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