Как работает кислородный датчик в автомобиле?

Кислородный датчик — принцип работы, неисправности и замена

Несмотря на не слишком внушительные размеры и простоту устройства, кислородный датчик и, более известный как датчик лямбда-зонда играет не самую последнюю роль в работе двигателя автомобиля. Именно поэтому, его поломка может привести к довольно серьезным неприятностям, с которыми уже давно «воюют» владельцы инжекторных автомобилей. В этой статье речь пойдет о том, для чего предназначено данное устройство, как обнаружить поломку кислородного датчика и произвести соответствующую замену.

Зачем нужен кислородный датчик и как он работает?

Название «кислородный» для этого датчика является ошибочным, так как он реагирует совсем не на кислород. Датчик устанавливается в выхлопной системе автомобиля, возле катализатора и имеет один электрод, помещенный внутрь выхлопа.

При прохождении выхлопных газов внутри системы, датчик «улавливает» не сгоревшие остатки топлива и электризуется, посылая небольшое напряжение на контроллер. Тот, на основе полученных данных, принимает наиболее рациональное решение о том, какое соотношение смеси должно быть выбрано для режима работы мотора, выбранного в данный промежуток времени.

При отказе этого устройства, контроллер больше не получает важный сигнал и мгновенно переводит двигатель в аварийный режим работы. Соотношение бензина и воздуха больше не регулируется, и он подается в количествах, лишь необходимых для бесперебойной работы двигателя. Таким образом, расход увеличивается, а мотор работает в не самых приятных условиях. Данный режим предназначен для того, чтобы добраться до места ремонта.

Неисправности кислородного датчика

Как и любой другой элемент автомобиля, кислородный датчик тоже имеет свойство выходить из строя. Чаще всего, об этом свидетельствует соответствующий сигнал на приборной панели автомобиля — «Check Engine». Это говорит о том, что двигатель перешел в аварийный режим работы. Чтобы убедиться в том, что проблема точно коснулась лямбда-зонд, необходимо провести электронную диагностику с помощью бортового компьютера. Код ошибки для вашего типа двигателя можно узнать из технической литературы к автомобилю. Если проблема действительно заключается в датчике кислорода, то необходимо произвести его срочную замену.

Почему датчик выходит из строя? Дело в том, что в выхлопных газах могут содержаться специальные примеси, которые отрицательно воздействуют на электроды устройства. Данные примеси попадают в выхлоп вместе с некачественным бензином, которым заправляют большинство российских автомобилей. Датчик быстро окисляется и перестает выдавать необходимые для контроллера показания. В конечном итоге, двигатель начинает переходить в аварийный режим.

Кроме некачественного бензина, датчик может сломаться из-за других неисправностей двигателя. Например, поврежденная прокладка ГБЦ, допускает попадание антифриза в камеру сгорания. Новое химическое вещество в выхлопной среде очень быстро выводит датчик из строя.

Замена кислородного датчика

В замене лямбда зонд, на самом деле, нет ничего конструктивно сложного. Автомобиль устанавливается на смотровую яму или эстакаду и полностью обездвиживается. Делается это для того, чтобы обезопасить его и мастеров от случайного перемещения автомобиля и травматизма.

С аккумулятора скиньте «минусовую» клемму, чтобы исключить возможность возникновения короткого замыкания при работе с электронными приборами. Контактный штекер датчика тоже отсоединяется, таким образом, датчик, с электрической точки зрения, полностью готов к замене.

Открутите датчик из катализатора с помощью соответствующего ключа. Выполнять данную работу нужно только на холодном двигателе, иначе есть риск получить серьезную термическую травму.

Если устройство выкручивается с трудом или вообще не поддается, не нужно брать его «силой», так как есть риск очень хорошо испортить катализатор, и тогда неисправности выхлопной системы выйдут гораздо дороже. Если датчик «прикипел», обработайте его с помощью керосина или тормозной жидкости, в лучшем случае — WD-40.

После этого, дайте ржавчине раскиснуть и тогда снова попробуйте открутить датчик. Обычно, после такой обработки, снять его становится не такой уж и большой проблемой.

Как только датчик будет выкручен, достаньте его штекер и вытащите из подкапотного пространства. Затем, закрутите новый датчик и подключите его. Старайтесь закручивать датчик как можно герметичнее, иначе есть риск получить «дыру» в выхлопе, а следовательно, неприятный звук работы двигателя.

На этом замена кислородного датчика завершена.

Источник: https://vipwash.ru/vyhlopnaya-sistema/kislorodnyy-datchik-princip-raboty

Устройство и принцип работы кислородного датчика

Кислородный датчик — устройство, предназначенное для фиксирования количества оставшегося кислорода в отработавших газах двигателя автомобиля. Он расположен в выпускной системе вблизи катализатора. На основе данных, полученных кислородником, электронный блок управления двигателем (ЭБУ) корректирует расчет оптимальной пропорции топливовоздушной смеси. Коэффициент избытка воздуха в ее составе обозначается в автомобилестроении греческой буквой лямбда (λ), благодаря чему датчик получил второе название — лямбда-зонд.

Коэффициент избытка воздуха λ

Прежде чем разбирать конструкцию датчика кислорода и принцип его работы, необходимо определиться с таким важным параметром, как коэффициент избытка воздуха топливовоздушной смеси: что это такое, на что влияет и зачем его измеряет датчик.

В теории работы ДВС существует такое понятие как стехиометрическое отношение – это идеальная пропорция воздуха и топлива, при которой происходит полное сгорание топлива в камере сгорания цилиндра двигателя. Это очень важный параметр, на основании которого рассчитывается топливоподача и режимы работы двигателя. Оно равняется 14,7 кг воздуха к 1 кг топлива (14,7:1). Естественно, такое количество топливовоздушной смеси не поступает в цилиндр в один момент времени, это всего лишь пропорция, которая пересчитывается под реальные условия.

Зависимость мощности (P) и расхода топлива (Q) от коэффициента избытка воздуха

Коэффициент избытка воздуха (λ) – это отношение действительного количества воздуха, поступившего в двигатель, к теоретически необходимому (стехиометрическому) для полного сгорания топлива. Говоря простым языком, это «на сколько больше (меньше) воздуха поступило в цилиндр, чем должно было бы».

В зависимости от значения λ различают три вида топливовоздушной смеси:

• λ = 1 — стехиометрическая смесь;
• λ < 1 — «богатая» смесь (избыток — топливо; недостаток — воздух);
• λ > 1 — «бедная» смесь (избыток — воздух; недостаток — топливо).

Современные двигатели могут работать на всех трех типах смеси, в зависимости от текущих задач (экономия топлива, интенсивное ускорение, снижение концентрации вредных веществ в отработавших газах). С точки зрения оптимальных значений мощности двигателя, коэффициент лямбда должен иметь значение около 0,9 («богатая» смесь), минимальный расход топлива будет соответствовать стехиометрической смеси (λ = 1). Наилучшие результаты по очистке отработавших газов будут также наблюдаться при λ = 1, поскольку эффективная работа каталитического нейтрализатора происходит при стехиометрическом составе топливовоздушной смеси.

Назначение датчиков кислорода

Расположение кислородных датчиков в системе выхлопа

Стандартно в современных автомобилях используется два датчика кислорода (для рядного двигателя). Один перед катализатором (верхний лямбда-зонд), а второй после него (нижний лямбда-зонд). Различий в конструкции верхнего и нижнего датчиков нет, они могут быть одинаковыми, но выполняют разные функции.

Верхний или передний кислородный датчик определяет содержание оставшегося кислорода в отработавших газах. По сигналу с данного датчика блок управления двигателем «понимает», на каком типе топливовоздушной смеси работает двигатель (стехиометрической, богатой или бедной).

Нижний или задний лямбда-зонд используется для дополнительной корректировки состава смеси и контроля исправности работы каталитического нейтрализатора.

Конструкция и принцип работы кислородного датчика

Конструкция кислородного датчика

Существует несколько видов лямбда-зондов, применяемых на современных автомобилях. Рассмотрим конструкцию и принцип работы наиболее популярного из них — датчика кислорода на основе диоксида циркония (ZrO2). Датчик состоит из следующих основных элементов:

• 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.

Виды лямбда-зондов

Помимо циркониевых используются также титановые и широкополосные датчики кислорода.

• Титановые. Этот вид кислородников имеет чувствительный элемент из диоксида титана. Рабочая температура такого датчика начинается от 700 °C. Титановые лямбда-зонды не требуют наличия атмосферного воздуха, поскольку принцип их работы основан на изменении выходного напряжения, в зависимости от концентрации кислорода в выхлопе.
• Широкополосный лямбда-зонд представляет собой усовершенствованную модель. Он состоит из цикрониевого датчика и закачивающего элемента. Первый измеряет концентрацию кислорода в отработавших газах, фиксируя напряжение, вызванное разницей потенциалов. Далее происходит сравнение показания с эталонной величиной (450 мВ), и, в случае отклонения, подается ток, провоцирующий закачивание ионов кислорода из выхлопа. Это происходит до тех пор, пока напряжение не станет равным заданному.

Ресурс кислородника и его неисправности

Лямбда-зонд — один из наиболее быстро изнашиваемых датчиков. Это связано с тем, что он постоянно контактирует с отработавшими газами и его ресурс напрямую зависит от качества топлива и исправности двигателя. Например, циркониевый кислородник имеет ресурс порядка 70-130 тысяч километров пробега.

Поскольку работа обоих кислородных датчиков (верхнего и нижнего) контролируется системой бортовой диагностики OBD-II, при выходе из строя любого из них будет зафиксирована соответствующая ошибка, а на панели приборов загорится контрольная лампа неисправности «Check Engine». Диагностировать неисправность в данном случае можно с помощью специального диагностического сканера.

Сигнал исправного кислородного датчика

При исправной работе кислородного датчика характеристика сигнала представляет собой правильную синусоиду, демонстрирующую частоту переключений не менее 8 раз в течение 10 секунд. Если датчик вышел из строя, то форма сигнала будет отличаться от эталонной, либо его отклик на изменение состава смеси существенно замедлится.

Основные неисправности кислородного датчика:

• износ в процессе эксплуатации («старение» датчика);
• обрыв электрической цепи нагревательного элемента;
• загрязнение.

Все эти виды проблем могут быть спровоцированы использованием некачественного топлива, перегревом, добавлением различных присадок, попаданием в зону работы датчика масел и чистящих средств.

Признаки неисправности кислородника:

• Индикация сигнальной лампы неисправности на приборной панели.
• Потеря мощности.
• Слабый отклик на педаль газа.
• Неровная работа двигателя на холостых оборотах.

Неисправность датчика может привести к сложностям в управлении автомобилем и стать причиной повышенного износа остальных деталей двигателя. А поскольку он не подлежит ремонту, его необходимо сразу заменить на новый.

(15 4,40 из 5)
Загрузка…

Источник: https://techautoport.ru/dvigatel/vypusknaya-sistema/kislorodnyi-datchik.html

Что такое датчик кислорода в автомобиле?

» Советы по ремонту » Что такое кислородный датчик в автомобиле (лямбда зонд)

Размеры кислородного датчика не самые великие, устройство механизма также не отличается сложным исполнением, тем не менее, его функции в работе двигателя играют важную роль.

В связи с этим, износ кислородного датчика, особенным образом отразится на работе всей моторной системы. Данная неполадка существует с того момента, как появились инжекторные двигатели, поэтому для владельцев подобных автомобилей это постоянная, непримиримая борьба.

Ниже постараемся разобраться, что входит в основные задачи механизма, как провести диагностику поломки и заменить изношенный кислородный датчик.

Принцип действия кислородного датчика. Его основные функции

Кислородный датчик носит название, не соответствующее его реальным функциям. Он реагирует совсем не на то вещество, в честь которого был назван. Монтаж устройства осуществляется в области системы выхлопов, в непосредственной близости от катализатора. Оборудован электродом, местоположение которого определяется внутренней полостью системы выхлопа.

Газы, выделяемые в результате сгорания топлива, направляются в выхлопную систему, где кислородный датчик, захватывая частицы не израсходованного горючего вещества, заряжается электричеством, сигнализируя об этом контроллеру, по средствам передачи напряжения незначительного размера. Блок управления двигателем, в свою очередь, проанализировав полученную информацию, определяет решение, в соответствии с которым устанавливается соотношение и регулировка состава горючей смеси и выбранного режима работы двигателя, в настоящий момент.

При нарушении работоспособности кислородного датчика, прекращается поступление сигналов о происходящей ситуации, контроллер больше не снабжается сведениями касающиеся состояния выхлопов, за этим следует установление режима аварийной работы двигателя. Состав топливной смеси больше не поддается контролю, следовательно, его транспортировка осуществляется исключительно для поддержания работоспособности ДВС.

В результате, потребление горючей жидкости повышается (увеличивается расход топлива), при этом условия функционирования двигателя становятся не самыми благоприятными. Передвигаться в дальнейшем, в подобных условиях, чревато нарушением работы силовой системы. Этот режим позволяет доехать до станции техобслуживания, не больше.

Нарушение работоспособности кислородного датчика

Все детали автомобиля имеют свой срок годности или срок износостойкости. Кислородный датчик не исключение. На случай выхода его из строя, на приборной панели имеется специальный индикатор, сигнализирующий об этом Check—Engine. Он дает ясно понять, что двигатель находится в режиме аварийного функционирования.

Для конкретизации проблематики, осуществляются мероприятия по выявлению проблемы при помощи диагностики, по средствам бортового компьютера. Аппаратура должна определить наименование ошибки, получив которую, можно воспользоваться техническими документами, прилагаемыми с автомобилем, для понимания причины нарушения. Если это был кислородный датчик, проводится безотлагательная замена.

В чем причина износа?

Смесь газов, которая выделяется при обработке горючей жидкости, является достаточно сложной структурой, с богатым составом. Данный состав может содержать элементы, влияющие, на электроды датчика, негативным образом. Природа появления подобных примесей может быть различной, но основная причина — это покупка бензина, изначально не качественного, на станциях, не проверенных долгим использованием.

К сожалению, подобных заправок не так мало. В результате длительной эксплуатации, большое воздействие оказывают процессы окисления, что влечет к снижению работоспособности, выражаемое в передаче данных, не устраивающих нормальную работу двигателя. Осуществляется переход на аварийный режим эксплуатации.

Но это не единственная причина, по которой перестает функционировать кислородный датчик. Распространенным источником является изношенная прокладка головки блока цилиндров. В результате этого, в камере сгорания образуется антифриз, что не приемлемо. Неизвестное химическое соединение, впервые попавшее в систему выхлопа, снижает износостойкость, приводя к быстрой потере работоспособности датчика.

Установка нового кислородного датчика

В общем, установка нового кислородного датчика не представляется сложным мероприятием. В работе потребуется эстакада или смотровая яма, в зависимости от возможностей. Особое значение играет плотная фиксация транспортного средства, так как безопасность, при любой работе, является самым главным направлением. В противном случае, непредвиденное перемещение, может привести к серьезным травмам.

• Далее проводится работа с аккумулятором. От нее отсоединяют «минусовой» провод. Такие мероприятия являются неотъемлемой частью работы с электроникой. Если этого не сделать, то возможно образование короткого замыкания. Провод контакта датчика с основным компьютером требуется отсоединить. Проведя данные мероприятия, можно говорить о готовности к замене.

• Крепеж датчика ослабляется соответствующим ключом. Чтобы избежать получения ожогов, все мероприятия проводятся на двигателе в холостом режиме. В случае отсутствия продвижения в демонтаже, прикладывать излишние усилия не следует, иначе можно повредить катализатор, что только повысит расходы на ремонт системы выхлопа.

Здесь велика вероятность появления прикипевших соединений, удаление которых целесообразнее проводить с помощью тормозной жидкости или керосина. Как правило, такие процессы сопровождаются образованием ржавчины, которая под воздействием данных веществ, частично растворяется, что позволяет выкрутить кислородный датчик. Как правило, подобный подход решает проблему.

Открутив датчик, он извлекается вместе со штекером из-под капота. Далее, устанавливается новое устройство, с последующим подключением. Закручивание элемента должно быть максимально плотным, иначе возможна низкая герметизация, которая станет причиной образования отверстия, являющееся источником постороннего звука, при работе двигателя.

В общем, это все что нужно знать о кислородном датчике и его замене.

Проголосуйте, понравилась ли вам статья? (Проало 2, оценка: 5,00

Источник: https://izst-detail.ru/chto-takoe-datchik-kisloroda-v-avtomobile/

Устройство лямбда-зонда (датчика кислорода)

• Диагностика лямбда-зонда
• Замена лямбда-зонда
• Установка лямбда зонда

Лямбда-зонд (датчик кислорода, регулятор лямбда, датчик концентрации кислорода в отработавших газах, Датчик о2) — это кислородный датчик в выхлопной системе, который позволяет отслеживать количество кислорода в отработавших газах. Откуда же взялось такое необычное название этого датчика? Слово лямбда происходит от одноименной греческой буквы, которая в автомобилестроении означает коэффициент избытка кислорода в топливно-воздушной смеси. А слово зонд от франц.

sonder — исследовать, выведывать. Так зачем же нужно знать какое количество кислорода находится в выхлопных газах? Дело в том, что жесткие экологические нормы давно ввели в обиход такую вещь как катализатор, устройство снижающие выброс вредных веществ в атмосферу. А для эффективной и долговечной работы катализатора необходимы особые условия (оптимальное соотношение топлива и кислорода).

Оптимальное соотношение топливно-воздушной смеси — это когда на 1 кг топлива приходится 14,7 кг воздуха, в этом случае лямбда=1, такая смесь называется стехиометрической и при сгорании топлива выделяется наименьшее количество вредных веществ. При лямбда1 — бедной (переизбыток кислорода). Количество кислорода в смеси измеряется довольно оригинальным способом — путем измерения остаточного количества кислорода в отработавших газах. Поэтому лямбда-зонд и стоит в выхлопной системе перед катализатором. Лямбда-зонды бывают 2-х типов: резистивные и электрохимические.

Резистивные — изменяют свое сопротивление в зависимости от среды, в которой находятся. Но в настоящее время используются электромеханические датчики кислорода, которые основаны на свойстве диоксида циркония ZrO2 создавать разность напряжения в зависимости от количества кислорода (в выхлопных газах и в окружающем воздухе).

Устройство лямбда-зонда

Устройство датчика кислорода: 1- стальной корпус . 2 — уплотнительное кольцо. 3 — токосъемник электрического сигнала. 4 — керамический изолятор. 5 — проводка. 6 — манжета проводов. 7 — контакт цепи подогрева. 8 — наружный защитный экран с отверстием для атмосферного воздуха. 9 — стержень со спиралью накаливания. 10 — наконечник из церкониевой керамики.

11 — внутренний защитный экран с отверстием для отработавших газов.

Основная часть лямбда-зонда — это керамический наконечник, сделанный на основе двуокиси циркония, на который путем напыления нанесены токопроводящие, пористые электроды из платины. Внутренний защитный экран находится в потоке отработавших газов, а наружный соответственно снаружи. Из-за разного количества кислорода создается разность напряжения.

Малейшее отклонение лямбды от 1 приводит к неэффективной работе катализатора, так как его эффективным диапазоном работы является окно равное 1±0,01. Поэтому циркониевый лямбда-зонд очень эффективен, так как в диапазоне лямбды от 0,97 до 1,03 напряжение на выходе датчика меняется от 0,1 до 0,9 В. Эффективная работа лямбда-зонда осуществляется только при температуре свыше 300оС. Поэтому практически все современные датчики кислорода снабжены электрическим подогревом.

Напряжение, вырабатываемое лямбда-зондом, меняется по несколько раз в секунду, что позволяет подготавливать и корректировать состав топливно-воздушной смеси в любом режиме работы двигателя.

Причины выхода из строя лямбда-зонда

Ресурс датчика кислорода, при нормальных условиях эксплуатации, обычно составляет 60-80 тыс.км.
Возможные причины выхода лямбда-зонда из строя следующие:

• применение этилированного или некачественного бензина (особенно опасно содержание свинца);
• использование при установке кислородного датчика нетермостойкого или содержащего силикон герметика;
• перегрев лямбда-зонда по разным причинам (неправильно выставленный угол опережения зажигания, богатая топливно-воздушная смесь, перебои в зажигании);
• многократные, неудачные попытки пуска двигателя (что приводит к попаданию топлива в выхлопную систему и возникает опасность воспламенения с детонацией);
• плохое состояние маслосъемных колпачков (попадание масла в выхлопную систему);
• попадание антифриза в выхлопную систему;
• обрыв, плохой контакт, замыкание на массу выходной цепи датчика кислорода;
• негерметичность в выхлопной системе.

В случае неисправности лямбда-зонда электронный блок управления системы впрыска топлива («мозги») начинает работать по усредненным показателям, записанных в его памяти. Соответственно состав топливно-воздушной смеси будет отличаться от идеального. В результате чего возможны следующие проблемы, которые и будут указывать на неисправность датчика кислорода:

• неустойчивая работа двигателя на малых оборотах;
• повышенный расход топлива;
• ухудшение динамики автомобиля;
• потрескивание в районе катализатора после остановки двигателя;
• на некоторых автомобилях, загорание лампочки CHECK ENGINE.

Необходимость лямбда-зонда

Нужен ли лямбда-зонд в случае замены катализатора на пламегаситель?
После замены катализатора на пламегаситель лямбда-зонд, обеспечивающий нормальную работу катализатора не нужен, но только в том случае если на автомобиле есть возможность перепрограммировать «мозги», например, «мозги» BOSCH (SIEMENS не перепрограммируются). На автомобили на которых невозможна перепрошивка «мозгов» устанавливаются, так называемые обманки или эмуляторы лямбда-зонда. Кроме того на некоторых авто отсутствие кислородного датчика практически никак не влияет на работу двигателя, например, на автомобилях Toyota или Mercedes 90-х годов.

Источник: http://gsavto.ru/ustroystvo-lyambda-zonda