Широкополосный лямбда зонд — кислородный датчик

Для снижения токсичных выбросов в автомобиле предусмотрена сложная система очистки выхлопного газа. Чтобы каталитический нейтрализатор стабильно обеспечивал уровень выброса в соответствие с эко протоколами Евро 4, 5, 6, двигатель авто должен получать корректно обогащенную топливную смесь, которая сгорает в цилиндрах блока на 99 %. Правильно сформировать процентный показатель:  воздух/топливо помогают лямбда зонды — датчики присутствия кислорода. Элементы системы мониторят состав отработанного газа  и передают сигналы на блок управления ДВС.

Широкополосный лямбда зонд

С ужесточением протоколов по нормам выбросов производители начали массово устанавливать на свои авто последнюю разработку кислородного улавливателя — широкополосный лямбда зонд, узел замеряет процент кислорода в отработанном газе в расширенных контрольных границах.

Датчики кислорода — разновидности

Функция всех датчиков, независимо от конструктивных особенностей, проводить постоянный  количественный замер кислорода в отработанном газе и сравнивать показатель с эталоном. На основании количества остаточного кислорода, ЭБУ делает вывод о качестве сгорания топлива в блоке цилиндров. Эталонный показатель топливной смести носит название стехиометрическая (абсолютная) ТВС. Технически обозначается как λ=1.

В ее составе должно присутствовать соотношение 14.7/1, где 14.7 — кислород, 1 — топливо. При таком соотношении происходит полное сгорание солярки или бензина, распад твердых частиц, и как следствие, минимальные токсические отходы в выхлопе. Когда в ТВС преобладает воздух, смесь считается обедненной, если преобладает топливо — обогащенной.

Широкополосные лямбда зонды

Автомобили, с системой экологических выбросов под протокол Евро 5, 6 оснащаются широкополосными датчиками, усовершенствованные конструкции позволяют отслеживать процентное соотношение кислород/топливо в системе выпускного тракта максимально точно. Кроме широкополостных лямбда зондов  авто оснащаются:

  • зондами на основе циркония;
  • титановыми.

Эти три разновидности контроллеров не могут быть взаимозаменяемыми. Принцип работы циркониевого зонда основан на гальваническом законе, где твердый наконечник из диоксида циркония действует как электролит. Широкополосный датчик имеет две камеры и работает на основе закона модуляции напряжения.

Каждый кислородный зонд предназначен под конкретную марку авто. Датчик кислорода синхронизирован с блоком управления ДВС, переустановка конструкций не допускается.

Конструктивные параметры широкополостного лямбда зонда

Место установки датчика на патрубке выходного коллектора перед блоком каталитического нейтрализатора. Для более четкого контроля за составом выхлопного газа и работой катализатора, после блока нейтрализатора может устанавливается второй кислородник. Конструкция широкополостного элемента.

Конструкция широкополостного элемента

  1. Камера электролизного (ионного) насоса.
  2. Опорные электроды (платиновое покрытие).
  3. Нагревательная пластина.
  4. Эталонный проход.
  5. Керамический блок (ZrO2).
  6. Диффузионная щель.
  7. Измерительная (опорная) камера.
  8. Платиновые электроды измерительной камеры.
  9. Электроды ионной электролизной камеры (насоса).

Широкополостные конструкции выдают значение лямбда (идеальная или стехиометрическая ТВС) в виде гиперболы по мере увеличения амперности. Циркониевые и титановые измерители лишены возможности точно отслеживать изменение параметров топливной смеси из-за особенности конструкции, единственный показатель, который доступен таким датчикам передавать на ЭБУ сигнал о состоянии ТВС в значениях:  «Обогащенная», «Обедненная».

Рабочий цикл широкополосного датчика

Рабочую зону широкополосного лямбда зонда принято условно делить на 4 части. Это удобно для понимания принципа работы узла, во время диагностики, когда на приборной панели выходит ошибка системы.

Рабочий цикл широкополосного датчика

  1. Камера ионого электролизного насоса — А.
  2. Чувствительный элемент или элемент Нернста — В.
  3. Электроцепь — С.
  4. ЭБУ — Д.

Отработанные газы, проходя по патрубку системы проникают в диффузионную щель, где происходит процесс дожигания. После дожига в камере образуется либо избыток, либо нехватка кислорода. Время каталитического сгорания твердых частиц в камере занимает 0.01 сек., но поскольку процесс дожига происходит только при высоком нагреве газа (от 200–300 градусов по Цельсию), камера нагревается через элемент нагревателя.

После догара топливного выхлопа в блоке, чувствительный элемент Нернста проводит сравнение, полученный состав воздуха с эталонным и передает информацию на ЭБУ мотора в одном из трех вариантов:

  • недостаток кислорода (лямбда «минус»), смесь обедненная;
  • переизбыток (лямбда «плюс»), смесь обогащенная;
  • стехиометрия (лямбда =1) — уравновешенный параметр.

На основе показателей ЭБУ посылает импульс на ионный насосный блок. В зависимости от первичных данных блок управления передает одну из трех команд.

  1. При переизбытке кислорода формируется положительный ток, смесь обедненная, необходимо провести лишний кислород в выхлопной патрубок.
  2. Если смесь обогащенная, необходимо закачать кислород из коллектора выхлопной системы в камеру и сформировать отрицательный ток.
  3. При стехиометрии ЭБУ не дает сигнал.

Во время формирования положительного или  отрицательного тока в блоке ионного насоса, формируется показатель качественного состава выхлопной смеси. ЭБУ считывает параметр тока на сторонах насоса и формирует сигналы на корректировку подачи топлива в систему впрыска.

После внедрения широкополостных датчиков в систему выходного коллектора значительно упростился процесс диагностики и отпала необходимость использовать газоанализаторы. Но не все так однозначно в работе современных датчиков.

внедрение широкополостного датчика

Нулевой показатель тока

Существует еще одна ситуация, когда во время работы ДВС кислородный зонд отправляет на ЭБУ сигнал нулевой силы тока. Это обозначает, что контроллер не смог вывести параметр лямбда на «1» или стехиометрию, существуют несколько распространенных причин:

  • критичный дефект;
  • неисправность зонда.

На практике водитель в одном случае из десяти увидит код ошибки, говорящей, что датчики не работает. ЭБУ не проверяет качество работы лямбда зонда, поскольку для мониторинга необходимо принудительно обогатить топливную смесь, затем критически увеличить поступление воздуха в цилиндры. Это способствует токсичному выхлопу. Поскольку вся система направлена на поддержку экологического стандарта отработанного газа, проверить рабочее состояние датчика можно только принудительно, вручную.

кислородный зонд

Критичный дефект возникает на исправном датчике, если его система корректировки на  пределе параметров настройки. В этом случае на доске приборов появляется код ошибки «Превышение предела корректировки топливной смеси».

И в первом и во втором случае проводится демонтаж датчика, его проверка на работоспособность, вторым шагом идет проверка топливного состава. Если смесь подается в цилиндры блока неправильного состава, проводится корректировка качества смеси через настройку форсунок, зажигания, других элементов системы топливоподачи.

Признаки поломки

По своему техническому регламенту широкополостные кислородные зонды корректируют лямбду в настройке 0.7–1.6 λ. Признаки выхода из строя кислородника во многом схожи с поломками катализатора, поэтому перед диагностикой лямбда зонда проверяется сигнал от каталитического нейтрализатора. Характерные симптомы неисправности:

  • высокая токсичность выхлопа (проверяется СО2 измерителем);
  • нарушение динамики разгона;
  • на оборотах выше средних может появляться секундный «Чек» на приборной панели;
  • увеличенный расход топлива;
  • нестабильный, плавающий холостой ход (симптом также может указывать на поломку ДХО);
  • систематический перегрев каталитического нейтрализатора, под днищем слышаться потрескивающие звуки после того как мотор заглушен;
  • коды ошибок лямбда зондов на приборной панели.

Перечисленные признаки могут свидетельствовать о нарушении в работе других узлов и агрегатов: разрушенном катализаторе, растянутом ремне ГРМ и прочем.

неисправный широкополосный лямбда зонд

Причины неисправности

Средний срок службы широкополостных датчиков 100–130 тыс. пробега. Значительно сократить  работоспособность прибора могут следующие показатели:

  • некачественный бензин;
  • соляра с большим содержанием серы, присадок;
  • использование низкотемпературных герметиков при монтаже (покрытие разрушается, попадает в выпускной коллектор и блок датчика);
  • износ масляных колпачков, колец, масло проникает в систему выпускного коллектора;
  • некорректно выставленное зажигание, систематическое поступление в цилиндры обогащенной ТВС;
  • трещина в корпусе;
  • нарушение проводки, нестабильный контакт, обрыв цепи.

Каждая из причин влияет на срок службы кислородного датчика. При замене детали используют только оригинальные изделия, сверяясь по каталожным номерам. Производители настаивают — кислородные широкополостные датчики можно менять только на аналогичные с совпадающими каталожными номерами.

Как провести диагностику широкополостного лямбда зонда

Диагностика широкополосного датчика начинается с визуального  осмотра наконечника элемента, проверки токопроводящих выводов. Это самый простой способ провести диагностику, осматривать датчики нужно каждые 10 000 пробега, вынимая детали с посадочного места на выходном коллекторе. Что проверяют.

  1. Надежность контакта клеммы с зондом.
  2. Наличие механических повреждений.
  3. Выкручивают элемент проверяют кожух.

На рабочем зонде могут быть незначительные отложения, которые легко счищаются (даже ногтем). На наконечнике не должно быть окисла. Зонд необходимо поменять, если после демонтажа на наконечнике замечают изменение покрытия.

Зонд

Сажевые отложения возникают при систематически переобогащенной топливной смеси, если вышел из строя нагреватель зонда. Сажа засоряет внутренние блоки, снижает скорость реакции и точность передачи данных.

Серые, белые отложения свидетельствуют, что в моторном масле или топливе большое количество присадок. Отложения забивают проходы в камеру, снижают точность сигнала в 5 раз.

Свинец накапливается на наконечнике зонда и снижает чувствительность платиновых панелей. Возникает при использовании некачественного топлива (чаще на дизельных моторах).

Диагностика зонда мультиметром

Если визуально датчик не имеет следов неисправности, нет отложений, проверяется работоспособность цепи. В широкополостных датчиках Bosch, которые чаще других устанавливаются на авто присутствует шесть проводов подключения:

  • Красный — сигнальный плюс;
  • Желтый — опорный плюс;
  • Черный — опорный минус;
  • Белый — нагреватель минус;
  • Серый — нагреватель плюс;
  • Зеленый — сигнальный минус.

Для проверки работоспособности определенный провод будет подключаться на щуп мультиметра. Проверка целостности электроцепи узла делится на четыре этапа.

  1. Диагностика напряжения в нагревательном элементе.
  2. Напряжения в опорном блоке зонда (опорное напряжение).
  3. Сопротивление нагревательного элемента (проверка состояния).
  4. Сигнал.

Диагностика зонда мультиметром

Для проверки напряжения в нагревательном элементе, включают зажигание, зонд остается в разъеме. Щупы мультиметра присоединяются к проводам подогрева (белый, серый). Если цепь рабочая, цифры напряжения на экране тестера совпадут с напряжением бортовой сети — 12 В.

Напряжение в проводке опорного блока проверяется аналогично. Щупы устанавливаются на сигнальный провод и массу (желтый, черный), рабочая проводка выдаст на экран тестера показание 0.45 В.

мультиметр

Широкополостные конструкции зондов могут работать только после нагрева. Работоспособность нагревательной части датчика проверяют по сопротивлению элемента. Датчик снимают с разъема, проверяют сопротивление между контактами нагревателя. Для каждого зонда характерны индивидуальные параметры сопротивления, но в любом случае они находятся в границах 2–10 Ом.

Замена датчика

Проверка проводки зонда достаточно кропотливая работа, в большинстве случаев на СТО предлагают только поменять узел, если нарушена проводка, но учитывая, стоимость оригинального широкополостного датчика начинается с 10 000 руб. многие водители успешно находят неисправность в цепи и устраняют пробой.

широкополостный датчик

Переустановка зонда занимает 10–15 минут при выключенном и желательно остывшем моторе. Отключается АКБ, специальным ключом снимается затяжка датчика, деталь вынимается с выходного коллектора и отсоединяется от ЭБУ. Установка нового происходит аналогично, зонд вкручивается в посадочное место рукой, затягивается. При замене проверяется состояние седла, степень износа уплотнительных колец. При необходимости проводится замена.

Широкополосные кислородные лямбда зонды достаточно сложный прибор, которые синхронизирован с прошивкой электронного блока конкретного автомобиля. Если газоанализатор можно было легко переделать из старого датчика своими руками, то в случае с кислородниками проводить такие работы опасно. Исключение — большой опыт в программировании и достаточные знания по настройке данного типа оборудования.

Видео по теме

Хорошая реклама
 

Ссылка на основную публикацию