Устройство датчика кислорода (лямбда зонда) Chevrolet Aveo / Aveo II / Daewoo Kalos с 2003 года

4. Устройство датчика кислорода (лямбда зонда)

1. металлический корпус с резьбой;
2. уплотнительное кольцо;
3. токосъемник электрического сигнала;
4. керамический изолятор;
5. проводка;
6. манжета проводов уплотнительная;
7. токопроводящий контакт цепи подогрева;
8. наружный защитный экран с отверстием для атмосферного воздуха;
9. подогрев;
10. наконечник из керамики;
11. защитный экран с отверстием для отработавших газов.

1. Назначение, применение

Предназначен для корректировки оптимальной смеси горючего с воздухом. Применение приводит к повышению экономичности автомобиля, влияет на мощность двигателя, динамику, а также на экологические показатели.

Бензиновому двигателю для работы требуется смесь с определенным соотношением воздух-топливо. Соотношение, при котором топливо максимально полно и эффективно сгорает, называется стехиометрическим и составляет 14,7:1. Это означает, что на одну часть топлива следует взять 14,7 частей воздуха. На практике же соотношение воздух-топливо меняется в зависимости от режимов работы двигателя и смесеобразования. Двигатель становится неэкономичным. Это и понятно!

Таким образом, датчик кислорода – это своеобразный переключатель (триггер), сообщающий контроллеру впрыска о качественной концентрации кислорода в отработавших газах. Фронт сигнала между положениями «больше» и «меньше» очень мал. Настолько мал, что его можно не рассматривать всерьез. Контроллер принимает сигнал с ЛЗ, сравнивает его с значением, прошитым в его памяти и, если сигнал отличается от оптимального для текущего режима, корректирует длительность впрыска топлива в ту или иную сторону. Таким образом осуществляется обратная связь с контроллером впрыска и точная подстройка режимов работы двигателя под текущую ситуацию с достижением максимальной экономии топлива и минимизацией вредных выбросов.

Функционально лямбда-зонд работает, как переключатель и выдает опорное напряжение (0.45 В) при низком содержании кислорода в выхлопных газах. При высоком уровне кислорода датчик О₂ снижает свое напряжение до ~0.1-0.2В. При этом важным параметром является скорость переключения датчика. В большинстве систем впрыска топлива О₂-датчик имеет выходное напряжение от 0.04..0.1 до 0.7..1.0 В. Длительность фронта должна быть не более 120 мсек. Следует отметить, что многие неисправности лямбда-зонда контроллерами не фиксируются, и судить о его исправной работе можно только после соответствующей проверки.

Лямбда-зонд действует по принципу гальванического элемента с твердым электролитом в виде керамики из диоксида циркония (ZrO₂). Керамика легирована оксидом иттрия, а поверх нее напылены токопроводящие пористые электроды из платины. Один из электродов «дышит» выхлопными газами, а второй – воздухом из атмосферы. Эффективное измерение остаточного кислорода в отработавших газах лямбда-зонд обеспечивает после разогрева до температуры 300 – 400 °С. Только в таких условиях циркониевый электролит приобретает проводимость, а разница в количестве атмосферного кислорода и кислорода в выхлопной трубе ведет к появлению на электродах лямбда-зонда выходного напряжения.

Для повышения чувствительности лямбда-зондов при пониженных температурах и после запуска холодного двигателя используют принудительный подогрев. Нагревательный элемент (НЭ) расположен внутри керамического тела датчика и подключается к электросети автомобиля.

Элемент зонда, сделанный на основе диоксида титана не производят напряжение а меняет свое сопротивление (нас этот тип не касается).

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

Кроме циркониевых, существуют кислородные датчики на основе двуокиси титана (TiO₂). При изменении содержания кислорода (О₂) в отработавших газах они изменяют свое объемное сопротивление. Генерировать ЭДС титановые датчики не могут; они конструктивно сложны и дороже циркониевых, поэтому, несмотря на применение в некоторых автомобилях (Nissan, BMW, Jaguar), широкого распространения не получили.

2. Совместимость, взаимозаменяемость

Принцип работы лямбда-зонда у всех производителей в общем одинаков. Совместимость чаще всего обусловлена на уровне посадочных размеров – различаются монтажными размерами и разъемом.

3. Виды

а) с подогревом и без подогрева;

б) кол-во проводов: 1-2-3-4, т.е. соответственно и комбинацией: с/без подогрева;

в) из разных материалов: циркониево-платиновые и которые подороже: на основе двуокиси титана (TiO₂); титановые лямбда-зонды от циркониевых легко отличить по цвету «накального» вывода подогревателя – он всегда красный;

г) широкополосная для дизелей и двигателей, работающих на обедненной смеси.

4. Как и почему умирает лямбда-зонд

• Плохой бензин, свинец, железо забивают платиновые электроды за несколько «удачных» заправок.
• Масло в выхлопной трубе – плохое состояние маслосъемных колец.
• Попадание на него моющих жидкостей и растворителей.
• «Хлопки» в выпуске, разрушающие хрупкую керамику.
• Удары.
• Перегрев его корпуса из-за неправильно установленного угла опережения зажигания, сильно переобогащенной топливной смеси.
• Попадание на керамический наконечник датчика любых эксплуатационных жидкостей, растворителей, моющих средств, антифриза.
• Обогащенная топливно-воздушная смесь.
• Сбои в системе зажигания, хлопки в глушителе.
• Использование при установке датчика герметиков, вулканизирующихся при комнатной температуре или содержащих в своем составе силикон.
• Многократные (неудачные) попытки запуска двигателя через небольшие промежутки времени, что приводит к накапливанию несгоревшего топлива в выпускном трубопроводе, которое может воспламениться с образованием ударной волны.
• Обрыв, плохой контакт или замыкание на «массу» выходной цепи датчика.

Ресурс датчика содержания кислорода в выхлопных газах обычно составляет от 30 до 70 тыс.км и, в значительной степени, зависит от условий эксплуатации. Дольше служат, как правило, датчики с подогревом. Рабочая температура для них обычно 315-320 °C.

Перечень возможных неисправностей лямбда-зонда:

• Неработающий подогрев.
• Потеря чувствительности – уменьшение быстродействия.

Причем это, как правило, самодиагностикой автомобиля не фиксируются.

Решение о замене датчика можно принять после его проверки на осцилографе.

Следует особо отметить, что попытки замены неисправного лямбда-зонда имитатором ни к чему не приведут – ЭБУ не распознает «чужие» сигналы и не использует их для коррекции состава приготавливаемой горючей смеси, т.е. попросту «игнорирует».

Можно использовать и такой способ

Если лямбда-зонд работал на нашем бензине более 2-3-х лет, то можно не тратиться на его проверку.

Его стоит менять уже хотя бы по возрасту. Быстродействие все равно уже далеко от оптимального.

На AVEO, система коррекции которых имеет два кислородных датчика, в случае отказа второго лямбда-зонда (или «пробивки» секции катализатора) добиться нормальной работы двигателя сложно.

Как понять, насколько работоспособен датчик?

Для этого потребуется осциллограф. Или специальный мотор-тестер, на дисплее которого можно наблюдать осциллограмму изменения сигнала на выходе ЛЗ. Наиболее интересными являются пороговые уровни сигналов высокого и низкого напряжения (со временем, при выходе датчика из строя, сигнал низкого уровня повышается (более 0,2 В), а сигнал высокого уровня – снижается (менее 0,8 В), а также скорость изменения фронта переключения датчика из низкого в высокий уровень. Есть повод задуматься о предстоящей замене датчика, если длительность этого фронта превышает 300 мсек.

Это усредненные данные.

Возможные признаки неисправности датчика кислорода

• Неустойчивая работа двигателя на малых оборотах.
• Повышенный расход топлива.
• Ухудшение динамических характеристик автомобиля.
• Повышение температуры в районе каталитического нейтрализатора или его нагрев до раскаленного состояния.
• Загорание лампы «СНЕСК ЕNGINЕ» при установившемся режиме движения.

5. Как снять-установить

Нужен подходящий ключ.

Для установки оптимальна специальная высокая головка с прорезью для проводов и гранями снаружи.

Снимаем старый неисправный(!) лямбда зонд.

Отрезаем родной разъем – он пригодится. Берем новый датчик, отрезаем его разъем и выкидываем. Соединяем новую лямбду и родной разъем только скруткой! пайка и обжимка недопустимы из-за разной электро-химической проводимости этих металлов в агрессивной среде (влага, большая температура). Места скруток изолируются термоусадкой Ø4,8 мм импортного производства.