Що таке лямбда-зонд і навіщо він потрібний в автомобілі

Лямбда-зонд, або кисневий датчик, є важливим компонентом вихлопної системи автомобіля. Його основна мета - виміряти склад відпрацьованих газів і передати цю інформацію на головний комп'ютер для ефективної роботи двигуна

Експерт у цій статті: Дмитро Дегтєв, керівник відділу сервісу групи компаній «Обухів», офіційного представника марок Volvo, Geely, GAC, DFM та Changan

Що таке лямбда-зонд

Лямбда-зонд - це електронний датчик для вимірювання складу продуктів згоряння, що утворюються внаслідок роботи двигуна внутрішнього згоряння. Свою назву він отримав за буквою грецького алфавіту (лямбда), яку в автомобілебудуванні використовують для позначення коефіцієнта надлишку повітря в паливно-повітряній суміші (ТВС).

Робота двигунів внутрішнього згоряння будується на принципі займання повітря та палива. Для стабільної роботи двигуна важливо приготувати суміш у потрібних пропорціях. Еталонне, або стехіометричне, вагове співвідношення цих двох компонентів становить 14,7:1 (повітря/паливо). У цьому випадку лямбда дорівнює одиниці. При відхиленні цього значення говорять про збіднену або збагачену суміш.

Обидва стани однаково шкідливі для двигуна. Наприклад, надто бідна суміш, та, в якій більше кисню, виявлятиметься провалами, ривками та суттєвим зниженням потужності. Якщо ситуація протилежна, то зросте витрата палива, можливі перепустки запалювання. Фіксуючи кількість кисню на виході, датчик передає інформацію головному комп'ютеру, який приймає рішення, як скоригувати подачу палива в камеру згоряння.

У автомобілебудуванні кисневі датчики застосовують із кінця 1970-х років. Винахід належить компанії Bosch, а першими серійними моделями, на які лямбди ставилися, стали Volvo серії 240/260 для ринку США. Сьогодні у конструкції авто може бути від одного до чотирьох таких датчиків. Їхні основні завдання:

• контроль рівня кисню у вихлопних газах;
• передача інформації електронному блоку управління (ЕБУ) у тому, наскільки повно згоряє ТВС;
• зворотний зв'язок від каталітичного нейтралізатора;
• зниження рівня шкідливих викидів;
• підвищення продуктивності двигуна.

Кожен лямбда-зонд відповідає певній марці та моделі авто, оскільки його робота безпосередньо пов'язана з «мозками» машини. Підбирають елемент за VIN- номером або за роком, об'ємом мотора та потужністю.

Де знаходиться лямбда-зонд

Лямбда-зонд зазвичай розташований у вихлопній системі автомобіля. У сучасних авто використовують одразу кілька датчиків, які можна знайти як під капотом, так і на вихлопній трубі.

Перший розташовується поряд із двигуном. Його добре видно, і він легко замінюємо - це невеликий циліндричний елемент, вкручений у випускний колектор (іноді їх одразу два). Основне завдання такого лямбда-зонда — зчитувати інформацію про рівень кисню та шкідливі домішки у відпрацьованих газах до їх очищення каталітичним нейтралізатором. Другий зонд кріпиться під дном автомобіля до вихлопної труби до глушника. Він фіксує показники після каталізатора і також надсилає інформацію ЕБУ. Електроніка порівнює два потоки даних щодо різниці.

У старіших автомобілях, як правило, лише один нижній датчик. У конструкції сучасних моделей з двигуном об'ємом 1,6 л і більше передбачена система двох лямбда-зондів.Автомобілі з подвійним вихлопом оснащуються трьома-чотирма елементами. Два перед каталізатором, ближче до двигуна, і по одному на кожну трубу випускного колектора.

У деяких випадках у конструкцію датчика вводять додатковий елемент – обманку. Це може бути металева проставка або електронний емулятор. Найчастіше її ставлять на другу лямбду. Таким чином вдається обдурити ЕБУ про рівень кисню та чистоту вихлопів. Подібна маніпуляція може бути потрібна у разі видалення каталізатора або його несправності. Інакше комп'ютер автомобіля постійно сигналізуватиме про проблему (гарячий Check на панелі), що може негативно позначитися на продуктивності мотора.

Види лямбда-зондів

Найбільш поширені види кисневих датчиків - з діоксиду цирконію та широкосмугові. Рідше зустрічають титанові. За кількістю контактів бувають датчики з одним дротом (сигнальним) або відразу чотирма, включаючи заземлення та підігрів. Тип кріплення елемента також варіюється. Найбільш поширений гвинтовий, коли датчик просто вкручується у вихлопний колектор, але може бути кріплення і на фланець. Ось нюанси роботи найпоширеніших сьогодні кисневих датчиків:

Цирконієвий лямбда-зонд

Особливість цього датчика у цьому, що він сам генерує напругу. Електричний розряд виникає через різницю рівня кисню в атмосфері та вихлопних газах. Робоча температура цирконієвої лямбди від 300 градусів Цельсія, нижче за це значення він просто не запрацює. Перші моделі таких датчиків нагрівалися лише від тепла вихлопів. Таким чином, елементу був потрібен час, і двигун працював певний проміжок наосліп.Завдяки системі підігріву, яка сьогодні монтується усередині кожуха, робоча температура досягається майже одразу, що особливо актуально у зимовий час. Відповідно, сліпий проміжок у сучасних моделях зведений до мінімуму. Головні робочі елементи цирконієвого лямбда-зонда:

• твердий електроліт із діоксиду цирконію;
• внутрішній та зовнішній електроди;
• захисний ковпак із перфорацією;
• нагрівальний елемент

Конструктивно внутрішня частина кераміки повідомляється з повітрям, а її зовнішня поверхня із відпрацьованими газами. Різниця в концентрації молекул кисню зовні і всередині формує сигнальну напругу 0,45 (у цьому випадку лямбда дорівнює одиниці). У разі відхилення значень ЕБУ дає команду виконавчим механізмам збільшити чи зменшити подачу палива залежно від показань.

Титановий датчик кисню

Такий датчик не повідомляється з атмосферою та не генерує електричний струм. На відміну від цирконієвого, титановий знижує свій опір, коли двигун багатий на паливо, і збільшує його, коли паливо збіднене. Робоча температура титанового лямбда-зонда починається від 700 градусів за Цельсієм. Сьогодні такі елементи застосовують в обмеженій кількості моделей авто, головним чином через дорожнечу.

Широкосмуговий лямбда-зонд

Конструктивно такий елемент складніший за два попередні, зате він точніший. Головна відмінність від цирконієвого полягає в тому, що широкосмуговий елемент показує величину збіднення або збагачення суміші, а не просто сам факт відхилення від потрібних значень.

Такий лямбда-зонд складається з двох камер: вимірювальної та насосної. У першій за рахунок різної напруги підтримується еталонний склад.Відпрацьовані вихлопні гази з колектора проникають у спеціальну дифузійну щілину, де відбувається їхнє допалювання. Далі датчик кисню вимірює еталонні значення вимірювальної камери і показники з дифузійної щілини. Отримані результати надсилаються ЕБУ. Робоча температура широкосмугового датчика щонайменше 600 градусів Цельсия. Для цього у його конструкції також використовується система підігріву.

Ознаки несправності лямбда-зонда

На відміну від масляних та повітряних фільтрів датчики кисню не вимагають регулярної заміни, але у разі поломки купівля нового елемента неминуча. Загалом це вразлива деталь. Лямбда весь час перебуває у вкрай агресивному середовищі: її поверхня розпечена до високих температур, на датчик впливає сильний тиск, вібрації, не меншу роль відіграє якість палива і, зокрема, присадки у ньому. У разі несправності лямбда-зонда на панелі приладів загоряється лампочка Check Engine. Щоб точно діагностувати проблему, фахівці у сервісі вважають помилку, але іноді може допомогти простий візуальний огляд.

Наприклад, сажові відкладення на захисному кожусі характерні для двигуна, що працює тривалий час на перезбагаченій суміші. Сірий або білий наліт вказує на надмірну кількість присадок у моторній олії та паливі. Блискучі відкладення говорять про надлишок свинцю, який утворюється під час використання неякісного палива.

У середньому, виробники автомобілів рекомендують проводити заміну кисневих датчиків з інтервалом 50–100 тис. км залежно від типу робочого елемента. Як правило, верхній (встановлений до каталізатора) виходить з ладу швидше.

Дмитро Дегтєв, керівник відділу сервісу групи компаній «Обухів», офіційного представника марок Volvo, Geely, GAC, DFM та Changan:

«Глобально проблем із лямбда-зондом може бути лише дві: це порушення проводки чи внутрішня несправність самого датчика, оскільки він не розбірний.

Визначити наявність несправності легко – крім сигналу Check, спостерігатиметься підвищена витрата палива, пропадання потужності при прискоренні, сильний запах із вихлопної труби та перепади оборотів ДВЗ.

Несправний датчик почне відправляти неправильні показання в блок керування ДВЗ.

Лямбда-зонд - що це, ознаки несправності та способи перевірки

Інжекторні двигуни економічні та дружелюбні до екології на відміну від карбюраторних моторів.

Якщо він виходить з ладу, можна спостерігати втрату потужності, велику витрату палива, нестабільну роботу двигуна.

Навіщо в автомобілі потрібен лямбда-зонда, місце розташування

Лямбда-зонд необхідний для вимірювання коефіцієнта вмісту кисню в горючій суміші.

Найбільш ефективно згоряє суміш, у якій міститься 14,7 частин повітря та одна частина палива.Це оптимальні показники, якщо кисень є у великих кількостях, то суміш бідна, якщо повітря менше, то багата.

Згоряння багатої суміші менш ефективно – можна спостерігати зниження потужності, підвищену витрату палива.

Так як мотори в автомобілях функціонують на абсолютно різних режимах, то оптимальне співвідношення повітря та палива може не дотримуватись. Для контролю якості суміші в системах живлення застосовують кисневі датчики.

На основі сигналів від лямбди ЕБУ може оцінити якість суміші.

Принцип роботи кисневого датчика

Принцип дії кисневого датчика досить простий. атмосферне повітря і продукти згоряння.

Такий підхід дозволяє датчику відчувати різницю, якщо співвідношення паливної суміші змінюється.

ЕБУ повинен отримувати від лямбда-зонда електричний імпульс. Для цього датчик повинен вміти перетворювати виміри в електричні сигнали.

У роботі лямбди використовується принцип гальванічних елементів - зміна умов хімічних реакцій призводить до зміни напруги між двома електродами.

Далі імпульс, що виникає на етапі хімічних реакцій, вирушає на ЕБУ, де параметри порівнюються із записаними в пам'яті паливними картками.У результаті коригується робота системи харчування.

Датчик кисню працює на хімічних реакціях, але при цьому конструкція відносно проста. Головний елемент – спеціальний наконечник із керамічних матеріалів. Як сировина використовується діоксид цирконію, а рідше діоксид титану.

Наконечник покритий напиленням із платини – саме цей шар і входить у реакцію з киснем. Однією стороною цей наконечник контактує з вихлопними газами, іншою – з повітрям в атмосфері.

Електроди лямбда-зонда мають одну особливість. Так, щоб реакція проходила ефективніше та показники були точними, виміри вмісту кисню у вихлопі виробляються за умови певних температур.

Для того, щоб наконечник вийшов на робочі характеристики та потрібну електропровідність, температура середовища має становити 300-400 градусів.

Для забезпечення потрібного режиму температур лямбда-зонд спочатку встановлювався в безпосередній близькості до випускного колектора. Це забезпечувало необхідну температуру після прогріву ДВЗ. В роботу датчик вступав не одразу. До того як лямбда досить нагріється і почне видавати точні параметри, ЕБУ використовувало сигнали інших датчиків. Оптимальна суміш у процесі прогрівання не готувалась.

Деякі моделі кисневих датчиків мають електричні нагрівачі. Завдяки їм лямбда може швидше виходити робочі температурні режими. Підігрів використовує енергію бортової мережі автомобіля.

Ознаки та причини несправності датчика

При несправному лямбда-зонді вихлопні гази стають токсичнішими. Визначити це можна з допомогою спеціального діагностичного устаткування.При цьому ніяких зовнішніх ознак не буде, як і не буде ніякого особливого запаху.

Виростає витрата палива. Водії, як правило, стежать за тим, наскільки наповнений паливний бак, намагаються визначити швидкість, при якій витрата мінімальна. Підвищена витрата буде відразу помітна. Залежно від серйозності поломки датчика кисню витрата зросте в межах від 1 л до 4 л.

Перегрів каталітичного нейтралізатора. Якщо лямбда несправна, то ЕБУ подає невірний сигнал. Це може спричинити неправильну роботу каталізатора. Він перегрівається аж до червоного кольору і виходить із ладу.

Автомобіль сіпатиметьсяі водій зможе почути бавовни. Лямбда перестає формувати правильні сигнали, у результаті нестабільний ХХ. Оберти можуть коливатися у дуже широких діапазонах.

Знижуються динамічні характеристики. Автомобіль втрачає потужність. Ці ознаки можна спостерігати у дуже занедбаних випадках. Датчик не працює на холодному моторі, а автомобіль усіляко сигналізує про несправність.

Серед причин поломок можна виділити:

• Ушкодження, спричинені сильними ударами, ДТП, наїздами на бордюр;
• Некоректну роботу ДВЗ та проблеми в роботі системи запалення, коли елемент перегрівається та виходить з ладу;
• Засмічення системи та неякісне паливо. Чим більше в бензині важких металів, тим швидше лямбда вийде з ладу;
• Поршнева група часто через зношену ЦПГ у випускний колектор потрапляє масло, а продукти його згоряння забивають зонд;
• Замикання в електропроводці;
• Бідна або надто багата суміш;
• Попадання зайвого повітря у вихлопну систему;
• Пропуски запалювання;
• Паливні присадки.

Перевірка лямбда-зонд за допомогою діагностичного пристрою

У більшості випадків ДВС сам підказує чи є несправності в роботі датчиків. Найшвидшим та найефективнішим способом діагностики в такому випадку буде підключення ODBII сканера.

З доступних на ринку варіантів рекомендуємо звернути увагу на модель корейського виробництва Scan Tool Pro Black Edition.

Даний пристрій відноситься до бюджетного сегменту, але на відміну від китайських аналогів на 8-бітному чіпі, має 32-бітну базу, що дозволяє здійснювати діагностику не тільки двигуна, але й інших систем автомобіля (коробку передач, трансмісію, ABS, ESP, систему кондиціювання) і т.д.).

Сканер досить простий у використанні, має широкий функціонал та сумісний з більшістю автомобілів починаючи з 1993 року випуску.

Якщо все погано, то в ЕБУ видаватиме такі помилки – це P0131, P0134, P0171. Докладніше про них у відео нижче.

Також загорятиметься лампочка «перевірте двигун», але тут точно встановити причину можна лише за допомогою діагностики. Чек спалахує і у разі інших проблем.

Як перевірити лямбда-зонд мультиметром

Коли спостерігаються ривки при русі, підвищена витрата пального, і "чек", що горить, то варто провести діагностику. Ці ознаки можуть говорити і про інші несправності, але якщо є мультиметр, можна перевірити кисневий датчик своїми руками. Фахівці рекомендують перевіряти лямбду через вимірювання напруги.

Але насамперед будь-яких вимірювань потрібно прогріти ДВС. Якщо лямбда холодна, вона не працюватиме. Також рекомендується по можливості зняти датчик та оглянути його та проводку на предмет бруду та пошкоджень. Якщо датчик деформований, електрод подряпаний чи покритий сажею, нагаром, краще його замінити.

Вимірювання напруги в ланцюзі підігріву

Включають запалювання, щупами протикають дроти, що йдуть до нагрівача. Можна також встромляти щупи мультиметра в роз'єм. Напруга приблизно дорівнює напруги в бортовій мережі. Якщо двигун не запущено, то напруги може і не бути.

Зазвичай плюс приходить безпосередньо до нагрівача. Мінус подає блок керування. Якщо немає плюса, слід перевірити ланцюги від акумулятора до датчика. Якщо відсутній мінус, тоді потрібно перевірити ланцюг від ЕБУ до датчика.

Перевірка нагрівача

Можна перевірити працездатність кисневого датчика за допомогою омметра. Дуже часто поломка пов'язана зі спіраллю підігріву або проводкою до неї.

Для перевірки омметр приєднують між контактами нагрівача. Якщо нагрівач справний, омметр покаже опір від 2 до 10 ОМ. У ланцюзі підігріву опір буде від 1 ком до 10 мОм. Якщо опору немає, варто пошукати обрив у проводці.

Опорна напруга

Маючи під рукою мультиметр, можна перевірити опорну напругу. Для цього включають запалення, потім вимірюють напругу між дротом сигналу та масою.

У правильно працюючій лямбді напруга буде не більше 0,45 У. Якщо є відмінності хоча б на 0,2 В, то проблеми з сигнальним ланцюгом або погана маса.

Перевірка сигналу з датчика осцилографом

Двигун потрібно прогріти. Осцилограф підключають між сигналом та масою. Потім піднімають обороти до 3000 і спостерігають зміни показань. Сигнал повинен змінюватися в межах від 0,1 до 0,9 В. Якщо осцилограф точний і видно, що зміни у вужчому діапазоні, лямбда несправна.

Також варто засікти час, протягом якого показання опускаються від більшого рівня до меншого. За 10 секунд показання мають змінюватися 10 разів. Якщо зміни відбуваються рідше, може з'явитися помилка під датчику.