряйтеопір на контактах 1 і 2. Якщо він лежить в межах 5–30 Ом, перевіртесигнал, який надходить від електронного блоку керування двигуном.Зазвичай він приводиться в дію за рахунок сигналу модуляціїтривалості імпульсу (PWM), що надходить від електронного блокууправління. Щоб замірити сигнал нагрівача, потрібно задіятиосцилоскоп. Наступний крок - випробування самого датчика; спочаткуперевірте контакт між затискачем заземлення 4 та землею. Якщо цеможливо, досліджуйте лише після того, як двигун досягне робочихумов, тобто. Досить прогріється, і система управління почнепрацювати із замкнутим контуром. Сигнал повинен перемикатися міжбагатим і бідним станами (з 0, 2-0, 3 на 0, 7-0, 9 В); це перемиканняповинно відбуватися приблизно кожну секунду. Якщо сигнал малий (середня напруга 0, 3) або занадто великий (середня напруга 0, 7), то, ймовірно, датчик став жертвою корозії на платинових електродахабо забруднення в отворах. Якщо автомобіль оснащений кількомакисневими датчиками pre та post, можна отримати більш точнуінформацію. Використовуючи дані двох або чотирьох каналів танакладаючи сигнали, можна отримати точні відомості про час реакціїта операційну/робочу ефективність:сигнали від справних датчиківповинні бути дзеркальним відображенням один одного».

Існує кілька класифікацій автомобільних кисневих датчиків:1. Закількістю проводів:1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-контактні датчики. 2. Задизайном сенсорного елемента:“пальчикові” та пластинчасті 3. Заспособом кріплення у вихлопну трубу:різьбові та фланцеві. 4. Поширині вимірювань лямбди:вузькосмугові (детектують лямбду привеличині > 1) і широкосмугові (детектують лямбду від 0, 7 до 1.6).Одноконтактні датчики – мають один сигнальний провід, якимпередаються електричні імпульси, що генеруються датчиком.
Двоконтактні датчики – мають один сигнальний провід та одинпровід “на масу” (дублює заземлення через корпус датчика).Заземлюючий провід дозволяє більш точно оцінювати показаннясигнального дроту блоком керування двигуном.
Триконтактні датчики – мають один сигнальний провід, одинпровід “на масу” та один провід на нагрівальний елемент. Ці датчикихарактеризуються такими достоїнствами:1. Короткий час досягненнядатчиком робочої температури (понад 350 градусів) внаслідок чогознижується кількість шкідливих викидів під час роботи холодногодвигуна; 2. Збільшується термін служби датчика, так як у датчиків, що нагріваються зміна температури відбувається, більш плавно, ніж удатчиків без нагрівального елемента; 3. Датчики, забезпеченінагрівальним елементом, мають менш суворі вимоги до місцярозташування у вихлопній системі, що спрощує їх техобслуговування.Потужність нагрівального елемента в кисневому датчику становить або12Вт або 18Вт. Слід враховувати, що встановлення датчика знеправильно підібраною потужністю нагрівального елемента можепризвести до перегріву датчика та швидкого виходу його з ладу.
Чотириконтактні датчики – обов'язково мають один сигнальнийпровід, один живлення нагрівальний елемент та один заземлюючийпровід. Функція останнього дроту може бути різною і залежить відособливостей пристрою керування конкретним двигуном. Четвертийпровід може бути ще одним заземлюючим (у випадках, коли заземленнячерез корпус датчика не передбачено), або живильним проводом длядругого нагрівального елемента. Слід враховувати, що при помилковійустановці датчика із заземленням на корпус замість датчика беззаземлення на корпус або навпаки може призвести до того, що блоккерування двигуном не розпізнає сигнали, що надходять з кисневогодатчика.
Взаємозамінність< /b> . Рекомендований заводом-виробникомлямбда-зонд та подібні по конструкції цирконієві датчикивзаємозамінні. Можлива заміна датчиків, що не підігріваються напідігрівані (але не навпаки! ). Однак може виникнути проблеманесумісності роз'ємів і відсутності в машині ланцюга живлення длянагрівача лямбда-зонда. Провід можна прокласти самостійно, азамість роз'єму використовувати стандартні автомобільні контакти.Колірне маркування висновків лямбда-зондів може відрізнятися, алесигнальний провід завжди матиме темний колір (зазвичай чорний).Масовий провід може бути білим, сірим або жовтим (рис. 4). Титановілямбда-зонди від цирконієвих легко відрізнити за кольором "накального" виведення підігрівача - він завжди червоний. Призаміні 3-контактного лямбда-зонда на 4-контактний необхідно надійноз'єднати з «масою» автомобіля провід заземлення підігрівача тасигнальний «мінус», а накальний провід підігрівача через реле тазапобіжник підключити до «плюсу» акумулятора. Підключеннябезпосередньо до котушки запалення небажано, тому що в ланцюзі їїживлення може стояти опір, що знижує. Підключитися до контактівпаливного насоса досить складно. Найкраще підключити релепідігрівача лямбда-зонда до замку запалювання. На випускному трактідвигуна Якщо це рядний двигун - то кисневий датчик розташованийбезпосередньо на чавунному випускному колекторі, якщо ж це V -образний двигун або інший двигун не з єдиним випускним колектором, то кисневий датчик розташовується в місці сходження основнихвідводів випускних колекторів.

Чому слід замінити несправний кисневий датчик?
Заміна несправного кисневого датчика на новий датчик дозволяєекономити паливо, покращити динаміку автомобіля, зменшититоксичність вихлопних газів, є профілактикою передчасного виходу зладу дорогого каталізатора.
Інструкція із заміни, універсальна: Щоб зняти старий івстановити новий кисневий датчик, потрібно переконатися в тому, щозапалення вимкнено, а проводи датчика від'єднані. . Передвстановленням нового зонда перевіряють його маркування навідповідність зазначеної в інструкції з експлуатації, оглядаютьавтомобіль на відсутність механічних пошкоджень, наявність кільцяущільнення, протизгарного мастила на різьбовій частині. Потімдатчик кисню затягують до герметичного з'єднання, з'єднуючиелектророз'єм, після чого можна перевіряти працездатність новогодатчика. Іноді датчик кисню приєднується до трубопроводуспеціальною пластиною, у просторі між нею та трубопроводомзнаходиться прокладка з функцією герметика. Перевіркапрацездатності датчика проводиться тільки при нагріванні дотемператури 350 градусів спеціальним обладнанням:газоаналізатором, осцилографом, вольтметром, омметром. Тому зробити правильну замінукисневого датчика на Nissan та інших автомобілях можна лише вспеціалізованому автосервісі. Є підвищена витрата бензину навживаних автомобілях. Головною причиною цього не якісне паливо, якезабруднює систему автомобіля, і в першу чергу лямбда парасольку, внароді називають кисневим датчиком, який знаходиться накаталітичному нейтралізаторі (система очищення відпрацьованихгазів) Якщо відмова лямбда-зонда (лЗ) не викликана незворотнимизмінами в структурі його основи – шар цирконієвої кераміки, тодатчик можна спробувати «оживити». Справа в тому, що робочаповерхня ЛЗ під захисним ковпачком з часом покривається нагаром тасвинцевими відкладеннями вихлопних газів. Датчик починає «брехати».Якщо цей наліт видалити, то працездатність ЛЗ відновлюється.Поверхня датчика не дозволяє проводити її чистку механічнимспособом (абразивною шкіркою або надфілем), тому що разом з нагаромз керамічної основи неминуче видаляються шари платиновогонапилення. Цей датчик відповідає за якість паливної суміші, та йякщо він забруднений, сигнал на комп'ютер автомобіля не будевідповідати нормі. Тим самим машинка починає їсти багато бензину, покупка нового датчика сильно б'є по бюджету, його ціна інодідоходить до 30 тисяч рублів залежно від марки автомобіля. І такоживляємо! Безпечно очистити ЛЗ можна, промивши його вортофосфорній кислоті, яка за 10 – 20 хв. Роз'їдає забруднення, нечіпаючи платинових електродів. Перед промиванням датчик требарозкрити. Для цього на токарному верстаті тонким різцем акуратно, біля самої основи відрізають захисний ковпачок, виготовлений знержавіючої сталі. Використовувати для цього ножівку по металу неможна – нею можна пошкодити керамічне тіло датчика.
2крок Процедуру очищення можна прискорити, використовуючи тонкийпензлик з натуральної щетини. Пензликом обережно наносятьортофосфорну кислоту, рівномірно омиваючи, керамічний стрижень ЛЗ зусіх боків. Не слід занурювати датчик у кислоту цілком – миєтьсялише його робоча частина. У міру очищення чорно-коричнева поверхнястрижня набуває сталевого відтінку:це блищить платина, запилена накераміку основи. Після очищення датчик добре промивають водою тависушують, а захисний ковпачок кріплять на місце за допомогоюаргонового зварювання. Якщо під рукою немає необхідного обладнання, ковпачок можна не зрізати. Замість цього в ньому за допомогоюнапилка роблять два «віконця» шириною 3 – 4 мм і через них задопомогою такого ж пензлика промивають датчик кислотою.
3крок Відновлений датчик загвинчують на своє місце в машині, попередньо перевіривши стан ущільнювального кільця. Промивання ЛЗможна проводити багаторазово, у міру його забруднення. Якщо«реанімація» все ж таки не принесла очікуваних результатів, цеозначає, що датчик кисню вийшов з ладу остаточно і вам нічого незалишається, як іти в магазин за новим «інформатором».

Інструкція 2:
1. Вивертання l-зонда на холодному двигуні може виявитися вкрайскрутним через теплове стиснення металу випускного колектора/трубисистеми випуску. Щоб уникнути ризику пошкодження компонентів, першніж приступати до зняття датчика, прогрійте двигун протягомдекількох хвилин, - постарайтеся не обпектися про розігрітіповерхні в процесі виконання процедури:
a) Кисневі датчики обладнані вмонтованим джгутом електропроводки зконтактним роз'ємом. Ушкодження даного джгута призводить донезворотного виходу датчика з ладу, - будьте обережні; b)Намагайтеся не допускати попадання на контактний роз'єм і жалюзідатчика масла, мастила, бруду, вологи тощо;
d) Намагайтеся не кидати і різко не струшувати датчик. 2.Підприємте автомобіль і встановіть його на підпорки. 3. Обережновід'єднайте роз'єм електропроводки кисневого датчика. 4. Задопомогою спеціального ключа обережно виверніть зонд із відповідноїсекції системи випуску відпрацьованих газів. 5. Перед повертаннямдатчика змастіть його різьбову частину антиприхоплюючим герметиком.6. Поверніть датчик на штатне місце і міцно затягніть його. 7.Опустіть автомобіль на землю та підключіть до датчикаелектропроводку. 8. В...