Принцип работы кислородного датчика.
Датчик кислорода - это устройство, контролирующее уровень кислорода в выхлопных газах вашего ТС. Для чего именно необходим этот узел? Какие бывают виды и каковы особенности данных устройств? Как определить неисправность датчика? На эти и ряд других вопросов дает ответ наша статья.
Стоимость ремонтаНайти запчасть

Датчик кислорода - узел автомобиля, контролирующий уровень кислорода в отработавшей смеси. Цель установки датчика кислорода - снизить потребление топлива, добиться максимальной мощности мотора и  уменьшить вред от выхлопа. Ниже рассмотрены основные моменты, касающиеся датчика кислорода, его функций, видов и особенностей работы.



Введение

В отработавших газах бензинового мотора есть масса вредных элементов, из которых стоит выделить основную «троицу»:

  • СН - не полностью сгоревшие углеводороды;
  • СО - окись углерода или угарный газ;
  • NOx - окислы азота.

Чтобы бороться с этими элементами, был разработан нейтрализатор - устройство, являющееся частью выпускной системы авто. Другими словами, проходящие через прибор газы из токсических превращаются в нейтральные, то есть становятся более безопасными для людей и окружающей среды.

Для полноценной работы «очистителя» нужен помощник, который бы контролировал допустимые рамки и помогал системе бороться с вредными парами. Именно эту функцию и берет на себя датчик кислорода.

Важный параметр выпускной системы - коэффициент избытка воздуха. Здесь есть следующие варианты:

  • если он больше единицы, то горючая смесь является «обедненной»;
  • если параметр меньше единицы, то смесь обогащена;
  • если воздуха достаточно для полноценного сгорания топливной смеси, то параметр находится в пределах единицы.

Чтобы нейтрализатор был максимально эффективен, отклонение состава горючей жидкости не должно быть больше 1%.



Устройство

Первоначально ученые ставили задачу создать устройство, которое бы обладало достаточной  точностью и отличалось стабильностью. Датчик кислорода и внедрение ЭБУ позволили добиться поставленной цели. Лямбда-зонд стал одним из ключевых элементов системы впрыска. С его помощью удается поддерживать состав горючей смеси в допустимых пределах и исключить превышение точности в 1%.

Если говорить в общем, все датчики делятся на два типа - циркониевые и титановые. Принципиально они отличаются только конструктивно, но принцип действия остается неизменным. Измерительное устройство имеет специальное напыление из драгметалла (платины), которая находится как на внешней, так и на внутренней стороне. Внутри измерительного узла находится твердый керамический состав.

Как только температура достигает уровня в 320-350 градусов Цельсия, твердый элемент проводит ионы кислорода. Стоит отметить, что упомянутый параметр является минимально допустимым для датчика. В среднем же температура устройства достигает 600 градусов Цельсия, а верхний предел - не более 1000.



Принцип действия

Особенности работы устройства, как было упомянуто выше, основаны на контроле состава горючей смеси. При работе мотора объем кислорода внутри и снаружи системы выпуска будет различаться. Данная разница приводит в движение кислородные ионы, которые двигаются в твердом элементе (керамике). Как следствие, на электродах возникает разность потенциалов - датчик подает соответствующее указание нейтрализатору.

Для обеспечения быстрого прогрева лямбда-зонда до температуры более 300 градусов Цельсия монтаж производится возле силового узла. С другой стороны, близкое размещение также не желательно, ведь это может привести к выходу из строя устройства (но уже от перегрева). При этом наиболее опасна продолжительная езда на повышенных оборотах.

На современных авто проблема прогрева решается проще - путем установки обогревателя. При этом электроника контролирует температуру и проверяет корректность работы устройства в целом.



Виды

По конструкции можно выделить два вида датчиков:

  • Двухточечный люмбда-зонд - устройство, которое монтируется непосредственно перед нейтрализатором или уже после него. Задача устройства - контролировать объем воздуха в горючей смеси путем анализа отработавшего топлива.
По используемому материалу узел выполнен из керамики с нанесением специального покрытия. Процесс контроля производится электрохимическим методом. С одной стороны электрода - чистый воздух атмосферы, а с другой - отработавшие газы.  Принцип действия устройства описывался выше - он построен на чувствительности электронов к разнице концентраций кислорода и последующим появлением напряжения на выводах. Чем больше кислорода в выхлопе, тем меньше разница и тем ниже напряжение на выходе. В обратной ситуации напряжение, наоборот, растет.

Разность потенциалов, которая формируется на кислородном датчике, направляется к ЭБУ. Последний анализирует уровень поступающего напряжения и, исходя из этого, принимает решение о дальнейшем влиянии на другие системы транспортного средства.


  • Широкополосный датчик - устройство, отличающееся более современной конструкцией. Прибор применяется в виде входного устройства контроля для нейтрализатора. Здесь параметр объема кислорода (лямбда) вычисляется применением силы тока закачивания.
Конструктивно устройство формируется из 2-х керамических узлов - закачивающего и двухточечного. Закачивание - процесс, подразумевающий проход кислорода через специальный элемент под действием силы тока. Принцип действия данного типа датчика базируется на поддержании определенного уровня напряжения на уровне 0.45 В, создаваемого между двухточечным элементом. При этом напряжение образуется за счет упомянутой выше силы тока закачивания.

Уменьшение объема кислорода в выхлопе сопровождается повышением уровня напряжения на данном элементе. Как следствие, сигнал направляется к ЭБУ. На этом основании формируется конкретный ток на узле закачивания. Данного тока достаточно, чтобы обеспечить закачку в специальный зазор измерения и добиться нормального уровня напряжения.

Сила тока - параметр, по которому определяется объем кислорода в составе выхлопа. Анализ производит ЭБУ с последующим преобразованием в указание системе впрыска.

В случае обеднения смеси происходит обратный процесс - кислород выкачивается из измерительного зазора наружу.



Причины неисправности

Как показывает практика, датчики кислорода долго не «живут» и могут выйти из строя по целому ряду причин:

  • Применения низкокачественного топлива, а именно наличия в нем примесей железа, свинца и прочих. В таком случае электроды устройства забиваются уже через 3-5 неудачных заездов на АЗС;

  • Наличия масла в трубе выхлопа газов. Здесь причину нужно искать в поршневых кольцах - скорее всего они износились и пропускают масло;

  • Попадания на датчик кислорода различных едких составов (к примеру, растворителей, антифриза или моющих);

  • Сильных ударов;

  • «Хлопков» во время выхлопа, которые разрушают керамику узла;

  • Перегрева корпусной части из-за ошибочной установки угла опережения и чрезмерного обогащения смести кислородом;

  • Неисправности в системе зажигания;

  • Применения в процессе монтажа устройства различных герметиков, которые вулканизируются уже при температуре окружающего воздуха. Как следствие, в трубопроводе выпуска может накапливаться несгоревшее горючее. Последнее воспламеняется и создает ударные волны, разрушающее устройство;

  • Обрыв контактного соединения или прикосновения провода к массе на выходе датчика.


Ресурс и причины поломки

В среднем датчик кислорода может проработать от 40 до 70 тысяч километров. Здесь точных параметров нет - все зависит от эксплуатационных условий, состояния машины и качества применяемого топлива. Дольше всех работают лямбда-зонды, в которых предусмотрен подогрев. Для них уровень рабочей температуры - около 300 градусов Цельсия.

К основным поломкам датчиков кислорода стоит отнести:

  • выход из строя подогрева;
  • снижение уровня чувствительности;
  • «торможение», то есть потенциал на выводе и сигналы к ЭБУ выдается с задержкой.

Хуже всего, что самодиагностика автомобиля проблему не распознает - система ее игнорирует. Точно определиться работает датчик или нет можно только по осциллографу.

Если же поменять датчик кислорода на обычный имитатор, то данная хитрость не даст никакого эффекта - ЭБУ все равно не будет видеть посторонние сигналы. Кроме этого, он не будет использовать их для изменения состава приготовления топливной смеси.

Возможен и другой вариант. Если датчик работает на плохом бензине в течение 3-4 лет, то можно даже не мучиться и не тратить средств на его проверку. Такое устройство нужно менять не по факту неисправности, а уже исходя из возраста. Даже если лямбда-зонд и работает, то его быстродействие далеко от идеала.

В авто, где установлена пара кислородных датчиков (на входе или выходе из катализатора) все обстоит не так просто. Если второй зонд откажет, то двигатель уже не будет выдавать свои стандартные характеристики - начнутся проблемы.



Признаки неисправности

Чтобы определиться, исправен лямбда-зонд или нет, понадобится осциллограф или мотор-тестер. На экране последнего можно увидеть осциллограмму корректировки сигнала на выходе датчика. Наибольший интерес представляют пороговые параметры напряжения (минимального и максимального уровня). К примеру, если минимальный предел поднялся на 200 мВ, то это уже проблем. Что касается верхнего уровня, то здесь критично снижение на 700-800 мВ. Немаловажный критерий - скорость фронта, показывающая скорость корректировки фронта переключения из минимального до высокого уровня. Менять лямбда-зонд необходимо, если это время больше 0.3 секунд.

К основным  признакам поломки можно отнести:

  • повышение «прожорливости» транспортного средства;
  • сбои в работе мотора на небольших оборотах;
  • ухудшение характеристик силового узла транспортного средства;
  • явное потрескивание в области нейтрализатора даже после остановки мотора;
  • разогрев в области нейтрализатора до критически высоких температур;
  • срабатывание лампочки «Чек энгайн» уже после проверки всех систем.


Особенности замены

Для замены датчика кислорода необходимо иметь специальный ключ с углублением под жгут проводов. Выкручивание узла лучше производить на горячую (так меньше опасности сорвать резьбу). Кроме этого, на резьбовой части уже есть специальная смазка, но немного дополнительной графитки лишней не будет. Разъем стоит поднять как можно больше - это позволит уберечь от грязи и влаги. Контакты желательно смазывать.

Если провода ранее скручивались, то их нужно обработать графиткой, чтобы избежать окисления. Что касается пайки, то здесь очень важно качество, ведь кислород к лямбда-зонду поступает через провода. Вот почему датчики кислорода не паяются, а обжимаются. Следовательно, лучше производить обжимание с последующим скручиванием.

Демонтировать зонд при работающем моторе не стоит - можно получить ожог. Лучше дождаться, пока прибор немного остынет. Сразу после замены зонда нужно произвести обнуление памяти посредством снятия клеммы с АКБ.



Итоги

Первоначальное назначение датчика кислорода и катализатора - снижение вредных выхлопов в атмосферу. В остальном же лямбда-зонд не так эффективен. С другой стороны, следить за его состоянием необходимо, ведь выход из строя приведет к проблемам в работе силового узла, повышению расхода и прочем поломкам.

Стоимость ремонтаНайти запчасть

Принцип работы кислородного датчика.