Датчик кислорода (лямбда-зонд)

Кислород - необходимый элемент для сгорания любого вида топлива, в том числе, и автомобильного. По количеству кислорода, остающегося в отработавших газах, можно судить о том, насколько хорошо происходит процесс сгорания топлива в цилиндрах двигателя. Для измерения количества кислорода применяется лямбда-зонд.

История появления датчика кислорода и названия «лямбда-зонд»

Практическим применением лямбда-зонда в системе выпуска двигателя внутреннего сгорания инженеры заинтересовались еще в конце шестидесятых, а первый серийный образец датчика был создан в 1976 году немецкой компанией Robert Bosch GmbH. Впервые применили датчик кислорода в своих автомобилях шведские концерны Volvo и Saab. Второе название датчика - лямбда-зонд - происходит от греческой буквы «лямбда». В теории двигателестроения эта буква используется для обозначения коэффициента избытка воздуха в топливно-воздушной смеси.

Принцип действия датчика 

Сигнал лямбда-зонда используется блоком управления для поддержания оптимального или, как его называют в автомобилестроении, стехиометрического соотношения воздуха к бензину в камере сгорания. Близким к идеалу считается пропорция около 14,7:1, где 14,7 - количество воздуха, необходимого для наиболее эффективного сгорания топлива.

Лямбда-зонд применяется не только на автомобильных двигателях, но и на других устройствах для сжигания топлива, например, на водогрейных котлах. Как и в случае с ДВС, он используется для настройки

Датчик кислорода устанавливается в отверстие в корпусе выпускного коллектора. Если в конструкции предусмотрен второй, а вернее сказать, вторичный лямбда-зонд, он ввинчивается в отверстие в приемной трубе перед катализатором. Работа лямбда-зонда основана на принципе Вальтера Нернста – немецкого ученого, открывшего возможность обнаружения нормального потенциала электрода с помощью кислорода. Если рассмотреть данный принцип применительно к лямбда-зонду, то с помощью электродов, которые находятся в датчике, можно определить количество кислорода в отработавших газах.  

Эффективная работа лямбда-зонда может достигаться только при температуре не менее 300 градусов. Поэтому лямбда-зонд оснащен спиралью электрического подогрева, которая создает нужный температурный режим, пока двигатель еще не прогрелся. Датчик кислорода располагают в потоке отработавших газов так, чтобы внешний электрод омывался газами, а внутренний – находился в среде атмосферного воздуха. В зависимости от разницы в количестве кислорода между внутренними и внешними электродами, образуется электрический заряд, максимальная мощность которого находится на уровне 1 Вольта. Полученное значение передается и обрабатывается в компьютерном блоке управления двигателем. Сигнал из блока подается на топливные форсунки, дозирующие подачу топлива. В зависимости от того, какой сигнал подает блок управления, количество бензина в топливо-воздушной смеси может быть увеличено или уменьшено.

Типы лямбда-зондов

Часто можно услышать словосочетание «широкополосный лямбда-зонд». Любой водитель, увлекшийся тюнингом двигателя, рано или поздно узнает разницу между простым и широкополосным датчиком кислорода. Основная разница между широкополосным зондом и обычным датчиком, в принципе работы чувствительного элемента. Если же говорить о тюнинге двигателя, то сигнал, снятый с широкополосного датчика, отличается большей информативностью, а именно это и необходимо в случаях, когда заводские настройки двигателя подвергаются существенным изменениям. Чем больше информации можно получить от того или иного датчика, тем лучше, так как от этого будет зависеть точность настройки. 

Условия эффективной работы лямбда-зонда

Датчик кислорода напрямую влияет на работу двигателя, поэтому в случае его неисправности качество-топливо воздушной смеси может измениться так резко, что двигатель работать не сможет. В случае неисправности сигнал меняется непредсказуемо или вовсе исчезает. Для того, чтобы не осложнять жизнь водителю внезапно заглохшим и упорно не заводящимся двигателем, разработаны и внедрены меры, позволяющие запустить двигатель и доехать на автомобиле с неисправным лямбда-зондом до станции техобслуживания. В случае обнаружения неисправности блок управления вводит в действие аварийную программу, в соответствии с которой в двигатель подается оптимизированная под различные условия топливо-воздушная смесь, позволяющая ему работать в усредненном режиме. Как правило, в таких случаях бензина в смеси больше, чем нужно, так как при таком условии он, скорее всего, не заглохнет.

Широкополосный лямбда-зонд позволяет наблюдать за изменениями в составе топливо-воздушной смеси в режиме реального времени

Естественно, расход топлива при этом увеличивается, так что водитель, разъезжающий на автомобиле с двигателем, работающим в аварийном режиме, рано или поздно поймет, что произошла поломка, даже если сразу он об этом не догадался.

Если же датчик исправен, на его работу может влиять целый ряд различных факторов.

Во-первых, место крепления датчика в выпускном коллекторе должно обладать качественным уплотнением. Если лямбда-зонд ввинчен не до конца, на качественные измерения рассчитывать точно не стоит. Недопустимо неверное соединение проводов кислородного датчика, так как блок управления будет считать, что датчик неисправен, и перейдет в аварийный режим. Ни при каких обстоятельствах нельзя использовать этилированное топливо – от него может испортиться не только лямбда-зонд, но и другие датчики. Безусловно, вреден перегрев корпуса датчика по любым причинам, например, в случае появления трещины в выпускном коллекторе. 

Вопросы эксплуатации лямбда-зонда

Неполадки датчика на некоторых двигателях, в основном, устаревших моделей, могут не фиксироваться программой самодиагностики, поэтому при возникновении подозрений проверку лучше поручить специалистам. Определить поломку лямбда-зонда опытный диагност может при помощи простого вольтметра. Следует учитывать, что лямбда-зонд – это одна из наиболее уязвимых частей выхлопной системы. Срок службы детали обычно измеряется в категориях пробега, а не времени, и составляет 40-80 тысяч км в зависимости от состояния двигателя, систем впуска и подачи топлива, и условий эксплуатации.