Какая связь между катализатором и лямбда-зонд

Какая связь между катализатором и лямбда-зонд?

Лямбда-зонд (датчик кислорода).

Какая связь между катализатором и лямбда-зонд?

• Лямбда зонд Лямбда-зонд — это датчик кислорода (Oxygen Sensor), устанавливаемый в системе выпуска. В выхлопной системе автомобиля, как правило, их один или две штуки. Первый датчик лямбда-зонд всегда устанавливается сразу после выпускного коллектора, чтобы выхлопные газы обтекали рабочую поверхность датчика, а второй, если есть, сразу после катализатора. Применение лямбда-зонд обусловнено жесткими экологическими нормами по снижению содержания вредных веществ в выхлопных газах. Катализатор предназначен для снижения выброса токсичных отработавших газов. В свою очередь, катализатор вещь хорошая, но эффективно работает лишь при определенных условиях. Без постоянного контроля состава топливно-воздушной смеси катализатор выходит из строя очень быстро – вот тут и необходим датчик кислорода,он же лямбда-зонд (ЛЗ), он же O2-датчик.

• Название датчика кислорода происходит от греческой буквы L (лямбда), которая в автомобилестроении обозначает коэффициент избытка воздуха в топливно-воздушной смеси. Избыток воздуха в смеси измеряется весьма оригинально – путем определения в выхлопных газах содержания остаточного кислорода (O2). При оптимальном составе этой смеси, когда на 14,7 части воздуха приходится 1 часть топлива, L равна 1. Окно эффективной работы катализатора очень небольшое: L = 1±0,01. Обеспечить такую точность возможно только с помощью систем питания с электронным (дискретным) впрыском топлива и при использовании в цепи обратной связи лямбда-зонда. Поэтому лямбда-зонд устанавливается перед катализатором. Электрический сигнал датчика считывается электронным блоком управления системы впрыска топлива (ЭБУ), а тот в свою очередь анализирует и оптимизирует состав смеси путем изменения количества подаваемого в цилиндры двигателя топлива. Как мы уже упомянали выше, на некоторых современных автомобилях имеется дополнительный датчик лямбда-зонд, который устанавливается на выходе катализатора. Это позволяет увеличить точность приготовления смеси и контролировать работу катализатора, чтобы трехкомпонентный катализатор смог полностью выполнить свое предназначение и сократить объем вредных выбросов до минимума.

• Лямбда-зонд, как правило, изготавливают из циркониевого сплава (используется керамический элемент на основе двуокиси циркония, покрытый платиной) — гальванический источник тока, меняющий напряжение в зависимости от температуры и наличия кислорода в окружающей среде. Конструкция его предполагает, что одна часть соединяется с наружним воздухом, а другая — с выхлопными газами внутри трубы. В зависимости от концентрации кислорода в выхлопных газах, на выходе датчика появляется сигнал. Контроллер принимает сигнал с ЛЗ, сравнивает его с значением, прошитым в его памяти и, если сигнал отличается от оптимального для текущего режима, корректирует длительность впрыска топлива в ту или иную сторону. Таким образом осуществляется обратная связь с контроллером впрыска и точная подстройка режимов работы двигателя под текущую ситуацию с достижением максимальной экономии топлива и минимизацией вредных выбросов.

• Возможные причины поломки лямбда-зонд:
1)некачественный бензин, железо, свинец забивают платиновые электроды за несколько неудачных заправок;
2)перегрев корпуса датчика из-за неправильно установленного угла опережения зажигания, сильно переобогащенной топливной смеси;
3)масло в выхлопной трубе из-за плохого состояния маслосъемных колец;
4)сбои в системе зажигания, хлопки в глушителе и в выпуске разрушающие хрупкую керамику;
5)удары;
6)многократные (неудачные) попытки запуска двигателя через небольшие промежутки времени, что приводит к накапливанию несгоревшего топлива в выпускном трубопроводе, которое может воспламениться с образованием ударной волны;
7)попадание на керамический наконечник датчика любых эксплуатационных жидкостей, растворителей, моющих средств;
использование при установке датчика герметиков, вулканизирующихся при комнатной температуре или содержащих в 8)своем составе силикон;
9)обрыв, плохой контакт или замыкание на «массу» выходной цепи датчика.

• Возможные признаки неисправности лямбда-зонд:
1)неустойчивая работа двигателя на малых оборотах;
2)ухудшение динамических характеристик автомобиля;
3)повышенный расход топлива;
4)повышение температуры в районе каталитического нейтрализатора или его нагрев до раскаленного состояния;
5)характерное потрескивание в районе расположения каталитического нейтрализатора после остановки двигателя;

— Можно ли отключать лямбда-зонд после замены катализатора на пламегаситель?

• После замены катализатора на пламегаситель, наличие кислородного датчика, как детали выхлопной системы, обеспечивающей в числе прочего эффективную работу катализатора, становится не важным. Отсюда вопрос: допускается ли эксплуатировать автомобиль совсем без лямбда-зонда? Однозначного ответа для всех автомобилей нет. Наиболее просто и правильно эта задача решается в том случае, если у данного автомобиля предусмотрена возможность перепрограмировать контроллер на режим работы без катализатора. Это возможно у большинства BMW с «мозгами» BOSH (Siemens не перепрограмируется). В этом случае после замены катализатора на пламегаситель меняется программа управления и лямбда-зонд просто снимается и всё. У некоторых марок автомобилей перепрограмирование невозможно и, если неисправность датчика сильно влияет на работу мотора, тогда выхода нет — необходимо устанавливать исправный датчик лямбда-зонд .

• Рекомендованные заводом-изготовителем лямбда-зонды и сходные по конструкции циркониевые датчики могут быть взаимозаменяемы. Возможна замена неподогреваемых датчиков на подогреваемые (но не наоборот!). Однако при этом может возникнуть проблема несовместимости разъемов и отсутствия в автомобиле цепи питания для нагревателя лямбда-зонда. Недостающие провода можно проложить самостоятельно, а вместо разъема использовать стандартные автомобильные контакты. Рекомендуется использовать графитовую смазку, чтобы датчик не прикипел к выпускному коллектору.

Как определять неисправность датчиков в автомобиле

Современный автомобиль — это сложная система механизмов, которые осуществляют работу как одно целое. Если какая-то часть выходит из строя, машина постепенно начинает показывать сбои.

Чтобы облегчить процесс диагностики, многие автопроизводители внедряют в машины специальные датчики. Они необходимы для того, чтобы контролировать состояние отдельных узлов и агрегатов. По данным, которые предоставляет датчик, водитель может определить причину ухудшения работы транспортного средства. Поэтому важным фактором является правильный контроль состояния приборов.

Температура. Данное оборудование работает благодаря контролю измерения входного сопротивления измеряемой среды. Когда перегревается охлаждающая жидкость, на приборной панели загорается индикатор. Помимо этого, прибор передает информацию про состояние антифриза на ЭБУ машины. При помощи полученных данных, система может настраивать состав воздушно-топливной смеси.
Понять, что датчик вышел из строя, можно по нескольким признакам:

увеличивается расход топлива;

вентилятор включается сам по себе;

горячий двигатель перестает запускаться;

вентилятор не работает, когда мотор перегревается.

Очень часто проблемы возникают при поломке электрического контакта или при обрыве проводки, которая соединяет датчик и блок управления.

ДПКВ. Устройство расположено в нижней части блока цилиндров. Этот датчик играет важную роль в работе ДВС. На основании его данных, блок управления подает топливо и зажигает свечу цилиндра. Когда датчик выходит из строя, мотор просто перестает работать. В современных автомобилях двигатель может включить аварийный режим.

Чтобы проверить устройство, сначала нужно снять его. Если на нем есть повреждения, единственным решением будет только замена. Проверяют исправность датчика при помощи специального тестера. Среди признаков поломки можно выделить детонацию, глушение двигателя и его нестабильную работу.

Расход воздуха. Данное оборудование считывает уровень тепла, которое забирает поток воздуха, когда входит во впускной коллектор. На основе этих данных он определяет необходимый объем воздуха. Один элемент оборудования находится возле воздушного фильтра, поэтому на правильность данных влияет чистота этого элемента. Когда водитель сталкивается с потерей мощности двигателя, сбоями в его работе, необходимо проверять именно его.

Лямбда-зонд. Прибор выполняет важную задачу — фиксирует объем кислорода в составе выхлопа. Как правило, его устанавливают возле катализатора выхлопных труб. Данные с устройства идут в блок управления, а там обрабатываются. В конечном итоге настраивается состав воздушно-топливной смеси.

В процессе есть очень простая закономерность — чем больше в выхлопе кислорода, тем более бедное топливо. Когда датчик выходит из строя, начинает возрастать расход топлива.

Датчик дроссельной заслонки. Это шаговый двигатель, который имеет чувствительный элемент. Он фиксирует положение дросселя в отдельные моменты, когда автомобиль передвигается. Когда датчик выходит из строя, двигатель теряет чувствительность к педали газа. Проверить исправность можно по уровню сопротивления между выводами.

Давление масла. Это устройство устанавливают на блок цилиндров. Оно включает в себя 2 полости, которые разделяет мембрана. Моторное масло может по-разному огибать эту перегородку — зависит от давления. Как правило, датчик встраивают возле масляного фильтра. Устройство бывает двух видов — механическое и электронное. Первый вариант чаще выходит из строя, а проверяется он при помощи мультиметра.

ABS. Данное устройство устанавливают на колесах для измерения скорости их вращения. Когда датчик исправен, лампочка горит после включения двигателя. Чтобы проверить исправность оборудования, нужно применить тестер. Во время процедуры нужно подвигать провода и проверить их целостность.

Итог . В современном автомобиле встроено много датчиков, которые помогают водителю контролировать состояние некоторых узлов и агрегатов. Иногда они могут выходить из строя, поэтому автовладелец должен знать, как следить за их работоспособностью.

Диагностика двигателя по показаниям кислородных датчиков

Прежде чем поговорить об устройстве, работе и диагностике лямбда- зонда, обратимся к некоторым особенностям работы топливной системы. Нам поможет в этом эксперт журнала, Федор Александрович Рязанов, диагност с большим стажем работы, руководитель курсов обучения диагностов в компании «ИнжКар».

Современный автомобилист хочет владеть мощным, но в тоже время экономичным автомобилем. У экологов другое требование – минимальное содержание вредных веществ в выхлопе машины. И в данных вопросах интересы автомобилистов и экологов в итоге совпадают. И вот почему.

Известно, что когда двигатель не сжигает все топливо, расход горючего возрастает, растут затраты и на эксплуатацию автомобиля. Мощность двигателя (или ДВС) в условиях неполного сгорания топлива неизбежно падает, а крутящий момент снижается. Одновременно с этим увеличивается уровень вредных веществ в выхлопе автомобиля.

В этой связи одной из основных задач современного автомобилестроения является максимально полное сжигание топливной смеси в двигателе.

На сжигание смеси прямым образом влияет ее состав. Идеальной ситуацией является стехиометрический состав топлива. Говоря более простым языком, должна быть соблюдена пропорция – на 14,7 кг воздуха должен приходиться 1 кг топлива. Именно такое соотношение позволяет оптимально использовать и то, и другое. Владелец автомобиля получает больший крутящий момент и, как следствие, — адекватное ускорение автомобиля, равномерную работу двигателя во всех режимах работы. Также падает расход топлива, и автомобиль перестает загрязнять окружающую среду.

Отклонения от правильного состава топливной смеси – богатая и бедная смесь. Богатая топливная смесь образуется, когда в цилиндрах мало кислорода, но много топлива, которое, конечно же, из-за недостатка кислорода, полностью сгореть не сможет. Следовательно, автомобиль, работающий на богатой смеси, будет больше расходовать топливо, а избыток несгоревшего топлива, в этом случае, охладит камеру сгорания, мощность двигателя при этом будет падать, несгоревшое топливо попадет в атмосферу, загрязняя ее.

Другая ситуация: двигатель получает обедненную топливную смесь. В этом случае топливо в цилиндрах будет сгорать не полностью из-за недостатка топлива. Об экономичности, ради которой и разрабатывались такие двигатели, в этом случае также придется забыть. Ведь бедная смесь плохо горит, и это автоматически приводит к падению крутящего момента. Водителю приходится больше нажимать на газ, что в свою очередь, ведет к перерасходу топлива.

Таким образом, понятно, что со всех аспектов только стехиометрия топливной смеси (пропорция 14,7/1) является самым оптимальным режимом работы двигателя. И, конечно же, автомобиль, который только-только сошел с конвейера, обычно, укладывается во все рамки этого критерия. Но и «заводская» настройка может отличаться от идеала. Более того, в процессе эксплуатации автомобиля неизбежно наступает износ некоторых компонентов, датчики, отвечающие за настройку топливной системы, могут терять точность настроек. В итоге состав топливной смеси все больше уходит от идеальных показателей.

В этом случае как раз и необходим лямбда- зонд, он фиксирует количество кислорода в выхлопе автомобиля. И если в выхлопе окажется большое количество кислорода, это «сигнализирует» о бедной топливной смеси и, наоборот, если в выхлопе нет кислорода, это указывает на то, что смесь стала богатой. А мы уже выяснили, что и в том, и в другом случае уменьшается мощность двигателя, растет расход топлива, снижается экологичность выхлопа. Задача лямбда-зонда как раз и заключается в том, чтобы скорректировать эти отклонения.

Возьмем в качестве примера такую ситуацию: в топливной системе засорились форсунки, их производительность снизилась, смесь стала обедненной. Лямба-зонд фиксирует этот факт, а блок управления топливной системой реагирует на эту информацию и «доливает» немного топлива в цилиндры. Так происходит корректировка возникающих отклонений с учетом показаний этого датчика.

Таким образом, основное назначение лямбда- зонда заключается в том, чтобы компенсировать неизбежно возникающие в процессе эксплуатации автомобиля отклонения в составе топливной смеси.

Однако нужно понимать, что лямбда-зонд как таковой не является панацеей от всех бед, он лишь позволяет вернуть состав топливной смеси в состояние стехиометрии. Но это не устранение дефектов, а только их компенсация.

Вернемся к нашим форсункам. При загрязненных форсунках нарушается эффективность распыления бензина, топливо распыляется крупными каплями, испаряются они с трудом. И система топливоподачи рассчитывает тот объем топлива, который необходим для достижения состояния стехиометрии, для этого фиксируются показания датчика расхода воздуха. Однако если бензин в системе выпрыскивается крупными каплями, его пары полностью не смешиваются с воздухом, часть паров сгорает, а часть капель бензина попросту вылетает в выхлопную трубу. Лямбда-зонд трактует такую ситуацию как бедную смесь, а датчик топливной системы, который «не видит» отдельные капли бензина, добавляет топлива, чтобы привести смесь в состояние стехиометрии. Но в этом случае, резко повышается расход топлива.

Поэтому для работы лямбда-зонда важен не фактор того, как система справляется с выводом смеси на стехиометрию, а фактор того, какой «ценой» ей удается это сделать.

Рассмотрим осциллограмму работы лямбда- зонда. Датчик сам по себе не может отличить состояние стехиометрии от состояния богатой топливной смеси, так как и в том, и в другом случае кислорода в выхлопе нет. При отсутствии кислорода в топливе блок управления (ЭБУ – электронный блок управления) немного уменьшает количество подаваемого в цилиндр топлива. Как следствие, в выхлопе появляется кислород.

И в этом случае показания лямбда-зонда находятся ниже отметки 0,4 В, что для датчика является признаком того, что топливная смесь обеднела (LEARN). При низких показателях лямбда-зонда (ниже 0,4 В), блок управления увеличивает подачу топлива на несколько процентов, смесь становится богатой и показания датчика достигают уровня выше 0,6В. ЭБУ воспринимает это как признак того, что в топливной системе находится богатая смесь (RICH). Подача топлива уменьшается, показания лябда-зонда падают, цикл повторяется — состав смеси начинает колебаться. В такт изменению состава смеси меняются показания лямбда-зонда. Такие колебания ЭБУ понимает как нормальное явление, указывающее на то, что состав топливной смеси находится в зоне стехиометрии.

Вспомним также, что в катализаторе автомобиля обязательно есть цирконий, этот металл способен накапливать кислород. И в фазе бедной смеси кислород запасается в катализаторе, а в фазе богатой смеси он расходуется. В результате на выходе топливной смеси катализатор дожигает все ее остатки.

На холостом ходу такие колебания возникают с частотой одно колебание примерно в одну секунду. Время такого переключения – еще один важный показатель для лямба-зонда. В нашем случае (см. осциллограмму, Рис. 1) время переключения составило 88 мс, при этом нормой является – 120 мс.

Если переключение длится долго, как в случае нашей осциллограммы (см. осциллограмму, Рис. 2) – 350 мс, да к тому же такая ситуация повторяется многократно, блок управления выдаст ошибку: «замедленная реакция лямбда-зонда».

Величины, при которых появляется эта ошибка, определяются, главным образом, настройками программного обеспечения блока управления.

Таким образом, для диагностики по лямбда-зонду необходимо изучить фазы переключения датчика. И если на осциллограмме появится хотя бы одно переключение с низкого показания на высокое (максимальное – 1В, минимальное – 0В), это значит, что лямбда-зонд работает исправно. Исправный датчик делает примерно одно переключение в секунду. Напомним, что в алгоритме работы блока управления о бедной смеси «сигналят» показания лямбда-зонда ниже 0,4В, а о богатой – выше 0,6 В. Поэтому оценить состояние топливной системы автомобиля можно и по работе датчика. В нашем случае (см. осциллограмму, Рис. 3) блоку управления удалось скомпенсировать все дефекты и вывести стехиометрию.

Вернемся к примеру с загрязненными форсунками. При обедненной смеси показания лямбда-зонда падают ниже 0,4В. Блок управления добавляет топлива до того момента, когда смесь станет богатой. Отметим, что в этом случае блок управления «самостоятельно» отклонился от установленных заводом-изготовителем в его карте параметров. Величину отклонения он записывает в своей памяти как топливную коррекцию (fuel trime). Предельно допустимые показатели топливной коррекции для большинства современных автомобилей составляют ±20-25%. Коррекция в «плюс» означает, что блоку пришлось добавлять топлива, коррекция в «минус» — наоборот, убавлять.

Допустим, неисправность носит долговременный характер: блок управления уже дошел до предела топливной коррекции, загорается код ошибки — «Превышение пределов топливной коррекции». Стерев код, исправить такой дефект нельзя, а наличие этой неисправности повлечет за собой перерасход топлива. Стоит отметить, что уже на 15% топливной коррекции обнаруживаются проблемы: автомобиль почти не едет, но расходует большое количество топлива.

То есть важно помнить, что показатель топливной коррекции и работа лямбда-зонда – это комплексный параметр, он указывает на наличие дефекта, но не указывает конкретную причину, которую придется найти и устранить на автосервисе.

И немного об особенностях строения лямбда-зонда. Такой датчик имеет циркониевую колбочку, которая одной стороной помещена в выхлопные газы. Цирконий уникальный материал, так как сквозь него может проходить кислород. Ион кислорода, «прилипая» к атомам циркония, движется по ним, при этом на циркониевом колпачке возникает напряжение. И если все идет в штатном порядке, то диффузия ионов кислорода осуществляется равномерно, и напряжение на обкладках колбочки составляет 1В. Если в выхлопе появляется кислород, диффузия невозможна, и напряжение в этом случае равно 0В. Вместо циркония в лямбда-зондах может использоваться окись титана. Отличие циркониевого лямбда-зонда от титанового заключается в том, что первый вырабатывает напряжение, а другой – меняет свое сопротивление (в переделах от 0 до 5В), и ему нужна схема, которая переводит меняющееся сопротивление в напряжение.

Слой платины на колбочке поверх циркония позволяет снять с него напряжение, играет роль катализатора, дожигает бензин и несгоревший кислород. Все ухудшается при использовании некачественного топлива, а также топливных присадок, которые в прямом смысле закупоривают слой платины и циркония, и зонд выходит из строя. Однако в этом случае, если у зонда нет физических повреждений, обычная промывка вернет его в рабочее состояние. «Современный бич» – это добавки антидетонационных присадок в топливо. До недавнего времени в качестве присадки использовался ферроцент — опасное вещество, которое мы окрестили «красная смерть» за ее красный оттенок, а также за способность быстро выводить из строя свечи, лямбда-зонды и катализатор», — отмечает Федор Александрович. Зонд может «замерзнуть» в высоком или в низком положении, то есть или в фазе богатой, или в фазе бедной смеси. И в этом случае датчик достигнет пределов топливной коррекции и прекратит попытки выравнивать состав смеси до стехиометрии.

Диагностику состояния системы топливоподачи начинаем с подключения сканера к автомобилю. Отсутствие кода «Превышение пределов топливной коррекции» еще не говорит об отсутствии дефектов в системе топливоподачи. Необходимо в потоке данных (Data Stream) убедиться в наличии колебаний лямбда-зонда (стехиометрия достигнута), а также по величине топливной коррекции оценить, какой ценой она достигнута.

Подводя итог, еще раз отметим, что при проверке лямбда-зонда необходимо обращать внимание на колебания датчика, если они есть, датчик исправен; если же система лямбда регулирования не совершает колебаний, это может указывать или на неисправность лямбда-зонда или на бедную или богатую топливную смесь. То есть сначала надо проверить сами датчики. Для этого нужно принудительно обогатить или обеднить смесь, чтобы получить колебания лямбды и убедиться в том, что он исправен.

Рассмотренные выше лямбда-зонды носят название «скачковые». Т.е. они указывают на то, есть кислород в выхлопе или нет. Но все более ужесточающиеся требования к экологии заставили производителей разработать датчики, которые способны не только работать по принципу «Да-Нет», но и определять процент кисло- рода в выхлопе. Такие датчики получили название «широкополосные датчики кислорода».

Принципы их работы и особенности диагностики автомобиля по показаниям широкополосных лямбда-зондов будут рассмотрены в следующих публикациях.

МНЕНИЕ
Максим Пастухов, технический специалист компании «ДЕНСО Рус»: «Практика показывает, что основными причинами выхода из строя лямбда зондов являются: 1. Загрязнение лямбда-зонда продуктами сгорания топлива. Фактически это присадки, которые используются для повышения октанового числа бензина, устранения детонации или для других целей. Также на это влияет степень очистки топлива. Присадки, сера и парафины «закупоривают» проводящий слой лямбда-зонда, и он «слепнет». Блок управления переводит двигатель в аварийный режим, и мы видим на приборной панели значок «Проверьте двигатель». Кстати, от вышеописанных вещей страдают также свечи зажигания, клапаны, катализатор и др. компоненты двигателя. Имеет смысл комплексно подходить к ремонту, если лямбда-зонд вышел из строя. 2. Агрессивная смесь, которой посыпают наши дороги. Она разъедает изоляцию проводов и сами провода. Мы для защиты от этого используем двойную изоляцию проводов, а также прячем место сварки проводов с датчиком внутрь лямбда-зонда».

Написать комментарий

Ваш комментарий: Внимание: HTML не поддерживается! Используйте обычный текст.

Оценка: Плохо Хорошо

Введите код, указанный на картинке:

Лямбда-зонд

Лямбда-зонд (λ-зонд) — датчик концентрации кислорода, определяющий концентрацию кислорода в электронных системах управления, например, в системе управления инжекторным двигателем внутреннего сгорания в автомобилях. Для работы двигателя внутреннего сгорания необходимо приготовить смесь, состоящую из кислорода и топлива. Чтобы двигатель работал эффективно, нужно, чтобы воздушно-топливная смесь находилась в камере сгорания в соотношении 14,7:1. При работе двигателя нужное соотношение топлива формируется за счёт управления временем включения и выключения форсунок, а нужное соотношение воздуха создается за счёт датчика массового расхода воздуха. Лямбда-зонд позволяет скорректировать нужное соотношение воздушно-топливной смеси за счёт определения количества оставшегося несгоревшего топлива либо кислорода в выхлопных газах, что также позволяет снизить количество вредных для человека побочных продуктов процесса сгорания.

Содержание

• 1 Принцип работы
• 2 Узкополосный лямбда-зонд
• 3 Широкополосный лямбда-зонд
• 4 Область применения
• 5 См. также
• 6 Примечания
• 7 Ссылки

Принцип работы [ править | править код ]

В основу работы лямбда-зонда заложен потенциал Нернста, который возникает на контактах датчика, выполненных в виде пористых платиновых толстоплёночных электродов, покрытых слоем керамической шпинели [1] .

Узкополосный лямбда-зонд [ править | править код ]

Лямбда-зонд порогового типа действует по принципу гальванического элемента/твердооксидного топливного элемента с твёрдым 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 немного кислорода попадало 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 Широкополосный лямбда-зонд [ править | править код ]

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 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 на «избыток воздуха», в отличие от порогового, сигнал которого надо интерпретировать как «избыток топлива».

Выходной сигнал широкодиапазонного датчика зависит от его контроллера управления, может быть токовым или потенциальным. Например, выходной ток контроллера широкополосного датчика I_pn и соответствующие значения λ [2] :

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 позволяет ему точнее и быстрее корректировать смесь для достижения её полного сгорания без свободного кислорода.

Современные ГБО

От устройств, рассчитанных на карбюраторные моторы, система третьего поколения отличается в первую очередь наличием электронного блока управления (ЭБУ). Электроника, во-первых, отключает бензиновые форсунки, не позволяя им подавать бензин во время работы на газе. Во-вторых, при пуске мотора блок кратковременно переключает его на питание бензином, давая форсункам поработать – это исключает их коррозию и гарантирует беспроблемный запуск холодного мотора. Наконец, «газовая» система лямбда-контроля помогает сохранить работоспособность каталитического нейтрализатора. На основе данных лямбда-зонда электроника корректирует состав газо-воздушной смеси. По команде ЭБУ шаговый двигатель исполнительного механизма меняет проходное сечение канала, подводящего газ к цилиндрам. Это поддерживает состав выхлопа в щадящем для катализатора диапазоне и улучшает работу мотора за счет оптимизации процесса сгорания.

В старых инжекторных моделях, без катализатора, кислородный датчик (лямбда-зонд) может неверно оценивать состав «пропанового» выхлопа из-за того, что он существенно отличается от бензинового. Зонд при этом выдает «неверный» сигнал, и «сбитый с толку» ЭБУ не может обеспечить нормальную работу двигателя. В данном случае допускается упрощенный вариант модернизации: поскольку катализатор отсутствует, компьютеру достаточно скорректированного эмулятором сигнала от датчика – «мозг» примет его за «правильный» и запустит двигатель.

Кран-переключатель режимов «газ/бензин» в инжекторных версиях имеет два, а не три положения. Из его алгоритма исключен «нулевой вариант». Имеется в виду промежуточный между переключением с одного вида топлива на другое режим, при котором перекрыты и газ, и бензин, а двигатель вырабатывает бензин из поплавковой камеры карбюратора.

ГБО третьего поколения подают газ через один смеситель, встраиваемый в воздушный тракт впускного коллектора двигателя. Эти системы оборудуются «антихлопковыми» клапанами. Это нехитрое устройство препятствует воспламенению смеси во впускном коллекторе при сбое в системе зажигания.

Лучше всего особенностям инжекторных двигателей отвечают системы газового питания четвертого поколения. Это уже системы распределенного «впрыска» газа, который подается через форсунки, установленные во впускном коллекторе непосредственно перед впускными клапанами. Форсунки снабжены электроклапанами, которые открываются по команде электронного блока управления. Как в системах впрыска бензина, топливо подается в нужный момент и в оптимальном количестве. Благодаря этому достигаются значительные преимущества перед конструкциями предыдущей схемы: минимальное падение мощности при переходе с бензина на газ, небольшой расход газообразного топлива – практически 1:1 по отношению к бензину. Поскольку подаваемый сразу к клапанам газ не присутствует во впускном коллекторе, исключается вероятность появления «хлопков», что особенно важно, если коллектор пластиковый.

Наконец, ГБО последнего поколения оснащаются более совершенным ЭБУ. При определении оптимального состава смеси он учитывает информацию от лямбда-зондов, датчиков температуры и разрежения в системе впуска. Все это делает современные системы газового питания пригодными для монтажа на самые современные автомобили. Большинство современных моделей с компьютеризованными системами управления двигателем можно переводить на газ исключительно посредством ГБО четвертого и последущих поколений.