В современных автомобилях есть приборы, которые позволяют оценить влияние работы транспортного средства на окружающую среду. К числу таких устройств относится лямбда-зонд, который также называют кислородным датчиком. Его использование необходимо не только для улучшения ситуации в природе, но и оценки эффективности работы системы ДВС (двигателя внутреннего сгорания).
Как известно, принцип работы автомобильного транспортного средства базируется на системе двигателя внутреннего сгорания: за счет потребления (расхода) сгораемого топлива автомобиль черпает энергию, помогающую ему управлять всеми двигательными процессами.
В работе системы ДВС учитывается пропорционное соотношение воздуха и топлива. Идеальное значение получило название стехиометрическое. При таком соотношении топливо в системе ДВС сгорает на 100%. Это не только обеспечивает безупречное движение и работу взаимосвязанных с ним систем, но еще и благоприятно сказывается на влиянии деятельности автомобиля на окружающую среду.
При стехиометрическом соотношении газы авто практически не влияют на загрязнение природы, а потому машина может эксплуатироваться долго и регулярно. Но чтобы обеспечить такое соотношение, производителям автомобиля следует исследовать показатели топливоподачи.
В стехиометрическом соотношении учитываются следующие параметры: 14,7:1, где 14,7 кг – это объем воздуха, а 1 кг – количество топлива, которое требуется для его идеального сгорания. В естественных условиях эксплуатации автомобиля очевидно, что невозможно обеспечить одновременное поступление в ДВС именно такого объема воздушной смеси. Поэтому создатели транспортных средств должны предусмотреть такой уровень топливоподачи, при котором соблюдение этого соотношения будет достигнуто в максимально короткий период.
При расчете топливоподачи учитывают значение коэффициента избыточности воздуха. Он определяется как соотношение поступившего в двигатель газа к объему топливной смеси, необходимому для его полного сгорания. Этот коэффициент обозначается особым символом лямбда («λ»). Значения коэффициента:
Лямбда равна нулю. В таком случае речь идет о достижении стехиометрического соотношения, при котором топливо полностью сгорает в системе двигателя, обеспечивая оптимальные ходовые качества транспортному средству.
Лямбда больше нуля. Здесь речь идет о так называемой «богатой», или перенасыщенной смеси. Причем под «богатым» понимается превышение доли топлива над количеством кислорода, используемого для сгорания этого топлива.
Лямбда меньше нуля. И наоборот: если воздуха в топливовоздушной смеси больше, чем требуется для полного сгорания топлива, смесь считается «бедной».
В зависимости от получившихся расчетов используются 3 системы двигателей, каждая из которых направлена на оптимизацию ходовой активности авто и уменьшение негативного влияния машины на окружающую среду, которое осуществляется за счет выброса газов – результатов переработки топливовоздушной смеси. Виды двигателей, применяемых в зависимости от значения коэффициента избыточности:
1 тип – экономия топлива;
2 тип – интенсивное ускорение подачи топлива;
3 тип – снижение доли вредных примесей в составе топливовоздушной смеси.
Учитывая, какое важное влияние оказывает соотношение отдельных элементов топливовоздушной смеси, в автомобилях используется отдельный прибор, задача которого – определить, правильно ли соблюдаются пропорции. Этот прибор носит название лямбда-зонд, которое связано непосредственно с символом, обозначающим значение коэффициента избыточности воздуха.
Лямбда-зонд создан, чтобы определять уровень кислорода в газах после сгорания топливной смеси. Передача информации осуществляется через электронный блок, созданный для управления системой ДВС.
Еще одно предназначение, объясняющее, как работает лямбда-зонд, связано с подготовкой смеси для фильтрации в катализаторе. Так как лямбда-зонд измеряет соотношение уровня кислорода и топлива в ДВС, то при разбалансировке в электронный блок подается соответствующий сигнал о том, что нужно увеличить или, наоборот, уменьшить количество топлива в системе. Когда пропорции идеальные, то есть наблюдается стехиометрическое соотношение, двигатель работает в оптимальном режиме, а потому нагрузка на катализатор снижается.
В конечном итоге выброс вредных веществ, которые появляются при сгорании переизбытков топлива в ДВС, сводится к минимуму. Это положительно сказывается на уровне загрязнения окружающей среды: воздействие выхлопных газов уменьшается.
Учитывая многозадачность современных транспортных средств, во многих устройствах используется не один, а 2 или даже 4 лямбда-зонда. Чем они отличаются и для чего требуется сразу несколько приборов:
Основная задача первого лямбда-зонда сводится к расчету соотношения уровня горючего и кислорода в ДВС. То есть, первичный кислородный датчик выполняет свою прямую функцию – измерение пропорций и стремление к достижению стехиометрического соотношения.
Второй лямбда-зонд нужен для упрощения работы катализатора. Учитывая возможные «погрешности», которые могут возникать при избытке или недостатке топлива в смеси, второй лямбда-зонд осуществляет повторную проверку соотношения, тем самым подготавливая смесь для катализатора.
Если второй кислородный датчик отсутствует, то все обязанности берет на себя единственное устройство. В таком случае нельзя с уверенностью сказать, что катализатор будет работать на полную мощность: случаи, когда этот прибор выходил из строя раньше положенного срока, не являются редкостью. Поэтому в тех автомобилях, где установлено 2 лямбда-зонда, объем вредных выхлопных газов минимален, а сам катализатор работает максимально продолжительный срок (при отсутствии заводских дефектов и разрушающих факторов).
Учитывая принцип работы обоих устройств, то есть первого и второго лямбда-зондов, первый располагается непосредственно перед нейтрализатором, а второй – после. Симбиоз устройств обеспечивает слаженную работу ДВС и катализатора, что положительно сказывается на работе всего автомобиля.
В некоторых автомобилях количество лямбда-зондов еще больше. Максимально в настоящее время встречается 4 устройства в составе одного транспортного средства. Количество приборов напрямую связано с тем, каков объем мотора. В машине с объемом мотора 2 литра и менее, как правило, располагается 2 устройства. Если у двигателя объем превышает 2 литра, то используются целых 4 прибора.
Один прибор встречается крайне редко. Его можно увидеть на устаревших моделях бюджетных марок, которые были выпущены 15-20 лет назад. У более старых, но дорогих автомобилей, как правило, уже установлено 2 и более приборов.
Чтобы узнать, сколько лямбда-зондов предусмотрено в модели вашего автомобиля, изучите инструкцию по эксплуатации или журналы, рассказывающие про самостоятельный ремонт транспортных средств. Проверку запчастей также можно осуществить в ближайшей мастерской.
Тем, кто хочет самостоятельно найти этот прибор, следует сделать следующее:
Откройте капот автомобиля.
Перейдите к месту, где располагается двигатель. Его несложно отыскать: устройство обычно располагается в центральной части под капотом, в специальной коробке с плотно закрытой крышкой.
Изучите приводящие к двигателю элементы. Обратите внимание на выпускной коллектор. Это большие массивные трубы, располагающиеся в непосредственной близости от двигателя.
В нижней части трубы следует поискать небольшой элемент цилиндрической формы. Он и представляет собой лямбда-зонд, который вы ищите. Если таких приборов несколько, то они будут располагаться рядом друг с другом. Расположение второго прибора не так просто найти. Он будет в нижней части автомобиля, в выпускной системе.
Соответственно, там, где предусмотрено целых 4 детали, вы увидите симметрично расположенные 4 элемента. Главное – не пытаться самостоятельно исправить работу приборов, если нет навыка в ремонте транспортных средств. Выход из строя кислородного датчика негативно сказывается на работе многих систем, поэтому лучше доверить решение этого вопроса профессиональным мастерам.
.jpg)
Чтобы понять, что представляет собой этот элемент, какую роль он играет в работе всей системы двигателя внутреннего сгорания, следует изучить его составляющие и их взаимосвязь с другими элементами.
В зависимости от вида кислородного датчика его устройство, внешний вид и специфика работы будут незначительно различаться. Самый популярный вид прибора – циркониевый, его структура следующая:
Электроды. У классического устройства их два. Один контактирует с окружающей средой, другой предоставляет доступ к внутренней системе агрегата. Основной объем работы выполняет внешний элемент. Именно через него происходит контакт запчастей с выхлопными газами, которые сами по себе являются разрушающим элементом. Внутренний электрод контактирует с кислородом, который высвобождается или, напротив, заполняет смесь в случае недостатка/избытка топлива.
Нагревательный элемент. Самые первые датчики выпускались без него. Но сейчас все современные лямбда-зонды оснащены этим агрегатом. Нагревательный элемент позволяет устройству быстро достичь оптимальной температуры, которая требуется для запуска его системы. В зависимости от вида лямбда-зонда есть различные типы элементов. В нашем случае используется нагреватель, который должен прогреть деталь минимум до 300°C. Если температура будет недостаточно низкой, кислородный датчик будет показывать некорректное значение.
Электролит – диоксид циркония. Он является важнейшим элементом, который проводит ток, необходимый для обеспечения работы лямбда-зонда. В иных приборах роль электролита выполняет титановый сплав.
Кожух наконечника. На его поверхности предусмотрена специальная перфорация, которая улучшает проникновение отработанных газов в катализатор.
Корпус. Обычно изготавливается из стали с уплотнителями на концах.
Зная состав и структуру лямбда-зонда, можно понять, каким образом осуществляется контроль над состоянием газа и топлива. Эти сведения помогают водителям своевременно «считывать» тревожные сигналы, возникающие при выходе запчастей из строя.
Если лямбда-зонд работает в полную силу, то сгорание топлива осуществляется наиболее эффективно. Это отражается на ходовой характеристике и плавности движения. И напротив: малейшие отклонения в кислородном датчике могут привести к тому, что автомобиль становится чересчур инертным, резким, слишком медленным и т.д.
Основной принцип работы лямбда-зонда базируется на следующем:
оценка уровня топлива в смеси;
передача данных в электрический блок;
корректировка уровня кислорода в смеси;
высвобождение газов и их подготовка к катализатору;
защита катализатора от агрессивного воздействия продуктов горения.
Основной принцип работы этого устройства базируется на том, чтобы определить соотношение топлива и кислорода в топливовоздушной смеси. Если уровень одного из элементов не находится в рамках норматива (стехиометрическое соотношение), лямбда-зонд подает сигнал в электронный блок для корректировки проблемы.
После подачи сигнала осуществляется высвобождение излишнего кислорода или, напротив, насыщение воздухом. Такой способ позволяет поддерживать оптимальный баланс в системе ДВС, что положительно сказывается на работе мотора.
Кислородные датчики бывают нескольких видов. Они классифицируются по ряду признаков:
Материал.
Форма.
Конструкция.
Благодаря такой классификации можно без труда определить, какой тип устройства используется в вашем автомобиле. Это может пригодиться в том случае, если требуется срочная замена элемента или кратковременный ремонт. Лицам с навыками автомобильного мастера не составит труда исправить погрешность под капотом автомобиля, но только в том случае, если они будут знать, как устроены детали и чем они отличаются от остальных элементов.
Среди материалов, используемых при создании лямбда-зонда, выделяют титан и цирконий. Самым распространенным видом кислородного датчика считается лямбда-зонд, изготовленный из циркония. В составе материала (база) – диоксид циркония. Также при создании используется другой элемент – оксид иттрия. На поверхности лямбда-зонда располагаются мелкие электроды. Они выполнены из платины. Этот материал идеально подходит для реакций окислительно-восстановительного характера.
Циркониевый лямбда-зонд довольно устойчив к воздействию внешних факторов. Его оболочка находится в непосредственном контакте с окружающей средой, которая состоит из газов, полученных в результате реакций в ДВС. Внутренняя часть прибора взаимодействует с воздухом. В сам кислородный датчик воздух также попадает, что является нормой. Это необходимо для обеспечения оптимальной работы системы.
В составе элемента также есть нагревательный прибор, который представляет собой керамический изолятор. Без этого прибора кислородный датчик будет попросту неисправен, так как для обеспечения оптимального функционирования запчастей требуется достижение определенной температуры. Она составляет 300-400°C. Если керамический изолятор с функцией нагревания не позволит достигнуть указанных параметров температурного режима, не исключено, что система будет выдавать ошибку (например, показывать недостаточный уровень топлива в составе топливовоздушной смеси).
Несмотря на жесткие требования к соблюдению температурного режима, необходимого для корректной работы устройства, не нужно допускать его перегрева. Если температура зонда достигнет 950°C, устройство попросту выйдет из строя. В таком случае ремонт будет бессилен: придется менять неисправный элемент на новый, так как при такой температуре важнейшие элементы лямбда-зонда сгорают.
При эксплуатации и замене неисправного либо устаревшего лямбда-зонда стоит учитывать, что циркониевый элемент не предусматривает присоединение дополнительных приводящих проводов. Это приведет к появлению дисбаланса: по новым каналам будет поступать дополнительный кислород, что скажется на качестве сигнала и работы запчастей. Иными словами, если мастер по ошибке решить присоединить к кислородному циркониевому датчику дополнительные провода, то он попросту перестанет показывать корректную информацию, что приведет к неправильному соотношению уровня топлива и кислорода, увеличению потребления топлива и росту объемов выхлопа загрязняющих веществ.
Второй вид материала, используемый при создании кислородного датчика, – это титан. По своему внешнему виду и принципу работы он во многом схож с предыдущей моделью, однако базу составляет диоксид не циркония, а титана.
Информация о соотношении элементов в системе топливовоздушной смеси передается благодаря изменению уровня проводимости. Эти сведения поступают в электронный блок, который затем распределяет необходимое количество топлива для корректировки получившегося значения.
Еще одно различие между титановым и циркониевым лямбда-зондом заключается в том, что для работы первого устройства требуется более высокая температура. Чтобы привести прибор в действие, он должен нагреться минимум на 700°C. Также устройство осуществляет свою работу без дополнительного контакта с кислородом, за исключением процессов, которые происходят внутри самого датчика (анализ соотношения топлива и кислорода и отправка полученных сведений).
Титановый датчик считается менее удобным. Он дольше нагревается, требует более высокой температуры, а потому используется лишь в нескольких авто. В большинстве моделей современных транспортных средств используется циркониевый вариант.
Кислородные датчики классифицируются в зависимости от ширины, поэтому среди них выделяют широко- и узкополосные запчасти. В первом случае речь идет о приборе современного плана. Он используется и на входе, и на выходе, а потому считается универсальным.
Особенности такого лямбда-зонда – выявление цифровых отклонений от нормы. То есть, широкополосный лямбда-зонд предназначен для точного расчета соотношения между кислородом и топливом. Он позволяет с легкостью определить, является ли смесь «богатой» или «бедной», а также подает сигналы в электрический блок, какая именно корректировка позволит достичь стехиометрического соотношения.
Такие элементы могут быть установлены и на двигатели, которые используют «обедненную» смесь. Благодаря своим свойствам широкополосные датчики нагреваются так же, как и титановые. Их средняя температура для активации работы составляет 650°C.
Основное преимущество такого датчика – своевременная регулировка смеси. За счет наличия насосной и измерительной систем осуществляется замер показателей, а затем их корректировка. Как это работает:
Прибор измеряет состав смеси.
Показатели сравниваются с рекомендованными значениями. У каждого транспортного средства есть свои особенности работы системы ДВС, поэтому у некоторых автомобилей данные могут почти всегда быть в норме, в то время как у других – «скакать» в том или ином направлении.
Если смесь «бедная», то осуществляется высвобождение излишне накопившегося воздуха из системы.
При избытке топлива датчик подает сигнал к электронному блоку, в результате чего осуществляется обогащение кислородом из окружающей среды.
Реакция в системе происходит благодаря измерению напряжения тока. В случае «бедной» смеси, в составе которой преобладает кислород, напряжение увеличивается. И, напротив, для «обогащенной» смеси является нормой снижение уровня напряжения, что является свидетельством того, что пора пополнять запасы газа из внешних источников.
Учитывая сложность процессов, чтобы перемещение кислорода из системы и обратно происходило быстро и без проблем, откачка и наполнение воздухом осуществляется через специальное отверстие. Оно называется диффузионным зазором. Когда кислород высвобождается (а также при обратном процессе), направление тока меняется, как и напряжение в устройстве.
Последние 5 лет преимущественно используются широкополосные датчики. Они более точные и надежные, так как оснащены сверхчувствительными элементами на поверхности лямбда-зонда. Узкополосные зонды учитывают лишь значимые изменения в составе смеси. Если кислород или топливо имеют малый дефицит, прибор все равно будет показывать, что показатели находятся в пределах нормы. Поэтому катализаторы, рядом с которыми установлены узкополосные лямбда-зонды, служат меньше, чем элементы с широкополосными системами.
Несмотря на то, что широкополосные устройства показывают определенный уровень напряжения, который принимается за норму, на самом деле в самих датчиках напряжение отсутствует. Продемонстрированные данные – не что иное, как внутренняя система измерителей. То есть прибор попросту отображает определенный норматив, именуемый напряжением, при отклонении от которого происходит некорректная работа в системе ДВС.
За отклонение принимается «обеднение» или «перенасыщение» топливом. И то, и иное не является нормой и подлежит немедленной корректировке, если владелец авто не хочет в будущем иметь проблемы с работой двигателя и его негативным влиянием на окружающую среду.
Чтение напряжения, которое показывает лямбда-зонд, – процесс субъективный. Здесь имеет значение, о каком автомобиле идет речь, какой тип двигателя используется. Все это влияет на исходные данные, которые будет показывать система. Поэтому не следует сравнивать значение, полученное на автомобиле российской марки, с показателями иномарок и наоборот.
Узнать, какое значение лямбда-зонда является нормативом можно в инструкции. Опытные автомобильные мастера, которые специализируются на решении проблем с системой ДВС и ее прилегающими элементами, помогут разобраться со значением для владельцев старых, эксклюзивных или неисправных автомобилей.
Зная, как работает лямбда-зонд, можно без труда определить состояние этого агрегата в случае отклонения от нормы. В среднем, менять прибор нужно каждые 100 тыс. км пробега. Но порой замена элемента требуется уже через 50 тыс.
Быстрый выход из строя можно назвать особенностью этого агрегата. Так как кислородный датчик регулярно контактирует с газами, получившимися в результате горения топлива, это негативно сказывается на состоянии самого прибора.
Учитывая тот факт, что электронное управление автомобиля находится в тесной взаимосвязи с этим устройством, узнать о возникновении проблем с лямбда-зондом несложно. Если он вышел из строя, на экране появится соответствующая ошибка – загорится лампа Check Engine. Однако лампа может загореться и при выходе из строя иных запчастей, поэтому для моментального и максимального точного определения проблемы можно использовать специальный сканер. Пример - Scan Tool Pro Black Edition. Он подключается к электронному блоку и позволяет «считать» информацию о том, какие именно запчасти требуют срочного ремонта или замены.
Кроме основного признака, позволяющего определить неисправность этого прибора, есть и косвенные факторы. Среди них стоит упомянуть:
падение мощности двигателя в процессе нажатия на педаль газа. Нельзя считать появление этого признака свидетельством того, что лямбда-зонд вышел из строя. Иногда работа ДВС может быть нарушена банальным скачком в электросети, отсутствием достаточного уровня топлива, перегревом и иными факторами, которые можно исправить спустя некоторое время, дав автомобилю отдохнуть без движения;
снижение уровня чувствительности акселератора. Зачастую этот фактор проявляется одновременно с предыдущим признаком. Когда нажатие на газ осуществляется с задержкой, возможно, это связано со снижением уровня работы лямбда-зонда;
«скачки» на дороге, не связанные с наличием плохого дорожного полотна. Так называемое «рваное движение» - один из явных признаков того, что в работе системы ДВС есть определенные сбои. Также этот признак может указывать на проблемы с лямбда-зондом, который нужно менять каждые 50-150 тыс. км пробега.
Наличие одного признака не является гарантией, что ваш кислородный датчик вышел из строя. Но если все факторы имеют место быть, а также загорается лампочка электронного блока, с уверенностью 80% можно сказать, что следует посмотреть состояние лямбда-зонда.
Причин выхода из строя этого элемента несколько. Среди самых распространенных:
Естественное старение прибора. Кислородный датчик рассчитан на определенное количество циклов. Если система работает слаженно, то есть автомобиль эксплуатируется на допустимой мощности, не возникает перегрузок или сбоев, то можно использовать лямбда-зонд на протяжении 150 тыс. км пробега и даже больше. Но у старых авто или машин с явными недостатками в работе ДВС срок применения этого агрегата обычно ниже в 2-3 раза и может составлять всего 45-50 тыс. км.
Проблемы с электричеством. Когда цепь обрывается, связь с устройством может быть потеряна. Зачастую это случается при ДТП или затоплении автомобиля. В обоих случаях необходимо сразу позаботиться о замене неисправного элемента.
Попадание инородных тел. Несмотря на то, что кислородный датчик в основном контактирует с газами после процесса горения, некоторые его виды осуществляют взаимодействие и с внешними газами – то есть кислородом из окружающей среды. Если диффузионный заслон загрязняется, это приводит к ухудшению работы системы и требует немедленной очистки.
Независимо от причины, которая привела к выходу устройства из строя, следует заняться его ремонтом или заменой в кратчайшие сроки. Этот агрегат играет важную роль в системе ДВС. Он не только «подает сигналы» в блок управления, но и контролирует соотношение топлива и кислорода. Правильная балансировка обеспечивает оптимальный уровень сгорания, при котором количество выделяемых в атмосферу примесей сводится к минимуму, и при этом двигатель осуществляет свою работу более слаженно.
