Что такое отравление датчика кислорода

Диагностика датчика концентрации кислорода или λ-зонда

В современных автомобильных двигателях, снабженных системой впрыска топлива и каталитическим нейтрализатором, необходимо точно контролировать состав топливовоздушной смеси (ТВ-смеси) и поддерживать коэффициент избытка воздуха на постоянном уровне (α = 1), чем обеспечиваются экономия топлива и уменьшение содержания токсичных веществ в выхлопе.

Для обеспечения постоянного контроля над составом ТВ-смеси применяются датчики концентрации кислорода (ДКК или λ-зонды), устанавливаемые в системе отвода выхлопных газов и информирующие электронный блок управления двигателем (ЭБУ двигателя или ЭБУ-Д) о концентрации кислорода в отработавших газах.
Информация поступает в ЭБУ двигателя в виде электрических сигналов, и блок управления посредством изменения времени открытия форсунок корректирует состав смеси.

При изменении концентрации кислорода в отработанных газах λ-зонд формирует выходное напряжение, которое изменяется приблизительно от 0,1 В (пои высоком содержание кислорода - смесь бедная) до 0,9 В (при низком содержании кислорода - богатая смесь).

Для нормальной работы λ-зонд должен иметь температуру не ниже 300 °С. Поэтому для быстрого прогрева датчика после пуска двигателя, в него встроен нагревательный элемент.
Сигнал от датчика кислорода используется в ЭБУ двигателя для коррекции длительности открытого состояния форсунок и поддержания тем самым стехиометрического состава топливовоздушной смеси.
Если смесь бедная (низкая разность потенциалов на выходе датчика), то в ЭБУ вырабатывается команда на обогащение смеси (увеличение времени открытия форсунки).
Если смесь богатая (высокая разность потенциалов) - дается команда на обеднение смеси (форсунка открывается на короткое время).

В основном используются циркониевые и титановые датчики концентрации кислорода, работа которых основывается на том факте, что их выходное напряжение остается постоянным (равным 0,45 В при α = 1), но может изменяться скачкообразно от 0,1 В до 0,9 В при изменении коэффициента избытка воздуха в диапазоне α = 0,99…1,11 при переходе через значение α = 1.

Имеется несколько разновидностей датчиков концентрации кислорода.

Датчик кислорода реагирует на парциальное давление кислорода в выхлопных газах, а не на наличие в них топлива. Поэтому в некоторых случаях датчик кислорода ложно индицирует либо бедную, либо богатую ТВ-смесь.

1. При пропуске зажигания (например, неисправна или закоксована свеча) не вступивший в реакцию горения кислород поступает из цилиндра в выпускной тракт, где датчик кислорода ложно регистрирует обеднение топливовоздушной смеси (поскольку в выхлопе много кислорода).

2. При негерметичности выпускного коллектора датчик кислорода будет реагировать на кислород воздуха, поступающего извне, сигнализируя ЭБУ двигателя о чрезмерно бедной смеси в цилиндрах.

В любых случаях электронный блок управления двигателем реагирует на ложное обеднение ТВ-смеси, как на истинное, и автоматически увеличивает подачу топлива в цилиндры. Это приводит к забрызгиванию свечей зажигания топливом, к пропускам воспламенения и к значительному перерасходу топлива.

Ложное обогащение может иметь место и при неисправности перепускного клапана в системе рециркуляции выхлопных газов, от электрических наводок со стороны близкорасположенного высоковольтного провода системы зажигания, а также при плохом заземлении датчика кислорода.

Рис. 1. Влияние различных факторов на характеристики датчика кислорода

Неисправный датчик кислорода ремонту не подлежит и требует замены, но перед заменой целесообразно внимательно осмотреть снятый датчик. Это поможет выяснить причину, из-за которой датчик вышел из строя. В противном случае новый датчик прослужит недолго.

Процедура диагностирования следующая.
1. Подключить сканер к диагностическому разъему автомобиля.
2. В режиме холостого хода хорошо прогреть двигатель и датчик концентрации кислорода, затем поднять обороты до 2500 об/мин.
3. Убедиться, что система управления двигателем работает в замкнутом режиме.
4. Установить на сканере режим записи параметров датчика кислорода и произвести запись.
5. Просмотреть запись и определить параметры выходного сигнала датчика кислорода.
6. При исправности системы подачи топлива и датчика кислорода, амплитуда сигнала должна равномерно колебаться с частотой 3…10 Гц (чем выше частота сигнала, тем надежнее работает система) при достоянной частоте вращений коленчатого вала двигателя. Нижний уровень сигнала должен находиться в диапазоне 0,1 - 0,3 В, верхний - между уровнями 0,6…0,9 В. Фронты сигнала должны быть крутыми.

Для диагностирования датчика кислорода используется цифровой мультиметр (лучше автомобильный) в режиме измерения постоянного напряжения с высоким входным сопротивлением. Подключение мультиметра к датчику кислорода показано на рис. 2.

Двигатель прогревают, система управления должна работать в замкнутом режиме, мультиметр покажет среднее значение напряжения на выходе датчика:

• если датчик не реагирует на изменяющуюся концентрацию кислорода в выхлопных газах, на его выходе будет постоянное напряжение примерно 450 мВ. Однако вывод о неисправности датчика делать преждевременно, так как исправный датчик; с симметричным выходным сигналом даст выходной сигнал со средним значением напряжения 450 - 500 мВ;
• показания более 550 мВ означают, что большую часть времени напряжение на выходе датчика высокое, т. е. топливная система подает в двигатель богатую смесь, или датчик закоксован;
• показания менее 350 мВ означают, что большую часть времени напряжение на выходе датчика низкое, т. е. топливная система подает в двигатель бедную смесь. Возможна утечка разрежения во впускном коллекторе или ограничена подача топлива через засорившиеся фильтр или форсунку.

Если используемый мультиметр поддерживает режим определения максимального и минимального значений сигнала, результат будет более информативен (таблица 1).

Таблица 1. Анализ показаний мультиметра при проверке датчика кислорода

Срок службы лямбда зондов при нормальных условиях эксплуатации составляет от 50 до 250 тысяч км пробега в зависимости от типа датчика.

Ниже перечислены наиболее распространённые причины их преждевременного выхода из строя.

Если выявлена ошибка в работе лямбда зонда, то необходимо провести его полный внешний осмотр и проверить его работу:

1. Проверьте целостность электроразъёма и проводов датчика.
2. Внимательно осмотрите сам датчик на наличие вмятин, трещин и прочих механических повреждений.
3. Проверьте чистоту контактной группы электроразъёма, а также отсутствие на ней следов коррозии.

Типовые неисправности лямбда зондов, их причины и способы устранения

← Если двигатель работает нормально и топливо сгорает полностью, то на рабочем наконечнике датчика отсутствует налёт, а его поверхность имеет тусклый матовый тёмно-серый цвет.

Отравление чувствительного элемента датчика.

Если же вы наблюдаете на наконечнике датчика нижеуказанные изменения, значит, следует обратить внимание на необходимость проведения дополнительных ремонтных работ.

← Отравление антифризом. В случае загрязнения антифризом на наконечнике появляются зернистые отложения серого или зеленоватого цвета с белыми потёками:
→ Проверьте систему охлаждения двигателя и особенно прокладку головки цилиндров на протечки и провести ремонт. Лямбда зонд заменить.

← Отравление маслом. В случае избыточного потребления двигателем масла на наконечнике появляются отложения серого или черного цвета:
→ Проверьте двигатель на износ или утечку масла и произвести ремонт. Датчик заменить.

← Отравление сажей. В случае неправильной работы система зажигания и/или топливной системы на датчике появляется сажа темно коричневого или черного цвета.
→ Проверьте топливную систему, измерьте токсичность выхлопных газов. Датчик придётся заменить.

← Отравление этилированным бензином. Одна-две заправки этилированным бензином приводят к появлению на датчике блестящих отложений тёмно серого цвета.
→ Заменить этилированный бензин на неэтилированный и заменить датчик.

← Отравление топливными присадками. Частое использование различных топливных присадок или недавно проведённый ремонт двигателя с использованием силиконовых герметиков приводит к образованию на датчике красных или белых отложений.
→ Прочистить топливную систему и двигатель. Заменить датчик.

Перегорание нагревательного элемента.

Если наконечник датчика выглядит вполне здоровым , его провода и электроразъём в порядке, то выход датчика из строя наступил в результате перегорания нагревательного элемента. Нагревательный элемент мог перегореть по следующим причинам:

1. Температурный шок в результате попадания воды на датчик из-за форсирования глубоких луж или мытья подкапотного пространства.
2. Неисправная электропроводка.
3. Проблемы с катализатором.

→Внимание! В случае перегорания нагревательного элемента, следует проверить катализатор, поскольку при сохранении проблем с катализатором новый лямбда зонд снова выйдет из строя в течение недолгого времени.

Коррозия контактной группы электроразъёма.

• Попадание воды внутрь электроразъёма (на контактную группу) из-за форсирования глубоких луж или мытья подкапотного пространства.
→Старайтесь проезжать лужи в спокойном режиме, без брызг, особенно, если автомобиль имеет обычный дорожный просвет.

Механические повреждения датчика, кабеля датчика, электроразъёма.

• Неправильная укладка кабеля лямбда зонда после обратного монтажа. В результате этого происходит оплавление изоляции кабеля из-за его соприкосновения с горячими частями двигателя, либо, в случае со вторым датчиком, его обрыв при движении.
→ Проверяйте правильность укладки проводов после установки датчика.

Неисправность датчика кислорода приводит к повышенному расходу топлива, снижению динамических характеристик автомобиля, нестабильной работе мотора на холостых оборотах, увеличение токсичности выхлопных газов. Обычно причинами неисправности датчика концентрации кислорода является его механическое повреждение, разрыв электрической (сигнальной) цепи, загрязнение чувствительной части датчика продуктами сгорания топлива. В некоторых случаях, например, при возникновении ошибки p0130 или p0141 на приборной панели активируется сигнальная лампа Check Engine. Использовать автомобиль при неисправном датчике кислорода можно, однако это приведет к указанным выше проблемам.

Назначение датчика кислорода

Предоставленная датчиком информация о количестве кислорода в составе выхлопных газов электронным блоком управления двигателем (ЭБУ) используется для корректировка впрыска топлива. Если кислорода в выхлопных газах много, значит, топливовоздушная смесь, подаваемая в цилиндры, бедная (напряжение на датчике 0,1…0,3 Вольта), а если кислорода много — значит, богатая (напряжение на датчике 0,6…0,9 Вольта). Соответственно, происходит коррекция количества подаваемого топлива при необходимости. Что сказывается не только на динамических характеристиках двигателя, но и работы каталитического нейтрализатора выхлопных газов.

В большинстве случаев диапазон эффективной работы катализатора составляет 14,6…14,8 долей воздуха на одну долю топлива. Это соответствует значению лямбда, равной единице. Таким образом, датчик кислорода является своеобразным контролером, расположенным в выпускном коллекторе.

На некоторых автомобилях конструктивно предусмотрено использование двух датчиков концентрации кислорода. Один расположен до катализатора, а второй — после. Задача первого состоит в коррекции состава топливовоздушной смеси, а второго — проверка эффективности работы катализатора. Сами же датчики по конструкции, как правило, идентичны.

Если отключить лямбда зонд то будет возрастание расхода топлива, повышение токсичности газов, а иногда и нестабильная работа двигателя на холостых оборотах. Однако такой эффект происходит лишь после прогрева так как кислородный датчик начинает работать в условиях повышенной до +300°С температуры. Для этого его конструкция подразумевает использование специального подогрева, которая включается при запуске двигателя. Соответственно, непосредственно в момент запуска мотора лямбда зонд не работает, и никоим образом не влияет на сам запуск.

Лампочка “чек” при неисправности лямбда зонда горит когда в памяти ЭБУ сформированы конкретные ошибки связанные с повреждением проводки датчика либо самого датчика, однако код фиксируется лишь при определенных условиях работы двигателя.

Признаки неисправности датчика кислорода

Выход из строя лямбда зонда, как правило, сопровождается следующими внешними симптомами:

• Ухудшение тяги и снижение динамических характеристик автомобиля.
• Нестабильный холостой ход. Значение оборотов при этом могут скакать и понижаться ниже оптимальных. В самом критическом случае машина вообще не будет держать холостые обороты и без подгазовывания водителем она попросту заглохнет.
• Увеличение расхода топлива. Обычно перерасход незначительный, однако можно определить при программном замере.
• Увеличение токсичности выхлопа. Выхлопные газы при этом становятся непрозрачными, а имеющими сероватый либо синеватый оттенок и более резкий, топливный, запах.

Стоит оговориться, что перечисленные выше признаки могут указывать и на другие поломки двигателя или прочих систем автомобиля. Поэтому, чтобы определить неисправности датчика кислорода, нужны несколько проверок используя в первую очередь диагностический сканер и мультиметр для проверки сигналов лямбды (управляющего и цепи подогрева).

Как правило, проблемы с проводкой датчика кислорода четко фиксируется электронным блоком управления. При этом в его памяти формируются ошибки, например, p0136, p0130, p0135, p0141 и прочие. В любом случае необходимо выполнить проверку цепи датчика (проверить наличие напряжения и целостность отдельных проводов), а также посмотреть на график работы (используя осциллограф либо программу диагностик).

Причины неисправности датчика кислорода

В большинстве случаев кислородная лямбда работает около 100 тыс. км без сбоев однако есть причины которые значительно сокращают его ресурс и приводят к неисправности.

• Неисправность цепи датчика кислорода. Выражаться по-разному. Это может быть полный обрыв питающих и/или сигнальных проводов. Возможно повреждение цепи подогрева. В этом случае лямбда зонд не будет работать до тех пор, пока выхлопные газы не разогревают его до рабочей температуры. Возможно повреждение изоляции на проводах. В этом случае имеет место короткое замыкание.
• Замыкание датчика. В этом случае он полностью выходит из строя и, соответственно, не подает никаких сигналов. Большинство лямбда зондов ремонту не подлежат и их надо менять на новые.
• Загрязнение датчика продуктами сгорания топлива. В процессе эксплуатации датчик кислорода по естественным причинам постепенно загрязняется и со временем может перестать передавать корректную информацию. По этой причине автопроизводители рекомендуют периодически менять датчик на новый, отдавая при этом предпочтение оригиналу так как универсальная лямбда не всегда корректно показывает информацию.
• Термические перегрузки. Обычно это происходит по причине проблем с зажиганием, в частности, перебоев с ним. В таких условиях датчик работает при критических для него температурах, что снижает его общий ресурс и постепенно выводит из строя.
• Механические повреждения датчика. Они могут возникнуть при неаккуратных ремонтных работах, при езде по бездорожью, ударах при ДТП.
• Использование при установке датчика герметиков, которые вулканизируются при высокой температуре.
• Многократные неудачные попытки запуска двигателя. При этом в двигателе, и в частности, в выпускном коллекторе накапливается несгоревшее топливо.
• Попадание на чувствительный (керамический) наконечник датчика различных технологических жидкостей или мелких посторонних предметов.
• Негерметичность в выпускной системе выхлопных газов. Например, может прогореть прокладка между коллектором и катализатором.

Обратите внимание, что состояние датчика кислорода во многом зависит от состояния других элементов двигателя. Так, значительно снижают ресурс лямбда зонда следующие факторы: неудовлетворительное состояние маслосъемных колец, попадание антифриза в масло (цилиндры), обогащенная топливовоздушная смесь. И если при исправном датчике кислорода количество углекислого газа составляет порядка 0,1…0,3%, то при выходе лямбда зонда из строя соответствующее значение увеличивается до 3…7%.

Как определить неисправность датчика кислорода

Существует ряд методов для проверки состояния лямбда датчика и его питающих/сигнальных цепей.

Как проверить лямбда-зонд видео

Обратите внимание, что нормальная работа датчика кислорода возможна лишь при его нормальной рабочей температуре, равной +300°С…+400°С. Это обусловлено тем, что лишь в таких условиях циркониевый электролит, нанесенный на чувствительный элемент датчика, становится проводником электрического тока. Также при такой температуре разница атмосферного кислорода и кислорода в выхлопной трубе приведет к тому, что на электродах датчика появится электрический ток, который и будет передаваться на электронный блок управления двигателем.

Так как проверка кислородного датчика во многих случаях подразумевает снятие/установку то стоит учесть такие нюансы:

• Лямбда — устройства очень хрупкие, поэтому при проверке нельзя подвергать их механическим нагрузкам и/или ударам.
• Резьбу датчика необходимо обработать специальной термопастой. При этом нужно следить, чтобы паста не попала на его чувствительный элемент, поскольку это приведет к его некорректной работе.
• При закручивании необходимо соблюдать значение крутящего момента, и пользоваться для этих целей динамометрическим ключом.

Точнее всего определить неисправность датчика концентрации кислорода позволит осциллограф. Причем использовать профессиональный аппарат необязательно можно снять осциллограмму используя программу-симулятор на ноутбуке либо другом гаджете.

График правильной работы датчика кислорода

На первом рисунке в данном разделе представлен график правильной работы датчика кислорода. В этом случае на сигнальный провод поступает сигнал, похожий на ровную синусоиду. Синусоида в данном случае означает, что контролируемый датчиком параметр (количество кислорода в выхлопных газах) находится в предельно допустимых границах, и просто происходит его постоянная и периодическая проверка.

График работы сильно загрязненного датчика кислорода

График работы датчика кислорода на обедненной топливной смеси

График работы датчика кислорода на обогащенной топливной смеси

График работы датчика кислорода на бедной топливной смеси

Далее представлены графики, соответствующие сильно загрязненному датчику, использованию двигателем автомобиля обедненной топливной смеси, богатой смеси, а также бедной смеси. Ровные линии на графиках означают, что контролируемый параметр вышел за допустимые пределы в ту или другую сторону.

Как устранить неисправность датчика кислорода

Если впоследствии проверки показало что причина в проводке, то проблема решится заменой жгута проводов либо фишки подключения, а вот при отсутствии сигнала от самого датчика зачастую говорит о необходимости замены датчика концентрации кислорода на новый, но прежде чем покупать новую лямбду можно воспользоваться одним из представленных ниже способов.

Предполагает очистку элемента подогре от нагара (применяется когда возникает неисправность нагревателя датчика кислорода). Для реализации этого метода необходимо обеспечить доступ к чувствительной керамической части устройства, которая скрыта за защитным колпачком. Снять указанный колпачок можно с помощью тонкого напильника, с помощью которого нужно сделать надрезы в области основания датчика. Если демонтировать колпачок полностью не получится, то допускается сделать маленькие окошки размером около 5 мм. Для дальнейшей работы необходимо около 100 мл ортофосфорной кислоты либо преобразователя ржавчины.

Процедура по восстановлению выполняется по следующему алгоритму:

• Налить 100 мл ортофосфорной кислоты в стеклянную емкость.
• Опустить керамический элемент датчика в кислоту. Полностью опускать датчик в кислоту нельзя! После этого подождать около 20 минут с тем, чтобы кислота растворила сажу.
• Извлечь датчик и промыть его проточной водой из крана, а затем дать ему высохнуть.

Порой на выполнение чистки датчика таким методом нужно потратить до восьми часов времени, ведь если с первого раза очистить сажу не получилось, то имеет смысл повторить процедуру два и более раза, причем можно воспользоваться кистью для выполнения механической обработки поверхности. Вместо кисти можно воспользоваться зубной щеткой.

Предполагает выпаливание нагара на датчике. Для выполнения чистки датчика кислорода вторым методом кроме той же ортофосфорной кислоты понадобится еще и газовая горелка (как вариант использовать домашнюю газовую плиту). Алгоритм чистки следующий:

• Окунуть чувствительный керамический элемент датчика кислорода в кислоту, обильно смочив его.
• Взять датчик пассатижами с противоположной от элемента стороны и поднести к горящей конфорке.
• Кислота на чувствительном элементе будет закипать, а на его поверхности образуется соль зеленоватого оттенка. Однако вместе с этим сажа с него будет удаляться.

Повторить описанную процедуру нужно несколько раз до тех пор, пока чувствительный элемент не станет чистым и блестящим.

На написание этого материала натолкнуло обилие вопросов на интернет-форуме, связанных с непониманием (или недопониманием) принципа работы датчика кислорода, или лямбда-зонда.

Датчик кислорода: от общего к частному

Прежде всего, нужно идти от общего к частному и понимать работу системы в целом. Только тогда сложится правильное понимание работы этого весьма важного элемента ЭСУД и станут понятны методы диагностики.

Чтоб не углубляться в дебри и не перегружать читателя информацией, поведу речь о циркониевом лямбда-зонде, используемом на автомобилях ВАЗ. Желающие разобраться более глубоко могут самостоятельно найти и прочитать материалы про титановые датчики, про широкополосные датчики кислорода (ШДК) и придумать методы их проверки. Мы же поговорим о самом распространенном датчике, знакомом большинству диагностов.

Когда-то очень давно датчик кислорода представлял собой только лишь чувствительный элемент, без какого-либо подогревателя. Нагрев датчика осуществлялся отработанными газами и занимал весьма продолжительное время. Жесткие нормы токсичности требовали быстрого вступления датчика в полноценную работу, вследствие чего лямбда-зонд обзавелся встроенным подогревателем. Поэтому датчик кислорода ВАЗ имеет 4 вывода: два из них — подогреватель, один — масса, еще один — сигнал.

Из всех этих выводов нас интересует только сигнальный.

Форму напряжения на нем можно увидеть двумя способами:

• сканером
• мотортестером, подключив щупы и запустив самописец

Второй вариант предпочтительнее. Почему? Потому, что мотортестер дает возможность оценить не только текущие и пиковые значения, но и форму сигнала, и скорость его изменения. Скорость изменения — это как раз и есть характеристика исправности датчика.

Итак, главное: датчик кислорода реагирует на кислород . Не на состав смеси. Не на угол опережения зажигания. Не на что-либо еще. Только на кислород. Это нужно осознать обязательно.

О физическом принципе работы датчика рассказано во многих книгах, посвященных электронным системам управления двигателем, и мы на нем останавливаться не будем.

На сигнальный вывод датчика с ЭБУ подается опорное напряжение 0.45 В. Чтобы быть полностью уверенным, можно отключить разъем датчика и проверить это напряжение мультиметром или сканером. Все в порядке? Тогда подключаем датчик обратно.

Методика проверки датчика кислорода

Поняв, как работает датчик кислорода, легко понять методику его проверки.

Как нам выяснить, в чем кроется проблема — в датчике или в системе? Очень просто. Смоделируем ту или иную ситуацию.

Для более глубокого понимания добавлю, что при наличии небольшого опыта легко установить степень изношенности датчика. Это делается по крутизне фронтов перехода с богатой смеси на бедную и обратно. Хороший, исправный датчик реагирует быстро, переход почти что вертикальный (смотреть, само собой, мотортестером). Отравленный либо просто изношенный датчик реагирует медленно, фронты переходов пологие. Такой датчик требует замены.

Понимая, что датчик реагирует на кислород, можно легко уяснить еще один распространенный момент. При пропусках воспламенения, когда из цилиндра в выпускной тракт выбрасывается смесь атмосферного воздуха и бензина, лямбда-зонд отреагирует на большое количество кислорода, содержащееся в этой смеси. Поэтому при пропусках воспламенения очень возможно возникновение ошибки, указывающей на бедную топливно-воздушную смесь.

Хочется обратить внимание еще на один важный момент: возможный подсос атмосферного воздуха в выпускной тракт перед лямбда-зондом.

Мы упоминали, что датчик реагирует на кислород. Что же будет, если в выпуске будет свищ до него? Датчик отреагирует на большое содержание кислорода, что эквивалентно бедной смеси.

Обратите внимание: эквивалентно

Многие задаются вопросом зачем он вообще нужен, и зачастую наслушавшись безграмотных советов доморощенных *чиптюнеров* стремятся его разными способами удалить из системы. Не буду долго лить всякую теоретическую воду напишу кратко:
-для владельца авто он позволяет экономить бензин как гласит запись из каталога бош (см. рис.) при исправном двигателе, системе управления ну и собственно лямбда зонде (далее ЛЗ) это реальная экономия до 15% топлива, нетрудно посчитать это 1,5 л на 10 л!

Датчик кислорода представляет собой гальваническую ячейку (ячейку Нернста) с твёрдым электролитом. В качестве электролита используется газонепроницаемая керамика из диоксида циркония (ZrO2), стабилизированного оксидом иттрия (YO). C одной стороны (снаружи) он сообщается с выхлопными газами, а с другой (изнутри) — с атмосферой. На внешнюю и внутреннюю сторону керамики нанесены газопроницаемые электроды из тонкого слоя платины.
Платиновый электрод на наружной стороне работает как миниатюрный катализатор, поддерживающий в прилегающем слое поступающих выхлопных газов химические реакции, этот слой в состояние стехиометрического равновесия. Сторона чувствительной керамики, обращенная к отработавшим газам, во избежание ее загрязнения покрыта слоем пористой шпинелевой керамики (Шпинель — минералогическое название тетраоксида диалюминия-магния). Металлическая трубка со щелями предохраняет керамику от ударов и чрезмерных тепловых воздействий. Внутренняя полость сообщается с атмосферой и служит в качестве референсной (опорной) стороны датчика.
Работа датчика основана на принципе ячейки Нернста (гальванической ячейки). Керамический материал пропускает ионы кислорода при температурах от 350oC и выше. Разница в количестве кислорода с разных сторон чувствительной зоны датчика приводит к образованию электрического потенциала (напряжения) между этими двумя поверхностями (внутренней и внешней). Величина напряжения служит показателем того, на сколько количество кислорода на этих двух поверхностях различается. А количество остаточного кислорода в выхлопных газах точно соответствует пропорции между топливом и воздухом, поступающими в двигатель.
Широкополосный λ-датчик кислорода

Рисунок . Конструкция широкополосного датчика кислорода непрерывного действия, установленного в выхлопной трубе.
1. Ячейка Нернста
2. Референсная ячейка
3. Подогреватель
4. Диффузионная щель
5. Насосная ячейка
6. Выхлопная труба
Эта конфигурация отличается от обычного датчика с двумя состояниями постоянным поддержанием стехиометрического соотношением воздух/топливо в диффузионной камере. Электронная схема модуляции напряжения питания поддерживает в измерительной камере состав газов, соответствующий λ=1. Для этого насосная ячейка при работе двигателя на бедной смеси и избытке кислорода в выхлопных газах удаляет кислород из диффузионной щели во внешнюю среду; а при богатой смеси и недостатке кислорода в выхлопных газах перекачивает ионы кислорода из окружающей среды в диффузионную щель. Направление тока для перекачивания кислорода в разные стороны тоже отличается.
Так как насосный ток пропорционален концентрации кислорода — он и является показателем величины λ-фактора отработавших газов.

Таким образом, если обычные датчики используют напряжение на ячейке Нернста для прямого измерения и определения одного из двух состояний (λ>1 или λ

Рисунок . Схема замкнутой петли λ-регулирования качества смеси.
1. Датчик массового расхода воздуха
2. Двигатель
3a. Датчик кислорода 1
3b. Датчик кислорода 2
4. Катализатор
5. Форсунки инжектора
6. Электронный Блок Управления
Vv напряжение управления форсунками
Vs напряжение с датчика
Qe Количество впрыскиваемого топлива
Датчик кислорода передает сигнал (напряжение) электронному блоку управления (ЭБУ) двигателем. Этот сигнал используется системой для обогащения или обеднения смеси в соответствии с величиной напряжения с датчика (см. Рис. 8). Таким образом система обогащает бедную смесь, увеличивая количество впрыскиваемого топлива, и обедняет богатую, уменьшая количество топлива.
Диагностика
Лямбда-зонд сравнивает уровень содержания кислорода в выхлопных газах и в окружающем воздухе и представляет результат этого сравнения в форме аналогового сигнала. Применяются двухуровневые зонды, чувствительный элемент которых выполнен из оксида циркония либо из оксида титана, но на их смену приходят широкополосные лямбда-зонды. При условии сгорания стехиометрической топливо-воздушной смеси, напряжение выходного сигнала лямбда-зонда равно 445…450mV.

Но расстояние от выпускных клапанов газораспределительного механизма двигателя до места расположения датчика и значительное время реакции чувствительного элемента датчика приводят к некоторой инерционности системы, что не позволяет непрерывно поддерживать стехиометрический состав топливо-воздушной смеси. Практически, при работе двигателя на установившемся режиме, состав смеси постоянно отклоняется от стехиометрического в диапазоне ±2…3% с частотой 1…2раза в секунду. Этот процесс чётко прослеживается по осциллограмме напряжения выходного сигнала лямбда-зонда.

Двигатель работает на холостом ходу. Частота переключения сигнала составляет

Двигатель работает на холостом ходу. Частота переключения сигнала занижена и составляет

Выходное напряжение зонда напряжением

0V свидетельствует о близком уровне содержания кислорода в отработавших газах и в разгерметизированой атмосферной камере зонда. На блок управления двигателем поступает сигнал зонда низкого уровня, что является для него свидетельством обеднённой топливовоздушной смеси. Вследствие этого, блок управления двигателем обогащает топливовоздушную смесь. Таким образом, разгерметизация лямбда-зонда приводит к значительному обогащению топливовоздушной смеси. При этом многие системы самодиагностики выявить данную неисправность зонда не способны.
Широкополосный лямбда-зонд Выходной сигнал широкополосного лямбда-зонда в отличие от двухуровневых зондов несёт сведения не только о направлении отклонения состава рабочей смеси от стехиометрического, но и о его численном значении. Анализируя уровень выходного сигнала широкополосного лямбда-зонда, блок управления двигателем рассчитывает численное значение коэффициента отклонения состава рабочей смеси от стехиометрического состава, что, по сути, является коэффициентом лямбда.

Для широкополосных зондов производства BOSCH Выходное напряжение чувствительного элемента зонда (чёрный провод относительно жёлтого провода) изменяется в зависимости от уровня содержания кислорода в отработавших газах и от величины и полярности электрического тока, протекающего по кислородному насосу зонда (красный провод относительно жёлтого). Блок управления двигателем генерирует и подаёт на кислородный насос зонда электрический ток, величина и полярность которого обеспечивает поддержание выходного напряжения чувствительного элемента зонда на заданном уровне (450 mV). Если бы двигатель работал на топливовоздушной смеси стехиометрического состава, то блок управления двигателем установил бы на красном проводе напряжение равное напряжению на жёлтом проводе, и ток протекающий через красный провод и кислородный насос зонда был бы равен нулю.

При работе двигателя на обеднённой смеси, блок управления двигателем на красный провод подаёт положительное напряжение относительно жёлтого провода, и через кислородный насос начинает течь ток положительной полярности. При работе двигателя на обогащенной смеси, блок управления изменяет полярность напряжения на красном проводе относительно жёлтого провода, и направление тока кислородного насоса так же изменяется на отрицательное. Величина тока кислородного насоса устанавливаемая блоком управления двигателем зависит от величины отклонения состава топливовоздушной смеси от стехиометрического состава. В электрическую цепь кислородного насоса включен измерительный резистор, падение напряжения на котором и является мерой уровня содержания кислорода в отработавших газах.
Проблемы
Проблема заключается в следующем, цена на новый ЛЗ сейчас очень высока. На рынках в магазинах сейчас очень часто попадаются бракованные, поддельные ЛЗ, в случае установки его в выпуск, обратно вернуть его уже весьма проблематично.
Из того что испытывалось, нагрев строительным феном ЛЗ до 350 С с подачей опорного напряжения 0,45 в никакой реакции (способ найден в инете!) на ламповом оссцилоскопе с высоким входным сопротивлением.
Но порадовало одно у чуствительного элемента ЛЗ есть емкость где то в районе 50-80 Пикофарад.
Другой более надежный способ рожденный опытом это берем газовый паяльник и нагреваем чуствительный элемент при этом разьем лямды подключен к эбу и смотрим на отклонение напряжения от опорного, в небольших пределах мы увидим отклонение что косвенно потверждает его исправность.
Меня интересуют варианты безустановочной диагностики ЛЗ. Буду рад любым идеям, даже самым бредовым на первый взгляд.