Навіщо потрібен “цей” лямбда-зонд
Автолюбитель пішов нині грамотний – навіть власників стареньких “Жигулів” не здивуєш заморськими слівцями ABS, ESP, Jetronic, каталізатор, інжектор, лямбда-зонд… Останній термін, щоправда, більше турбує власників іномарок. Трапляється, що в автомобілі раптом “тяга” впала, він став їсти бензин: як не в собі, а причина цього невідома. На СТО майстри скажуть: “Лямбда здохла”, запропонують її замінити, та ціни! А не допоможе, тоді що? Серед знайомих ніхто до ладу не знає, як до “лямбди” підступитися: “річ у собі”… Дійсно, лямбда-зонд – штука загадкова, але все ж таки спробуємо в цій загадці розібратися.
Лямбда-датчик зондує вихлоп
Навіщо потрібний лямбда-зонд
Жорсткі екологічні норми давно узаконили застосування на автомобілях каталітичних нейтралізаторів (в побуті – каталізатори) – пристроїв, які сприяють зниженню вмісту шкідливих речовин у вихлопних газах. Каталізатор річ хороша, але ефективно працює лише за певних умов. Без постійного контролю складу паливно-повітряної суміші забезпечити каталізаторам “довголіття” неможливо – ось тут і приходить на допомогу датчик кисню, він О2-датчик, він же лямбда-зонд (ЛЗ).
Назва датчика походить від грецької літери l (лямбда), яка в автомобілебудуванні означає коефіцієнт надлишку повітря в паливно-повітряній суміші. При оптимальному складі цієї суміші, коли на 147 частини повітря припадає 1 частина палива, l дорівнює 1 (графік 1). “Вікно” ефективної роботи каталізатора дуже вузьке: l=1±0,01. Забезпечити таку точність можна лише за допомогою систем живлення з електронним (дискретним) упорскуванням палива та при використанні в ланцюгу зворотного зв’язку лямбда-зонда.
Надлишок повітря у суміші вимірюється вельми оригінальним способом – шляхом визначення у вихлопних газах вмісту залишкового кисню (О2). Тому лямбда-зонд і стоїть у випускному колекторі перед каталізатором. Електричний сигнал датчика зчитується електронним блоком управління системи упорскування палива (ЕБУ), а той у свою чергу оптимізує склад суміші шляхом зміни кількості палива, що подається в циліндри. На деяких сучасних моделях автомобілів є ще один лямбда-зонд. Розташований на виході каталізатора. Цим досягається велика точність приготування суміші та контролюється ефективність роботи каталізатора (рис. 1).
Графік 1. Залежність потужності двигуна (P) та витрати палива (Q) від коефіцієнта надлишку повітря (l)
Повне згоряння та максимальна потужність досягається при l=1.
Мал. 1. Схема l-корекції з одним і двома датчиками кисню двигуна
1 – впускний колектор; 2 – двигун; 3 – блок керування двигуном; 4 – паливна форсунка; 5 – основний лямбда-зонд; 6 – додатковий лямбда-зонд; 7 – каталітичний нейтралізатор.
Принцип роботи
Лямбда-зонд діє за принципом гальванічного елемента з твердим електролітом у вигляді кераміки діоксиду цирконію (ZrO2). Кераміка легована оксидом ітрію, а поверх неї напилені струмопровідні пористі електроди з платини. Один із електродів “дихає” вихлопними газами, а другий – повітрям з атмосфери (рис.2). Ефективне вимірювання залишкового кисню у газах, що відпрацювали, лямбда-зонд забезпечує після розігріву до температури 300 – 400оС. Тільки в таких умовах цирконієвий електроліт набуває провідності, а різниця в кількості кисню атмосферного і кисню у вихлопній трубі веде до появи на електродах лямбда-зонда вихідної напруги.
При пуску та прогріві холодного двигуна управління упорскуванням палива здійснюється без участі цього датчика, а корекція складу паливо-повітряної суміші здійснюється за сигналами інших датчиків (положення дросельної заслінки, температури охолоджуючої рідини, числа обертів коленвала та ін.). Особливістю цирконієвого лямбда-зонда є те, що при малих відхиленнях складу суміші від ідеального (0,97 l 1,03) напруга на його виході змінюється стрибком в інтервалі 0,1 – 0,9 В (графік 2).
Крім цирконієвих, існують кисневі датчики на основі двоокису титану (TiO2). При зміні вмісту кисню (О2) у газах, що відпрацювали, вони змінюють свій об’ємний опір. Генерувати ЕРС титанові датчики не можуть; вони конструктивно складні і дорожчі за цирконієві, тому, незважаючи на застосування в деяких автомобілях (Nissan, BMW, Jaguar), широкого поширення не набули.
Для підвищення чутливості лямбда-зондів при знижених температурах після запуску холодного двигуна використовують примусовий підігрів. Нагрівальний елемент (НЕ) розташований усередині керамічного тіла датчика та підключається до електромережі автомобіля (рис. 3).
Графік 2. Залежність напруги лямбда-зонда від коефіцієнта надлишку повітря (l) при температурі датчика 500-800оС
А – умовна точка середніх показань (Uвих” 0,5 В, при l=1,0).(Збагачення суміші (зменшення О2 у вихлопі). Збіднення суміші (збільшення О2 у вихлопі).
Мал. 3. Конструкція датчика кисню з підігрівачем
1 – керамічну основу; 2, 8 – контакти НЕ; 3 – нагрівальний елемент (НЕ); 4 – твердий електроліт ZrO2 з напиленими платиновими електродами; 5 – захисний кожух із прорізами; 6 – металевий корпус з різьбленням кріплення; 7 – кільце ущільнювача; 9 – висновки датчика.
Якщо ЛЗ “бреше”
У цьому випадку ЕБУ починає працювати за усередненими параметрами, записаними в його пам’яті: при цьому склад паливно-повітряної суміші, що утворюється, буде відрізнятися від ідеального. В результаті з’явиться підвищена витрата палива, нестійка робота двигуна на холостому ходу, збільшення вмісту в відпрацьованих газах, зниження динамічних характеристик, але машина при цьому залишається на ходу. У деяких моделях автомобілів ЕБУ реагує на відмову лямбда-зонда дуже серйозно і починає так завзято збільшувати кількість палива, що подається в циліндри, що запас пального в баку “тане” на очах, з труби валить чорний дим, СО “зашкалює”, а двигун “тупіє” і на найближчу СТО вам, швидше за все, доведеться добиратися на буксирі.
Перелік можливих несправностей лямбда-зонда досить великий і деякі (втрата чутливості, зменшення швидкодії) самодіагностикою автомобіля не фіксуються. Тому остаточне рішення про заміну датчика можна ухвалити тільки після його ретельної перевірки, яку найкраще доручити фахівцям. Слід особливо відзначити, що спроби заміни несправного лямбда-зонда імітатором ні до чого не приведуть – ЕБУ не розпізнає “чужі” сигнали, і не використовує їх для корекції складу паливної суміші, що готується, тобто. просто “ігнорує”.
При згорілому або відключеному лямбда-зонді вміст СО у вихлопі зростає на порядок: від 0,1 – 0,3% до 3 – 7% і зменшити його значення не завжди вдається, тому що запасу ходу гвинта якості суміші може не вистачити. У автомобілях, система l-корекції яких має два кисневі датчики, справа ще складніша. У разі відмови другого лямбда-зонда (або “пробивки” секції каталізатора) домогтися нормальної роботи двигуна практично неможливо.
Взагалі лямбда-зонд – найбільш вразливий датчик автомобіля із системою упорскування. Його ресурс становить 40 – 80 тис. км залежно від умов експлуатації та справності двигуна. Поганий стан маслознімних кілець, попадання антифризу в циліндри та випускні трубопроводи, збагачена паливно-повітряна суміш, збої в системі запалення сильно скорочують термін його служби. Застосування етилованого бензину категорично неприпустимо – свинець “отруює” платинові електроди лямбда-зонда за кілька безконтрольних заправок.
Мал. 2. Схема датчика кисню на основі діоксиду цирконію, розташованого у вихлопній трубі
1 – твердий електроліт ZrO2; 2, 3 – зовнішній та внутрішній електроди; 4 – контакт заземлення; 5 – “сигнальний контакт”; 6 – вихлопна труба.
Мал. 4. Контактні висновки найпоширеніших цирконієвих лямбда-зондів
а – без підігрівача; б, з – з підігрівачем.
* Колір виводу може відрізнятися від зазначеного.
Махнемо не дивлячись!
Рекомендований заводом-виробником лямбда-зонд та подібні по конструкції цирконієві датчики взаємозамінні. Можлива заміна датчиків, що не підігріваються на підігрівані (але не навпаки!). Однак може виникнути проблема несумісності роз’ємів і відсутності в машині ланцюга живлення для нагрівача лямбда-зонда. Провід можна прокласти самостійно, а замість роз’єму використовувати стандартні автомобільні контакти.
Колірне маркування висновків лямбда-зондів може відрізнятися, але сигнальний провід завжди матиме темний колір (зазвичай – чорний). “Масовий” провід може бути білим, сірим або жовтим (рис. 4). Титанові лямбда-зонди від цирконієвих легко відрізнити за кольором “накального” виведення підігрівача – він завжди червоний. При заміні 3-контактного лямбда-зонда на 4-контактний необхідно надійно з’єднати з “масою” автомобіля провід заземлення підігрівача та сигнальний “мінус”, а накальний провід підігрівача через реле та запобіжник підключити до “плюсу” акумулятора.
Підключення безпосередньо до котушки запалення небажано, тому що в ланцюзі її живлення може стояти опір, що знижує. Підключитись до контактів паливного насоса досить складно. Найкраще підключити реле підігрівача лямбда-зонда до замку запалювання.
0 коментарів