Автолюбитель пошел нынче грамотный – даже владельцев стареньких «Жигулей» не удивишь заморскимисловечками ABS, ESP, Jetronic, катализатор, инжектор, лямбда-зонд...Последний термин, правда, больше волнует владельцев иномарок.Случается, в автомобиле вдруг «тяга» упала, он стал есть бензин: как нев себя, опять оштрафовали за СО, а причина всего этого неизвестна. НаСТО мастера скажут: «Лямбда сдохла», предложат ее заменить, но цены! Ане поможет, тогда что? Среди знакомых никто толком не знает, как к«лямбде» подступиться: «вещь в себе»... Действительно, лямбда зонд –штука загадочная, но все же давайте попробуем в этой загадкеразобраться.Зачем нужен лямбда зондЖесткие экологические нормы давно узаконили применение наавтомобилях каталитических нейтрализаторов (в обиходе – катализаторы) –устройств, способствующих снижению содержания вредных веществ ввыхлопных газах. Катализатор вещь хорошая, но эффективно работает лишьпри определенных условиях. Без постоянного контроля составатопливно-воздушной смеси обеспечить катализаторам «долголетие»невозможно – вот тут и приходит на помощь датчик кислорода, он жеО2-датчик, он же лямбда зонд (ЛЗ).

Название датчика происходит от греческой буквы l (лямбда),которая в автомобилестроении обозначает коэффициент избытка воздуха втопливно-воздушной смеси. При оптимальном составе этой смеси, когда на14,7 части воздуха приходится 1 часть топлива, l равна 1 (график 1).«Окно» эффективной работы катализатора очень узкое: l=1±0,01.Обеспечить такую точность возможно только с помощью систем питания сэлектронным (дискретным) впрыском топлива и при использовании в цепиобратной связи лямбда-зонда.

Избыток воздуха в смеси измеряется весьма оригинальным способом– путем определения в выхлопных газах содержания остаточного кислорода(О2). Поэтому лямбда зонд и стоит в выпускном коллекторе передкатализатором. Электрический сигнал датчика считывается электроннымблоком управления системы впрыска топлива (ЭБУ), а тот в свою очередьоптимизирует состав смеси путем изменения количества подаваемого вцилиндры топлива. На некоторых современных моделях автомобилей имеетсяеще один лямбда-зонд. Расположен он на выходе катализатора. Этимдостигается большая точность приготовления смеси и контролируетсяэффективность работы катализатора (рис. 1).

График 1. Зависимость мощности двигателя (P) и расхода топлива (Q) от коэффициента избытка воздуха (l) Полное сгорание и максимальная мощность достигается при l=1.

Рис. 1. Схема l-коррекции с одним и двумя датчиками кислорода двигателя 1 – впускной коллектор; 2 – двигатель; 3 – блок управлениядвигателем; 4 – топливная форсунка; 5 – основной лямбда-зонд; 6 –дополнительный лямбда-зонд; 7 – каталитический нейтрализатор.

Принцип работыЛямбда-зонд действует по принципу гальванического элемента ствердым электролитом в виде керамики из диоксида циркония (ZrO2).Керамика легирована оксидом иттрия, а поверх нее напыленытокопроводящие пористые электроды из платины. Один из электродов«дышит» выхлопными газами, а второй – воздухом из атмосферы (рис.2).Эффективное измерение остаточного кислорода в отработавших газахлямбда-зонд обеспечивает после разогрева до температуры 300 – 400оС.Только в таких условиях циркониевый электролит приобретаетпроводимость, а разница в количестве атмосферного кислорода и кислородав выхлопной трубе ведет к появлению на электродах лямбда-зондавыходного напряжения.

При пуске и прогреве холодного двигателя управление впрыскомтоплива осуществляется без участия этого датчика, а коррекция составатопливо-воздушной смеси осуществляется по сигналам других датчиков(положения дроссельной заслонки, температуры охлаждающей жидкости,числа оборотов коленвала и др.). Особенностью циркониевого лямбда-зондаявляется то, что при малых отклонениях состава смеси от идеального(0,97 Ј l Ј 1,03) напряжение на его выходе изменяется скачком винтервале 0,1 - 0,9 В (график 2).

Кроме циркониевых, существуют кислородные датчики на основедвуокиси титана (TiO2). При изменении содержания кислорода (О2) вотработавших газах они изменяют свое объемное сопротивление.Генерировать ЭДС титановые датчики не могут; они конструктивно сложны идороже циркониевых, поэтому, несмотря на применение в некоторыхавтомобилях (Nissan, BMW, Jaguar), широкого распространения неполучили.

Для повышения чувствительности лямбда-зондов при пониженныхтемпературах и после запуска холодного двигателя используютпринудительный подогрев. Нагревательный элемент (НЭ) расположен внутрикерамического тела датчика и подключается к электросети автомобиля(рис. 3).

График 2. Зависимость напряжений лямбда-зонда от коэффициента избытка воздуха (l) при температуре датчика 500-800оС

А – условная точка средних показаний (Uвых » 0,5 В, при l=1,0).(Обогащение смеси (уменьшение О2 в выхлопе). Обеднение смеси(увеличение О2 в выхлопе).

Рис. 3. Конструкция датчика кислорода с подогревателем

1 – керамическое основание; 2, 8 – контакты НЭ; 3 –нагревательный элемент (НЭ); 4 – твердый электролит ZrO2 с напыленнымиплатиновыми электродами; 5 – защитный кожух с прорезями; 6 –металлический корпус с резьбой крепления; 7 – уплотнительное кольцо; 9– выводы датчика.

Если ЛЗ «врет»

В этом случае ЭБУ начинает работать по усредненным параметрам,записанным в его памяти: при этом состав образующейсятопливно-воздушной смеси будет отличаться от идеального. В результатепоявится повышенный расход топлива, неустойчивая работа двигателя нахолостом ходу, увеличение содержания СО в отработавших газах, снижениединамических характеристик, но машина при этом остается на ходу. Внекоторых моделях автомобилей ЭБУ реагирует на отказ лямбда-зонда оченьсерьезно и начинает так рьяно увеличивать количество подаваемого вцилиндры топлива, что запас горючего в баке «тает» на глазах, из трубывалит черный дым, СО «зашкаливает», а двигатель «тупеет» и на ближайшуюСТО вам, скорее всего, придется добираться на буксире.

Перечень возможных неисправностей лямбда зонда достаточнобольшой и некоторые из них (потеря чувствительности, уменьшениебыстродействия) самодиагностикой автомобиля не фиксируются. Поэтомуокончательное решение о замене датчика можно принять только после еготщательной проверки, которую лучше всего поручить специалистам. Следуетособо отметить, что попытки замены неисправного лямбда-зонда имитаторомни к чему не приведут – ЭБУ не распознает «чужие» сигналы, и неиспользует их для коррекции состава приготавливаемой горючей смеси,т.е. попросту «игнорирует».

При сгоревшем или отключенном лямбда зонде содержание СО ввыхлопе возрастает на порядок: от 0,1 – 0,3% до 3 – 7% и уменьшить егозначение не всегда удается, т. к. запаса хода винта качества смесиможет не хватить. В автомобилях, система l-коррекции которых имеет двакислородных датчика, дело обстоит еще сложнее. В случае отказа второголямбда-зонда (или «пробивки» секции катализатора) добиться нормальнойработы двигателя практически невозможно.

Вообще универсальный лямбда зонд bosch – наиболее уязвимый датчик автомобиля ссистемой впрыска. Его ресурс составляет 40 – 80 тыс. км в зависимостиот условий эксплуатации и исправности двигателя. Плохое состояниемаслосъемных колец, попадание антифриза в цилиндры и выпускныетрубопроводы, обогащенная топливно-воздушная смесь, сбои в системезажигания сильно сокращают срок его службы. Применение этилированногобензина категорически недопустимо – свинец «отравляет» платиновыеэлектроды лямбда зонда за несколько бесконтрольных заправок.

Рис. 2. Схема лямбда зонда bosch на основе диоксида циркония, расположенного в выхлопной трубе

1 – твердый электролит ZrO2; 2, 3 – наружный и внутреннийэлектроды; 4 – контакт заземления; 5 – «сигнальный контакт»; 6 –выхлопная труба.

Рис. 4. Контактные выводы наиболее распространенных циркониевых лямбда-зондов

а – без подогревателя; б, с – с подогревателем.

* цвет вывода может отличаться от указанного.

Махнем не глядя!

Рекомендованный заводом-изготовителем лямбда зонд bosch и сходные поконструкции циркониевые датчики взаимозаменяемы. Возможна заменанеподогреваемых датчиков на подогреваемые (но не наоборот!). Однако приэтом может возникнуть проблема несовместимости разъемов и отсутствия вмашине цепи питания для нагревателя лямбда зонда. Недостающие проводаможно проложить самостоятельно, а вместо разъема использоватьстандартные автомобильные контакты.

Цветовая маркировка выводов лямбда зондов может различаться, носигнальный провод всегда будет иметь темный цвет (обычно – черный).«Массовый» провод может быть белым, серым или желтым (рис. 4).Титановые лямбда зонды от циркониевых легко отличить по цвету«накального» вывода подогревателя – он всегда красный. При замене3-контактного лямбда зонда на 4-контактный необходимо надежно соединитьс «массой» автомобиля провод заземления подогревателя и сигнальный«минус», а накальный провод подогревателя через реле и предохранительподключить к «плюсу» аккумулятора.

Подключение напрямую к катушке зажигания нежелательно, т. к. вцепи ее питания может стоять понижающее сопротивление. Подключиться кконтактам топливного насоса достаточно сложно. Лучше всего подключитьреле подогревателя лямбда зонда к замку зажигания.