Лямбда зонд — типы, устройство, диагностика

Типы лямбда-зондов, устройство, принцип действия, причины и признаки неисправности? Как определить неисправность датчика кислорода по внешнему виду. Методы проверки лямбда зонда осциллографом, мультиметром, тестером, как правилно  подключить лямбда-зонд, назначение проводов.

Правильно писать: лямбда.

Коротко что такое лямбда-зонд: Лямбда-зонд — это датчик выхлопной системы, который определяет остаток кислорода в выхлопных газах. Зачем нужен? Лямбда-зонд передает сигнал блоку управления двигателем (ЭБУ) для управления соотношением топливо-воздушной смеси. 

Функции и принцип действия датчика лямбда.

Для обеспечения идеального коэффициента конверсии каталитического нейтрализатора требуется обеспечить оптимальное сгорание топливо-воздушной смеси. В случае бензинового двигателя это достигается при соотношении воздух-топливо, равном 14,7 кг воздуха на 1 кг топлива, такой состав называется стехиометрическая топливная смесь.

Стехиометрическая смесь — это состав смеси в таких пропорциях топлива и воздуха, при которых происходит полное сгорание смеси без остатка избыточного кислорода. Теоретический коэффициент избытка воздуха топливной стехиометрической смеси равен единице. 

Эта оптимальная смесь обозначается греческой буквой λ (лямбда). Лямбда используется для выражения соотношения воздуха между теоретическим потреблением воздуха и фактическим потоком воздуха:

λ = поток подаваемого воздуха: теоретический поток воздуха равен единице.

λ = 14,7 кг: 14,7 кг = 1

Принцип лямбда-датчика основан на измерении сравнения кислорода. Это означает, что оставшееся содержание кислорода в выхлопных газах (приблизительно 0,3–3%) сравнивается с содержанием кислорода в окружающем воздухе (около 20,8%).

Если остаточное содержание кислорода в выхлопных газах составляет 3% (обедненная смесь), возникает напряжение 0,1 V из-за разницы по сравнению с содержанием кислорода в окружающем воздухе.

Если оставшееся содержание кислорода составляет менее 3% (богатая смесь), напряжение датчика возрастает до 0,9 V пропорционально увеличению разницы. Содержание оставшегося кислорода измеряется с помощью нескольких лямбда-зондов.

Исправность лямбда-зондов обычно проверяют во время испытания на выбросы выхлопных газов. Поскольку он подвержен определенному износу, его следует регулярно проверять, чтобы убедиться, что он работает должным образом. 

Как часто нужно проверять лямбда-зонд? Ответ: приблизительно каждые 30 000 км, например, при проведении техобслуживания в автосервисе.

За ужесточением законов, направленных на сокращение выбросов выхлопных газов, последовало усовершенствование технологии последующей обработки выхлопных газов.

Типы лямбда датчиков.

Какие бывают лямбда зонды и чем отличаются? Существует два типа датчиков лямбда — платиновый и титановый. Отличаются принципом определения количества не сгоревшего кислорода в выхлопных газах — по изменению сопротивления или по скачку напряжения.  

Лямбда датчик на принципе скачка напряжения.

Этот зонд состоит из полого керамического элемента из диоксида циркония в форме пальца. Характерной особенностью этого твердого электролита является то, что он проницаем для ионов кислорода при температуре выше 300 ° С. Обе стороны керамики покрыты тонким пористым слоем платины, который служит электродом. Выбросы отработавших газов проходят снаружи керамического элемента, а внутренняя часть заполнена эталонным воздухом.

лямбда зонд на принципе скачка напряжения из диоксида циркония

лямбда зонд на основе диоксида циркония схема как устроен

Схема строения лямбда зонда из диоксида циркония

Свойства керамического элемента означают, что разная концентрация кислорода с обеих сторон вызывает миграцию ионов кислорода, что, в свою очередь, создает напряжение. Это напряжение используется в качестве сигнала для блока управления двигателем, который регулирует соотношение воздух-топливо на впрыск в зависимости от содержания остаточного кислорода в выхлопных газах.

Этот процесс измерения остатка кислорода в выхлопных газах повторяется несколько раз в секунду на основе чего создается более богатая топливом или бедная топливная смесь.

Лямбда датчик на принципе изменения сопротивления

В датчиках этого типа керамический элемент изготовлен из диоксида титана с использованием многослойной толстопленочной технологии. Одним из свойств диоксида титана является то, что его сопротивление изменяется пропорционально концентрации кислорода в выбросах выхлопных газов. При более высоком содержании кислорода (обедненная смесь λ> 1) он менее проводящий (сопротивление увеличивается), а при более низком содержании кислорода (обогащенная смесь λ <1) он становится более проводящим (сопротивление уменьшается). Этот датчик не требует эталонного воздуха, но должен запитываться напряжением 5 В от блока управления через комбинацию резисторов. Сигнал, необходимый для блока управления, генерируется падением напряжения на резисторах.

датчик кислорода на принципе скачка сопротивления

лямбда зонд на основе диоксида титана

Лямбда зонд из диоксида титана работает по принципу скачка сопротивления. Изображение в разрезе

 

Обе измерительные ячейки собраны в одинаковом корпусе. Защитная трубка предотвращает повреждение измерительных ячеек, находящихся в прямом потоке выхлопных газов.

Подогрев лямбда зонда.

Первые лямбда-датчики не нагревались, поэтому их необходимо было устанавливать рядом с двигателем, чтобы максимально быстро достичь их рабочей температуры. В настоящее время лямбда-датчики имеют встроенную функцию предварительного подогрева. Это означает, что датчики также могут быть установлены вдали от двигателя.

Преимущества нагрева датчика лямбда:

Зонд не подвергается высокой тепловой нагрузке. Нагрев датчика позволяет достичь своей рабочей температуры в короткий промежуток, сводя к минимуму время, пока лямбда-контроль не активен. Чрезмерное охлаждение предотвращается в режиме ожидания, когда температура выхлопных газов не высока. Нагретые лямбда-датчики имеют более короткое время отклика, что положительно влияет на скорость управления.

Широкополосный лямбда зонд

Обычный лямбда-датчик отображает богатую или обедненную смесь в диапазоне λ = 1. Широкополосный лямбда-датчик позволяет измерять точное соотношение воздуха как в обедненном (λ> 1), так и в обогащенном (λ <1) диапазонах. Он выдает точный электрический сигнал и поэтому может контролировать любые соотносимые значения, например, для дизельных двигателей, бензиновых двигателей с обедненной смесью, газовых двигателей и газовых обогревателей. Как и в случае обычного зонда, широкополосный лямбда-датчик оснащен эталонным воздухом. У такого датчика есть вторая ячейка: ячейка электрохимического насоса.

Датчик кислорода лямбда зонд широкополосный. Принципиальная схема.

Датчик кислородный — лямбда зонд широкополосный. Принципиальная схема.

широкополосный кислородный датчик лямбда

 

Выбросы выхлопных газов попадают в зону измерения через небольшое отверстие в ячейке насоса, известное как диффузионное отверстие или диффузный канал. Для установления соотношения воздуха (λ), концентрация поступившего кислорода сравнивается с концентрацией кислорода в эталонном воздухе. Чтобы получить измеримый сигнал для блока управления, на ячейку насоса подается напряжение. При этом напряжении кислород может закачиваться из выхлопных газов в диффузионный канал или удаляться из него. Блок управления регулирует напряжение накачки таким образом, что соотношение газа постоянно составляет λ = 1 в диффузионном канале. Если смесь бедна, кислород откачивается наружу через насосную ячейку. Результатом этого является положительный ток накачки. Если смесь обогащена, кислород закачивается внутрь из эталонного воздуха. Отрицательный ток накачки является результатом этого. При λ = 1 в диффузионном канале кислород не транспортируется, ток накачки равен нулю. Этот ток насоса оценивается блоком управления, обеспечивая соотношение воздуха и, таким образом, корректирует соотношение смеси воздух-топливо.

Использование нескольких лямбда датчиков

С момента введения EOBD, появилась возможность контролировать работу каталитического нейтрализатора. Для этого за каталитическим нейтрализатором установлен дополнительный лямбда-зонд. Это используется для определения способности каталитического нейтрализатора накапливать кислород.

Использование нескольких датчиков кислорода

Функция зонда расположенного за катализатором такая же, как у первого лямбда зонда, установленного в начале выхлопного потока за выпускным коллектором. Амплитуды напряжений лямбда-датчиков сравниваются в ЭБУ. Амплитуда напряжения на втором лямбда зонде очень мала из-за способности каталитического нейтрализатора накапливать кислород. Чем ниже емкость катализатора, тем выше амплитуды напряжения на выходном датчике из-за повышенного содержания кислорода.

Высоты амплитуд на задней лямбде зависят от фактической ёмкости каталитического нейтрализатора, которая варьируется в зависимости от нагрузки и скорости. Поэтому условие нагрузки и скорость учитываются при сравнении амплитуд зондов. Если амплитуды напряжения обоих зондов все еще примерно одинаковы, накопительная емкость каталитического нейтрализатора достигнута, иными словами катализатор неисправен и подлежит замене или удалению.

НЕИСПРАВНОСТЬ КИСЛОРОДНОГО ДАТЧИКА ЛЯМБДЫ: СИМПТОМЫ

Признаками неисправности лямбда-датчика вместе или по отдельности могут быть следующие симптомы:

  • Высокий расход топлива.
  • Плохая работа двигателя.
  • Выброс едких выхлопных газов.
  • Загорается контрольная лампа двигателя — «check engine».
  • Код ошибки сохраняется даже после удаления ошибки сканером.

 

ВЛИЯНИЕ НЕИСПРАВНОСТИ КИСЛОРОДНОГО ДАТЧИКА ЛЯМБДА: ПРИЧИНА ОТКАЗА

Существует несколько причин, по которым лямбда датчик может выйти из строя:

  • Внутренние и внешние замыкания лямбда зонда.
  • Нет заземления / напряжения.
  • Перегрев зонда.
  • Нагар / загрязнение.
  • Механическое повреждение датчика
  • Использование этилированного топлива / присадок

Существует ряд типичных неисправностей лямбда-датчиков, которые происходят наиболее. В следующем списке приведены причины неисправностей выявленных в результате диагностики:

Неисправности лямбда датчика Причины
Защитная трубка или корпус зонда забиты остатками масла Несгоревшее масло попало в выхлопную систему, например, из-за неисправных поршневых колец или маслосъёмных колпачков
Нет доступа к эталонному воздуху, воздух не поступает. Зонд установлен неправильно, контрольное отверстие для воздуха заблокировано
Повреждение в результате перегрева Температура превысила 950 °C из-за неправильно выставленного зажигания или проблемы с регулировкой клапанов
Плохое соединение на контактах Окисление проводов датчика
Обрыв проводки Плохо проложенные провода, перетирание кабеля, укусы грызунов
Отсутствие заземления Окисление, коррозия в выхлопной системе
Механические повреждения При установке перетянут датчик. Момент затяжки превышен.
Химическое старение Частые непродолжительные поездки
Свинцовые отложения Использование этилированного топлива

Диагностика неисправностей для датчика кислорода Лямбда: основные принципы

Автомобили, оснащенные системой самодиагностики, могут обнаруживать неисправности, возникающие в цепи управления, и сохранять их в памяти неисправностей. Обычно это отображается через индикаторную лампу двигателя — «чек», «check engine». Память неисправностей затем может быть считана с помощью сканера через разъём OBD-2. Однако некоторые системы не могут определить, относится ли эта неисправность к неисправному датчику или это неисправность кабеля. В таком случае дальнейшие испытания должны быть выполнены механиком в автосервисе.

Для более точной диагностики через EOBD, мониторинг при компьютерной диагностике лямбда-датчика был расширен, чтобы считывать следующие пункты диагностики:

  • Разомкнутая цепь;
  • Эксплуатационная готовность;
  • Короткое замыкание на массу блока управления;
  • Короткое замыкание на плюс;
  • Обрыв кабеля и срок службы датчика кислорода лямбда.

Для диагностики сигналов от лямбда-датчика блок управления использует форму частоты сигнала. Для этого блок управления рассчитывает следующие данные:

  • Максимальное и минимальное обнаруженное значение напряжения датчика кислорода;
  • Время между положительным и отрицательным положением,
  • Лямбда-контроллер, регулирующий соотношение в топливо-воздушной смеси — богатая или бедная;
  • Определение порога лямбда-контроля,
  • Напряжение датчика и длительность периода.

О чем говорят максимальные и минимальные напряжения датчика кислорода?

При запуске двигателя все старые максимальные / минимальные значения в электронном блоке управления удаляются. Во время работы минимальные / максимальные значения отображаются в определенном диапазоне нагрузки / скорости

диагностика датчика с помощью осцилографа

Амплитуда напряжения датчика: максимальное и минимальное значение больше не достигается, обнаружение насыщенности / обеднения топливной смеси больше невозможно.

 

Время отклика на изменение напряжения

Если напряжение датчика превышает контрольный порог, начинается измерение времени реакции между положительным и отрицательным состоянием. Если напряжение датчика не достигает контрольного порога, измерение времени прекращается. Период времени между началом и концом измерения времени измеряется счетчиком.

Время отклика датчика на изменение напряжения

Время отклика: если датчик реагирует слишком медленно на изменение состава смеси то не отображает состояние в нужное время.

 

Определение старого или загрязненного лямбда зонда

Кислородный датчик может быть неисправен  если он старый, выработал ресурс или загрязнен, например, присадками к топливу. Это можно определить при диагностике зонда. Сигнал лямбда зонда сравнивается с сохраненным шаблоном. Медленный зонд определяется как неисправность, например, через длительность периода сигнала.

Определение старого или загрязненного лямбда зонда

Время отклика: частота зонда слишком низкая, оптимальное управление больше невозможно.

 

Как проверить лямбда зонд осцилографом, мультиметром, тестером датчика кислорода, анализатором выхлопных газов: устранение неисправностей.

Как основной принцип, перед каждой проверкой должен проводиться визуальный осмотр, чтобы убедиться в отсутствии повреждений кабеля или разъема. Система выпуска не должна иметь утечек.

Для подключения диагностического устройства рекомендуется использовать переходной кабель. Также необходимо убедиться, что лямбда-контроль не активен в некоторых рабочих состояниях, например во время холодного запуска до достижения рабочей температуры и при полной нагрузке.

  1. Проверка лямбда зонда анализатором выхлопных газов

Одним из самых быстрых и простых тестов является измерение с помощью четырехгазового анализатора выбросов.

 

Процедура проверки датчика выполняется так же, как испытание на выбросы выхлопных газов. При достижении двигателем рабочей температуры, то путем снятия шланга примешивается ложный воздух в качестве переменной возмущения. В результате изменения состава выхлопных газов также изменяется значение лямбда, которое рассчитывается и отображается тестером выхлопных газов. Система образования смеси должна определять это по определенному значению и регулировать его в течение определенного времени (60 секунд, как в тесте на выбросы выхлопных газов). Если переменная примешенного воздуха удалена, значение лямбды должно уменьшиться до исходного значения.

Для получения верных значений необходимо знать значения лямбды производителя, а также соблюдать условия подключения примешиваемого воздуха.

Однако эта диагностика датчика кислорода лямбда определяет только — работает ли лямбда-контроль. Электрический тест невозможен. При этой процедуре существует риск, что современные системы управления двигателем контролируют смесь посредством точного определения нагрузки, так чтобы λ = 1, несмотря на то, что лямбда-контроль не работает.

2. Диагностика лямбда-зонда мультиметром.

Для проверки датчика кислорода рекомендуется пользоваться только высокоимпедансным мультиметром с цифровым или аналоговым дисплеем.

Проверка лямбда-зонда мультиметром

Мультиметры с низким внутренним сопротивлением (в основном в аналоговых устройствах) перегружают сигнал лямбда-датчика и могут привести к его поломке. Из-за быстро меняющегося напряжения сигнал лучше всего наблюдать с помощью аналогового устройства.

Мультиметр подключается параллельно сигнальной линии (черный кабель, см. Принципиальную схему) лямбда-датчика. Диапазон измерения мультиметра установить на 1 V или 2 V. После того, как двигатель запущен, на дисплее появляется значение в диапазоне от 0,4 — 0,6 V (опорное напряжение). Если рабочая температура двигателя или лямбда-датчика достигнута, постоянное напряжение начинает меняться от 0,1 В до 0,9 В.

Для достижения наиболее точных результатов измерений датчика кислорода, двигатель должен удерживать обороты примерно 2500 об / мин. Таким образом рабочая температура лямбда зонда будет достигнута даже в системах с лямбда-датчиком без подогрева. Важно, чтобы на холостом ходе температура выхлопных газов была достаточной, иначе не прогретый лямбда датчик остынет и сигнал будет неверный.

Осторожно!!! Ни в коем случае не используйте омметр на циркониевом датчике -это может привести к его повреждению, вплоть до выхода из строя.

3. Проверка лямбда зонда осциллографом.

Сигнал лямбда-датчика лучше всего изображать с помощью осциллографа. Как при проверке зонда с помощью мультиметра, основным предварительным условием является то, что двигатель или лямбда-датчик должны иметь рабочую температуру.

Проверка датчика кислорода осциллографом

Осциллограф подключен к сигнальной линии кислородного зонда. Диапазон измерения зависит от используемого осциллографа. Если устройство имеет автоматическое обнаружение сигнала, то это упрощает предварительную настройку. Для ручной регулировки установите диапазон напряжения: 1 — 5 В, а время: 1 — 2 секунды.

Частота вращения двигателя должна также удерживаться на 2500 об / мин.

Переменное напряжение на дисплее осциллографа выглядит в форме синусоиды. По этому сигналу можно оценить следующие параметры:

  • Высота амплитуды (максимальное и минимальное напряжение 0,1 — 0,9 V);
  • Время отклика и продолжительность периода (частота около 0,5 — 4 Гц).

4. Проверка лямбда зонда тестером датчиков лямбда.

Различные производители предлагают специальные тестеры для проверки лямбда-датчиков. На устройстве работа лямбда-датчика отображается с помощью LED светодиодов.

Проверка датчика лямбда тестером

Тестер лямбда зонда подключен к сигнальной линии зонда так же, как мультиметр или осциллограф. После того, как датчик кислорода достиг рабочей температуры и начинает работать, светодиоды отображают значения на шкале, в зависимости от соотношения воздух-топливо и кривой напряжения (0,1 — 0,9 V) датчика.

Здесь все технические характеристики настроек измерительного устройства для измерения напряжения относятся к датчикам диоксида циркония (датчикам скачков напряжения). Для диоксида титана диапазон измерения напряжения изменяется до 0 — 10 V, а измеряемые скачки напряжения — от 0,1 до 5 В.

5. Проверка состояния защитной трубки

В первую очередь необходимо изучить спецификации производителя, так как именно в инструкции изготовителя указаны условия эксплуатации, которые должны соблюдаться как основной принцип. Наряду с электронными проверками состояние защитной трубки лямбда зонда автомобиля дает важную информацию о работоспособности датчика.

Признаки, причины и устранение неисправностей лямбда зонда при проверке осмотром его состояния:

  1. Защитный кожух лямбда зонда сильно закопчен сажей
    Причина:
    Двигатель работает на слишком богатой смеси
    Устранение: Необходимо заменить зонд и устранить причину чрезмерно богатой смеси, чтобы предотвратить повторное загрязнение зонда.
  2. Блестящие депозиты на защитной трубе
    Причина:
    Использование этилированного топлива
    Устранение: Свинец разрушает элемент зонда. Необходимо заменить датчик и проверить каталитический нейтрализатор. Замените этилированное топливо неэтилированным топливом. Выясните какие АЗС на пути регулярных поездок продают качественное топливо.
  3. Налет белого или серого цвета на датчике кислорода
    Причина: Двигатель сжигает масло, дополнительные присадки в топливе.
    Устранение: Необходимо заменить зонд и устранить причину сгорания масла.
  4. Неправильная установка лямбда зонда
    Причина:
    Недостаточно опыта, не читал инструкцию, кривые руки. Во время монтажа необходимо использовать предписанный специальный инструмент и соблюдать момент затяжки.
    Устранение:
    Заменить лямбда датчик на новый или рабочий.

6. Проверка функции нагрева лямбда зонда. Устранение неисправности.

Для проверки нагревательного элемента питания лямбда зонда можно проверить внутреннее сопротивление и напряжение питания.

 

Для этого отсоедините разъем от лямбда-датчика. Со стороны лямбда-датчика используйте омметр для измерения сопротивления на обоих проводах нагревательного элемента. Сопротивление должно быть от 2 до 14 Ом. На стороне автомобиля используйте вольтметр для измерения напряжения питания. Напряжение должно быть больше 10,5 V (бортовое напряжение).

При обнаружении обрыва цепи устраните неисправность. Ниже приведена таблица назначения проводов и цвета проводов датчиков лямбда в зависимости от типа.

Различные варианты подключения и цвета кабеля лямбда зонда:

Необогреваемые зонды

Количество кабелей Цвет кабеля Соединение
1 Черный Signal (заземление через корпус)
2 Черный Сигнал

Земля

Обогреваемые зонды:

Количество кабелей Цвет кабеля Соединение
3 Черный

2 x белый

Сигнал (заземление через корпус) нагревательного элемента
4 Черный

2 x белых

Серый

Сигнал, нагревательный элемент, земля

Датчики сопротивления из диоксида титана:

Количество кабелей Цвет кабеля Соединение
4 красный

белый

черный

желтый

Нагревательный элемент (+)

Нагревательный элемент (-)

Сигнал (-)

Сигнал (+)

4 Черный

2 x белых

Серый

Нагревательный элемент (+)

Нагревательный элемент (-)

Сигнал (-)

Сигнал (+)

В любом случае, если есть информация от производителя, то необходимо ставить её в приоритет.

Что важно и необходимо знать при замене лямбда зонда

При установке нового лямбда зонда следует учитывать следующее:

  • При снятии и установке датчика кислорода используйте только специальный инструмент, предназначенный для этой цели. Специнструмент для снятия  датчиков есть в наборах, а бывает и отдельно съемник лямбда зондов. Использование его значительно упростит снятие, и установку датчика. 
  • Проверьте резьбу в выхлопной системе на наличие повреждений.
  • Используйте только прилагаемую смазку или смазку, специально предназначенную для лямбда-датчиков.
  • Избегайте контакта измерительного элемента зонда с водой, маслом, смазкой, чистящими средствами и средствами для удаления ржавчины.
  • Соблюдайте соответствующие моменты затяжки, указанные производителем лямбда-датчика или автомобиля.
  • При прокладке соединительного кабеля следите за тем, чтобы он не соприкасался с горячими или подвижными объектами и не проходил через острые края.
  • Проложите кабель нового лямбда-датчика в соответствии с шаблоном первоначально установленного датчика, насколько это возможно.
  • Не прокладывайте провода внатяжку. Убедитесь, что соединительный кабель имеет достаточный запас подвижности до сильной натяжки, чтобы он не оторвался от выхлопной системы при вибрации и движении.
  • Не следует использовать какие-либо добавки на основе металлов или топливо, содержащее свинец.
  • Никогда не используйте лямбда-датчик, который упал на землю или поврежден.

Добавить комментарий

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.