Навіщо потрібен - цей - лямбда-зонд

Навіщо потрібен "цей" лямбда-зонд

Автолюбитель пішов нині грамотний - навіть власників стареньких "Жигулів" не здивуєш заморськими слівцями ABS, ESP, Jetronic, каталізатор, інжектор, лямбда-зонд. Останній термін, правда, більше хвилює власників іномарок. Трапляється, в автомобілі раптом "тяга" впала, він став їсти бензин: як не в себе, знову оштрафували за СО, а причина всього цього невідома. На СТО майстри скажуть: "Лямбда здохла", запропонують її замінити, але ціни! А не допоможе, тоді що? Серед знайомих ніхто толком не знає, як до "лямбда" підступитися: "річ в собі". Дійсно, лямбда-зонд - штука загадкова, але все ж давайте спробуємо в цій загадці розібратися.

Лямбда-датчик зондує вихлоп
Навіщо потрібен лямбда-зонд
Жорсткі екологічні норми давно узаконили застосування на автомобілях каталітичних нейтралізаторів (в побуті - каталізатори) - пристроїв, що сприяють зниженню вмісту шкідливих речовин у вихлопних газах. Каталізатор річ хороша, але ефективно працює лише при певних умовах. Без постійного контролю складу паливно-повітряної суміші забезпечити катализаторам "довголіття" неможливо - ось тут і приходить на допомогу датчик кисню, він же О2-датчик, він же лямбда-зонд (ЛЗ).
Назва датчика походить від грецької букви l (лямбда), яка в автомобілебудуванні позначає коефіцієнт надлишку повітря в паливно-повітряної суміші. При оптимальному складі цієї суміші, коли на 14,7 частини повітря припадає 1 частина палива, l дорівнює 1 (графік 1). "Вікно" ефективної роботи каталізатора дуже вузьке: l = 1 ± 0,01. Забезпечити таку точність можливо тільки за допомогою систем харчування з електронним (дискретним) уприскуванням палива і при використанні в колі зворотного зв'язку лямбда-зонда.

Навіщо потрібен - цей - лямбда-зонд

Надлишок повітря в суміші вимірюється досить оригінальним способом - шляхом визначення у вихлопних газах вмісту залишкового кисню (О2).
Тому лямбда-зонд і стоїть у випускному колекторі перед каталізатором.
Електричний сигнал датчика зчитується електронним блоком управління системи упорскування палива (ЕБУ), а той в свою чергу оптимізує склад суміші шляхом зміни кількості подаваного в циліндри палива.
На деяких сучасних моделях автомобілів є ще один лямбда-зонд. Розташований він на виході каталізатора.
Цим досягається велика точність приготування суміші і контролюється ефективність роботи каталізатора (рис. 1).

Навіщо потрібен - цей - лямбда-зонд

Графік 1. Залежність потужності двигуна (P) і витрати палива (Q) від коефіцієнта надлишку повітря (l)
Повне згоряння і максимальна потужність досягається при l = 1.

Навіщо потрібен - цей - лямбда-зонд

Мал. 1. Схема l-корекції з одним і двома датчиками кисню двигуна
1 - впускний колектор; 2 - двигун; 3 - блок керування двигуном; 4 - паливна форсунка; 5 - основний лямбда-зонд; 6 - додатковий лямбда-зонд; 7 - каталітичний нейтралізатор.

Принцип роботи
Лямбда-зонд діє за принципом гальванічного елемента з твердим електролітом у вигляді кераміки з діоксиду цирконію (ZrO2). Кераміка легирована оксидом ітрію, а поверх неї напилю струмопровідні пористі електроди з платини.
Один з електродів "дихає" вихлопними газами, а другий - повітрям з атмосфери (рис.2). Ефективне вимір залишкового кисню у відпрацьованих газах лямбда-зонд забезпечує після розігріву до температури 300 - 400оС.
Тільки в таких умовах цирконієвий електроліт набуває провідність, а різниця в кількості атмосферного кисню і кисню у вихлопній трубі веде до появи на електродах лямбда-зонда вихідної напруги.
При пуску й прогрівання холодного двигуна управління уприскуванням палива здійснюється без участі цього датчика, а корекція складу паливо-повітряної суміші здійснюється за сигналами інших датчиків (положення дросельної заслінки, температури охолоджуючої рідини, частоти обертання коленвала і ін.).

Особливістю цирконієвого лямбда-зонда є те, що при малих відхиленнях складу суміші від ідеального (0,97 Ј l Ј 1,03) напруга на його виході змінюється стрибком в інтервалі 0,1 - 0,9 В (графік 2).
Крім цирконієвих, існують кисневі датчики на основі двоокису титану (TiO2). При зміні вмісту кисню (О2) у відпрацьованих газах вони змінюють своє об'ємне опір.
Генерувати ЕРС титанові датчики не можуть; вони конструктивно складні і дорожче цирконієвих, тому, незважаючи на застосування в деяких автомобілях (Nissan, BMW, Jaguar), широкого поширення не отримали.
Для підвищення чутливості лямбда-зондів при знижених температурах і після запуску холодного двигуна використовують примусовий підігрів.
Нагрівальний елемент (НЕ) розташований всередині керамічного тіла датчика і підключається до електромережі автомобіля (рис. 3).

Навіщо потрібен - цей - лямбда-зонд

Графік 2. Залежність напруги лямбда-зонда від коефіцієнта надлишку повітря (l) при температурі датчика 500-800оС
А - умовна точка середніх показань (U вих "0,5 В, при l = 1,0). (Збагачення суміші (зменшення О2 в вихлопі). Збіднення суміші (збільшення О2 в вихлопі).

Навіщо потрібен - цей - лямбда-зонд

Мал. 3. Конструкція датчика кисню з підігрівачем
1 - керамічне підставу; 2, 8 - контакти НЕ; 3 - нагрівальний елемент (НЕ); 4 - твердий електроліт ZrO2 з напиленням платиновими електродами; 5 - захисний кожух з прорізами; 6 - металевий корпус з різьбленням кріплення; 7 - кільце ущільнювача; 9 - висновки датчика.

Якщо ЛЗ "бреше"
В цьому випадку ЕБУ починає працювати за усередненими параметрами, записаним в його пам'яті: при цьому склад утворюється паливно-повітряної суміші буде відрізнятися від ідеального.
В результаті з'явиться підвищена витрата палива, нестійка робота двигуна на холостому ходу, збільшення вмісту СО у відпрацьованих газах, зниження динамічних характеристик, але машина при цьому залишається на ходу.
У деяких моделях автомобілів ЕБУ реагує на відмову лямбда-зонда дуже серйозно і починає так завзято збільшувати кількість подаваного в циліндри палива, що запас пального в баку "тане" на очах, з труби валить чорний дим, СО "зашкалює", а двигун "тупіє "і на найближчу СТО вам, швидше за все, доведеться добиратися на буксирі.
Перелік можливих несправностей лямбда-зонда досить великий і деякі з них (втрата чутливості, зменшення швидкодії) самодіагностикою автомобіля не фіксуються. Тому остаточне рішення про заміну датчика можна прийняти тільки після його ретельної перевірки, яку найкраще доручити фахівцям.

Навіщо потрібен - цей - лямбда-зонд

Мал. 2. Схема датчика кисню на основі діоксиду цирконію, розташованого у вихлопній трубі
1 - твердий електроліт ZrO2; 2, 3 - зовнішній і внутрішній електроди; 4 - контакт заземлення; 5 - "сигнальний контакт"; 6 - вихлопна труба.

Навіщо потрібен - цей - лямбда-зонд

Мал. 4. Контактні висновки найбільш поширених цирконієвих лямбда-зондів
а - без підігрівача; б, с - з підігрівачем.
* Колір виведення може бути різна.

Махном не дивлячись,!
Рекомендований заводом-виробником лямбда-зонд і подібні за конструкцією цирконієві датчики взаємозамінні. Можлива заміна неподогреваемих датчиків на підігріваються (але не навпаки!). Однак при цьому може виникнути проблема несумісності роз'ємів і відсутність в машині ланцюга харчування для нагрівача лямбда-зонда. Відсутні дроти можна прокласти самостійно, а замість роз'єму використовувати стандартні автомобільні контакти.
Кольорове маркування висновків лямбда-зондів може відрізнятися, але сигнальний провід завжди буде мати темний колір (зазвичай - чорний). "Масовий" провід може бути білим, сірим або жовтим (рис. 4). Титанові лямбда-зонди від цирконієвих легко відрізнити за кольором "накального" виведення підігрівача - він завжди червоний.

При заміні 3-контактного лямбда-зонда на 4-контактний необхідно надійно з'єднати з «масою» автомобіля дріт заземлення підігрівача і сигнальний "мінус", а накальний провід підігрівача через реле і запобіжник підключити до "плюса" акумулятора.
Підключення безпосередньо до котушки запалювання небажано, т. К. В ланцюзі її живлення може стояти знижує опір. Підключитися до контактів паливного насоса досить складно. Найкраще підключити реле підігрівача лямбда-зонда до замку запалювання.
Редакція дякує фахівців фірми "ЕСО-Автотехникс" і центру "Інжектор-сервіс" за допомогу в підготовці статті.

Схожі статті