Лямбда зонд (кислородный датчик): устройство и принцип работы, неполадки и способ замены

Неисправен лямбда-зонд: причины и ремонт

Лямбда-зонд выходит из строя по различным причинам. Это высокие нагрузки на выхлопную систему машины, повреждение электрической проводки, использование низкокачественного бензина и другие. Ниже рассмотрим основные сценарии возникновения неисправностей, а также узнаем, как эти проблемы с лямбда-зондом разрешаются.

Образование нагара

Одной из популярных причин выхода из строя лямбда-зонда – образование слоя нагара в области активной зоны запчасти. Если двигатель заводить слишком резко, то небольшие порции бензина попадают в выхлопную систему машины и оседают там на поверхности лямбда-зонда. Нагар образуется и по другим причинам – использование низкокачественного топлива, неправильное включение двигателя.

Устанавливается поломка по следующим признакам:

1. Двигатель работает небольшими рывками.
2. Часто пропадает зажигание.
3. Периодически мигает индикатор “Check Engine”.

Статья по теме: Горит Check Engine (ошибка двигателя): причины и лучшие решения проблемы

Чтобы исправить эту проблему, рекомендуется демонтировать старый и поставить новый лямбда-зонд. Также можно попытаться очистить наконечник самостоятельно. Делается это так:

1. Демонтируйте устройство, аккуратно снимите защитный колпачок.
2. Налейте в емкость 80-100 мл ортофосфорной кислоты.
3. Поместите в емкость колпачок, чтобы его край остался снаружи (например, привяжите к чему-либо).
4. Спустя 20-30 минут достаньте датчик, промойте водой и высушите его.
5. Установите обратно наконечник, нанесите защитную пасту и приварите конструкцию (например, методом аргонной сварки).

Перегрев устройства

Лямбда-зонд может временно выходить из строя из-за перегрева выхлопной системы. Ключевое слово здесь “временно” – при повышенной нагрузке начинает мигать кнопка “Check Engine”. Тогда как при нормальной езде такая проблема не наблюдается. Связано это с тем, что на автомобили устанавливаются датчики на циркониевой основе, а такие лямбда-зонды не могут работать при высоких температурах. Это и приводит к выходу из строя прибора.

Устанавливается перегрев по таким признакам:

• Проблема возникает только при высоких нагрузках (езда на высокой скорости, подъем в гору).
• Серьезно растут расходы топлива.
• Ухудшается работа системы разгона и торможения.

Чтобы устранить эту неполадку, рекомендуется демонтировать циркониевый и поставить титановый лямбда-зонд. Иногда это не помогает – например, если автомобильная система в целом не справляется с высокими нагрузками (а не только лямбда-зонд). В таком случае просто снизьте уровень нагрузки, чтобы устранить неполадку (например, ездите более медленно).

Повреждение электропроводки

Еще одной популярной причиной выхода из строя лямбда-зонда является повреждение проводки. Каждое устройство оборудовано электрическими проводами (от 2 до 4), которые передают сигнал на блок управления мотором. В случае повреждения проводки сигнал становится нестабильным, что приводит к разбалансировке работы мотора. Повреждение проводов часто имеет механическую природу (например, водитель попал в ДТП).

Повреждение электрической проводки устанавливается по таким признакам:

• Двигатель работает с перебоями, возможны проблем с зажиганием.
• Заметное увеличение расходов топлива.
• Периодически загорается индикатор “Check Engine”, но потом потухает.

В случае повреждения проводов рекомендуется поставить новый лямбда-зонд. Можно выполнить замену поврежденного участка цепи, если у Вас завалялись провода от старого зонда. Для ремонта старый кислородный датчик демонтируется из системы, потом срезается старый поврежденный элемент (с соединительной вилкой или без). На ее место устанавливается неповрежденная электропроводка от старого лямбда-зонда.

Выход из строя нагревателя

Еще одна причина выхода из строя лямбда-зонда – поломка нагревательного элемента. Поломка нагревателя не всегда выводит из строя ведь зонд. Этот дефект обычно не дает о себе знать при низких нагрузках, однако при средних и высоких нагрузках он проявляет себя. Основные признаки поломки нагревателя:

• При повышенных нагрузках движок начинает глохнуть.
• Повышаются расходы топлива при подъеме на гору или во время быстрой езды.
• Запчасть была куплена давно (примерный пробег – 30-50 тысяч километров).

Нагревательный элемент крепится внутри лямбда-зонда прочно, поэтому разобрать запчасть и достать поврежденный нагреватель сложно. Если у Вас возникла такая проблема, купите новый зонд и поставите его взамен старого. Если не планируете ездить при высоких нагрузках, то замену можно не производить. То есть на поврежденном лямбда-зонде можно ездить до полного выхода из строя.

Диагностика по лямбда зонду

Ведь он может нам многое рассказать о процессах в системе управления двигателем.

Пример №1.

Как я выше писал, лямбда зонд не учитывается во многих режимах работы двигателя. Это касается и разгона, так как в этот момент важна не стехиометрия, а тяговые характеристики двигателя, поэтому экология отбрасывается на задний план и ЭБУ льёт топлива столько, сколько необходимо для успешного разгона.

Но если логически подумать, то хоть лямбда зонд и не учитывается, но сигнал он вырабатывает и мы можем его увидеть.

Так как ЭБУ льет топливо от души, то лямбда зонд должен это показывать, поднявшись максимально вверх и оставаясь там, пока идет разгон. Как на этом графике

Если в Вашем случае лямбда зонд не висит вверху во время интенсивного разгона, как на графике выше, а, наоборот, падает вниз, значит двигателю не хватает топлива

В этом случае обращаем внимание на топливный насос, фильтр, форсунки и т.д. А лучше сразу замерить давление топлива

Пример №2

Это аналогичный пример, только наоборот. Также этот пример разрушает некоторые стереотипы, сложившиеся у людей после некорректного теоретического объяснения – как работает лямбда зонд.

Как объясняют работу лямбда зонда – “исправный датчик должен вырабатывать сигнал от 100 мВ до 900 мВ” Всё! А нужно примерно так – “исправный датчик должен вырабатывать сигнал от 100 мВ до 900 мВ на прогретом двигателе в режиме холостого хода или в режиме частичных нагрузок при установившихся оборотах двигателя”. Чувствуется разница?

Поэтому очень много раз приходилось отвечать на одни и те же вопросы – “Мой лямбда зонд выходит за пределы и опускается до нуля. Новый датчик ведёт себя также. Что делать?”, “Мой лямбда зонд периодически падает до нуля. Замена?”, “Лямбда зонд падает в 0. Это же не нормально?”

Причем, некоторые даже после ответа, что это нормально, всё равно не верят и меняют датчики. Ведь убеждение, что сигнал датчика может быть только 0.1В-0.9В, не позволяет принять реальность.

Вот пример графика, где лямбда зонд показывает 0

Я специально вывел режим работы двигателя. В режиме отсечки (принудительный холостой ход, торможение двигателем) ЭБУ довольно серьезно прикрывает форсунки (вплоть до полного закрытия) и, естественно, кислород в камере сгорания не сгорает. Поэтому лямбда зонд падает в ноль. Он практически не видит разницы между количеством кислорода в выхлопных газах и в окружающей среде.

Поэтому если в режиме отсечки сигнал лямбда зонда болтается где-то в верху, значит необходимо обратить на это внимание и разобраться в этом. Возможно какие-то форсунки не герметичны и огромное разрежение (посмотрите на показания ДАД) в режиме отсечки буквально высасывает топливо из них

А может просто прошлый хозяин автомобиля залил супер-пупер прошивку от очередного “гения калибровок”.

Пример №3

По второму лямбда зонду можно оценить работу катализатора. А также узнать, установлен ли он вообще.

Если сигнал второго лямбда зонда имеет практически ровную линию, то это значит, что катализатор работает

А если сигнал второго лямбда зонда имеет такой же вид, как и сигнал первого лямбда зонда, то это означает, что катализатор не работает либо отсутствует

Вот такие основные выводы можно сделать, посмотрев на графики сигнала лямбда зонда.

В конце отмечу ещё один важный момент. Если у Вас есть подозрения на неисправность лямбда зонда, то лучше посмотреть на его сигнал в режиме “Тест датчика кислорода”. Этот режим позволяет получить из блока управления двигателем только сигнал лямбда зонда. В чем смысл?

А смысл в том, что обмен между ЭБУ и диагностической программой происходит на довольно низкой скорости. И когда параметров очень много, то, естественно, это сказывается на скорости обмена ещё больше.

Поэтому этот режим позволяет вывести на экран только информацию, связанную с лямбда зондом.

Также желательно поднять обороты двигателя до 2000-3000 оборотов в минуту и анализировать график лямбда зонда аналогично приведенным выше примерам.

Всем Мира и ровных дорог!

По теме:

Датчик кислорода: от общего к частному

Прежде всего, нужно идти от общего к частному и понимать работу системы в целом

Только тогда сложится правильное понимание работы этого весьма важного элемента ЭСУД и станут понятны методы диагностики

Чтоб не углубляться в дебри и не перегружать читателя информацией, поведу речь о циркониевом лямбда-зонде, используемом на автомобилях ВАЗ. Желающие разобраться более глубоко могут самостоятельно найти и прочитать материалы про титановые датчики, про широкополосные датчики кислорода (ШДК) и придумать методы их проверки. Мы же поговорим о самом распространенном датчике, знакомом большинству диагностов.

Когда-то очень давно датчик кислорода представлял собой только лишь чувствительный элемент, без какого-либо подогревателя. Нагрев датчика осуществлялся отработанными газами и занимал весьма продолжительное время. Жесткие нормы токсичности требовали быстрого вступления датчика в полноценную работу, вследствие чего лямбда-зонд обзавелся встроенным подогревателем. Поэтому датчик кислорода ВАЗ имеет 4 вывода: два из них — подогреватель, один — масса, еще один — сигнал.

Из всех этих выводов нас интересует только сигнальный.

Форму напряжения на нем можно увидеть двумя способами:

• сканером
• мотортестером, подключив щупы и запустив самописец

Второй вариант предпочтительнее. Почему? Потому, что мотортестер дает возможность оценить не только текущие и пиковые значения, но и форму сигнала, и скорость его изменения. Скорость изменения — это как раз и есть характеристика исправности датчика.

Итак, главное: датчик кислорода реагирует на кислород . Не на состав смеси. Не на угол опережения зажигания. Не на что-либо еще. Только на кислород. Это нужно осознать обязательно.

О физическом принципе работы датчика рассказано во многих книгах, посвященных электронным системам управления двигателем, и мы на нем останавливаться не будем.

На сигнальный вывод датчика с ЭБУ подается опорное напряжение 0.45 В. Чтобы быть полностью уверенным, можно отключить разъем датчика и проверить это напряжение мультиметром или сканером. Все в порядке? Тогда подключаем датчик обратно.

К слову, на старых иномарках опорное напряжение «уплывает», и в итоге нормальная работа зонда и всей системы нарушается. Чаще всего опорное напряжение при отключенном датчике бывает выше необходимых 0.45 В. Проблема решается путем подбора и установки резистора, подтягивающего напряжение к «массе», тем самым возвращая опорное напряжение на необходимый уровень.

Дальше схема работы датчика проста. Если кислорода в газах, омывающих датчик, много, то напряжение на нем упадет ниже опорного 0.45 В, примерно до 0.1В. Если кислорода мало, напряжение станет выше, около 0.8-0.9 В. Прелесть циркониевого датчика в том, что он «перепрыгивает» с низкого на высокое напряжение при таком содержании кислорода в отработанных газах, которое соответствует стехиометрической смеси. Это замечательное его свойство используется для поддержания состава смеси на стехиометрическом уровне.

Как почистить?

Диагностика

Перед тем, как отключить и почистить универсальное устройство, следует правильно произвести диагностику, иначе чистка может быть нецелесообразной. Чтобы наиболее эффективным образом произвести проверку остаточного кислорода, датчик должен быть разогрет минимум до трехсот градусов. В этом случает циркониевый электролит сможет быть проводимым, а благодаря разнице кислорода и атмосферного кислорода на устройстве появляется выходное напряжение. Соответственно, напряжение можно будет проверить только при включенном и прогретом моторе. При несоответствии уровня напряжения следует осуществить замену устройства.

Измерение напряжения производится с помощью осциллографа, так как благодаря этому прибору можно получить наиболее точный результат. После замера напряжения необходимо проверить уровень сопротивления нагревателя устройства, при этом штекер необходимо заранее отключить. Уровень сопротивления должен составлять от 2 до 14 Ом, в этом случае все зависит от производителя.

Перед тем, как поставить диагноз, также следует измерить уровень напряжения, которое подводит к нагревателю лямбда-зонда. Напряжение должно быть не меньше 10.5 вольт, при этом зажигание должно быть включено, а разъем датчика — подключен. В том случае, если напряжение будет более низким, следует также проверить места соединения разъемов, проводов, а также само напряжение АКБ.

Очистка

Определенных технологий по ремонту таких устройств нет, поскольку при выходе из строя регулятор нужно менять на новый. Но перед тем, как поменять универсальный датчик, можно попробовать его почистить. Разумеется, отключение разъемов и чистка будут актуальны только в том случае, если под защитным колпачком лямбда-зонда образовались отложения. Как показывается практика, если отключить разъем и произвести чистку датчика, то в большинстве случаев это помогает избавиться от проблемы (автор видео — Авто новости).

Чистка чувствительного элемента производится с применением ортофосфорной кислоты. Если вы поместите этот элемент в кислоту на 10-20 минут, то это позволит уничтожить все отложения, при этом не воздействуя негативным образом на электроды. Наиболее эффективным вариантом будет отсоединение разъема и чистка элемента после демонтажа защитного колпака, перед этим колпачок нужно снять на токарном станке. Для снятия регулятора можно использовать съемник кислородного датчика, а после очистки его также можно будет промыть.

Когда устройство промыто, его необходимо обработать водой и высушить. В том случае, если прочистка не помогла, то датчик придется менять

При замене важно проследить, чтобы разъемы на регуляторах были идентичные. Если же вы не обращаете внимания на показания, которые предоставляет датчик, ведь устройство может работать некорректно, то можно использовать обманку

Обманка предназначена для монтажа вместо катализатора, благодаря которой можно будет избежать появления ошибок.

Обманка может быть выполнена из бронзы, но размер обманки должен соответствовать размерам катализатора. В обманке необходимо высверлить небольшое отверстие — через него выхлопные газы будут попадать в обманку. В результате концентрация вредных элементов в газах будет снижена, однако при этом блок управления не будет тревожить водителя новыми ошибками, принимая соответствующий сигнал за нормальную работу катализатора.

Неисправный лямбда зонд

Лямбда зонд измеряет уровни кислорода в выхлопных газах, выходящих из двигателя. Эта информация поступает в модуль управления двигателем (PCM) для коррекции соотношения топлива и воздуха в смеси поступающей в цилиндры двигателя. Неисправность датчика кислорода проявляет следующим образом: на приборной панели загорается предупреждение «Check Engine», может увеличиться расход топлива и появится неустойчивая работа двигателя на холостых оборотах.

Сигнал «Check Engine» на приборной панели.Сигнал «Check Engine» — это первая линия защиты. Если он загорелся необходимо обратится в сервис, чтобы узнать какая ошибка зафиксирована в блоке управления

«Check Engine» может загореться по разным причинам, поэтому важно, чтобы диагностику автомобилю сделал профессионал, который может правильно определить точную причину. Если у автомобиля большой пробег, то высока вероятность, что у него плохой датчик кислорода, который нужно заменить. Увеличение расхода топлива.Если у автомобиля большой пробег, то одной из вероятных причин увеличенного расхода топлива может быть лямбда зонд

Со временем датчик кислорода изнашивается (под действием высоких температур и присадок в бензине) и может выдавать некорректные значения. В свою очередь блок управления начнет неправильно корректировать топливовоздушную смесь, что приводит к увеличению расхода. Если вы обнаружили, что расход увеличился, то попросите на СТО провести диагностику лямбда зонда.
Неустойчивая работа двигателя на холостых оборотах.Пропуски воспламенения в цилиндрах.Поскольку датчик кислорода помогает регулировать интервалы зажигания и соотношение воздух/топливо, его неправильная работа может привести к неустойчивой работе мотора и пропускам воспламенения

Увеличение расхода топлива.Если у автомобиля большой пробег, то одной из вероятных причин увеличенного расхода топлива может быть лямбда зонд. Со временем датчик кислорода изнашивается (под действием высоких температур и присадок в бензине) и может выдавать некорректные значения. В свою очередь блок управления начнет неправильно корректировать топливовоздушную смесь, что приводит к увеличению расхода. Если вы обнаружили, что расход увеличился, то попросите на СТО провести диагностику лямбда зонда.
Неустойчивая работа двигателя на холостых оборотах.Пропуски воспламенения в цилиндрах.Поскольку датчик кислорода помогает регулировать интервалы зажигания и соотношение воздух/топливо, его неправильная работа может привести к неустойчивой работе мотора и пропускам воспламенения.

Источник

Принцип работы лямбда-зонда

Как известно, в настоящее время пока ещё не изобретено способов, как повысить КПД технического устройства до 100%. Автомобильный двигатель не является исключением – в этом сложном агрегате существует немало узлов, в которых происходят энергетические потери. В частности, сгорание топливовоздушной смеси в цилиндрах происходит не полностью, о чём свидетельствует наличие в выхлопном газе остатков кислорода и углеводородов.

Так вот, лямбда-зонд как раз и представляет собой датчик, в задачи которого входит определение химсостава выхлопа. А если быть точнее – содержимого в нём кислорода. В норме этот показатель должен находиться в пределах 0.1-0.3%. Увеличение данного значения будет свидетельствовать о переобогащённой смеси, что для ДВС так же плохо, как и работа на обеднённой ТВС.

Лямбда-зонд в большинстве случаев устанавливается в оконечной части системы выпуска отработанных газов, перед и после выпускного коллектора (следует отметить, что вместо обычного глушителя в таких случаях присутствует его модифицированная разновидность – каталитический нейтрализатор).

Разумеется, прогресс не стоит на месте – конструкция лямбда-зонда постоянно совершенствуется. Двухканальная компоновка как более простая в изготовлении характерна для транспортных средств эконом-класса, а также автомобилей, производившихся, начиная с 80-х годов прошлого века. В настоящее время преобладают системы широкополосного типа – такой лямбда-зонд оказывает более положительное воздействие работу двигателя, поскольку умеет определять состав выхлопа с гораздо большей точностью.

Если перечислить, на что влияет лямбда-зонд в машине, то окажется, что улучшение качественного состава ТВС – это отнюдь не самоцель. Благодаря более эффективному горению смеси удаётся заметно увеличить общий ресурс силового агрегата, добиться ощутимого снижения расхода топлива, а также решить проблему нестабильной работы мотора на ХХ.

Если рассмотреть более детально, как работает лямбда-зонд, то оказывается, что он не может формировать однородный сигнал, поскольку сам принцип работы силового агрегата основан на генерации неоднородного количества циклов за единицу времени. Так что можно утверждать, что кислородный датчик в общем случае реагирует на отсутствие стабильности в функционировании мотора, и оповещение об этом бортового компьютера и является основной задачей этого устройства.

Проще говоря, кислородные датчики в режиме реального времени отсылают данные в ЭБУ (вернее, в блок бортового компьютера, специализирующийся на управлении работой топливной системой), а уже там происходит анализ этих данных. Он заключается в усреднении полученной информации и сравнении результата с эталонным значением. В качестве таковой принято считать стехиометрическую топливовоздушную смесь, в которой на 1 объёмную часть горючего приходится 14.7 объёмных частей атмосферного воздуха. Такое соотношение обозначается буквой λ и принимается за единицу. Если лямбда (вот и ответ на вопрос, почему устройство называется лямбда-зондом) меньше единицы – смесь обогащённая, то есть объёмная доля топлива больше единицы. В противном случае говорят об обеднённой ТВС.

ЭБУ корректирует работу топливной системы таким образом, чтобы коэффициент λ всегда был равен единице, благоприятствуя самому эффективному сгоранию топлива и повышению КПД двигателя до максимально возможного значения.

Если отключить лямбда-зонд, даже при идеально настроенном механизме подачи ТВС, со временем он будет сбиваться. А неоптимизированное сгорание горючего – это следующие неприятные моменты:

• перегрев силового агрегата;
• более быстрый износ всех компонентов системы выхлопа, включая каталитический нейтрализатор;
• увеличенный расход технических жидкостей (масла, горючего, ОЖ);
• быстрое прогорание клапанов, поршней, колец;
• заметное снижение мощности (тяги) мотора на всех режимах.

Поэтому так важно поддерживать кислородные датчики в исправном состоянии

Способы диагностики кислородного датчика

Специалисты советуют проверять корректность работы лямбда-зонда каждые 10000 км пробега, даже если проблем в работе устройства не наблюдается.

Диагностику начинают с проверки надёжности соединения клеммы с датчиком и на наличие механических повреждений. Далее выкручивают лямбда-зонд из коллектора и осматривают защитный кожух. Небольшие отложения очищают.

Если в ходе визуального осмотра на защитной трубке датчика кислорода были выявлены следы сажи, сильные белые, серые или блестящие отложения, то лямбда-зонд следует заменить

Как проверить лямбда-зонд мультиметром (тестером)

Проверка датчика на работоспособность проводится по следующим параметрам:

• Напряжение в нагревательной цепи;
• «Опорное» напряжение;
• Состояние нагревателя;
• Сигнал датчика.

Схема подключения к лямбда-зонду в зависимости от его типа

Наличие напряжения в цепи подогрева определяют мультиметром или вольтметром в следующей последовательности:

1. Не снимая разъём с датчика, включают зажигание.
2. Щупы присоединяют к цепи подогрева.
3. Показания на приборе должны совпадать с напряжением на аккумуляторе — 12В.

«+» идёт на датчик от аккумулятора через предохранитель. При его отсутствии прозванивают эту цепь.

«—» поступает от блока управления. Если он не обнаружен, проверяют клеммы цепи «лямбда-зонд — ЭБУ».

Замеры опорного напряжения проводятся теми же аппаратами. Последовательность действий:

1. Включают зажигание.
2. Замеряют напряжение между сигнальным проводом и массой.
3. Прибор должен показать 0,45 В.

Для проверки нагревателя мультиметр выставляют в режим омметра. Этапы диагностики:

1. Снимают разъём с устройства.
2. Замеряют сопротивление между контактами нагревателя.
3. Показания на разных кислородниках различные, но не должны выходить за пределы 2-10 Ом.

Вольтметр или мультиметр используются для проверки сигнала датчика. Для этого:

1. Заводят двигатель.
2. Прогревают его до рабочей температуры.
3. Щупы прибора соединяют с сигнальным проводом и проводом массы.
4. Обороты мотора увеличивают до 3000 об/мин.
5. Следят за замерами напряжения. Должны наблюдаться скачки в диапазоне от 0,1 В до 0,9 В.

Если хотя бы при одной из проверок показатели разнятся от нормы, датчик неисправен и нуждается в замене.

Видео: проверка лямбда-зонда тестером

Проверка осциллографом

Главным преимуществом данной диагностики лямбда-зонда перед проверкой вольтметром и мультиметром является фиксация времени между однотипными изменениями выходного напряжения. Оно не должно превышать 120 мс.

1. Щуп прибора подключают к сигнальному проводу.
2. Мотор прогревают до рабочей температуры.
3. Обороты двигателя повышают до 2000-2600 об/мин.
4. По показаниям осциллографа определяют работоспособность кислородного датчика.

Диагностика осциллографом даёт наиболее полную картину работы лямбда-зонда

Превышение временного показателя или пересечение пределов напряжения нижнего 0,1 В и верхнего 0,9 В говорит о неисправном кислородном датчике.

Видео: диагностика датчика кислорода осциллографом

Другие способы проверки

Если в автомобиле есть бортовая система, то по сигналу «CHECK ENGINE», выдающему определённую ошибку, можно диагностировать состояние лямбда-зонда.

Перечень ошибок лямбда-зонда

Чтобы лямбда-зонд работал долго и эффективно, необходимо заправлять автомобиль только качественным топливом. Плановая и своевременная диагностика датчика кислорода поможет вовремя обнаружить его неисправность. Эта мера способна продлить срок эксплуатации не только самого датчика, но и катализатора.