Лямбда зонд. Его назначение в системе питания автомобиля
Инжекторная система питания автомобиля является более экономичной и эффективной, чем карбюраторная. Достигается это за счет полного контроля за подачей топлива и воздуха, которое осуществляется рядом датчиков. Они выполняют проверку рабочих параметров, передают их на электронный блок, который анализирует и на их основе корректирует работу всей системы.
Причем датчики для обеспечения полной информации о работе системы устанавливаются не только на впуске (количества топлива, воздуха), но и в выпускной системе. В ней используется всего один датчик, но от его работы зависит, какое количество воздуха будет подаваться в цилиндры. Он так и называется – датчик кислорода, другое название — лямбда-зонд. Само название «лямбда» происходит от греческого символа λ. В автомобилестроении данным символом обозначается коэффициент остатка воздуха в горючей смеси.
Зачем нужен лямбда зонд в машине?
Основная задача этого датчика кислорода – оценка количества несгоревшего кислорода в отработанных газах.
Дело в том, что самое эффективное сгорание топливовоздушной смеси достигается при определенном соотношении топлива и воздуха — одна часть бензина должно смешиваться с 14,7 частями воздуха.
Если топливовоздушная смесь будет обедненной, то содержание воздуха будет увеличенным, и наоборот – обогащенная смесь обеспечит меньшее процентное содержание кислорода в выхлопных газах. А это уже сказывается на мощности, расходе, приемистости.
А поскольку двигатель работает на разных режимах, поэтому такое соотношение далеко не всегда соблюдается. Чтобы была возможность контролировать количество подаваемого воздуха, в систему питания и включен лямбда-зонд.
На основе показаний этого датчика электронный блок оценивает качество топливовоздушной смеси и при обнаружении несоответствия нормам – корректирует работу системы, обеспечивая подачу оптимальной смеси путем подачи сигнала на форсунки, которые увеличивают или уменьшают количество впрыскиваемого топлива.
Устройство и принцип работы лямбда зонда
Принцип вроде и прост, но реализация его — не такая уж и легкая.
Этот датчик должен с чем-то сравнивать полученные результаты, чтобы «понять», что произошло изменение процента кислорода.
Поэтому он делает замеры в двух местах – атмосферный воздух и тот, что остался после сгорания смеси.
Это позволяет ему «почувствовать» разницу при изменении соотношения топливовоздушной смеси.
При этом на электронный блок должен подаваться электрический сигнал.
Для этого лямбда-зонду необходимо преобразовать результаты замеров в импульс, который будет подаваться на ЭБУ.
Для проведения замеров концентрации кислорода в атмосфере и в выхлопных газах, используется два электрода, вступающих в реакцию с ним.
То есть в работе этого датчика задействован принцип гальванического элемента, при котором смена параметров химической реакции влечет за собой изменение напряжения между электродами датчика. Так, при обогащенной смеси, когда процент кислорода – меньше, напряжение возрастает, а при обеднении – снижается.
Полученный в результате химической реакции электрический импульс подается на ЭБУ, параметры которого он сравнивает с прописанными в своей памяти и в результате этого производит корректировку работы системы питания.
Используя для работы химические реакции, лямбда-зонд не является сложным по конструкции.
Основным его элементом выступает керамический наконечник, изготовленный из диоксида циркония (реже – диоксида титана) с платиновым покрытием, которое и выступает в роли электродов, вступающих в реакцию.
Одной своей стороной наконечник контактирует с атмосферой, а другой – с выхлопными газами.
Лямбда зонд с подогревом
Особенность работы такого керамического наконечника заключается в том, что произведение эффективных замеров остаточного процента кислорода выполняется только при определенном температурном режиме. Чтобы наконечник обрел необходимую проводимость, необходима температура в 300-400 °С
Чтобы обеспечить необходимый температурный режим изначально этот датчик устанавливали ближе к выпускному коллектору, что обеспечивало достижение необходимой температуры по мере прогрева силовой установки.
Видео: Как подключить лямбда зонд с подогревом
Использование двух и более датчиков
Сейчас многие автомобили, чтобы повысить их экологичность, используют каталитические нейтрализаторы, что позволяет снизить вредные выбросы в атмосферу. При этом выхлопная система оснащается не одним, а двумя и более кислородными датчиками.
В такой выхлопной системе эти датчики производят не только замер остаточного кислорода, но еще и оценивают эффективность работы нейтрализатора. Один из датчиков устанавливается перед катализатором, а второй – за ним. Это позволяет на основании сравнения показаний двух лямбда-зондов понять, выполняется ли нейтрализация вредных веществ.
С одной стороны, такая система позволяет меньше загрязнять окружающую среду, но с другой – она очень «капризна». Одна-две заправки некачественным бензином запросто может испортить нейтрализатор. А это уже скажется на показаниях кислородных датчиков, и как следствие – на работе всей системы питания.
К тому же даже при соблюдении всех условий эксплуатации авто, нейтрализатор выйдет из строя, поскольку у него имеется свой ресурс, после которого он подлежит замене, чтобы восстановить нормальную работоспособность системы питания. А поскольку замена – «удовольствие» дорогостоящее, то на выручку приходят разные хитрости.
Многие просто вырезают нейтрализатор, а на его место устанавливают пламегаситель – обычный отрезок трубы необходимого диаметра. А чтобы получить разницу в показаниях двух датчиков, используют так называемую обманку на лямбда зонд – специальную проставку, устанавливаемую на второй лямбда-зонд.
Эта обманка просто удаляет наконечник от потока выхлопных газов, что влияет на его показания. За счет этого и достигается разница, которую ЭБУ воспринимает как работу катализатора.
Конструкция и принцип работы кислородного датчика
Конструкция датчика кислорода на основе диоксида циркония (ZrO2)
- Наружный электрод — осуществляет контакт с выхлопными газами.
- Внутренний электрод — контактирует с атмосферой.
- Нагревательный элемент — используется для подогрева кислородного датчика и более быстрого вывода его на рабочую температуру (около 300 °C).
- Твердый электролит — расположен между двумя электродами (диоксид циркония).
- Корпус.
- Защитный кожух наконечника — имеет специальные отверстия (перфорацию) для проникновения отработавших газов.
Устройство наконечника лямбда-зонда
Внешний и внутренний электроды покрыты платиновым напылением. Принцип работы такого лямбда зонда основан на возникновении разности потенциалов между слоями платины (электроды), которые чувствительны к кислороду. Она возникает при нагревании электролита, когда через него происходит движение ионов кислорода от атмосферного воздуха и выхлопных газов. Напряжение, возникающее на электродах датчика, зависит от концентрации кислорода в отработавших газах. Чем она выше, тем ниже напряжение. Диапазон напряжений сигнала кислородного датчика находится в пределах от 100 до 900 мВ. Сигнал имеет синусоидальную форму, у которой выделяются три области: от 100 до 450 мВ — бедная смесь, от 450 до 900 мВ — богатая смесь, значение 450 мВ соответствует стехиометрическому составу топливовоздушной смеси.
Где находится?
Устанавливается широкополосный лямбда-зонд в выхлопной системе.
В зависимости от типа автомобиля, в конструкции может использоваться один или несколько таких датчиков.
Так, первый устанавливается до катализатора, второй – после него.
Внешне его можно увидеть не всегда. Но в любом случае данный элемент будет выглядеть как некая форсунка, что торчит из трубы со жгутом проводов.
Устройство
Конструкция данного механизма предполагает наличие следующих элементов:
- Металлический корпус с резьбой.
- Электрический нагреватель.
- Наконечник.
- Защитный экран.
- Токопроводящий контакт.
- Уплотнительная манжета для провода.
- Изолятор.
В основе механизма лежат два чувствительных электрода. Внешний имеет платиновое напыление, благодаря которому электрод сильно чувствителен к кислороду. Внутренний же изготовлен из циркония. Устанавливается датчик таким образом, чтобы сквозь него проходили отработанные газы. Внешний электрод улавливает О2, после чего измеряется потенциал между двумя наконечниками. Чем он выше, тем больше кислорода в системе.
Широкополосный датчик кислорода являет собой усовершенствованную конструкцию двухконтактного механизма. Отметим, что потенциал разницы измеряется под воздействием определенной силы тока.
Принцип работы и устройство циркониевого лямбда-зонда
Циркониевая лямбда выполнена аналогично титановой. Из внешних признаков разница возможна в количестве проводов (у титановой один провод точно всегда идет на подогрев, у циркониевой подогрев необязателен) и в отверстии в защитном экране для атмосферного воздуха.
Внутри находится чувствительный элемент с платиновыми электродами, один электрод расположен в среде выхопных газов, второй в атмосферном воздухе. Пространство между защитным наконечником и электродом наполнено пористой керамикой на основе циркония. Она является твердым электролитом, проводящим ионы кислорода.
После прогрева циркониевой лямбды до рабочей температуры (300-400 градусов) между электродами возникает напряжение, величина которого определяется разностью содержания кислорода в атмосферном воздухе и в отработавших выхлопных газах. Т.е. чем больше концентрация кислорода в выхлопных газах, тем меньше выходное напряжение циркониевого лямбда-зонда.
Основные типы устройств
Сегодня можно выделить несколько типов кислородных датчиков. Все они могут отличаться по нескольким критериям:
- по числу проводов — от 1 до 6;
- по организации сенсорного элемента (есть два вида — пластинчатые и пальчиковые);
- по крепежу в выхлопной трубе — фланцевые или на резьбе;
- по диапазону измерений параметра лямбды — широкополосные (измерение производится в диапазоне от 0.7 до 1.6) или узкополосные, контролирующие уровень лямбда на уровне выше единицы.
Каждый из типов устройств имеет свои особенности.
Основные виды лямбда-зондов
В конструкции современного автомобиля могут присутствовать следующие лямбда-зонды:
1. Циркониевый
Изготовленный из керамики и циркония наконечник со всех сторон покрыт защитными пластинами из пористых платиновых электродов, которые выполняют роль проводников тока. Стоит отметить, что свойства электролита активизируются только при нагреве диоксида циркония выше +350 °C. Получается, что лямбда-зонд будет выдавать ошибку, если не прогреется до определенной температуры. Быстрый нагрев устройства осуществляется благодаря встроенной нагревательной конструкции с керамическим изолятором.
Посредством прохождения через небольшие просветы в защитном кожухе выхлопные газы поступают к наружной части наконечника. Воздух, в свою очередь, проникает внутрь датчика через специальную пройму в корпусе устройства или пористую уплотнительную крышку.
Разница потенциалов формируется благодаря перемещению ионов кислорода по электролиту между наружным и внутренним платиновыми электродами.
Напряжение на электродах обратно пропорционально объемам кислорода в выхлопной системе.
При наличии оповещения, поступающего от датчика, блок управления выравнивает содержание компонентов топливовоздушной смеси. Напряжение, поступающее от лямбда-зонда, каждую секунду меняется по несколько раз, что позволяет оптимизировать состав смеси независимо от режима работы ДВС.
В зависимости от количества проводов лямбда-зонды из циркония делятся на несколько групп:
- однопроводные – оснащены одним сигнальный проводом, при этом контакт на массу осуществляется через корпус;
- двухпроводные – имеют сигнальный и заземляющий провода;
- трех- и четырехпроводные – подразумевают наличие системы нагрева, а также подведенных к ней управляющих и заземляющих проводов.
2. Титановый
Внешне схож с циркониевым, но в данном случае чувствительная деталь датчика изготовлена из диоксида титана. Объемное сопротивление устройства меняется с учетом изменения количества кислорода в смеси: от 1 кОм при богатой смеси до более 20 кОм при бедной. Вместе с этим меняется проводимость титанового элемента, о чем лямбда-зонд сообщает блоку управления. Эффективность датчика рассматриваемого вида достигается только при температуре +700 °C, поэтому без нагревательного элемента здесь не обойтись.
Титановый лямбда-зонд имеет высокую цену и сложную конструкцию, что отрицательно сказывается на популярности данных устройств.
3. Широкополосный
В отличие от вышеописанных моделей, широкополосные приборы имеют конструкцию, состоящую из двух камер: измерительной и насосной.
В измерительном отсеке поддерживается такой состав газов, при котором лямбда равна единице. Что касается насосной камеры: если мотор работает на бедной смеси, камера убирает лишний кислород из диффузионного зазора в атмосферу, а если на богатой – пополняет диффузионное отверстие недостающим кислородом из внешней среды. Направление тока для перемещения кислорода в разные стороны меняется, а его величина пропорциональна объемам бесцветного газа.
Нормальное функционирование широполосных датчиков возможно при температуре +600 °C, что достигается за счет работы нагревательного элемента в датчике.
Широкополосные датчики кислорода детектируют лямбду от 0,7 до 1,6.
Где находится лямбда-зонд и сколько их в автомобиле
Для того чтобы определить точное количество датчиков кислорода в вашем автомобиле, можно обратиться за помощью в автосервис, где после специальной диагностики вам выдадут снимок днища машины с отмеченными на нем лямбда-зондами. Но если вы хотите сэкономить свои средства, мы расскажем, где искать лямбда-зонд и как установить количество датчиков самостоятельно.
Стоит отметить, что лямбда-зонды устанавливаются и под капотом автомобиля, и под днищем.
Для начала нужно определиться с точным годом выпуска автомобиля. Если ваше транспортное средство изготавливали еще в XX веке, то, скорее всего, у него имеется только один лямбда-зонд. Более современные модели авто, как правило, оснащены двумя или четырьмя датчиками.
Оставить комментарий: