Що таке лямбда-зонд | Як датчик кисню регулює роботу ДВЗ

Нинішні автомобілі буквально напхані всілякими сенсорами, за допомогою яких контролюється тиск у шинах та гальмівній системі, температура антифризу та олії в системі мастила, рівень пального, швидкість обертання коліс, кут повороту керма та багато іншого. Цілий ряд датчиків служить регулювання режимів роботи ДВС. Серед них пристрій із загадковою назвою лямбда-зонд, про який і йтиметься у цій статті.

Грецькою буквою лямбда (λ) позначають коефіцієнт, який характеризує відхилення складу повітряно-паливної суміші, що подається в циліндри ДВЗ, від оптимального. Зазначимо, що у російськомовної технічної літературі цього коефіцієнта часто використовується інша грецька літера — альфа (α).

Максимальна ефективність ДВЗ досягається при певному співвідношенні обсягів повітря та пального, що надходять у циліндри. У такій суміші повітря рівно стільки, скільки потрібно для повного згоряння пального. Ні більше, ні менше. Це співвідношення повітря і палива називається стехіометричним. 

Для силових агрегатів, що працюють на бензині, стехіометричне співвідношення дорівнює 14,7, для дизельних агрегатів – 14,6, для зрідженого газу (пропан-бутанова суміш) – 15,5, для стиснутого газу (метан) – 17,2.

Для стехіометричної суміші λ = 1. Якщо λ більше 1, значить повітря більше, ніж потрібно, і тоді говорять про збіднену суміш. Якщо менше 1, суміш називається збагаченою.

Збіднена суміш знизить потужність ДВЗ та погіршить економічність витрати пального. А за певної пропорції ДВС просто заглухне.

У разі роботи на збагаченій суміші потужність зросте. Ціна такої умощування — велике перевитрата пального. Подальше збільшення частки пального у суміші викличе проблеми із займанням та нестійку роботу агрегату. Нестача кисню не дасть пальному повністю згоряти, що різко збільшить концентрацію шкідливих речовин у вихлопі. Бензин частково догорятиме у вихлопній системі, викликаючи дефект глушника та каталізатора. На це вказуватимуть бавовни та темний дим із вихлопної труби. При появі подібних симптомів спочатку слід діагностувати повітряний фільтр. Можливо, він просто засмічився і не пропускає повітря у ДВС.

Блок управління двигуном постійно контролює склад суміші в циліндрах і регулює кількість палива, що впорскується, динамічно підтримуючи значення коефіцієнта λ максимально близьким до 1. Правда, в можливості зазвичай використовується злегка збіднена суміш, у якої λ = 1,03…1,05. Це максимально економічний режим, до того ж, він мінімізує шкідливі викиди, оскільки наявність невеликої кількості кисню дає можливість допалювати чадний газ і вуглеводні в каталітичному нейтралізаторі.

Лямбда-зонд таки є тим приладом, який здійснює моніторинг складу повітряно-паливної суміші, видаючи відповідний сигнал на ЕБУ ДВС. 



Встановлюється зазвичай на вході каталітичного нейтралізатора і реагує на присутність кисню у відпрацьованих газах. Тому лямбда-зонд називають датчиком залишкового кисню або просто кисневим датчиком. 

В основі датчика керамічний елемент (1) діоксиду цирконію з додаванням оксиду ітрію, що виконує функції твердотільного електроліту. Платинове напилення утворює електроди - зовнішній (2) та внутрішній (3). З контактів (5 та 4) знімається напруга, яка по проводах подається на ЕБУ.



Зовнішній електрод обдувається розігрітими відпрацьованими газами, що проходять через трубу вихлопну, а внутрішній контактує з атмосферним повітрям. Різниця у кількості кисню на зовнішньому та внутрішньому електроді викликає появу напруги на сигнальних контактах зонда та відповідну реакцію ЕБУ.

За відсутності кисню на зовнішньому електроді датчика блок управління отримує на своєму вході напругу порядку 0,9 V. В результаті ЕБУ зменшує подачу пального на форсунки, обідня суміш, а на зовнішньому електроді лямбда-зонда з'являється кисень. Це призводить до зниження вихідної напруги, що генерується кисневим датчиком. 

Якщо кількість кисню, що проходить через зовнішній електрод, підвищується до деякої величини, то напруга на виході датчика знижується приблизно до 0,1 V. ЕБУ сприймає це як збіднення суміші, і коригує її, збільшуючи впорскування пального. 

Таким чином проводиться динамічне регулювання складу суміші, а величина коефіцієнта постійно коливається біля 1. Якщо підключити осцилограф до контактів правильно працюючого лямбда-зонда, то побачимо сигнал близький до чистої синусоїди. 

Більш точна корекція з меншими коливаннями лямбди можлива у разі встановлення додаткового датчика кисню на виході каталітичного нейтралізатора. Заодно виконується контроль роботи каталізатора.

1. впускний колектор;
2. ДВЗ;
3. ЕКЮ;
4. паливні форсунки;
5. основний кисневий датчик;
6. додатковий кисневий датчик;
7. каталітичний нейтралізатор.

Твердотельний електроліт набуває провідності лише нагрітим приблизно до 300...400 °C. А отже, лямбда-зонд не діє якийсь час після запуску ДВС, поки відпрацьовані гази не прогріють його достатньою мірою. Суміш при цьому регулюється на підставі сигналів інших датчиків та заводських даних у пам'яті ЕБУ. Для прискорення включення датчика кисню в роботу його часто постачають електропідігрівом, вбудовуючи нагрівальний елемент всередину кераміки.

кожен датчик рано чи пізно починає барахлити і потребує ремонту чи зміни. Лямбда-зонд – не виняток. В українських реальних умовах він справно працює загалом 60…100 тисяч кілометрів. Низка причин може скоротити термін його служби.

1. Неякісне пальне та сумнівні присадки. Домішки можуть забруднювати чутливі елементи датчика. 
2. Забруднення олією, що потрапляє у відпрацьовані гази через проблеми у поршневій групі.
3. Лямбда-зонд розрахований на роботу за високої температури, але лише до певної межі (близько 900…1000 °C). Перегрів через некоректну роботу ДВЗ або системи запалення здатний пошкодити кисневий датчик.
4. Електричні проблеми - окислення контактів, обрив або замикання проводів та інше.
5. Механічні дефекти.

За винятком випадків дефекти в результаті удару датчик залишкового кисню зазвичай помирає повільно, а ознаки поломки проявляються поступово, стаючи більш явними лише з часом. Симптоми несправного лямбда-зонда такі:

• Підвищена витрата пального.
• Зниження потужності ДВЗ.
• Погіршення динаміки.
• Ривки у процесі руху машини.
• Плаваючі обороти холостого ходу.
• Підвищення токсичності вихлопу. Визначається переважно за допомогою відповідної діагностики, рідше проявляється різким запахом або чорним димом.
• Перегрів каталітичного нейтралізатора.

Потрібно враховувати, що зазначені ознаки не завжди пов'язані саме з несправністю кисневого датчика, тому для визначення точної причини проблеми потрібна додаткова діагностика. 

діагностувати цілісність електропроводки можна продзвінком за допомогою мультиметра. Слід переконатися також у відсутності замикання проводів на корпус між собою. 

діагностуйте опір нагрівального елемента, він повинен становити приблизно 5...15 Ом. 

Живлення напруги нагрівача має бути близько до напруги бортової електромережі. 

Проблеми, пов'язані з проводами або відсутністю контакту в роз'ємі, вирішити цілком можливо, але загалом датчик кисню ремонту не підлягає.

Очищення датчика від забруднень дуже проблематичне, а в багатьох випадках просто неможливе. Особливо, якщо йдеться про блискучий сріблястий наліт, викликаний присутністю свинцю в бензині. Застосування абразивних матеріалів та засобів для чищення доб'є прилад остаточно і безповоротно. Багато хімічно активних речовин також здатні пошкодити його.

Рекомендації, що зустрічаються в мережі, з очищення лямбда-зонда за допомогою ортофосфорної кислоти дають бажаний ефект в одному випадку зі ста. Охочі можуть спробувати.

Відключення несправного лямбда-зонда переведе систему упорскування пального у усереднений заводський режим, прописаний у пам'яті ЕБУ. Він може виявитися далеким від оптимального, тому що вийшов з ладу слід якнайшвидше замінити новим.

Відкручування датчика вимагає акуратності, щоб не пошкодити різьблення у вихлопній трубі. Перед встановленням нового пристрою різьблення слід очистити та змастити термопастою або графітовим мастилом (стежте, щоб воно не потрапило на чутливий елемент датчика). Вкручуйте лямбда-зонд динамометричним ключем з належним моментом.

При монтажі кисневого датчика не можна використовувати силіконові та інші герметики. 

Дотримання певних умов дозволить лямбда-зонду довше залишатися у справному стані.

• Заправляйтеся якісним пальним.
• Уникайте сумнівних присадок до пального.
• Контролюйте температуру вихлопної системи, не допускайте її перегрівання
• Уникайте багаторазових запусків ДВЗ за короткий проміжок часу.
• Не застосовуйте для очищення наконечників кисневого датчика абразиви та хімічно активні речовини.