Лямбда-зонд: что это, как работает кислородный датчик в автомобиле, неисправности

Практически на всех современных автомобилях устанавливается специальное устройство лямбда-зонд. Оно определяет уровень кислорода в активной зоне двигателя. В статье будут рассмотрены вопросы того, какие функции выполняется это устройство, по каким причинам оно может выйти из строя и как выполнить его замену пошагово.

Лямбда-зонд (датчик кислорода в автомобиле) – что это

Лямбда-зонд (датчик кислорода) – небольшое устройство, которое входит в состав выхлопной системы транспортного средства. Его главная функция – отслеживание уровня кислорода в отработанных газах, которые образуются в результате сгорания топлива в двигателе внутреннего сгорания. Устройство имеет вид небольшой трубки с проводами. Оно подключается к двум системам машины:

• С одной стороны – к выхлопной трубе катализатора перед коллектором. В трубе выполняется отверстие с резьбой, в которую вкручивается датчик.
• С другой стороны – к электрическому разъему, который подключается к электронную блоку управления (ЭБУ) мотора. Зонд имеет вид вилки с четырьмя зубцами, а разъем – плоскость с четырьмя отверстиям.

Датчик кислорода в автомобиле ставится на любые ТС. Это автомобили, грузовики, автобусы, спецтехника. Большинство лямбда-зондов рассчитаны на 60-80 тысяч километров пробега. При выходе из строя устройство необходимо отремонтировать или заменить. При отсутствии исправного устройства большинство современных автомобилей переходят в аварийный режим работы.

Зачем нужен лямбда-зонд

Чтобы дать ответ на этот вопрос, необходимо разобраться в физике сгорания горючего в моторе. Для эффективного сгорания топлива в двигателе требуется наличие двух компонентов – топливо и кислород. Топливо попадает в активную зону с помощью форсунок, подключенных к топливному баку. Уровень кислорода контролируется ДМРВ-устройством.

Физические эксперименты показывают – оптимальный уровень сгорания топлива достигается при наличии в активной зоне 14,7 частей воздуха и 1 части топлива. Это соотношение называют лямбда-соотношением, а обозначают его греческой буквой λ. Если в активной зоне кислород по отношению к топливу находится в пропорции ровно 14,7 к 1, то показатель λ приравнивают к единице.

Сценарии сгорания топлива в зависимости от того, достигается ли там оптимальное соотношение топлива/кислорода:

• λ меньше 1. В активной зоне наблюдается недостаток кислорода. Часть топлива не сгорает (недостает кислорода), что приводит к увеличение расходов топлива.
• λ равен 1. Это оптимальный сценарий. Топливо полностью сгорает в активной зоне, а мотор работает стабильно, без рывков.
• λ больше 1. В активной зоне топливо сгорает быстро, поскольку наблюдается его недостаток (тогда как кислорода наоборот много). Двигатель начинает работать рывками, что ухудшит функционирование машины.

Лямбда-зонд не регулирует количество кислорода и топлива в активной зоне. Он оценивает концентрацию кислорода в выхлопных газах и подает эту информацию на ЭБУ двигателя. Если кислорода много или мало, электронный блок уменьшает или увеличивает подачу топлива, что приводит к приведению соотношения топливо/кислород к нормативному показателю λ.

Механика работы лямбда-зонда:

1. При работе двигателя внутреннего сгорания через форсунки происходит впрыскивание топлива (бензина, дизеля) в активную зону двигателя. При сгорании образуются газы, которые поступают в выпускной коллектор, имеющий форму трубы. Часть газов попадает на активную зону лямбда-зонда.
2. Устройство определяет количество кислорода в выхлопных газах и сравнивает его с нормативными показателями. Если кислорода содержится оптимальное количество (14,7 к 1), то ничего не происходит и устройство не подает сигнал на управляющий блок двигателя. Газы поступают в фильтрационную камеру (обычно это катализатор).
3. Если лямбда-зонд установил отклонение от нормативных показателей (в большую или меньшую сторону), то он подаст электрический сигнал на ЭБУ мотора. Потом блок подает сигнал на форсунки, что приводит к уменьшению или увеличению количества впрыскиваемого топлива. Теперь топливо сгорает и попадает на активную зону лямбда-зонда и цикл повторяется заново.
4. На многих современных машинах устанавливается не один, а два лямбда-зонда. Второе устройство ставится сразу после катализатора. Второй лямбда-зонд выполняет иную функцию – он позволяет определить качество очистки газов в катализаторе, чтобы при необходимости изменить его режим работы. Также он может подать знак водителю, что с устройством что-то не так.

Обратите внимание! В качестве второго лямбда-зонда используется тот же самый прибор. Он имеет аналогичное строение, работает по тем же самым принципам, точно так же подключается к автомобилю и так далее. Отличается он функциями и расположением.

Виды лямбда-зондов

• Циркониевый. Корпус выполнен на металлической основе (обычно это сталь). Содержит керамический блок, на который напыляется соединение на основе диоксида циркония. Сверху устанавливаются тонкие платиновые пластины, способные генерировать электрический ток (они выполняют функцию электродов). Устройство работает при температуре 300-350 градусов. Подогрев газов не предусмотрен в связи с легкоплавкостью циркония и отдельных элементов лямбда-зонда.
• Титановый. По конструкции похож на предыдущую модель, однако напыление выполнено на основе титана. Этот металл относится к категории тугоплавких, поэтому на титановый лямбда-зонд дополнительно устанавливается нагревательный элемент. Нагреватель увеличивает температуру газа в активной зоне. Это позволяет получать более точные значения для газовой смеси, увеличивает срок годности зонда.
• Широкополосной. Циркониевые и титановые лямбда-зонды, которые мы рассматривали выше, обычно выполняются в виде узкополосных устройств. Но также существуют широкополосные устройства (на основе циркония и титана). Они содержат две дополнительных ячейки, которые играют ряд вспомогательных, но чрезвычайно важных функций. Они серьезно улучшают качество замеров, увеличивают срок годности устройства и так далее.

При наличии выбора отдать предпочтение следует широкополосным устройствам на титановой основе. Они стоят дорого, однако обеспечивают наиболее высокое качество замеров и обладают большим сроком годности.

Как работает датчик кислорода автомобиля

Чтобы разобраться с режимом работы лямбда-зонда, нужно знать его конструкцию. Основные элементы:

• Корпус. Имеет полую цилиндрическую форму, внутри которой содержатся функциональные элементы лямбда-зонда. Обычно выполняется на основе стали.
• Уплотнитель с резьбой. Крепится на одном из краев лямбда-зонда. Резьба используется для крепления запчасти на трубе, которая содержит соответствующие выемки.
• Керамический наконечник с защитным экраном. Располагается рядом с уплотнителем. Имеет керамическую основу, которая содержит чувствительные элементы на основе оксида циркония/титана и тонкого слоя платины. Нужна для сбора отработанных газов. Может генерировать электрический ток (выступает в качестве электрода).
• Наружный экран. Крепится на середину корпуса, содержит напыление на основе диоксида циркония или титана. Может генерировать электрический ток (выступает в качестве электрода).
• Выводящие провода. Крепятся на другую сторону корпуса. Передают электрический сигнал при его наличии на ЭБУ двигателя. Общее количество проводов может составлять от 2 до 4.
• Нагревательный элемент. Крепится к корпусу лямбда-зонда, способен нагревать корпус. Это улучшает качество анализа газа и продлевает срок годности лямбда-зонда.
• Датчик также содержит другие вспомогательные элементы. Это электрические провода для передачи импульса внутри зонда, токосъемник, манжета и другие.

Механика работы лямбда-зонда проста. Внешний экран контактирует с атмосферным воздухом, тогда как внутренний экран – с отработанными газами. При температуре датчика 300-350 градусов возникает разность потенциалов между внутренним и внешним экраном за счет неодинакового содержания кислорода в воздухе/газах. Чем выше разность – тем сильнее напряжение. Получившийся электрический ток поступает на провода, которые через провода передаются на ЭБУ двигателя.

Неисправен лямбда-зонд: причины и ремонт

Лямбда-зонд выходит из строя по различным причинам. Это высокие нагрузки на выхлопную систему машины, повреждение электрической проводки, использование низкокачественного бензина и другие. Ниже рассмотрим основные сценарии возникновения неисправностей, а также узнаем, как эти проблемы с лямбда-зондом разрешаются.

Образование нагара

Одной из популярных причин выхода из строя лямбда-зонда – образование слоя нагара в области активной зоны запчасти. Если двигатель заводить слишком резко, то небольшие порции бензина попадают в выхлопную систему машины и оседают там на поверхности лямбда-зонда. Нагар образуется и по другим причинам – использование низкокачественного топлива, неправильное включение двигателя.

Устанавливается поломка по следующим признакам:

1. Двигатель работает небольшими рывками.
2. Часто пропадает зажигание.
3. Периодически мигает индикатор “Check Engine”.

Статья по теме: Горит Check Engine (ошибка двигателя): причины и лучшие решения проблемы

Чтобы исправить эту проблему, рекомендуется демонтировать старый и поставить новый лямбда-зонд. Также можно попытаться очистить наконечник самостоятельно. Делается это так:

1. Демонтируйте устройство, аккуратно снимите защитный колпачок.
2. Налейте в емкость 80-100 мл ортофосфорной кислоты.
3. Поместите в емкость колпачок, чтобы его край остался снаружи (например, привяжите к чему-либо).
4. Спустя 20-30 минут достаньте датчик, промойте водой и высушите его.
5. Установите обратно наконечник, нанесите защитную пасту и приварите конструкцию (например, методом аргонной сварки).

Перегрев устройства

Лямбда-зонд может временно выходить из строя из-за перегрева выхлопной системы. Ключевое слово здесь “временно” – при повышенной нагрузке начинает мигать кнопка “Check Engine”. Тогда как при нормальной езде такая проблема не наблюдается. Связано это с тем, что на автомобили устанавливаются датчики на циркониевой основе, а такие лямбда-зонды не могут работать при высоких температурах. Это и приводит к выходу из строя прибора.

Устанавливается перегрев по таким признакам:

• Проблема возникает только при высоких нагрузках (езда на высокой скорости, подъем в гору).
• Серьезно растут расходы топлива.
• Ухудшается работа системы разгона и торможения.

Чтобы устранить эту неполадку, рекомендуется демонтировать циркониевый и поставить титановый лямбда-зонд. Иногда это не помогает – например, если автомобильная система в целом не справляется с высокими нагрузками (а не только лямбда-зонд). В таком случае просто снизьте уровень нагрузки, чтобы устранить неполадку (например, ездите более медленно).

Повреждение электропроводки

Еще одной популярной причиной выхода из строя лямбда-зонда является повреждение проводки. Каждое устройство оборудовано электрическими проводами (от 2 до 4), которые передают сигнал на блок управления мотором. В случае повреждения проводки сигнал становится нестабильным, что приводит к разбалансировке работы мотора. Повреждение проводов часто имеет механическую природу (например, водитель попал в ДТП).

Повреждение электрической проводки устанавливается по таким признакам:

• Двигатель работает с перебоями, возможны проблем с зажиганием.
• Заметное увеличение расходов топлива.
• Периодически загорается индикатор “Check Engine”, но потом потухает.

В случае повреждения проводов рекомендуется поставить новый лямбда-зонд. Можно выполнить замену поврежденного участка цепи, если у Вас завалялись провода от старого зонда. Для ремонта старый кислородный датчик демонтируется из системы, потом срезается старый поврежденный элемент (с соединительной вилкой или без). На ее место устанавливается неповрежденная электропроводка от старого лямбда-зонда.

Выход из строя нагревателя

Еще одна причина выхода из строя лямбда-зонда – поломка нагревательного элемента. Поломка нагревателя не всегда выводит из строя ведь зонд. Этот дефект обычно не дает о себе знать при низких нагрузках, однако при средних и высоких нагрузках он проявляет себя. Основные признаки поломки нагревателя:

• При повышенных нагрузках движок начинает глохнуть.
• Повышаются расходы топлива при подъеме на гору или во время быстрой езды.
• Запчасть была куплена давно (примерный пробег – 30-50 тысяч километров).

Нагревательный элемент крепится внутри лямбда-зонда прочно, поэтому разобрать запчасть и достать поврежденный нагреватель сложно. Если у Вас возникла такая проблема, купите новый зонд и поставите его взамен старого. Если не планируете ездить при высоких нагрузках, то замену можно не производить. То есть на поврежденном лямбда-зонде можно ездить до полного выхода из строя.

Срок службы лямбда-зонда

Срок службы устройства зависит от многих параметров. Это качество комплектующих запчастей, чистота используемого топлива, характер управления машиной водителя, уровень нагрузок. Большинство циркониевых устройств рассчитано на 60-80 тысяч километров пробега. Узкополосные титановые и широкополосные титановые работают до 100 и 120 тысяч километров. Срок службы можно узнать в инструкции к прибору, а также уточнить у продавца при покупке.

В случае обычного некоммерческого использования машины (то есть не для перевозки грузов и для доставки пассажиров) устройство работает 1-3 года. Поэтому рекомендуется держать под рукой парочку запасных устройств, чтобы при необходимости можно было всегда оперативно выполнить замену испортившего прибора. Также придерживайтесь советов и рекомендаций, которые позволят продлить срок службы датчика:

• Заправляйте двигатель только качественным чистым бензином (не ниже класса А-92). Заправляйтесь на проверенных станциях АЗС, не доверяйте частным торговцам горячим и интернет-магазинам.
• Если попытались запустить двигатель, а он не завелся, то вторую попытку следует повторить спустя 25-30 секунд (но не раньше). Иначе неотработанный бензин попадет в датчик, что приведет к его порче.
• Не используйте герметики для фиксации лямбда-зонда. При прогреве двигателя может происходить вулканизация герметиков, что приведет к непоправимым последствиям не только для датчика, но и всего авто.
• Периодически проводите осмотр места крепления устройства к трубе, куда стекают отработанные газы. Оптимальная частота проверки – каждые 15-20 тысяч километров пробега.

Замена лямбда-зонда

В замене нет ничего сложного. Перед проведением работ поставьте машину на подъемник, а также купить новое устройство. Примерный алгоритм замены детали рассмотрен ниже.

• Датчик крепится перед катализатором в выхлопном коллекторе автомобиля под капотом. Если в системе установлено два устройства, то первое крепится перед катализатором, а второе – после него. Современные коллекторы защищены с помощью металлической пластины – перед заменой ее необходимо снять, чтобы получить доступ к лямбда-зонду (одному или двум). Для демонтажа защитной пластины используйте шуруповерты.

• Теперь прогрейте двигатель автомобиля до температуры 80-90 градусов. Так будет легче открутить старый датчик (на автомобиле он сидит плотно). При нагреве происходит небольшое расширение металла, что позволит легче открутить деталь. Долго прогревать двигатель не нужно. Оптимальный вариант – запустите движок и дождитесь температуры 80-90 градусов, несколько минут прогрейте двигатель и выключайте зажигание.

• С помощью гаечного ключа отсоедините отрицательно заряженную клемму на аккумуляторе автомобиля. Гайки на электрических элементах не затягиваются сильно, поэтому с их отсоединением проблем быть не должно. Как ослабите гайку, отведите клемму в сторону, чтобы полностью обесточить электрические элементы автомобиля.

• Найдите на выхлопной системе лямбда-элемент и аккуратно отсоедините электроразъем. В разъеме старый датчик кислорода сидит плотно, но не туго, поэтому Вы легко сможете отсоединить устройство с помощью нескольких движений руками. Разъем следует развести в сторону, чтобы они располагались друг от друга на расстоянии минимум 20-30 сантиметров.

• Теперь выполняется самый сложный этап работ – фактический демонтаж прибора. Для проведения работ рекомендуется приобрести насадку с удлинителем, которая позволяют упростить работу. Присоедините насадку к лямбда-зонду, вращайте насадку против часовой стрелки, чтобы ослабить крепление. Возьмите гаечный ключ и ослабьте гайку на выхлопной трубе, а потом аккуратно вытащите кислородный датчик.

• От старого устройства можете избавиться – оно Вам больше не понадобится. Полезных запчастей и деталей оно не содержит. Возьмите в руки новый лямбда-зонд и обработайте его резьбу с помощью любого хорошего смазочного материала (например, это может быть медная паста). Применение смазки позволяет упростить монтаж устройства, а также серьезно снизит риск повреждения резьбы на выхлопной трубе.

• Теперь возьмите новый датчик в руки и закрепите его до упора в отверстие на трубе. Для монтажа можно не использовать насадку с удлинителем – установки от руки будет достато. С помощью ключа затяните гайку, чтобы надежно закрепить деталь в отверстие. Но не переусердствуйте! Если перестараетесь, то в будущем снимать лямбда-элемент будет сложно, что создаст много ненужных проблем.

• Подсоедините новую запчасть к электроразъему, ведущему к двигателю. Возьмите в руку “вилочный” конец лямбда-зонда, обработайте его с помощью спрея для зачистки электроники и вставьте в электроразъем мотора. Получившуюся конструкцию рекомендуется зафиксировать с помощью хомутов. Также можете положить их на специальную “полочку”, выполненную в виде свисающих крючков-опор (они есть на всех современных автомобилях).

• На завершающем этапе установите обратно металлическую пластину, подключите минусовую клемму к аккумулятору. Сбросьте настройки или обновить память на электронном блоке, который управляет работой двигателя. Обнулить настройки можно на управляющей панели или с помощью программы на смартфоне, если Ваш ЭБУ поддерживает такую функцию. Чтобы активировать датчик, снимите машину с эстакады и проедьте на ней несколько десятков километров. После этого устройство начнет функционировать в обычном режиме.

Работы рекомендуется проводить в плотных чистых перчатках. Многие элементы выхлопной системы будут горячими (перчатки помогут не обжечься). Также перчатки помогут защититься от разрядов электрического тока на этапе демонтажа клеммы.

Какой фирмы лучше лямбда-зонд и как его выбрать

В продаже можно встретить сотни различных лямбда-зондов. Общее количество производителей в России насчитывает 20-30 компаний. Самыми лучшими фирмами-производителями являются следующие организации:

• Bosch. Делает дорогие, но качественные и надежные лямбда-зонды. Они подойдут для всех категорий транспортных средств. Поставляется с защитным колпачком и смазкой. Главные недостатки – высокая цена, много подделок.
• Profit. Чешский бренд, который продает лямбда-зонды среднего ценового диапазона. Выпускается в различных конфигурациях, а продается в любом магазине. Поэтому водитель сможет подобрать запчасть под свои нужды. Главный минус – посредственная защита проводов.
• Denso. Японский бренд, который производит широкополосные и циркониевые лямбда-зонды. Продукция бренда отличается хорошим качеством, большим разнообразием зондов по конструкции резьбы, достаточно умеренной ценой. Главный минус – продается в основном онлайн.
• NGK. Еще один японский бренд, который выпускает сверхкачественные надежные лямбда-зонды. Детали стоят недорого, что является еще одним плюсом бренда. У NGK есть один крупный недостаток – неподходящий для европейских и российских машин электрический разъем. Покупателю придется срезать и паять с другим разъемом.

Обманка лямбда-зонда

Датчики кислорода являются чувствительными приборами, которые обычно рассчитаны на 60-80 тысяч километров пробега. В случае выхода датчика из строя на управляющей панели может появиться сигнал Engine Check. Сам автомобиль может быть переведен в аварийный режим работы. Чтобы восстановить работу авто, следует поставить либо оригинальный зонд, либо прибор-обманку. Она подает на электронную систему ложный сигнал, что позволяет избежать перевода авто в аварийный режим. Существует две категории обманок:

• Механические. Выполняется в виде небольшого стального или бронзового колпачка, внутрь которого устанавливается фильтрующий катализатор. Механическая обманка устанавливается непосредственно на неисправный зонд. При попадании газов обманка фильтрует воздух до нужных показателей. Потом сигнал с нужными показателями кислорода подается на управляющий блок двигателя. Установка “механики” проста – удаляется лямбда-зонд, на его место ставится обманка. В конце к ней подключается нерабочий кислородный зонд.
• Электронные. Выполняется в виде небольшой микросхемы-контроллера, которая устанавливается на цепь, которая идет от лямбда-зонда до электронного блока управления двигателем. Электронная обманка корректирует сигнал, устанавливая нужные нормативные показатели. Это позволяет обмануть двигатель. Способ установки электронной обманки зависит от модели устройства. Обычно он выполняется в виде блока-микросхемы с питающим элементам проводами разного цвета. Эти провода подключаются к нужным элементам цепи.

Применяйте “обманки” только в крайних случаях, поскольку это чревато следующими последствиями:

• Ухудшение ходовых характеристик авто. Обманка не определяет концентрацию кислорода, а лишь имитирует этот процесс, обманывая управляющий блок двигателя. Поэтому в моторе может наблюдаться разбалансировка кислорода/топлива, что приводит к различным последствиям. Самые частые проблемы – повышение расходов топлива, ухудшение ходовых характеристик машины и другие.
• Отказ в гарантийном обслуживании. Практически на все современные машины распространяется заводская гарантия, которая составляет 2-4 года в зависимости от марки ТС. Чтобы выполнить ремонт, водитель должен передать машину в сервисный центр. Если при осмотре механик обнаружит обманку, то это может стать причиной для отказа в гарантийном обслуживании. Закон в данном случае станет на сторону сервисного центра.
• Возможные проблемы с законом. Технический регламент Таможенного союза прямо запрещает вносить в конструкцию выхлопной системы несогласованные изменения. В случае нарушения водителя теоретически могут привлечь к ответственности по статье 12.5 КоАП РФ. На практике проблемы с законом у водителей возникают крайне редко, поскольку установить обманку без специального оборудования практически невозможно. Да и наказание по статье 12.5 является мягким – 500 рублей штрафа.

Выводы и итоги:

1. Лямбда-зонд – небольшое устройство, которое крепится к трубе катализатора перед коллектором. Его главной функцией является определение концетрации кислорода в смеси выхлопных газов в трубе.
2. Причины неисправности лямбда-зонда: использование низкокачественного бензина, высокие нагрузки, неправильное включение двигателя и другие.
3. Если лямбда-зонд вышел из строя, нужно купить новый и выполнить его установку: отключите аккумулятор, аккуратно выкрутите старый зонд, нанесите смазку на новый, прикрутите его к трубе, обнулите ЭБУ двигателя, чтобы сбросить настройки.
4. Инструменты для замены лямбда-зонда: анализатор, вспомогательные инструменты. Это подходящий гаечный ключ, специальная насадка с гибким удлинителем (продается во многих автомагазинах), подходящая смазка (скажем, медная паста).