Что такое лямбда в автомобиле

За что отвечает лямбда-зонд

Автомобили, выпускаемые прогрессивными мировыми компаниями, тяжело представить без всевозможных датчиков и устройств, считывающих сигналы. Подобный инженерный подход обеспечивает слаженную работу всех систем. Не последнее место в иерархии важности занимает оборудование, контролирующее выхлопы. Чтобы разбираться в его работе, необходимо знать, что такое лямбда-зонд в машине.

Каким образом происходит его функционирование

В специализированной литературе встречается несколько разных названий одного и того же устройства. В частности, у лямбда-зонда есть еще имена-синонимы:

• датчик кислорода;
• oxygen sensor;
• lambda probe.

Чтобы понять, для чего нужен лямбда-зонд, стоит в первую очередь разобраться с тем, каким образом он работает. Основной задачей этого датчика является замер количества кислорода в выхлопных газах транспортного средства. Корректное измерение он может начинать после прогрева корпуса до оптимальных рабочих значений в 300–380 С. В такой ситуации электролит, находящийся внутри блока, получает свойство проводимости.

Подобные условия, к которым относится еще и разница процентного объема атмосферного кислорода и аналогичного газа внутри выхлопной трубы, обеспечивают появление выходного напряжения на встроенных электродах прибора. Стоит учитывать, что на стадии прогрева и старта холодного мотора расчет впрыскиваемого топлива не согласовывается с данными, получаемыми электронным блоком управления от кислородного датчика. Компьютерная система основывается лишь на показаниях таких параметров:

• количество оборотов коленвала в минуту;
• позиция дроссельной заслонки;
• температурное значение охлаждающей жидкости.

Для увеличения чувствительности встроенных oxygen sensor в условиях пониженной окружающей температуры и после запуска холодного мотора используется принудительное прогревание. Керамический датчик в своей конструкции обладает нагревательным элементом, который имеет подключение к автомобильной электросети.

За что отвечает лямбда-зонд

В число основных задач датчика входит поддержание оптимального пропорционального состава топливовоздушной смеси, используемой для работы мотора. Наиболее приемлемым принято считать состав, у которого на одну часть распыленного форсунками топлива приходится 14,5–14,8 частей воздуха. Подобную точность удастся получить лишь в случае эксплуатации системы питания с электронным впрыском и встроенным в сеть лямбда-зондом.

Мониторинг избытка воздуха в составе проводится весьма оригинальным способом. Для этого осуществляется замер остаточного кислорода в выхлопных отработанных газах. Данный факт вынудил конструкторов монтировать датчик в выпускной коллектор непосредственно перед катализатором.

Отправленный сигнал в ЭБУ расшифровывается, и на его основании компьютер принимает решение по встроенным алгоритмам корректировать состав воздушной смеси. Для этого варьируется подача топлива, предназначенного для отправки в цилиндры.

В определенных случаях на выходе из катализатора инженеры предусматривают встроенный второй лямбда-зонд. Такой подход обеспечивает больше точности в подготовке воздушной смеси. Также в полной мере работает функция контроля эффективности катализатора.

Предусматривается два типа датчиков:

• широкополосный тип – актуален в виде входного инструмента;
• двухточечный – имеет возможность установки как на входе, так и на выходе из катализатора.

Внимание! Принцип работы двухточечных экземпляров подразумевает кислородные замеры в выхлопных газах и атмосфере.

Что собой представляет кислородный датчик

Визуально лямбда-зонд похож на обычную автомобильную свечу, лишившуюся керамического изолятора. Корпус цилиндра оснащен резьбой для ввинчивания в выхлопную систему. В верхнюю часть выведено от одного до четырех проводов, в зависимости от модели прибора.

Внутренняя часть содержит следующие элементы:

• полая камера, внутри которой располагается атмосферный воздух;
• гальванический элемент, включающий в себя керамическую часть и твердый электролитический состав;
• методом напыления на две стороны гальванического элемента нанесен платиновый слой;
• встроены контакты с основным и заземляющим проводом.

Для современных датчиков обязательным элементом является встроенный подогреватель, контактирующий с автомобильной электросетью.

Принцип работы лямбда-зонда с элементами из титана значительно похож на работу термисторов. Запросы от электронного блока управления отправляются на датчик в количестве нескольких штук за секунду. Параллельно идет фиксация ответов в виде измерения сопротивления. Исходя из получаемых данных вносится изменение для образования топливовоздушной смеси.

Что такое лямбда-зонд? Назначение кислородного датчика и признаки его неисправности

Двигатели современных автомобилей для правильной работы используют многочисленные датчики, которые контролируют те или иные параметры важные работы. Данные из них стекаются в центральный блок управления, что позволяет оперативно вносить корректировки в работу мотора. Одним из таких датчиков является лямбда-зонд или кислородный датчик, который контролирует в отработанных газах количество кислорода. Наличие такого сенсора позволяет обеспечить правильность работы двигателя, увеличивает мощность и снижает расход топлива. Поговорим поподробнее о том, что же нам необходимо знать о лямбда-зондах в автомобиле.

Основное назначение лямбда-зонда

Лямбда-зонд определяет количество кислорода в выхлопных газах, а данные с этого модуля позволяют ЭБУ обеспечить улучшение сгорания топлива, снижается токсичность автомобиля, одновременно уменьшается расход топлива. Представить себе современный автомобиль без такого лямбда-зонда попросту невозможно, многие машины имеют даже несколько таких кислородных датчиков, что позволяет оптимизировать работу двигателя.

Особенности устройства кислородного датчика

Лямбда-зонд выполняется из пористой керамики, на которую наносится слой оксида иттрия и тонкий слой платины. Такой сенсор способен определять даже минимальное содержание кислорода в выхлопе, однако из-за повышенных нагрузок на лямбда-зонд в процессе эксплуатации авто его срок службы не слишком большой. Спустя несколько лет после эксплуатации авто начинает выгорать рабочий слой датчика, снижается его чувствительность, а, в конечном счете, требуется замена сенсора.

Принято различать несколько разновидностей таких датчиков, которые могут выполняться двухвыводными без подогрева, а также трёх или четырёхвыводными с подогревом. Лямбда-зонды имеют стандартный посадочный размер, что позволяет при необходимости замены сенсора приобретать универсальные кислородные датчики, которые будут подходить для различных автомобилей. Автовладельцу необходимо помнить, что менять такие датчики нужно уже при первых признаках их неисправностей.

В современных двигателях используется сразу два датчика расхода кислорода, один лямбда-зонд находится сразу же за выпускным коллектором, тогда как второй располагается за катализатором. Такое расположение сенсоров позволяет не только определять правильное сгорание топлива, но и обеспечивается контроль за эффективностью работы катализатора.

В том случае, если автовладелец вырезает катализатор, это может привести к неправильному сигналу от лямбда-зонда, в итоге требуется выполнять перепрошивку двигателя, что позволяет решить имеющиеся проблемы, не навредив при этом двигателю автомобиля. Аналогичная работа проводится в том случае, если выполняется программный чип-тюнинг или же устанавливаются различные дополнительные воздушные фильтры.

Признаки поломки датчика

На неисправный датчик расхода воздуха обычно указывает существенное увеличение расхода топлива. Двухлитровые моторы с неработающим лямбда-зондом могут кушать по 15 литров бензина и более. Это объясняется тем фактом, что ЭБУ, не получая необходимых сигналов от лямбда-зонда, начинает усреднять показатели при впрыске топлива, что существенно увеличивает показатель расхода бензина.

Обычно для точного определения неисправности выполняется компьютерная диагностика, которая показывает вышедший из строя лямбда-зонд. При наличии должного опыта работы можно самостоятельно диагностировать такие неисправности, проверяя напряжение на выводах обычным мультиметром. Такое самостоятельное определение неисправностей возможно на иномарках, выпущенных около десятка лет назад, тогда как на современных автомобилях всё же требуется проводить компьютерную диагностику.

Подведём итоги

Работа современных двигателей немыслима без различных датчиков, одним из которых является лямбда-зонд. Этот сенсор отвечает за определение степени сгорания топлива. Современные авто имеют два таких лямбда-зонда, которые в процессе эксплуатации могут выходить из строя, после чего требуется их замена. Основным признаком выхода из строя лямбда-зонда является существенное увеличение расхода топлива, в подобном случае автовладельцу необходимо доставить машину в сервис, провести компьютерную диагностику и по её результатам ремонтировать автомобиль.

Что такое лямбда зонд и как работает

Название датчика лямбда зонд происходит от греческой буквы λ, которая в автомобилестроении обозначает коэффициент избытка воздуха в топливно-воздушной смеси. По сути, 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). Тот в свою очередь оптимизирует состав смеси путем изменения количества подаваемого в цилиндры топлива.

Принцип работы

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. 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).

Особенность циркониевого лямбда-зонда — при малых отклонениях состава смеси от идеального напряжение на его выходе изменяется скачком в интервале 0,1 — 0,9 В.

Если 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 поручить специалистам.

Отметим, что попытки замены неисправного устройства имитатором или применение обманок ни к чему не приведут. ЭБУ не распознает «чужие» сигналы и не использует их для коррекции состава приготавливаемой горючей смеси, т.е. попросту «игнорирует».

Что такое лямбда зонд

Введение жёстких экологических норм подтолкнуло автопроизводителей использовать на автомобилях катализаторы. Это устройства, которые помогают снизить содержание токсичных веществ в выхлопных газах. Каталитический нейтрализатор – вещь полезная, но эффективно работает только при определённых условиях. Если не контролировать постоянно состав топливно-воздушной смеси, то катализаторы долго не прослужат.

И здесь приходит на помощь лямбда зонд или так называемый датчик кислорода (в английской литературе его называют Lambda probe или Oxygen sensor). Ниже рассмотрим подробнее, что такое лямбда зонд, как он работает и для чего используется.

Как работает лямбда зонд

Схема работы лямбда зонда

Как сказано выше, лямбда зонд это датчик кислорода. Он измеряет количество кислорода в выхлопных газах. Для корректного измерения ему нужно прогреться до температуры 300 – 400°С. Именно в таких условиях электролит, входящий в конструкцию кислородного датчика, приобретает проводимость. При этом разница в объёме атмосферного кислорода и кислорода, содержащегося в выхлопной трубе, приводит к возникновению выходного напряжения на электродах лямбда-зонда.

При запуске и прогреве холодного двигателя впрыск топлива происходит без использования данных от датчика кислорода, вместо этого состав топливно-воздушной смеси корректируется по сигналам других датчиков:

• числа оборотов коленвала;
• температуры охлаждающей жидкости;
• положения дроссельной заслонки.

Чтобы повысить чувствительность лямбда-зондов при низких температурах и после запуска холодного мотора, применяют принудительный подогрев. Внутри керамического тела датчика находится нагревательный элемент, который подключается к автомобильной электросети.

Читайте также: Датчик массового расхода воздуха или ДМРВ , что это такое, как работает и для чего нужно.

Зачем нужен лямбда зонд

Как выглядит лямбда зонд уже в автомобиле

Лямбда зонд используется для поддержания оптимального состава воздуха и топлива, поступающего в двигатель автомобиля. Оптимальным считается такой состав, когда на 14,6-14,8 части воздуха приходится одна часть топлива. Это можно обеспечить только при помощи систем питания с электронным впрыском и при использовании лямбда зонда в цепи обратной связи.

Замер переизбытка воздуха в смеси осуществляется довольно оригинальным способом – при помощи определения в отработавших газах содержания остаточного кислорода. Именно поэтому лямбда зонд установлен перед катализатором в выпускном коллекторе. Электрический сигнал датчика считывается электронным блоком управления (ЭБУ), а тот, в свою очередь, оптимизирует состав смеси, изменяя количество топлива, подаваемого в цилиндры двигателя.

На некоторых моделях автомобилей на выходе из катализатора расположен ещё один лямбда-зонд. Это позволяет достичь большей точности приготовления смеси и контролировать эффективность работы катализатора.

В зависимости от конструкции, различают два вида датчика:

• широкополосный – используется в качестве входного датчика;
• двухточечный – может устанавливаться и на входе, и на выходе из катализатора. Его принцип работы основан на измерении количества кислорода в атмосфере и выхлопных газах.

Видео о лямбда-зонде

Обманка лямбда зонда

Обманка лямбда зонда

Кислородный датчик подаёт сигнал тогда, когда он обнаружил изменения в содержании кислорода. Данный сигнал передаётся на контроллер, который его принимает и сравнивает полученную информацию с показателями, заложенными в памяти. Если полученные данные не совпадают с оптимальными значениями, то блок управления изменяет длительность впрыска. Этим достигаются следующие показатели:

• экономия топлива;
• максимальная эффективность работы двигателя;
• уменьшение объёма вредных выхлопов.

Но немногие автолюбители прислушиваются к этим рекомендациям и начинают вспоминать о датчике только при появлении проблем. В итоге большинство водителей видят на приборной панели загоревшийся индикатор Check Engine. Причиной этому, скорее всего, стал вышедший из строя либо некорректно работающий кислородный датчик. Решением данной проблемы станет обманка лямбда зонда, которая бывает механической и электронной.

Механическая обманка

При выборе обманки такого типа вместо катализатора устанавливают специальный проставок – деталь из теплоустойчивой стали или бронзы со строго определёнными размерами. В проставке высверливается отверстие малого диаметра, через которое отработавшие газы смогут в него попадать.

Газы взаимодействуют с керамической крошкой, которую предварительно покрывают каталитическим слоем и помещают внутри проставка. В результате такого взаимодействия осуществляется окисление CH и CO кислородом, после чего снижается концентрация вредных веществ на выходе.

Если на автомобиле установлены два кислородных датчика, то сигналы с них будут различаться, блок управления распознает изменение синусоиды сигнала и расценит это как штатную работу катализатора. Данный вариант является самым дешёвым.

Читайте также: Что такое ЭБУ (Электронный блок управления) и как оно взаимодействует с лямбда-зондом и другими датчиками.

Обманка электронного типа

Такой тип обманки гораздо сложнее. В продаже имеются весьма технологичные обманки со встроенным микропроцессором. Они способны не просто обмануть блок управления, а обеспечить его корректную работу. Микропроцессор, установленный в таком устройстве, может оценить состояние выхлопных газов и сформировать сигнал, соответствующий сигналу со второго работающего датчика при исправном катализаторе.

Что такое лямбда-зонд?

Современный автомобиль — это сложное в техническом плане устройство. Особенно поражает большое количество различных датчиков для измерения всех без исключения параметров работы двигателя.

Информация из этих датчиков поступает на электронный блок управления, в котором обрабатывается по сложным алгоритмам. На основе полученных данных ЭБУ выбирает оптимальный режим работы, передавая электрические импульсы на исполнительные устройства.

Одним из таких датчиков является лямбда-зонд, о котором мы уже несколько раз упоминали на страницах нашего автопортала Vodi.su. Для чего он нужен? Какие функции выполняет? Эти вопросы постараемся рассмотреть в данной статье.

Предназначение

Еще одно название данного измерительного устройства — датчик кислорода.

В большинстве моделей он устанавливается в выпускном коллекторе, в который под высоким давлением и при высоких температурах поступают отработанные газы из мотора автомобиля.

Достаточно сказать, что лямбда-зонд может корректно выполнять свои функции, когда он разогревается до 400 градусов.

Лямбда-зонд анализирует количество О2 в выхлопных газах.

В некоторых моделях имеется два таких сенсора:

• один в выпускном коллекторе перед катализатором;
• второй сразу же за катализатором для более точного определения параметров сгорания топлива.

Не сложно догадаться, что при наиболее эффективной работе двигателя, а также системы впрыска, количество О2 в выхлопе должно быть минимальным.

Если датчик определяет, что количество кислорода превышает норму, от него на электронный блок управления поступает сигнал, соответственно ЭБУ выбирает режим работы, при котором уменьшается подача воздушно-кислородной смеси в мотор транспортного средства.

Чувствительность датчика довольно высокая. Оптимальным режим работы силового агрегата считается, если смесь воздуха с горючим, поступающая в цилиндры, имеет такой состав: на 14,7 части воздуха приходится 1 часть горючего. При слаженной работе всех систем, количество остаточного кислорода в отработанных газах должно быть минимальным.

В принципе, если разобраться, лямбда-зонд практической роли не играет. Его установка оправдана лишь жесткими эко-нормами по количеству СО2 в выхлопе. За превышение этих норм в Европе предусмотрены серьезные штрафы.

Устройство и принцип работы

Устройство довольно сложное (для тех людей, которые плохо разбираются в химии). Детально мы его описывать не будем, приведем лишь общую информацию.

• 2 электрода, внешний и внутренний. На внешнем электроде имеется платиновое напыление, которое очень чувствительно к содержанию кислорода. Внутренний датчик сделан из циркониевого сплава;
• внутренний электрод находится под воздействием отработанных газов, внешний контактирует с атмосферным воздухом;
• при разогревании внутреннего датчика в керамическом основании из диоксида циркония образуется разница потенциалов и появляется небольшое электрическое напряжение;
• по данной разнице потенциалов и определяют содержание кислорода в отработанных газах.

В идеально выгоревшей смеси показатель Лямбда или коэффициент избытка воздуха (L) равен единице. Если L больше единицы, значит в смесь поступает слишком много кислорода и мало бензина. Если же L меньше единицы, значит кислород не выгорает полностью из-за избытка бензина.

Одним из элементов зонда является специальный нагревательный элемент, чтобы нагреть электроды до нужных температур.

Неисправности

Если датчик выйдет из строя или будет передавать неправильные данные, то электронные «мозги» автомобиля не смогут подавать корректные импульсы на систему впрыска об оптимальном составе воздушно-топливной смеси. То есть у вас может увеличиться расход топлива, или наоборот уменьшится тяга из-за подачи обедненной смеси.

Это в свою очередь приведет к ухудшению характеристик двигателя, падению мощности, уменьшению скорости и динамических показателей. Также можно будет слышать характерное потрескивание в каталитическом нейтрализаторе.

Причины поломки лямбда-зонда:

• некачественный бензин с большим содержанием примесей — для России это частая причина, так как в топливе содержится много свинца;
• попадание моторного масла на датчик из-за износа поршневых колец или их некачественной установки;
• обрывы проводов, замыкания;
• посторонние технические жидкости в выхлопе;
• механические повреждения.

Стоит также сказать, что многие водители в России производят замену катализатора на пламегаситель. На Vodi.su мы уже писали, зачем это делают. После данной операции потребность во втором лямбда-зонде отпадает (который стоял в резонаторе за каталитическим нейтрализатором), так как пламегаситель не способен очищать отработанные газы так же эффективно, как катализатор.

В некоторых моделях отказаться от лямбда-зонда вполне возможно, путем перепрограммирования электронного блока управления. В других же сделать это невозможно.

Если же вы желаете, чтобы топливо расходовалось максимально экономно, а двигатель работал в оптимальном режиме, то лучше все таки лямбда-зонд оставить.