Что такое лямбда-зонд и зачем он нужен в автомобиле

Читать в полной версии

Когда лямбда-зонд сбоит, это вызывает ряд симптомов, некоторые из которых потенциально опасны для мотора. Разбираемся, что такое лямбда-зонд, о каких видах и частых неисправностях стоит знать водителю.

• Что это
• Где находится
• Виды
• Неисправности

Что такое лямбда-зонд

Лямбда-зонд — это электронный датчик для измерения состава продуктов сгорания, образующихся в результате работы двигателя внутреннего сгорания. Свое название он получил по букве греческого алфавита λ (лямбда), которую в автомобилестроении используют для обозначения коэффициента избытка воздуха в топливно-воздушной смеси (ТВС).

Работа двигателей внутреннего сгорания строится на принципе воспламенения воздуха и топлива. Для стабильной работы мотора важно приготовить смесь в нужных пропорциях. Эталонное, или стехиометрическое, весовое соотношение этих двух компонентов составляет 14,7:1 (воздух/топливо). В этом случае лямбда равна единице. При отклонении этого значения говорят об обедненной или обогащенной смеси.

Оба состояния одинаково вредны для мотора. Например, слишком бедная смесь, та, в которой больше кислорода, будет проявляться провалами, рывками и существенным снижением мощности. Если ситуация противоположная, то вырастет расход топлива, возможны пропуски зажигания. Фиксируя количество кислорода на выходе ,датчик передает информацию главному компьютеру, который принимает решение, как скорректировать подачу топлива в камеру сгорания.

В автомобилестроении кислородные датчики применяют с конца 1970-х годов. Изобретение принадлежит компании Bosch, а первыми серийными моделями, на которые ставились лямбды, стали Volvo серии 240/260 для рынка США. Сегодня в конструкции авто может быть от одного до четырех таких датчиков. Их основные задачи:

• контроль уровня кислорода в выхлопных газах;
• передача информации электронному блоку управления (ЭБУ) о том, насколько полно сгорает ТВС;
• обратная связь от каталитического нейтрализатора;
• снижение уровня вредных выбросов;
• повышение производительности мотора.

Каждый лямбда-зонд соответствует определенной марке и модели авто, поскольку его работа напрямую связана с «мозгами» машины. Подбирают элемент по VIN- номеру или по году, объему мотора и мощности.

Где находится лямбда-зонд

Лямбда-зонд обычно расположен в выхлопной системе автомобиля. В современных авто используют сразу несколько датчиков, которые можно найти как под капотом, так и на выхлопной трубе.

Первый располагается рядом с двигателем. Его хорошо видно, и он легко заменяем — это небольшой цилиндрический элемент, вкрученный в выпускной коллектор (иногда их сразу два). Основная задача такого лямбда-зонда — считывать информацию об уровне кислорода и вредных примесей в отработанных газах до их очистки каталитическим нейтрализатором. Второй зонд крепится под днищем автомобиля к выхлопной трубе до глушителя. Он фиксирует показатели после катализатора и также отправляет информацию ЭБУ. Электроника сравнивает два потока данных на предмет разницы.

В более старых автомобилях, как правило, только один нижний датчик. В конструкции современных моделей с двигателем объемом 1,6 л и более предусмотрена система из двух лямбда-зондов. Автомобили с двойным выхлопом оснащаются тремя-четырьмя элементами. Два перед катализатором, ближе к двигателю, и по одному на каждую трубу выпускного коллектора.

В некоторых случаях в конструкцию датчика вводят дополнительный элемент — обманку. Это может быть некая металлическая проставка или электронный эмулятор. Чаще ее ставят на вторую лямбду. Таким образом удается обмануть ЭБУ об уровне кислорода и чистоте выхлопов. Подобная манипуляция может потребоваться в случае удаления катализатора или его неисправности. В противном случае компьютер автомобиля будет постоянно сигнализировать о проблеме (горящий Check на панели), что может негативно сказаться на продуктивности мотора.

Виды лямбда-зондов

Наиболее распространенные виды кислородных датчиков — из диоксида циркония и широкополосные. Реже встречают титановые. По количеству контактов бывают датчики с одним проводом (сигнальным) или сразу четырьмя, включая заземление и подогрев. Тип крепления элемента также варьируется. Наиболее распространен винтовой, когда датчик просто вкручивается в выхлопной коллектор, но может быть крепление и на фланец. Вот нюансы работы наиболее распространенных сегодня кислородных датчиков:

Циркониевый лямбда-зонд

Особенность этого датчика в том, что он сам генерирует напряжение. Электрический разряд возникает из-за разницы уровня кислорода в атмосфере и выхлопных газах. Рабочая температура циркониевой лямбды от 300 градусов Цельсия, ниже этого значения он просто не заработает. Первые модели таких датчиков нагревались исключительно от тепла выхлопов. Таким образом, элементу требовалось время, и двигатель работал определенный промежуток  вслепую. Благодаря системе подогрева, которая сегодня монтируется внутри кожуха, рабочая температура достигается почти сразу, что особенно актуально в зимнее время. Соответственно, слепой промежуток в современных моделях сведен к минимуму. Главные рабочие элементы циркониевого лямбда-зонда это:

• твердый электролит из диоксида циркония;
• внутренний и внешний электроды;
• защитный колпак с перфорацией;
• нагревательный элемент.

Конструктивно внутренняя часть керамики сообщается с воздухом, а ее внешняя поверхность с отработанными газами. Разница в концентрации молекул кислорода снаружи и внутри формирует сигнальное напряжение в 0,45 В (в этом случае лямбда равна единице). В случае отклонения значений ЭБУ дает команду исполнительным механизмам увеличить или уменьшить подачу топлива в зависимости от показаний.

Титановый датчик кислорода

Такой датчик не сообщается с атмосферой и не генерирует электрический ток. В отличие от циркониевого, титановый снижает свое сопротивление, когда двигатель богат топливом, и увеличивает его, когда топливо обеднено. Рабочая температура титанового лямбда-зонда начинается от 700 градусов Цельсия. Сегодня такие элементы применяют в ограниченном количестве моделей авто, главным образом из-за дороговизны.

Широкополосный лямбда-зонд

Конструктивно такой элемент сложнее двух предыдущих, но зато он точнее. Главное отличие от циркониевого в том, что широкополосный элемент показывает величину обеднения или обогащения смеси, а не просто сам факт отклонения от нужных значений.

Такой лямбда-зонд состоит из двух камер: измерительной и насосной. В первой за счет разного напряжения поддерживается эталонный состав. Отработанные выхлопные газы из коллектора проникают в специальную диффузионную щель, где происходит их дожигание. Далее датчик кислорода измеряет эталонные значения в измерительной камере и показатели из диффузионной щели. Полученные результаты отправляются ЭБУ. Рабочая температура широкополосного датчика не менее 600 градусов Цельсия. Для этого в его конструкции также используется система подогрева.

Признаки неисправности лямбда-зонда

В отличие от масляных и воздушных фильтров датчики кислорода не требуют регулярной замены, но в случае поломки покупка нового элемента неизбежна. В целом это уязвимая деталь. Лямбда все время находится в крайне агрессивной среде: ее поверхность раскалена до высоких температур, на датчик воздействует сильное давление, вибрации, не меньшую роль играет качество топлива и, в частности, присадки в нем. В случае неисправности лямбда-зонда на приборной панели загорается лампочка Check Engine. Чтобы точно диагностировать проблему, специалисты в сервисе считают ошибку, но иногда может помочь простой визуальный осмотр.

Например, сажевые отложения на защитном кожухе характерны для мотора, работающего продолжительное время на переобогащенной смеси. Серый или белый налет указывает на чрезмерное количество присадок в моторном масле и топливе. Блестящие отложения говорят об избытке свинца, который образуется при использовании некачественного топлива.

В среднем производители автомобилей рекомендуют проводить замену кислородных датчиков с интервалом 50–100 тыс. км в зависимости от типа рабочего элемента. Как правило, верхний (установленный до катализатора), выходит из строя быстрее.