Используются показания лямбда-зонда для корректировки качества и количества топливной смеси в инжекторных системах. Карбюраторные не оснащаются такими приборами, так как в них отсутствует электронное управление – топливо поступает в камеры сгорания под действием разрежения. Справедливости ради стоит отметить, что датчик выхлопа не устанавливается на некоторые модификации инжекторных моторов. Но это очень старые машины, которые не соответствуют стандартам Евро.
Особенности систем управления
Инжекторные моторы считаются на сегодняшний день самыми экономичными и эффективными. Но это если сравнивать с карбюраторными двигателями. Достичь высоких показателей получается за счет того, что осуществляется полный контроль за тем, как подается топливо и воздух в камеры сгорания. Для этого устанавливается на двигателе и системе впуска несколько датчиков. С их помощью происходит проверка всех параметров работы силового агрегата. Далее данные поступают к электронному блоку управления с микроконтроллером. Он позволяет анализировать все данные, чтобы по ним скорректировать работу системы.
И нужно отметить, что устанавливаются датчики не только во впускном тракте, но и в выпускном. Правда, там всего один прибор – датчик, измеряющий содержание кислорода в выхлопных газах. От его работы зависит то, сколько воздуха будет подано в цилиндры. Следовательно, произойдет изменение состава топливо-воздушной смеси.
Конструкция датчика
А теперь давайте подробнее рассмотрим лямбда-зонд, что это такое и каков его состав. Конструкция прибора состоит из таких компонентов:
- Корпус из металла, имеет резьбу и шестигранник (для выкручивания ключом).
- Кольцо для уплотнения.
- Токосъемник – для замера сигнала.
- Изолятор из керамики.
- Соединительные провода.
- Уплотнительная манжета для проводов.
- Контакт для подачи напряжения питания к нагревательному элементу.
- Внешний экран защиты. В нем же имеется небольшое отверстие для поступления воздуха из атмосферы.
- Чувствительная часть датчика.
- Наконечник из керамики.
- Экран для защиты. В нем присутствует отверстие, в которое поступает отработавший газ.
Из того, какое назначение у прибора, можно понять, где находится лямбда-зонд в автомобиле. В некоторых системах предусмотрено два датчика – они ставятся до и после катколлектора. Некоторые же оснащаются всего одним прибором.
Для чего нужен прибор?
В задачи устройства входит оценка количества кислорода, не сгоревшего во время работы двигателя. Но не все так просто, как кажется на первый взгляд. По сути, нет прибора, который смог бы измерить количество кислорода. И показания лямбда-зонда указывают не на то, сколько кислорода в выпускном тракте, а на то, какая разница между напряжением на «эталонной» части и активной (расположенной в выпускном тракте).
Эффективнее всего топливовоздушная смесь будет сгорать только при условии, что соотношение двух главных компонентов (воздуха и бензина) будет всегда одинаково. На сгорание одного литра бензина потребуется объем воздуха 14,7 л. Смесь называется обедненной, если количество воздуха больше, чем необходимо, а бензина – меньше. И смесь считается обогащенной, если бензина больше, а воздуха меньше. Любое из таких состояний влияет на расход бензина, приемистость автомобиля, мощность мотора.
Режимы работы двигателя
Так как двигатель не работает в одном установившемся режиме, нагрузки постоянно меняются, поэтому пропорция соблюдается далеко не всегда. Для контроля количества воздуха в дроссельную заслонку устанавливается лямбда-зонд.
Только по показаниям лямбда-зонда электронный микропроцессорный блок управления оценивает состав топливовоздушной смеси. Если качество не соответствует норме, то производится корректировка, подается смесь, более подходящая для конкретного режима работы двигателя. Для этого на форсунки подается сигнал для увеличения или уменьшения времени их открытия. По сути, количество подаваемого в камеры сгорания топлива зависит полностью от того, как долго будут открыты электроклапаны форсунок.
Основные элементы датчика
Конструктивно датчик О2 состоит из таких компонентов:
- Платиновый наружный электрод, который контактирует с отработавшими газами.
- Корпуса.
- Внутреннего платинового электрода, который контактирует с атмосферным воздухом (он принимается за эталон).
- Защитной трубы.
Платина – это достаточно чувствительный металл, который может реагировать на любые изменения состава воздуха. Кстати, нужно отметить, что датчик не измеряет напрямую количество кислорода в выпускном тракте. А какие протекают процессы при работе – узнаете далее.
Как работает датчик
Если присмотреться внимательно, то принцип работы лямбда-зонда не очень сложный. Вот только реализовать процесс, чтобы на выходе появились данные о составе выхлопных газов, очень сложно. Начать нужно с того, что датчику необходимо наличие эталонного воздуха – это требуется для «понимания» того, что появились какие-то изменения в составе газа. Именно по этой причине один датчик состоит, по сути, из двух – один измеряет состав воздуха в атмосфере, а другой в выпускном тракте.
Благодаря такой несложной системе датчик «чувствует» разницу соотношения кислорода. Но для того чтобы управлять работой двигателя, необходимо на ЭБУ подавать электрические сигналы. Конструкция датчика состоит из электродов и твердых электролитов, поэтому при воздействии на них возникает реакция. Можно даже сравнить лямбда зонд (что это, вы уже знаете) с обычной батарейкой. Только в качестве активного элемента выступает кислород, который содержится как в атмосферном воздухе, так и в выхлопных газах (правда, в меньшей пропорции).
Химические реакции в датчике
Если присмотреться внимательнее, то показания лямбда-зонда – это некоторое напряжение. Оно изменяется в зависимости от того, какое процентное содержание кислорода в выпускной системе. На двух электродах появляется потенциал. При уменьшении количества кислорода происходит увеличивается напряжение, при возрастании – снижается. Импульс, который появляется на выходе устройства, поступает к электронному блоку управления.
Микропроцессорный блок управления имеет встроенную память, в которой прописаны все основные параметры, в том числе и работы лямбда-зонда. Контроллер сравнивает записанные в памяти показания с теми, которые поступили от датчика, на основании чего производит корректировку работы системы впрыска топлива.
При работе используются химические реакции, что позволяет упростить конструкцию прибора. В основе находится наконечник из керамики. Как правило, его делают из диоксида циркония или титана. Покрывается наконечник слоем платины (именно поэтому стоимость датчиков высокая). Наконечник и напыление – это два элемента, которые вступают в реакцию, именно они являются электродами.
Подогрев датчика: зачем нужен?
Датчики в системах впрыска топлива используются двух типов – с подогревом и без. Приборы без дополнительного подогрева разделяются на два вида:
- С одним проводом черного цвета – по нему передается сигнал.
- С двумя проводами: черный – сигнальный, серый – масса (минус питания).
Если имеется нагревательный элемент, то датчики имеют такие выводы:
- Три провода: черный – сигнальный, белые (2 шт.) – нагревательный элемент.
- Четыре провода: черный – сигнал, серый – масса, белые – питание нагревательного элемента.
Зачем нужен прогрев датчика? Проблема в том, что произвести эффективный замер содержания кислорода можно только лишь в том случае, если температура более 300 градусов (иногда необходимо и сильнее прогревать). Только при такой температуре наконечник может получить необходимую проводимость.
Как работает система впрыска с датчиком
Для того чтобы обеспечить нужный режим работы, датчик ставится как можно ближе к коллектору выпускной системы. Благодаря этому осуществляется прогрев лямбда-зонда, датчик выходит на нормальный режим работы. Как можно видеть, в работе системы устройство не участвует до тех пор, покуда не произойдет прогрев двигателя.
До включения в работу датчика электронный блок управления ориентируется только на сигналы, поступающие от других приборов. Минус работы в таком режиме – невозможно достичь идеального образования топливовоздушной смеси. Следовательно, нельзя добиться полного сгорания смеси – это приводит к тому, что выбросы от автомобиля увеличиваются.
А так как современные машины должны соответствовать стандартам экологичности Евро (иначе их не выпустят ни на рынок, ни на дороги), приходится усложнять систему впрыска. Между прочим, это позволяет уменьшить расход топлива за счет того, что с помощью лямбда-зонда (цена его не менее 1500 руб) удается достичь полного сгорания всей смеси, поступившей во впускной тракт.
Подогрев устройства
Существуют модели датчиков, оснащенные нагревательными элементами. Благодаря такому несложному устройству получается быстрее достичь оптимальной температуры. Принцип работы лямбда-зонда на ВАЗ и иномарках одинаков, система подогрева позволяет выйти на рабочий режим в более короткие сроки. Следовательно, уменьшается количество вредных выхлопов. Это гарантирует, что автомобиль будет удовлетворять нормам экологичности, принятым в странах Европы. Питание нагревательного элемента производится непосредственно от бортовой сети машины.
Разновидности устройств
Существует несколько видов датчиков, отличаются они только по типу произведения замеров. Двухточечные – это датчики, которые позволяют осуществлять измерения одновременно в двух местах. Активно использовались в старых автомобилях. Более современные системы управления двигателями комплектуются широкополосными устройствами, которые являются более функциональными и современными.
По сути, широкополосные датчики состоят из двухточечного и заканчивающего керамического элемента. Суть работы не меняется – при увеличении или уменьшении концентрации кислорода происходит подача соответствующего сигнала на электронный блок управления.
Два датчика в системе
Большая часть современных автомобилей комплектуется не только лямбда-зондом (цена от 2000 руб и выше), но и каталитическим нейтрализатором. Это устройство, которое позволяет существенно уменьшить количество вредных веществ, поступающих в атмосферу. И в этом случае в выпускном тракте устанавливается сразу два датчика – на входе и выходе. По сути, они позволяют производить замер содержания кислорода и СО до и после нейтрализатора. Следовательно, таким образом оценивается эффективность работы всей системы выпуска.
Особенности работы системы
В инжекторных системах впрыска топлива может использоваться и две лямбды. Эти датчики производят замер содержания кислорода и дают понять электронному блоку управления, в какую сторону необходимо скорректировать зажигание или состав топливной смеси, чтобы количество вредных веществ в выхлопе оказалось минимальным.
Системы с двумя датчиками гарантируют, что в выхлопе окажется крайне мало загрязняющих веществ. Но усложнение конструкции приводит к тому, что ее надежность ухудшается. Пару раз заправили автомобиль некачественным топливом – испортили катализатор. А дальше – неверные показания датчиков, нарушение работы системы впрыска.
И даже если вы будете соблюдать все требования, катализатор рано или поздно сломается, так как ресурс у него не очень большой. А стоимость этого элемента даже на самых бюджетных машинах заоблачная. Поэтому многие автомобилисты, чтобы сэкономить, вырезают катализатор и заменяют его пламегасителем. По сути, это обычный кусок трубы подходящих размеров. А чтобы второй лямбда-зонд не выдавал ошибку, ставят обманку. Это проставка, которая монтируется на датчике.
При помощи обманки получается отдалить от наконечника датчика поток газов. Это и влияет на показания элемента, поступающие к электронному блоку управления. Следовательно, микроконтроллер улавливает разницу показаний и не замечает отсутствия катализатора.
Основные неисправности
Существует несколько основных признаков, по которым можно судить о неисправности лямбда-зонда:
- Снижение динамики.
- Существенное увеличение расхода топлива.
- Нестабильная работа двигателя в режиме холостого хода.
- Наличие треска и щелчков после остановки двигателя.
Минус в том, что поломки этого прибора не всегда распознаются системой самодиагностики. А проверить простыми измерительными приборами в гаражных условиях датчик просто нереально, потребуется наличие осциллографа. Ремонт тоже нельзя сделать. Только лишь обрыв проводки можно устранить.
