17 июля 2022
Статьи

Обозначение лямбды а в утеплители: кислородный датчик

Оглавление

Содержание

Теплопроводность.

Так что же такое теплопроводность? С точки зрения физики теплопроводность – это молекулярный перенос теплоты между непосредственно соприкасающимися телами или частицами одного тела с различной температурой, при котором происходит обмен энергией движения структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов).

Можно сказать проще, теплопроводность – это способность материала проводить тепло. Если внутри тела имеется разность температур, то тепловая энергия переходит от более горячей его части к более холодной. Передача тепла происходит за счет передачи энергии при столкновении молекул вещества. Происходит это до тех пор, пока температура внутри тела не станет одинаковой. Такой процесс может происходить в твердых, жидких и газообразных веществах.

На практике, например в строительстве при теплоизоляции зданий, рассматривается другой аспект теплопроводности, связанный с передачей тепловой энергии. В качестве примера возьмем “абстрактный дом”. В “абстрактном доме” стоит нагреватель, который поддерживает внутри дома постоянную температуру, скажем, 25 °С. На улице температура тоже постоянная, например, 0 °С. Вполне понятно, что если выключить обогреватель, то через некоторое время в доме тоже будет 0 °С. Все тепло (тепловая энергия) через стены уйдет на улицу.

Чтобы поддерживать температуру в доме 25 °С, нагреватель должен постоянно работать. Нагреватель постоянно создает тепло, которое постоянно уходит через стены на улицу.

Коэффициент теплопроводности.

Количество тепла, которое проходит через стены (а по научному – интенсивность теплопередачи за счет теплопроводности) зависит от разности температур (в доме и на улице), от площади стен и теплопроводности материала, из которого сделаны эти стены.

Для количественной оценки теплопроводности существует коэффициент теплопроводности материалов. Этот коэффициент отражает свойство вещества проводить тепловую энергию. Чем больше значение коэффициента теплопроводности материала, тем лучше он проводит тепло. Если мы собираемся утеплять дом, то надо выбирать материалы с небольшим значением этого коэффициента. Чем он меньше, тем лучше. Сейчас в качестве материалов для утепления зданий наибольшее распространение получили утеплители из минеральной ваты, и различных пенопластов. Набирает популярность новый материал с улучшенными теплоизоляционными качествами – Неопор.

Коэффициент теплопроводности материалов обозначается буквой ? (греческая строчная буква лямбда) и выражается в Вт/(м2*К). Это означает, что если взять стену из кирпича, с коэффициентом теплопроводности 0,67 Вт/(м2*К), толщиной 1 метр и площадью 1 м2., то при разнице температур в 1 градус, через стену будет проходить 0,67 ватта тепловой энергии. Если разница температур будет 10 градусов, то будет проходить уже 6,7 ватта. А если при такой разнице температур стену сделать 10 см, то потери тепла будут уже 67 ватт. Подробней о методике расчета теплопотерь зданий можно посмотреть

Следует отметить, что значения коэффициента теплопроводности материалов указываются для толщины материала в 1 метр. Чтобы определить теплопроводность материала для любой другой толщины, надо коэффициент теплопроводности разделить на нужную толщину, выраженную в метрах.

В строительных нормах и расчетах часто используется понятие “тепловое сопротивление материала”. Это величина обратная теплопроводности. Если, на пример, теплопроводность пенопласта толщиной 10 см – 0,37 Вт/(м2*К), то его тепловое сопротивление будет равно 1 / 0,37 Вт/(м2*К) = 2,7 (м2*К)/Вт.

Коэффициент теплопроводности материалов.

Ниже в таблице приведены значения коэффициента теплопроводности для некоторых материалов применяемых в строительстве.

Материал Коэфф. тепл. Вт/(м2*К) Алебастровые плиты 0,470 Алюминий 230,0 Асбест (шифер) 0,350 Асбест волокнистый 0,150 Асбестоцемент 1,760 Асбоцементные плиты 0,350 Асфальт 0,720 Асфальт в полах 0,800 Бакелит 0,230 Бетон на каменном щебне 1,300 Бетон на песке 0,700 Бетон пористый 1,400 Бетон сплошной 1,750 Бетон термоизоляционный 0,180 Битум 0,470 Бумага 0,140 Вата минеральная легкая 0,045 Вата минеральная тяжелая 0,055 Вата хлопковая 0,055 Вермикулитовые листы 0,100 Войлок шерстяной 0,045 Гипс строительный 0,350 Глинозем 2,330 Гравий (наполнитель) 0,930 Гранит, базальт 3,500 Грунт 10% воды 1,750 Грунт 20% воды 2,100 Грунт песчаный 1,160 Грунт сухой 0,400 Грунт утрамбованный 1,050 Гудрон 0,300 Древесина – доски 0,150 Древесина – фанера 0,150 Древесина твердых пород 0,200 Древесно-стружечная плита ДСП 0,200 Дюралюминий 160,0 Железобетон 1,700 Зола древесная 0,150 Известняк 1,700 Известь-песок раствор 0,870 Ипорка (вспененная смола) 0,038 Камень 1,400 Картон строительный многослойный 0,130 Каучук вспененный 0,030 Каучук натуральный 0,042 Каучук фторированный 0,055 Керамзитобетон 0,200 Кирпич кремнеземный 0,150 Кирпич пустотелый 0,440 Кирпич силикатный 0,810 Кирпич сплошной 0,670 Кирпич шлаковый 0,580 Кремнезистые плиты 0,070 Латунь 110,0 Лед 0°С 2,210 Лед -20°С 2,440 Липа, береза, клен, дуб (15% влажности) 0,150 Медь 380,0 Мипора 0,085 Опилки – засыпка 0,095 Опилки древесные сухие 0,065 ПВХ 0,190 Пенобетон 0,300 Пенопласт ПС-1 0,037 Пенопласт ПС-4 0,040 Пенопласт ПХВ-1 0,050 Пенопласт резопен ФРП 0,045 Пенополистирол ПС-Б 0,040 Пенополистирол ПС-БС 0,040 Пенополиуретановые листы 0,035 Пенополиуретановые панели 0,025 Пеностекло легкое 0,060 Пеностекло тяжелое 0,080 Пергамин 0,170 Перлит 0,050 Перлито-цементные плиты 0,080 Песок 0% влажности 0,330 Песок 10% влажности 0,970 Песок 20% влажности 1,330 Песчаник обожженный 1,500 Плитка облицовочная 1,050 Плитка термоизоляционная ПМТБ-2 0,036 Полистирол 0,082 Поролон 0,040 Портландцемент раствор 0,470 Пробковая плита 0,043 Пробковые листы легкие 0,035 Пробковые листы тяжелые 0,050 Резина 0,150 Рубероид 0,170 Сланец 2,100 Снег 1,500 Сосна обыкновенная, ель, пихта (450…550 кг/куб.м, 15% влажности) 0,150 Сосна смолистая (600…750 кг/куб.м, 15% влажности) 0,230 Сталь 52,0 Стекло 1,150 Стекловата 0,050 Стекловолокно 0,036 Стеклотекстолит 0,300 Стружки – набивка 0,120 Тефлон 0,250 Толь бумажный 0,230 Цементные плиты 1,920 Цемент-песок раствор 1,200 Чугун 56,0 Шлак гранулированный 0,150 Шлак котельный 0,290 Шлакобетон 0,600 Штукатурка сухая 0,210 Штукатурка цементная 0,900 Эбонит 0,160

Тепло-изоляция… Оградить и сохранить тепло Вашего дома, изолировать его от полярной стужи – работа у теплоизоляции очень ответственная! В серии статей про выбор теплоизоляции, ее монтаж и работу в конструкции, мы поможем Вам сэкономить трижды:

  • при покупке,
  • на затратах на отопление,
  • на отсутствии необходимости переделок.

Чтобы оперативно получать уведомления о публикации информации, подпишитесь на нашу группу ВК https://vk.com/stroymag89

  1. Теплопроводность
  2. Плотность теплоизоляции. Мифы и практика.
  3. Физические свойства теплоизоляции, сжимаемость, прочность на отрыв – где это нужно, а где бесполезно
  4. Паропроницаемость теплоизоляции.
  1. Теплопроводность

Коэффициент теплопроводности – самая главная характеристика теплоизоляционных материалов. Коэффициент теплопроводности обозначается буквой λ (лямбда). Казалось бы, чего проще – бери «лямбду», сравнивай и решай, что теплее. Тем более что благодаря маркетологам (ох уж эти маркетологи!) многие производители одно время включали значение лямбды в название продукции. Например «Маты КНАУФ Инсулейшн TR 037» — вроде указан коэффициент теплопроводности 0.037 Вт/м*С° ?

Но на практике для характеристики теплоизоляции определяются несколько коэффициентов теплопроводности, соответствующих разным условиям. Например: λ10, λ25, λА, λБ – означают теплопроводность для разных условий влажности. Из этого перечня лямбда с индексом 10 (ее еще называют «сухая») будет обладать наименьшим значением. Ее обычно и закрепляют в названии продукции.

В названии теплоизоляции существуют различные «моды». Например, лет 10 назад в название теплоизоляции включали цифры, означающие плотность. Например, ППЖ-200, Маты УРСА М-11, ПСБС-25. Про особенности суждений о свойствах теплоизоляции по ее плотности у нас есть отдельная статья.
Затем пошла «мода» на включение в название теплоизоляционных материалов значения лямбды «ИЗОВЕР КТ-40″, УРСА Терра 34»
Сейчас — «мода» на названия по сфере применения. Причем один вид продукции, сошедшей с конвейера, может попасть в разные упаковки – одна подчеркнет его шумоизолирующие свойства, другая — что его можно применить в каркасную стену, а третья — в мансарду. Хотя по факту это — один и тот же материал.

Но в реальных теплотехнических расчетах для зданий в ЯНАО, как и во многих других регионах нашей страны, используется коэффициент λБ. А он будет существенно ниже – например, для указанных матов «КНАУФ Инсулейшн TR 037» λБ равен 0,042 Вт/м*С° – отличается от «сухой» лямбды на 13%!

Отличие сухой лябмды от реальной будет тем больше, чем больше материал адсорбирует влаги из воздуха. Меньше всего адсорбируют влагу «закрытопористые» материалы – например, экструдированный пенополистирол, либо с обработкой гидрофобными материалами (например, KNAUF пишет Aquastatic, URSA – индекс Г – гидрофобизатор)

Сравним два родственных материала: Обычный белый «пенопласт» пенополистирольные блоки ПСБС и экструдированный пенополистирол (выпускается под марками URSA XPS, Пеноплекс и др.).
Разница между сухой лямбдой (0,036-0,041 Вт/м*С° — для разной плотности) и λБ (0,044-0,050 Вт/м*С°) у обычного пенопласта составляет 18%.
А у экструдии – 0,031 и 0,033 – всего 6%.
Исходное сырье одно. Но экструдия — «закрытопористый» материал и плохо пропускает пары воды. А ПСБС воду «любит», и гидрофобной обработки у него нет. Поэтому и такая разница.

Всегда ищите лямбду Б — λБ! Она указана у всех производителей, но не всегда на виду.

Приводим коэффициент λБ а популярные в Салехарде материалы.

материал

λБ

URSA XPS N-III-G4 0,033 RW ВЕНТИ БАТТС оптима 0,038 URSA GEO П-30 0,039 Техновент Стандарт 0,039 URSA GEO П-20 0,040 RW ВЕНТИ БАТТС, ВБД 0,040 RW ЛАЙТ БАТТС СКАНДИК 0,041 URSA PureOne 34PN 0,041 URSA КАРКАС 0,042 URSA GEO М-25 0,042 KNAUF TR 037, TS037 0,043 URSA GEO M-11 0,046 ПСБС-25 0,044-0,050 конструктивные материалы Сосна (поперек волокон) 0,180 Газобетон D600 0,260

2. Как рассчитать нужную толщину теплоизоляции!

Зная «правильную лямбду» — λБ, вы сможете самостоятельно рассчитать нужную толщину теплоизоляции. Есть очень важная величина – «Сопротивление теплопередаче R» ограждающей конструкции (стены, перекрытий).

R=δ/ λБ, где δ– толщина материала, в метрах;

Зачем она нужна? Чтобы рассчитать нужную толщину утепления.

δ = R * λБ, где δ– толщина материала, в метрах;

Требуемое сопротивление теплопередаче определено для каждого региона. Для Салехарда они следующие:

Ограждающая конструкция Требуемое сопротивление теплопередаче Rreq, м2°С/Вт Стены 4,61 Покрытия и перекрытия над проездами 6,03 Перекрытия чердачные, над неотапливаемыми подпольями и подвалами 6,78

Упрощенный расчет не сложен:

Например, стены сложены из газобетона толщиной 30 см. Какая толщина теплоизоляции Роквул Венти Баттс Оптима нужна для утепления стены?

  1. Расчет сопротивления теплопередаче стены из газобетона:

Толщина 0,3м, коэффициент теплопроводности λБ 0,26

R (газобетон)=0,3 /0,26 = 1,154 м2°С/Вт

  1. Расчет толщины слоя теплоизоляции для достижения необходимого сопротивления теплопередаче

коэффициент теплопроводности минплиты Роквул Венти Баттс Оптима λБ =0,038 Вт/м*С°

Требумое сопротивление для стены = 4,61

Требуется добавить за счет теплоизоляции сопротивление (4,61-1,154)= 3,456

Толщина теплоизоляции δ = 3,456*0,038 = 0,13м = 130мм.

С учетом того, что теплоизоляцию толщиной 130 мм надо производить под заказ, и с учётом наших упрощений в расчете, примем нужную толщину 150мм.

В таком расчете есть несколько упрощений. Специалисты бы взяли коэффициент теплопроводности не конкретно газосиликатного блока, а кладки. Т.е. учли бы мостики холода из цементного раствора, которым скрепляются блоки.

Для слоя теплоизоляции добавили бы теплопотери через дюбели для крепления минплиты и через металлические кронштейны для сайдинга.

Но мы для сравнительных расчетов можем обойтись без этого.

Т.е. стену из газобетона толщиной 30 см, нужно утеплить 150мм теплоизоляции типа Венти Баттс Оптима.

Мы подскажем вам способ сделать это дешевле. Надо на фасаде первый слой толщиной 100мм сделать из минплиты URSA П-30 (λБ =0,039), а второй слой — из минплиты толщиной 50мм Венти Баттс Оптима. Такой вариант будет на 35% дешевле. А тепло будет держать так же.

Что будет если утеплить минплитой толщиной 100мм? Тогда для достижения комфортной температуры вам нужно будет потратить больше энергии, реже сможете проветривать помещения.

Еще несколько расчетов:

Сопротивление теплопередаче деревянной стены толщиной 150мм (брус «капиталка»):

R (брус «капиталка»)=0,15 /0,18 = 0,83 м2°С/Вт – всего 18% от требуемого сопротивления для стены 4.61.

Сопротивление теплопередаче СИП-панели 200мм с пенопластом:

R (СИП панель)=0,2 /0,047 = 4,255 м2°С/Вт – 92% от требуемого сопротивления.

С учетом теплопотерь через массивный деревянный каркас, обязательно требуется дополнительное утепление.

Корректное функционирование мотора в автомобиле возможно лишь при правильной работе каждого узла, агрегата и системы. В случае сбоя хотя бы одного из ключевых компонентов двигатель начинает функционировать с нарушениями, а это всегда доставляет множество проблем автовладельцу. Далее мы поговорим о кислородном регуляторе, опишем принцип работы лямбда зонда, как провести его диагностику и очистить в случае необходимости.

Характеристики кислородного датчика

Все знают, что инжекторный двигатель является более экономичным и безопасным (с экологической точки зрения), чем карбюраторный мотор. Это становится возможным благодаря полному контролю за подачей топливной смеси и воздуха. Этот контроль осуществляется несколькими датчиками, которые обеспечивают проверку основных рабочих параметров и направляют эти данные электронному блоку. После их анализа производится корректировка работы системы в целом.

Кислородный датчик

Контроллеры, для получения полной информации центральным блоком, установлены не только на впускной системе (определение количества топлива/воздуха), но и на выпуске.

Здесь работает лишь один регулятор, но именно его работа определяет, какой объем воздуха станет поступать в цилиндры.

Его название – лямбда зонд (кислородный датчик). И это один из важнейших участников системы.

Предназначение и основные функции

Датчик кислорода — это датчик сопротивления, который располагается около катализатора, на коллекторе впуска. Параметры, передаваемые этим датчиком, также передаются на управляющий блок, где проходят обработку, а затем используются в поддержании соответствующего состава топливно-воздушной смеси (ТВС). Лямбда зондом отправляются сигналы на электронный блок в случае, если в камеру двигателя поступает переобогощенная или обедненная рабочая смесь. На основании этих данных управляющий блок корректирует поступление воздуха и горючего для образования «правильной» смеси.

Принцип работы и устройство регулятора кислорода

Давайте разберем, как устроен лямбда зонд. В конструкции каждого универсального лямбда зонда имеются следующие элементы:

  1. Металлический корпус универсального контроллера со специальным отверстием для обеспечения вентиляции датчика. Кроме отверстия на корпусе имеется резьба, при помощи которой датчик ставится в соответствующее место.
  2. Резиновый уплотнитель, отвечающий за герметичность конструкции.
  3. Изолятор, который всегда изготавливается из керамики.
  4. Наконечник (также выполненный из керамических материалов).
  5. Несколько контактов, подключающих контроллер к основной сети.
  6. Щиток защиты, имеющий выпускное отверстие для отхода отработанного газа.
  7. Нагревающий элемент датчика.
  8. Вмонтированная в индивидуальный резервуар спираль.

Устройство кислородного датчика

Любое устройство (1-й и 2-й кислородный регулятор), выполняется из материалов, имеющих высокие свойства термостойкости. Это имеет огромное значение, ведь датчик постоянно работает при повышенных температурах. Элемент можно отнести к одному из типов — их отличие состоит в числе контактов (от одно- до четырехпроводных).

Как уже было отмечено ранее, диагностический регулятор содержания кислорода применяется для поддержания корректного расчёта требуемого объема топлива для установления количества воздуха, поступающего в цилиндры. Датчиком кислорода рассчитываются данные показатели соответственно с показателями экономии и экологии. Это тоже имеет значение, ведь в последнее время к средствам транспорта предъявлены очень строгие требования в вопросах безопасности экологии.

Данный элемент снижает вред для окружающей среды, опираясь на объем содержания вредных веществ в выхлопе.

Виды кислородных датчиков

Кроме лямбда-зондов из циркония, которые наиболее популярны, применяются также изделия других типов.

Датчик из титана

Этот тип кислородных устройств обладает чувствительным элементом, выполненным из прочнейшего материала — диоксид титана. Рабочий температурный режим данного устройства измеряется от 700°C. Этим устройствам не требуется атмосферный воздух, поскольку в основе принципа их действия лежит преобразование напряжения на выходе, в соответствии с концентрацией кислорода в выхлопных газах.

Виды кислородных датчиков

Широкополосный кислородный элемент

Это усовершенствованная модификация. В ее состав входит циркониевый датчик, схема которого дополнена закачивающим элементом. Контроллер из циркония обеспечивает измерение концентрации кислорода в отработанных газах, осуществляя фиксацию напряжения, которое вызвано разностью потенциалов. Затем выполняется сравнение показаний с эталонным значением (450мВ), и, при обнаружении отклонений, начинает подаваться ток, способствующий закачиванию ионов кислорода из выхлопных газов. Это производится до того момента, пока значение напряжение не сравняется с эталоном.

Причины неисправностей и как их определить

При неправильной работе лямбда зонда силовой агрегат автомобиля начинает работать нестабильно.

Причины поломки кислородного датчика

Рассмотрим причины, по которым регулятор может дать сбой.

  1. В электрической цепи случился разрыв, например, в точке подключения датчика к общей сети. Другой причиной может состоять в недостаточном контакте на контроллере либо его окислении.
  2. Замыкание при работе регулятора.
  3. Загрязнение, которое является самой распространенной причиной неисправности датчика. Данная поломка, зачастую, случается из-за постоянной заправки автомобиля некачественным топливом.
  4. Температурная перегрузка датчика. Данная проблемы возникает из-за сбоев в системе зажигания.
  5. Непрерывное передвижение автомобиля по бездорожью приводит к большим вибрациям и к повреждению устройства.
  6. Кислородный элемент часто ломается при попадании в систему цилиндров силового агрегата или во впускную систему антифриза.
  7. Поломка нагревателя регулятора. Очень часто данная проблема возникает из-за износа контроллера (его естественного «старения»).
  8. Датчик может выйти из строя, если двигатель работает на слишком обогащенной ТВС.

Симптомы поломки лямбда зонда

Определить неисправность кислородного датчика можно по следующим симптомам:

  • расход топлива значительно вырос;
  • обороты «плавают» при холостых оборотах силового агрегата;
  • вы стали ощущать характерные рывки, когда автомобиль набирает скорость;
  • катализатор работает нестабильно;
  • повысилась концентрация токсинов в отработанном газе.

В том случае, если вы обнаружите хотя бы один из перечисленных признаков, следует провести диагностику контроллера, а в случае необходимости — заменить его.

Датчик кислорода

Диагностика лямбда зонда

Выше мы рассказали, как работает лямбда зонд, а теперь поговорим о диагностике и прочистке датчика.

Итак, начиная диагностику, нужно погреть элемент. Для этого следует запустить силовой агрегат и дать ему работать примерно 10мин. Это должно обеспечить идеальную проводимость в электролите и создание конечного напряжения на регуляторе кислорода. Диагностика производится без отключения лямбда зонда, при работающем и прогретом моторе. Сама диагностика выполняется при помощи осциллографа — данное оборудование дает самый правильный результат.

Если нормативное значение напряжения будет отличаться от полученного при диагностике, то датчик нужно заменить. Параметр напряжения должен составлять не меньше 10,5В. Обнаружив пониженное значение напряжения следует проверить качество подключения регулятора кислорода и соответствующих разъемов, помимо этого, необходимо убедиться в заряженности аккумулятора.

Ещё нужно протестировать сопротивление датчика. Для чего требуется отключить разъем. В идеальном варианте показатель сопротивления должен находиться в интервале 2-14Ом, но это значение зависит от модели датчика кислорода.

Прочистка кислородного датчика

Если датчик не исправен, то, обычно, его требуется заменить, но в иногда проблему можно решить, почистив кислородный регулятор.

Для прочистки датчика следуйте инструкции:

  1. Отключить контроллер от питания.
  2. Демонтировать датчик. Удобнее это сделать при помощи специального инструмента, но если такового нет, то выполните демонтаж руками.
  3. Процедура прочистки осуществляется ортофосфорной кислотой. Кислородный регулятор помещается в ёмкость с кислотой ориентировочно на 10-20мин. Этого времени достаточно, чтобы кислота удалила имеющиеся отложения и окислы, не разрушив целостность электродов. Для наибольшего эффекта прочистки можно снять защитный колпак, но сделать это не всегда возможно, поскольку для демонтажа необходим токарный станок.
  4. По завершению процедуры прочистки контроллера необходимо промыть его в воде и хорошо просушить.

Если выполненные действия не привели к работоспособности устройства, то его требуется поменять. Заменяя регулятор кислорода, следует убедиться в том, что разъёмы на меняемых датчиках идентичны.

Важно! Процедура прочистки может быть выполнена лишь тогда, когда под защитным колпаком датчика присутствуют отложения.

Чистка кислородного датчика

777sergioo777 ›
Блог ›
Лямбда зонд. Что это такое и как он работает?

В данной статье разберемся что такое лямбда зонд, для чего нужен и принцип его работы.

Жесткие экологические нормы узаконили применение на автомобилях каталитических нейтрализаторов – устройств, способствующих снижению содержания вредных веществ в выхлопных газах. Катализатор вещь хорошая, но эффективно работает лишь при определенных условиях. Без постоянного контроля состава топливно-воздушной смеси обеспечить катализаторам «долголетие» невозможно – тут приходит на помощь датчик кислорода, он же лямбда зонд.
Что такое лямбда зонд?

Название датчика лямбда зонд происходит от греческой буквы лямбда, которая в автомобилестроении обозначает коэффициент избытка воздуха в топливно-воздушной смеси. По сути, лямбда зонд — это датчик для измерения состава выхлопных газов, чтобы поддерживать оптимальный состав топлива и воздуха.

При оптимальном составе этой смеси, когда на 14,7 части воздуха приходится одна часть топлива — лямбда равна 1. Обеспечить такую точность возможно только с помощью систем питания с электронным впрыском топлива и при использовании в цепи обратной связи лямбда-зонда.

Избыток воздуха в смеси измеряется весьма оригинальным способом – путем определения в выхлопных газах содержания остаточного кислорода (О2). Поэтому лямбда зонд и стоит в выпускном коллекторе перед катализатором. Электрический сигнал датчика считывается электронным блоком управления системы впрыска топлива (ЭБУ), а тот в свою очередь оптимизирует состав смеси путем изменения количества подаваемого в цилиндры топлива.

На некоторых моделях автомобилей имеется еще один лямбда-зонд. Расположен он на выходе катализатора. Этим достигается большая точность приготовления смеси и контролируется эффективность работы катализатора.
Принцип работы лямбда-зонда

Схема лямбда зонда на основе диоксида циркония, расположенного в выхлопной трубе.
1 – твердый электролит ZrO2; 2, 3 – наружный и внутренний электроды; 4 – контакт заземления; 5 – «сигнальный контакт»; 6 – выхлопная труба.

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.

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).

Особенностью циркониевого лямбда-зонда является то, что при малых отклонениях состава смеси от идеального напряжение на его выходе изменяется скачком в интервале 0,1 — 0,9 В.


Зависимость напряжения лямбда-зонда от коэффициента избытка воздуха при температуре датчика 500-800°С

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

В этом случае ЭБУ начинает работать по усредненным параметрам, записанным в его памяти: при этом состав образующейся топливно-воздушной смеси будет отличаться от идеального. В результате появится повышенный расход топлива, неустойчивая работа двигателя на холостом ходу, увеличение содержания СО в выхлопе, снижение мощности, но машина при этом остается на ходу.

Перечень неисправностей лямбда зонда достаточно большой и некоторые из них самодиагностикой автомобиля не фиксируются. Поэтому окончательное решение о замене датчика можно принять только после его тщательной проверки, которую лучше всего поручить специалистам. 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».

Лямбда зонд – наиболее уязвимый датчик автомобиля с системой впрыска. Его ресурс составляет 40 – 80 000 км в зависимости от условий эксплуатации и исправности двигателя. Особенно чувствителен к качеству топлива – после нескольких таких заправок лямбда зон «умирает» и больше не работает

Для чего нужен лямбда зонд?

Кратко:

Лямбда зонд устанавливается в любых транспортных средствах, приводимых в движение с помощью двигателей внутреннего сгорания. Лямбда зонд:

• Регулирует смесеобразование, удерживая расход топлива на максимально низком уровне.
• Обеспечивает катализатору оптимальные условия работы, что в итоге влияет на срок службы катализатора и низкий уровень токсичности выхлопа.

Подробно:

Подробное понимание того, как устроен и для чего нужен лямбда зонд никак не повлияет на обнаружение и устранение неисправности этого датчика, если вы внимательно будете следовать тем советам, которые мы даём в наших статьях.
Даже простое чтение статьи будет для вас пустой тратой времени, поскольку, когда у вас перегорает лампочка, вы не стремитесь понять, как она работает, а просто меняете её на новую. Ведь всё, что на самом деле нужно вам, это исправный автомобиль. Поэтому, смело пропускайте эту статью и переходите к статьям, которые непосредственно расскажут вам, как проверить, подобрать и заменить ваш датчик.
Если же вы всё-таки решительно настроены вникнуть в суть работы лямбда зонда, желаем удачи.

Функция лямбда зонда в современном автомобиле.

На все автомобили, начиная с конца 80-х годов прошлого века, устанавливаются катализаторы, задачей которых является очищение выхлопных газов от вредных примесей. Для оптимальной и эффективной работы катализатора необходимо подготовить строго определённое качество воздушно-топливной смеси для двигателя и проконтролировать качественные характеристики выхлопных газов, возникших в результате её сгорания. Эту функцию выполняет лямбда зонд.

Лямбда зонд – также называемый кислородным датчиком или датчиком кислорода – измеряет количество остаточного кислорода в выхлопных газах. Отсюда пошло основное название этого датчика – кислородный. Исходя из количества остаточного кислорода, датчик посылает сигналы в электронный блок управления двигателем, который, в свою очередь, регулирует количество подаваемого топлива или, другими словами, изменяет качество воздушно-топливной смеси. Именно поэтому так важна герметичность выхлопной системы в местах установки этих датчиков, поскольку, в результате подмеса воздуха извне параметры этих измерений нарушаются. Идеальное соотношение воздуха и топлива в смеси обозначается греческой буквой λ (лямбда) и равняется приблизительно 15 к 1, где 15 частей это воздух, а 1 часть это топливо. Отсюда и пошло наиболее распространённое в России название датчика – лямбда зонд.

Лямбда зонд установлен в трубы выхлопной системы автомобиля так, чтобы его рабочие поверхности обтекали выхлопные газы. Эти рабочие поверхности состоят из многослойных материалов обеспечивающих тестирование смеси. Тестирование смеси эффективно идёт только при высокой температуре рабочей поверхности, поэтому все современные датчики снабжены функцией принудительного прогрева. Для подробного рассмотрения конструкции датчика обратитесь к схеме 1.

Первый (верхний, регулирующий) лямбда зонд.

До начала 2000-х годов на автомобиль устанавливался только один датчик. Этот датчик устанавливался на отрезок выхлопной трубы между двигателем и катализатором и впоследствии, после появления второго датчика, получил свои нынешние названия: первый датчик или верхний или регулирующий. В задачу этого датчика входил вышеописанный процесс измерений и поскольку он устанавливается выше, чем второй этот датчик был назван верхним. Регулирующим он был назван по причине того, что именно он несёт основную нагрузку по регулированию воздушно-топливной смеси. Этот же датчик принимает на себя главный удар раскалённых токсичных газов двигателя, ещё не очищенных от ядовитых примесей катализатором. За счёт этого он и выходит из строя в среднем в 5-7 раз чаще, чем второй датчик.

Второй (нижний, диагностирующий) лямбда зонд.

После 2000-х годов, дополнительно к Первому датчику, в автомобилях стали устанавливать ещё один, при этом местоположение Первого не изменилось. Второй датчик стали устанавливать на отрезок выхлопной трубы от катализатора до глушителя. Задачей этого дополнительного датчика стала проверка качества очистки выхлопных газов, прошедших через катализатор. Он получил название «Второй» или «Нижний», поскольку устанавливался под днищем автомобиля. Другим названием этого датчика стало «Диагностирующий», оно отражало его функциональную отличие от Первого датчика – проверять качество очистки выхлопных газов. После появления Второго датчика блок управления рассчитывает параметры идеальной воздушно-топливной смеси на основании показаний их обоих. В результате удалось добиться дополнительного снижения расхода топлива и высочайшей степени очистки выхлопных газов от ядовитых примесей — 95%.

Следует заметить, что поскольку Второй датчик установлен после катализатора, где газы уже очищены от агрессивных примесей, он выходит из строя значительно реже и то в результате либо разрушения катализатора, либо в результате механического или термического повреждения.

Конструктивно оба датчика очень похожи. Тем не менее они имеют ряд различий, обусловленных их функциональностью. В последние годы первые и вторые лямбда зонды стали также отличаться и конструктивно. В качестве регулирующих датчиков всё чаще применяются сложные и дорогостоящие широкополосные датчики, в то время как в качестве диагнотических по прежнему используют циркониевые лямбда зонды.

Схематичное обозначение местоположения лямбда зондов на современном автомобиле.

Все автомобили объёмом двигателя более 2-х литров имеют по два Первых датчика и два Вторых датчика. Установка четырех датчиков продиктована большей мощностью таких двигателей требующих наличия двух катализаторов. В последние годы, в связи с введением более строгих требований по выбросам, стали устанавливать до трёх катализаторов, а соответственно понадобился и пятый кислородный датчик.

Разновидности лямбда зондов.

Лямбда зонд из диоксида циркония является самым распространённым на сегодняшний день типом кислородных датчиков.
Менее распространёнными датчиками является широкополосные датчики и датчики воздух — топливо.
Совсем редкими являются лямбда зонд их диоксида титана, которые постепенно вытесняются из-за своей дороговизны.

Что такое лямбда-зонд, и где он находится

В связи с ужесточением экологических норм для уменьшения токсичности выхлопных газов машины начали оборудовать каталитическим нейтрализатором (катализатором). Качество и продолжительность его работы находится в прямой зависимости от состава топливно-воздушной смеси (ТВС). В зависимости от сигналов, передаваемых лямбда-зондом, регулируется процентное соотношение в смеси топлива и воздуха.

Лямбда-зонд — система, определяющая, какое количество остаточного кислорода содержится в выхлопных газах. Иначе его можно назвать — кислородный датчик.

Располагается лямбда-зонд в выпускном коллекторе перед каталитическим нейтрализатором

Качественная очистка от токсичных выхлопов в катализаторе проводится только при наличии в них кислорода. Для контроля эффективности действия нейтрализатора и повышения точности исследования состояния выхлопных газов на многих моделях устанавливают второй лямбда-зонд на выходе катализатора.

Для повышения эффективности на современных автомобилях устанавливается дополнительный лямбда-зонд на выходе катализатора

Разновидности лямбда-зондов

Современные машины оснащаются следующими датчиками:

  • Циркониевые;
  • Титановые;
  • Широкополосные.

Циркониевый

Одна из наиболее распространённых моделей. Создана на основе диоксида циркония (ZrO2).

Циркониевый датчик кислорода действует по принципу гальванического элемента с твёрдым электролитом в виде керамики из диоксида циркония (ZrO2)

Керамический наконечник с диоксидом циркония с обеих сторон покрыт защитными экранами из токопроводящих пористых платиновых электродов. Свойства электролита, пропускающего ионы кислорода, проявляются при нагреве ZrO2 выше 350°C. Лямбда-зонд не будет работать, не прогревшись до нужной температуры. Быстрый нагрев осуществляется за счёт встроенного в корпус нагревательного элемента с керамическим изолятором.

Важно! Повышение температуры датчика до 950°C ведёт к его перегреву.

Выхлопные газы поступают к наружной части наконечника через специальные просветы в защитном кожухе. Атмосферный воздух попадает внутрь датчика через отверстие в корпусе или пористую водонепроницаемую уплотнительную крышку (манжету) проводов.

Разница потенциалов образуется за счёт передвижения ионов кислорода по электролиту между наружным и внутренним платиновыми электродами. Напряжение, образующееся на электродах, обратно пропорционально количеству О2 в выхлопной системе.

Напряжение, которое образуется на двух электродах, обратно пропорционально количеству кислорода

Относительно сигнала, поступающего от датчика, блок управления регулирует состав ТВС, стараясь приблизить её к стехиометрической. Напряжение, поступающее от лямбда-зонда, ежесекундно меняется по несколько раз. Это даёт возможность регулировать состав топливной смеси независимо от режима работы ДВС.

По количеству проводов можно выделить несколько типов циркониевых устройств:

  1. В однопроводном датчике существует единственный сигнальный провод. Контакт на массу осуществляется через корпус.
  2. Двухпроводное устройство оснащено сигнальным и заземляющим проводами.
  3. Трёх- и четырёхпроводные датчики снабжены системой нагрева, управляющим и заземляющим проводами к ней.

Циркониевые лямбда-зонды в свою очередь разделяются на одно-, двух-, трёх- и четырёхпроводные датчики

Титановый

Визуально похож на циркониевый. Чувствительный элемент датчика создан из диоксида титана. В зависимости от количества кислорода в выхлопных газах скачкообразно меняется объёмное сопротивление датчика: от 1 кОм при богатой смеси до более 20 кОм при бедной. Соответственно, меняется проводимость элемента, о чём датчик сигнализирует блоку управления. Рабочая температура титанового датчика — 700°C, поэтому наличие нагревательного элемента обязательно. Эталонный воздух отсутствует.

Из-за своей сложной конструкции, дороговизны и привередливости к перепадам температуры большое распространение датчик не получил.

Кроме циркониевых, существуют также кислородные датчики на основе двуокиси титана (TiO2)

Широкополосный

Конструктивно отличается от предыдущих 2 камерами (ячейками):

  • Измерительной;
  • Насосной.

В камере для измерений с использованием электронной схемы модуляции напряжения поддерживается состав газов, соответствующий λ=1. Насосная ячейка при работающем моторе на обеднённой смеси устраняет лишний кислород из диффузионного зазора в атмосферу, при богатой смеси — пополняет диффузионное отверстие недостающими ионами кислорода из внешнего мира. Направление тока для перемещения кислорода в разные стороны меняется, а его величина пропорциональна количеству О2. Именно значение тока и служит детектором λ выхлопных газов.

Температура, необходимая для работы (не менее 600°C), достигается за счёт работы нагревательного элемента в датчике.

Широкополосные датчики кислорода детектируют лямбду от 0,7 до 1,6

Симптомы неисправности

Основными признаками, свидетельствующими о поломке кислородного датчика, считаются:

  • Повышенная токсичность выхлопных газов;
  • Нестабильная, прерывистая разгонная динамика;
  • Кратковременное включение лампы «CHECK ENGINE» при резком увеличении оборотов;
  • Нестабильные, постоянно меняющиеся холостые обороты;
  • Увеличение расхода топлива;
  • Перегрев катализатора, сопровождающийся потрескивающими звуками в его зоне при заглушённом моторе;
  • Постоянно горящий индикатор «CHECK ENGINE»;
  • Беспричинная сигнализация бортового компьютера о переобогащённой ТВС.

Нужно иметь в виду, что все эти отклонения могут быть симптомами и других поломок.

Длительность службы лямбда-зонда примерно 60-130 тыс. км. Причинами сокращения срока службы и поломки устройства может стать:

  • Применение при монтаже датчиков, не рассчитанных на высокие температуры герметиков (силиконовых);
  • Некачественный бензин (повышенное содержание этила, свинца, тяжёлых металлов);
  • Попадание масла в выхлопную систему в результате износа маслосъёмных колец или колпачков;
  • Перегрев датчика в результате некорректно выставленного зажигания, переобогащённой ТВС;
  • Множественные попытки завести мотор, приводящие к проникновению горючих смесей в систему выхлопа;
  • Нестабильный контакт, замыкание на массу, обрыв выходного провода;
  • Нарушение целостности конструкции датчика.

Способы диагностики кислородного датчика

Специалисты советуют проверять корректность работы лямбда-зонда каждые 10000 км пробега, даже если проблем в работе устройства не наблюдается.

Диагностику начинают с проверки надёжности соединения клеммы с датчиком и на наличие механических повреждений. Далее выкручивают лямбда-зонд из коллектора и осматривают защитный кожух. Небольшие отложения очищают.

Если в ходе визуального осмотра на защитной трубке датчика кислорода были выявлены следы сажи, сильные белые, серые или блестящие отложения, то лямбда-зонд следует заменить

Как проверить лямбда-зонд мультиметром (тестером)

Проверка датчика на работоспособность проводится по следующим параметрам:

  • Напряжение в нагревательной цепи;
  • «Опорное» напряжение;
  • Состояние нагревателя;
  • Сигнал датчика.

Схема подключения к лямбда-зонду в зависимости от его типа

Наличие напряжения в цепи подогрева определяют мультиметром или вольтметром в следующей последовательности:

  1. Не снимая разъём с датчика, включают зажигание.
  2. Щупы присоединяют к цепи подогрева.
  3. Показания на приборе должны совпадать с напряжением на аккумуляторе — 12В.

«+» идёт на датчик от аккумулятора через предохранитель. При его отсутствии прозванивают эту цепь.

«—» поступает от блока управления. Если он не обнаружен, проверяют клеммы цепи «лямбда-зонд — ЭБУ».

Замеры опорного напряжения проводятся теми же аппаратами. Последовательность действий:

  1. Включают зажигание.
  2. Замеряют напряжение между сигнальным проводом и массой.
  3. Прибор должен показать 0,45 В.

Для проверки нагревателя мультиметр выставляют в режим омметра. Этапы диагностики:

  1. Снимают разъём с устройства.
  2. Замеряют сопротивление между контактами нагревателя.
  3. Показания на разных кислородниках различные, но не должны выходить за пределы 2-10 Ом.

Важно! Отсутствие сопротивления говорит о разрыве в цепи нагревателя.

Вольтметр или мультиметр используются для проверки сигнала датчика. Для этого:

  1. Заводят двигатель.
  2. Прогревают его до рабочей температуры.
  3. Щупы прибора соединяют с сигнальным проводом и проводом массы.
  4. Обороты мотора увеличивают до 3000 об/мин.
  5. Следят за замерами напряжения. Должны наблюдаться скачки в диапазоне от 0,1 В до 0,9 В.

Если хотя бы при одной из проверок показатели разнятся от нормы, датчик неисправен и нуждается в замене.

Видео: проверка лямбда-зонда тестером

Проверка осциллографом

Главным преимуществом данной диагностики лямбда-зонда перед проверкой вольтметром и мультиметром является фиксация времени между однотипными изменениями выходного напряжения. Оно не должно превышать 120 мс.

Очерёдность действий:

  1. Щуп прибора подключают к сигнальному проводу.
  2. Мотор прогревают до рабочей температуры.
  3. Обороты двигателя повышают до 2000-2600 об/мин.
  4. По показаниям осциллографа определяют работоспособность кислородного датчика.

Диагностика осциллографом даёт наиболее полную картину работы лямбда-зонда

Превышение временного показателя или пересечение пределов напряжения нижнего 0,1 В и верхнего 0,9 В говорит о неисправном кислородном датчике.

Видео: диагностика датчика кислорода осциллографом

Другие способы проверки

Если в автомобиле есть бортовая система, то по сигналу «CHECK ENGINE», выдающему определённую ошибку, можно диагностировать состояние лямбда-зонда.

Перечень ошибок лямбда-зонда

Чтобы лямбда-зонд работал долго и эффективно, необходимо заправлять автомобиль только качественным топливом. Плановая и своевременная диагностика датчика кислорода поможет вовремя обнаружить его неисправность. Эта мера способна продлить срок эксплуатации не только самого датчика, но и катализатора.

Узкополосный лямбда-зонд

Лямбда-зонд порогового типа действует по принципу гальванического элемента/твердооксидного топливного элемента с твердым электролитом в виде керамики из диоксида циркония (ZrO2). Керамика легирована оксидом иттрия, а поверх неё напылены токопроводящие пористые электроды из платины, одновременно являющейся катализатором окислительно-восстановительных реакций. Один из электродов омывается горячими выхлопными газами (внешняя сторона датчика), а второй — воздухом из атмосферы (внутренняя сторона датчика). Эффективное измерение состава отработавших газов лямбда-зонд обеспечивает после разогрева до определенной температуры выше 300°C. Только в таких условиях циркониевый электролит приобретает проводимость, а гальваническая ячейка начинает работать. Для работы датчика атмосферный кислород нужен в очень небольшом количестве, поэтому, в целом герметичный для воды, датчик делается таким образом, чтобы кислород немного попадал внутрь со стороны проводки.

Если при работе двигателя и датчика ионы свободного кислорода присутствуют лишь с внутренней стороны элемента, то есть имеется лишь атмосферный кислород, то разогретая ячейка самостоятельно начинает генерировать ЭДС, а значит, на блок управления с датчика начинает поступать электрический ток с определённым напряжением. Это означает для ЭБУ автомобиля, что смесь была «богатой». На практике этому соответствует примерно 0,8-0,9 вольт. Если свободный кислород появляется в составе выхлопа с внешней стороны датчика, то выработка ЭДС снижается, а если кислорода достаточно много, то полностью прекращается, то есть кислород из выхлопа блокирует работу ячейки. Это означает для ЭБУ, что смесь была «бедной». На практике этому соответствует примерно 0,1-0,2 вольт. Если ЭДС стремится к нулю, то это означает что смесь абсолютно бедная, например в двигатель не поступает топливо. Напряжение с датчика 0,45 вольт считается оптимальным, и свидетельствует, что сжигаемая смесь обладает стехиометрическим соотношением топлива и воздуха.

Конструктивно, датчики делятся по числу проводов и наличию подогревательного элемента. Датчики без нагревательного элемента используют 1 или 2 провода, с нагревательным элементом — 3 или 4 провода. Первое поколение датчиков разогревалось лишь от выхлопных газов, поэтому начинало давать сигнал сравнительно поздно после старта двигателя. Появившиеся позже датчики с нагревательным элементом стали выводить датчик в рабочее состояние очень быстро, что отвечало возросшим требованиям экологии, а также позволяло использовать датчик, когда температуры выхлопных газов оказывалось недостаточно.

В начале работы, после запуска мотора, лямбда-зонд не выдаёт показаний, и ЭБУ вынужден использовать только карты впрыска, прописанные в нём. Это режим работы без обратной связи, и коррекции топливной смеси по лямбда-зонду в этом режиме нет. Когда с датчика появляется сигнал, то ЭБУ автомобиля переходит в режим работы с обратной связью, при котором исходные топливные карты корректируются с учётом показаний с лямбда-зонда в режиме реального времени.

Сигнал используется системой управления для поддержания оптимального (стехиометрического, около 14,7:1) соотношения воздушно-топливной смеси.

  • λ=1 — стехиометрическая (теоретически идеальная) смесь;
  • λ>1 — бедная смесь;
  • λ<1 — богатая смесь (избыток топлива, воздуха не хватает для полного сгорания).

Работа датчика не линейна во времени, показания отклоняются от оптимального очень быстро, поэтому ЭБУ вынужден постоянно корректировать смесь. При этом двигатель редко работает на идеальном стехиометрическом составе смеси, однако смесь постоянно стремится к достижению идеальной пропорции. Лямбда-зонд не сообщает о том, сколько именно кислорода в выхлопных газах, он сигнализирует о том, есть ли свободный кислород в выхлопе или нет. Факт наличия свободного кислорода и означает, что топлива в смеси должно быть больше, поскольку часть кислорода не вступила в реакцию. И наоборот, если кислорода нет или очень мало, то требуется уменьшить подачу топлива, тем более, что если топлива окажется слишком много, то это приведёт к появлению сажи и так называемого «грязного» выхлопа. В реальности, достичь и долго удерживать идеальную стехиометрическую смесь невозможно, так как существует множество факторов, постоянно влияющих на смесеобразование и её сгорание. Поэтому, целью является не само достижение стехиометрического соотношения, а стремление к этому, путём постоянной коррекции смеси и пребывания её поочередно то в «условно-бедном», то в «условно-богатом» состоянии, не отдаляясь от оптимального состава. Правильность работы датчика даёт возможность максимально сократить разницу между реальным соотношением воздуха/топлива и стехиометрическим.

График вольтажа с датчика обычно имеет вид синусоиды с довольно резким переходом от верхних значений к нижним, и наоборот. Принцип цикла таков: датчик сообщил, что смесь «бедная» — ЭБУ начинает постепенно добавлять топлива; далее датчик сообщает, что смесь стала «богатой» — ЭБУ начинает уменьшать подачу топлива, и так постоянно, пока активна обратная связь. Изменение подачи топлива (как реакция на показания лямбда-зонда) обычно выполняется с использованием двух переменных в ЭБУ — «долгая» коррекция и «краткая» коррекция, и они заложены в стандарт диагностики OBD-II. Краткая коррекция позволяет смеси следовать за датчиком сиюсекундно. Долгая коррекция вычисляется ЭБУ на основании анализа краткой коррекции, и нужна для того чтобы сдвигать всю коррекцию, фактически подстраиваясь под особенности и состояние конкретного образца мотора. Каждая коррекция может изменять впрыск в установленных производителем пределах, и если сумма долгой и краткой коррекций выйдет за общий предел, то обычно ЭБУ сигнализирует об ошибке смесеобразования с помощью индикатора «check engine». ЭБУ обычно использует режим работы с обратной связью по лямбда-зонду до определённого процента расчётной нагрузки на мотор. Далее ЭБУ временно прекращает режим коррекции, так как возникает вероятность неэффективной коррекции, и в этих условиях использование карт впрыска оказывается предпочтительным.

Поскольку некоторое количество кислорода должно присутствовать в выхлопе для нормального дожигания СО и СН в катализаторе, для более точного регулирования может использоваться и второй лямбда-зонд, расположенный за катализатором или внутри него.

Широкополосный лямбда-зонд

Разновидность кислородного датчика.

Основная разница зонда с широким диапазоном измерения по отношению к обычным узкополосным λ-зондам — это комбинация сенсорных ячеек и так называемых накачивающих ячеек. Состав его газового содержимого постоянно соответствует λ=1, что для сенсорной ячейки значит напряжение в 450 милливольт. Содержание газа в зазоре и вместе с ним напряжение сенсора поддерживаются посредством различных напряжений, прикладываемых к накачивающей ячейке. При бедной смеси и напряжении сенсора ниже 450 милливольт ячейка выкачивает кислород из диффузионной полости. Если смесь богатая и напряжение лежит выше 450 милливольт, ток меняет своё направление, и накачивающие ячейки транспортируют кислород в диффузионные расщелины. При этом интегрированный нагревающий элемент устанавливает температуру области от 700 до 800 градусов. Датчик типа LSU при погружении в несгоревшую смесь, содержащую одновременно и топливо и кислород, будет указывать «избыток воздуха», в отличие от порогового, сигнал которого надо интерпретировать «избыток топлива».

Выходной сигнал широкодиапазонного датчика зависит от его контроллера управления, может быть токовым или потенциальным. Например, выходной ток контроллера широкополосного датчика Ipn и соответствующие значения λ:

Основным преимуществом широкополосного зонда по отношению к узкополосному является устранение циклического перехода дискретных показаний «бедная смесь — богатая смесь». Блок управления получает информацию о степени несоответствия смеси оптимальному значению, и это ему позволяет точнее и быстрее корректировать смесь для достижения её полного сгорания без свободного кислорода.

Коэффициент избытка воздуха λ

Прежде чем разбирать конструкцию датчика кислорода и принцип его работы, необходимо определиться с таким важным параметром, как коэффициент избытка воздуха топливовоздушной смеси: что это такое, на что влияет и зачем его измеряет датчик.

В теории работы ДВС существует такое понятие как стехиометрическое отношение – это идеальная пропорция воздуха и топлива, при которой происходит полное сгорание топлива в камере сгорания цилиндра двигателя. Это очень важный параметр, на основании которого рассчитывается топливоподача и режимы работы двигателя. Оно равняется 14,7 кг воздуха к 1 кг топлива (14,7:1). Естественно, такое количество топливовоздушной смеси не поступает в цилиндр в один момент времени, это всего лишь пропорция, которая пересчитывается под реальные условия.

Зависимость мощности (P) и расхода топлива (Q) от коэффициента избытка воздуха

Коэффициент избытка воздуха (λ) – это отношение действительного количества воздуха, поступившего в двигатель, к теоретически необходимому (стехиометрическому) для полного сгорания топлива. Говоря простым языком, это «на сколько больше (меньше) воздуха поступило в цилиндр, чем должно было бы».

В зависимости от значения λ различают три вида топливовоздушной смеси:

  • λ = 1 — стехиометрическая смесь;
  • λ < 1 — «богатая» смесь (избыток — топливо; недостаток — воздух);
  • λ > 1 — «бедная» смесь (избыток — воздух; недостаток — топливо).

Современные двигатели могут работать на всех трех типах смеси, в зависимости от текущих задач (экономия топлива, интенсивное ускорение, снижение концентрации вредных веществ в отработавших газах). С точки зрения оптимальных значений мощности двигателя, коэффициент лямбда должен иметь значение около 0,9 («богатая» смесь), минимальный расход топлива будет соответствовать стехиометрической смеси (λ = 1). Наилучшие результаты по очистке отработавших газов будут также наблюдаться при λ = 1, поскольку эффективная работа каталитического нейтрализатора происходит при стехиометрическом составе топливовоздушной смеси.

Назначение датчиков кислорода

Расположение кислородных датчиков в системе выхлопа

Стандартно в современных автомобилях используется два датчика кислорода (для рядного двигателя). Один перед катализатором (верхний лямбда-зонд), а второй после него (нижний лямбда-зонд). Различий в конструкции верхнего и нижнего датчиков нет, они могут быть одинаковыми, но выполняют разные функции.

Верхний или передний кислородный датчик определяет содержание оставшегося кислорода в отработавших газах. По сигналу с данного датчика блок управления двигателем «понимает», на каком типе топливовоздушной смеси работает двигатель (стехиометрической, богатой или бедной). В зависимости от показаний кислородника и требуемого режима работы, ЭБУ корректирует количество топлива, подаваемого в цилиндры. Как правило, топливоподача корректируется в сторону стехиометрической смеси. Следует отметить, что при прогреве двигателя сигналы с датчика игнорируются ЭБУ двигателя до достижения им рабочей температуры. Нижний или задний лямбда-зонд используется для дополнительной корректировки состава смеси и контроля исправности работы каталитического нейтрализатора.

Конструкция и принцип работы кислородного датчика

Конструкция кислородного датчика

Существует несколько видов лямбда-зондов, применяемых на современных автомобилях. Рассмотрим конструкцию и принцип работы наиболее популярного из них — датчика кислорода на основе диоксида циркония (ZrO2). Датчик состоит из следующих основных элементов:

  • Наружный электрод — осуществляет контакт с выхлопными газами.
  • Внутренний электрод — контактирует с атмосферой.
  • Нагревательный элемент — используется для подогрева кислородного датчика и более быстрого вывода его на рабочую температуру (около 300 °C).
  • Твердый электролит — расположен между двумя электродами (диоксид циркония).
  • Корпус.
  • Защитный кожух наконечника — имеет специальные отверстия (перфорацию) для проникновения отработавших газов.

Устройство наконечника лямбда-зонда

Внешний и внутренний электроды покрыты платиновым напылением. Принцип работы такого лямбда зонда основан на возникновении разности потенциалов между слоями платины (электроды), которые чувствительны к кислороду. Она возникает при нагревании электролита, когда через него происходит движение ионов кислорода от атмосферного воздуха и выхлопных газов. Напряжение, возникающее на электродах датчика, зависит от концентрации кислорода в отработавших газах. Чем она выше, тем ниже напряжение. Диапазон напряжений сигнала кислородного датчика находится в пределах от 100 до 900 мВ. Сигнал имеет синусоидальную форму, у которой выделяются три области: от 100 до 450 мВ — бедная смесь, от 450 до 900 мВ — богатая смесь, значение 450 мВ соответствует стехиометрическому составу топливовоздушной смеси.

Ресурс кислородника и его неисправности

Лямбда-зонд — один из наиболее быстро изнашиваемых датчиков. Это связано с тем, что он постоянно контактирует с отработавшими газами и его ресурс напрямую зависит от качества топлива и исправности двигателя. Например, циркониевый кислородник имеет ресурс порядка 70-130 тысяч километров пробега.

Поскольку работа обоих кислородных датчиков (верхнего и нижнего) контролируется системой бортовой диагностики OBD-II, при выходе из строя любого из них будет зафиксирована соответствующая ошибка, а на панели приборов загорится контрольная лампа неисправности «Check Engine». Диагностировать неисправность в данном случае можно с помощью специального диагностического сканера.

Сигнал исправного кислородного датчика

При исправной работе кислородного датчика характеристика сигнала представляет собой правильную синусоиду, демонстрирующую частоту переключений не менее 8 раз в течение 10 секунд. Если датчик вышел из строя, то форма сигнала будет отличаться от эталонной, либо его отклик на изменение состава смеси существенно замедлится.

Основные неисправности кислородного датчика:

  • износ в процессе эксплуатации («старение» датчика);
  • обрыв электрической цепи нагревательного элемента;
  • загрязнение.

Все эти виды проблем могут быть спровоцированы использованием некачественного топлива, перегревом, добавлением различных присадок, попаданием в зону работы датчика масел и чистящих средств.

Признаки неисправности кислородника:

  • Индикация сигнальной лампы неисправности на приборной панели.
  • Потеря мощности.
  • Слабый отклик на педаль газа.
  • Неровная работа двигателя на холостых оборотах.

Неисправность датчика может привести к сложностям в управлении автомобилем и стать причиной повышенного износа остальных деталей двигателя. А поскольку он не подлежит ремонту, его необходимо сразу заменить на новый.

Данное усовершенствование стало эпохальным в истории автомобилестроения. Рабочий ингредиент датчика — пористый керамический материал на основе двуокиси циркония, покрытый методом напыления платиной. Выхлопные газы обтекают рабочую поверхность. Датчик реагирует на разницу между уровнем кислорода в выхлопных газах и в атмосфере, вырабатывая на выходе соответствующую разность потенциалов.

Первые «лямбда-зонды» были резистивными, т.е. изменяли свое сопротивление. Современные датчики работают как пороговые элементы:
напряжение на выходе (рис.2) может принимать либо рослый логический уровень (обогащенная смесь), либо невысокий (обедненная смесь). Скорость реакции настолько велика, что длительность фронта сигнала можно не рассматривать.
Электронное устройство менеджмента (ЭУУ) двигателем с определенной периодичностью (не менее 2 раз в секунду на холостых оборотах и чаше при увеличении оборотов двигателя и ряда других параметров) снимает сигнал с «лямбда-зонда»» и сравнивает с заложенным в память значением.

Если текущее роль отличается от заданного (оптимального, соответствующего выбранному рабочему режиму), то контроллер выдает команду на прирост или уменьшение длительности впрыска топлива форсунками, т.е. осуществляется точная подстройка режима работы двигателя под текущую ситуацию с достижением максимальной экономии топлива и минимизации вредных выбросов.

Работа датчика возможна только при температуре чувствительных элементов не ниже 300…350°С (иначе он не выдает сигнал), а предельная температура может добиваться 950°С. Первые модификации «лямбда-зонда» старались расположить как можно ближе к выпускному коллектору для обеспечения скорейшего прогрева и включения датчика в работу.
Современные зонды снабжены специальным нагревательным элементом, и место установки стало не столь критичным.

Устройство датчика показано на рис.3.
1 — металлический корпус с резьбой;
2 — уплотнительное кольцо;
3 — токосъемник электрического сигнала;
4 — изолятор (керамика);
5 — жгут проводки;
6 — уплотнительная манжета проводов;
7 — токопроводящий контакт цепи подогрева;
8 — наружный защитный экран с отверстиями для атмосферного воздуха;
9 — спираль подогрева;
10 — керамический наконечник;
11 — защитный экран с отверстиями для выхлопных газов.

До недавнего времени разность потенциалов снималась между сигнальным проводом и «массой». Такие датчики вкручивались в выхлопную трубу с использованием специальной токо проводя щей смазки. Со временем вероятность пропадания контакта увеличивалась. Последние модификации лишены данного недостатка. Теперь «масса» выведена отдельным проводом (рис.4).

Уровни сигналов, выдаваемых большинством датчиков, примерно одинаковы, хотя есть и исключения (!). Низкому уровню сигнала соответствует напряжение в пределах 0,1…0,2 В. высокому — 0,8…0.9 В. Фирменные датчики довольно надежны. Срок их службы составляет 80… 160 тыс. км пробега автомобиля. По мере старения датчика напряжение, соответствующее низкому логическому уровню, повышается (более 0,25 В), а высокому — снижается (менее 0,65 В). Также увеличивается «»инерционность» датчика. Если его «отклик» составляет более 250 мс при обедненной горючей смеси и более 450 мс — при обогащенной, то датчик считается неисправным. Это — усредненные данные. При проверке желательно руководствоваться данными по конкретному датчику, установленному на авто, но подобной информации, к сожалению, публикуется очень мало.

В автосервисе для контроля «лямбда-зонда» применяются специальные мотортестеры, но в домашних условиях можно употребить обычным осциллографом. Розетка для подключения к датчику обычно расположена на главном жгуте проводов, идущих под дефлекторами для стекания воды с лобового стекла. Датчик содержит очень хрупкие и чувствительные компоненты. При обслуживании выхлопной системы его нельзя подвергать ударам, а также промывать какими-либо моющими средствами или растворителями. При установке датчика нельзя использовать герметики, полимеризующиеся при комнатной температуре, а также содержащие в своем составе силикон (на резьбу новых датчиков уже нанесена специальная контактная смазка).

Преждевременный выход из строя «лямбда-зонда» чаще всего вызывается:

— применением этилированного бензина или содержащего нерегламентированные присадки;
— многократными неудачными попытками запуска двигателя, в результате которых в выпускном трубопроводе скапливаются пары несгоревшего топлива, способного воспламениться с образованием ударной волны;
— перегревом наконечника датчика, вызванным перебоями в зажигании, нарушениями в системе контроля опережения зажигания, когда мотор продолжительное час работает на переобогащенной топливной смеси;
-чрезмерной «перегазовкой», когда тахометр пребывает в «красной зоне».

Возможными признаками выхода из строя кислородного датчика являются:

— сигнал бортовой системы диагностики (зажигание контрольной лампы «CHECK ENGINE» и фиксация определенных кодов неисправностей в памяти );
— кратковременное зажигание контрольной лампы «CHECK ENGINE» при ускорении автомобиля;
— неустойчивая работа двигателя на холостых оборотах;
— повышенный расход топлива и ухудшение динамики автомобиля;
— потрескивание и аромат гари в районе установки катализатора, а также повышение температуры или нагрев катализатора до раскаленного состояния. Характерный аромат тухлых яиц, присутствующий в выхлопе при попадании в катализатор большого количества несгоревшего топлива.
Датчик кислорода — не самостоятельное устройство. Он работает «в связке» с каталитическим нейтрализатором отработанных газов (многих автовладельцев больно «кусает» его цена: 400…600 долларов). Каталитический нейтрализатор — трехкомпонентное устройство, предназначенное для окисления токсичных веществ (окиси углерода, углеводородов и окиси азота) до углекислого газа, азота и воды в результате каталитической реакции. Оптимальная работа катализатора (нейтрализация примерно 80% всех компонентов) достигается только тогда, когда мотор работает при стехиометрии веком составе смеси (рис.5).

Пропадание или искажение сигнала с «лямбда-зонда» приводит к подъему содержания токсичных веществ в продуктах сгорания, а следовательно, к резкому сокращению срока службы катализатора.

Стоит отметить, что до недавнего времени довольно часто практиковался демонтаж неисправных «лямбда-зонда» и катализатора с последующей установкой трубы-вставки. Таким образом было «доработано» большое количество иномарок вследствие невозможности осуществления дорогостоящего ремонта. Но с введением новых правил при прохождении техосмотра будет требоваться наличие и работоспособность всего оборудования, если авто оснащался им штатно (при изготовлении).

Лента новостей