Кислородный датчик: где находится и как работает

Мастер в автосервисе сказал вам, что пора менять лямбда-зонд, а вы не знаете, что это такое? Речь всего лишь о кислородном датчике топливной системы. 30 лет назад лямбда-зонд считался диковинкой, но уже с начала XXI века эксплуатировать автомобиль без этого небольшого прибора стало некомильфо. Предлагаем вместе разобраться, на что влияет датчик кислорода и что случится, если он не работает. 

В статье рассказывается:

В последние десятилетия экологичность превратилась в один из основных трендов любой отрасли промышленности. Во многих странах мира, в том числе в России, регулирующие органы уделяют серьезное внимание чистоте выхлопа автомобилей. Эта тенденция привела к тому, что на легковые и грузовые машины начали устанавливать специальные устройства — каталитические нейтрализаторы. 

В обиходе закрепилось более простое название этого устройства — катализатор. Он предназначен для снижения содержания вредных компонентов в отработанных газах. Катализатор — важный элемент топливной системы современного автомобиля, но эффективно функционировать этот прибор способен только в связке с датчиком кислорода или, по-другому, лямбда-зондом. 

Что такое лямбда-зонд

Дело в том, что катализатор очень чувствителен к составу топливно-воздушной смеси (ТВС) и может быстро выйти из строя при неправильных пропорциях ее составляющих. Решить эту проблему позволяет датчик кислорода.

Можно сказать, что катализатор и лямбда-зонд — два неразлучных друга, которые работают в вашем автомобиле сообща. Датчик оберегает катализатор от вредных веществ в выхлопе, передавая на электронный блок управления (ЭБУ) — «мозг» двигателя информацию о его составе. ЭБУ анализирует полученные данные и в свою очередь подает команду в систему впрыска увеличить или снизить содержание кислорода в топливной смеси. 

При чем здесь лямбда

Датчик кислорода имеет второе не менее популярное название — «лямбда-зонд». Этот непривычный для слуха термин исходит от исторически сложившихся традиций в разделе физики, который описывает работу двигателя внутреннего сгорания. Лямбдой (λ — 11 буква древнегреческого алфавита) обозначают коэффициент концентрации воздуха в топливно-воздушной смеси.

Оптимальный состав ТВС предполагает, что соотношение в ней воздуха и топлива составляет 14,7 : 1. Обеспечить столь точный баланс позволяют современные системы впрыска с электронным расчетом дозы впрыскиваемого бензина. Любое другое соотношение приведет к перерасходу топлива или к потере мощности двигателя.

Лямбда-зонд выполняет роль замерщика-информатора, который определяет текущий состав ТВС и передает эту информацию в ЭБУ.

Как работает лямбда-зонд

Каким же образом этот небольшой прибор размером с палец определяет состав ТВС?

Все просто: он измеряет содержание остаточного кислорода в выхлопных газах. И именно поэтому датчик лямбда-зонда устанавливают на выпускном коллекторе. Речь о системе трубок, которые собирают отработанные газы из каждого цилиндра двигателя и отправляют их дальше по выхлопной трубе. Она (или они — их может быть две) протягивается под днищем вашего авто, заканчиваясь глушителем. 

Проходя через выхлопную систему, отработанные газы из двигателя остывают, частично фильтруются и выходят наружу, загрязняя при этом окружающий воздух. Насколько сильно — зависит от многих факторов, в том числе от исправности датчиков кислорода.

Где находится лямбда-зонд в автомобиле

Почему мы говорим о «лямбде» в множественном числе? Потому что на современных автомобилях устанавливают по два датчика кислорода.

• «Первая лямбда» — это датчик состава смеси. Он представляет собой более совершенное и дорогое устройство. Его ставят, на выпускной коллектор перед катализатором. Он оценивает состав ТВС.
• «Вторая лямбда» — это кислородный датчик, более простое устройство. Его устанавливают на выходе катализатора.

Благодаря сочетанию двух датчиков повышается точность анализа состава ТВС, а значит, улучшается работа системы впрыска топлива. Также при этом происходит контроль эффективности работы самого катализатора.

Цена оригинального датчика первого уровня может быть «кусачей». Но для владельцев Халвы это не проблема. Учитывая, сколько у этой универсальной карты партнеров в мире автотоваров, купить любую деталь в беспроцентную рассрочку* очень просто. А если заплатите собственными средствами — получите солидный кешбэк.

Виды кислородных датчиков и принцип их работы

Любой кислородный датчик представляет собой небольшой электрический прибор с двумя сенсорами-электродами. Один контактирует с атмосферным воздухом, а второй — со смесью отработавших газов из двигателя. 

Разница в концентрации кислорода в атмосферном воздухе и в выхлопных газах приводит к тому, что на электродах датчика лямбда-зонда возникает необходимое выходное напряжение, благодаря которому ЭБУ определяет состав смеси.

«Лямбды» бывают двух основных типов:

• скачковые, 
• широкополосные.

Скачковые датчики

Еще их называют бинарными или датчиками переключения. Это наиболее простые и дешевые изделия. Они информируют ЭБУ автомобиля только о двух состояниях ТВС: кислорода достаточно или недостаточно. То есть конкретные показатели соотношения газов они не показывают.

В основе работы таких датчиков лежит свойство атомов кислорода изменять электрический заряд на электродах. При этом возникает разница потенциалов, а значит, и напряжение. Его-то и измеряет датчик, отправляя данные в ЭБУ.

Один из важнейших элементов датчика, который определяет его стоимость — это твердый керамический электролит, разделяющий электроды. В большинстве скачковых датчиков он выполнен из диоксида циркония. Реже можно найти лямбду из диоксида титана.

Широкополосные датчики

Это более продвинутые изделия. Они позволяют не только оценить, оптимальна ли ТВС, но и определить точную концентрацию кислорода в ней. Такие лямбда-зонды измеряют не напряжение, а величину падения силы тока, проходящего через электроды.

Широкополосные датчики стоят дороже, зато они лучше регулируют работу топливной системы. Чаще всего это обеспечивает более экономичный расход бензина или дизельного топлива.

Для чего нужен нагреватель в зонде

Лямбда-зонд может точно измерить уровень остаточного кислорода в выхлопных газах только после разогрева системы до рабочей температуры — диапазон примерно от 250°C до 450°C. Такой температурный режим обеспечивает высокую проводимость электролита.

Но как же работает лямбда-зонд, пока выхлопные газы не прогрелись до рабочей температуры? Первые изобретенные датчики кислорода просто не включались до этого момента. Также старые «лямбды» могли не работать зимой в пробках — в таких условиях температура рабочей зоны мотора часто опускается ниже 250°C.

При неработающем лямбда-зонде в течение 10-15 минут после запуска двигателя (в зависимости от времени года «за бортом») состав ТВС определяется только по косвенным данным, которые поступают от других устройств: о положении дроссельной заслонки, рабочей температуре охлаждающей жидкости или числе оборотов коленвала двигателя. Но точность такого контроля существенно ниже. А лямбда-зонд показывает даже незначительное отклонение состава топливно-воздушной смеси от эталонного соотношения.

В современных датчиках кислорода эта проблема решена с помощью специального нагревательного элемента. Его задача — разогреть отработанную газовую смесь, поступающую в измерительную камеру, до нужной температуры (примерно 300℃). Нагреватель располагается внутри корпуса зонда и подключается к электрической цепи транспортного средства через отдельный провод.

Почему эта информация важна? Дело в том, что поломка нагревателя — это довольно распространенная неисправность кислородного датчика. Однако изменение расхода топлива при этом настолько незначительно, что часто владельцы автомобиля не обращают на него внимания. А если обращают, то видят в нем обычное сезонное колебание.

Но теперь-то мы знаем, что при такой неисправности в течение определенного периода работы двигателя в катализатор поступает сильно не сбалансированная газовая смесь. Это может привести к преждевременному выходу из строя недешевой детали вашей машины.

Признаки неисправности лямбда-зонда 

При неработающем кислородном датчике ТВС, поступающая в цилиндры, будет значительно отличаться по составу от эталонного значения. 

Первый признак того, что лямбда-зонд вышел из строя (или перестал стабильно функционировать) — ЭБУ начинает работать по усредненным показателям. Но увидеть это можно только при помощи автосканера, просмотрев память бортового компьютера.

Еще один признак, который можно зафиксировать с помощью специального оборудования — это повышение концентрации углекислого газа в выхлопе. Все эти замеры можно провести на любой СТО.

Более очевидные признаки поломки, на которые может обратить внимание даже человек далекий от техники:

• повышенный расход топлива;
• нестабильная работа мотора на холостых оборотах;
• общее снижение мощности двигателя.

Стоит отметить, что ни одно из вероятных последствий не грозит автомобилю полным выводом из строя. Хотя несбалансированный состав ТВС может привести к несколько ускоренному износу элементов двигателя, но явно не критичному. 

Единственный элемент, который может по-настоящему выйти из строя — это катализатор. Но даже в этом случае автомобиль останется на ходу. Просто на приборной панели будет постоянно резать глаз значок CHECK ENGINE — тот самый вездесущий «чек», который загорается по поводу и без повода, сигналя, что нужно срочно потратить деньги в автосервисе.

А вот владельцы Халвы, как правило, менее восприимчивы к подобным финансовым раздражителям своего кошелька. Ведь среди партнеров этой универсальной карты несколько десятков компаний и брендов в сфере автомобильных товаров и услуг, а также популярные маркетплейсы. А значит, можно оплатить в беспроцентную рассрочку практически любой ремонт.

Велика ли угроза поломки

Хорошая новость в том, что сам по себе кислородный датчик в современном автомобиле — это весьма надежный узел. Оригинальный лямбда-зонд, установленный на конвейере, служит, как правило, не менее 100 000 километров пробега. И часто преодолевает планку в 200 000 км. 

В целом сегодня ситуация намного лучше, чем 20 лет назад, когда в автосервисах приговор вроде «поздравляем, у вас неисправен лямбда-зонд» выносили по поводу и без повода. В те времена поломкой кислородного датчика объясняли чуть ли не любую проблему с топливной системой. Но выход из строя лямбда-зонда — до сих пор не редкость. 

Во-первых, кислородные датчики крайне чувствительны к качеству заправляемого топлива. После нескольких заправок «паленым» бензином или дизтопливом зонд легко может выйти из строя. В крупных городах эту проблему практически победили, но маленькие АЗС где-нибудь в глубинке до сих пор таят в себе угрозу для разборчивых двигателей современных иномарок.

Во-вторых, поломка может быть результатом внешнего воздействия. Например, механическое повреждение отскочившим камнем на дороге или молотком — от неловкого движения слесаря на СТО. 

Также вывести датчик из строя раньше положенного срока может вода, поскольку он расположен довольно низко над землей. При заезде в глубокую лужу зонд может погрузиться в воду, встреча с которой представляет потенциальную угрозу для любого электрического прибора. Особенно это касается нагревательного элемента. 

В любом случае со временем точность измерений снижается, и даже внешне исправный, но старый датчик может выдавать ошибочные данные. А значит, пора его менять, ведь в абсолютном большинстве случаев ремонту он не подлежит. 

Что делать, если лямбда-зонд вышел из строя

Как было сказано ранее, автомобиль продолжит ездить и без датчика. Однако автоэксперты утверждают, что попытка заменить неисправный датчик кислорода эмулятором (заглушкой, как многие автомеханики их называют) ни к чему хорошему не приведет. Топливная система и сам двигатель явно не скажут вам за это «спасибо».

А вы на собственном опыте узнаете, каково было автолюбителям прошлого века, которым приходилось чуть ли не вдвое чаще заправлять бак машины. Ведь моторы прошлых поколений без кислородных датчиков были куда прожорливее, чем современные. Кроме того, ваше авто станет намного «ароматнее» из-за того, что пары топлива будут попадать в выхлопную систему, не прогорев полностью.

Аналогичная проблема может появиться даже при установке нового, но неоригинального универсального зонда. То есть такого, который по характеристикам якобы подходит для любого автомобиля. Бортовой компьютер машины может просто не распознать в новом устройстве кислородный датчик.

Еще печальнее то, что вернуть в магазин не подошедший вашему автомобилю зонд вы, скорее всего, не сможете. Потому что несъемная уплотнительная шайба деформируется после первого же вкручивания зонда в гнездо. То есть прибор сразу теряет товарный вид.

Отсюда вывод: лучше не экономить и потратиться на новый оригинальный лямбда-зонд или хотя бы достойный аналог. 

Вся информация о ценах, партнерах и тарифах актуальна на момент публикации статьи. 
Действующие магазины-партнеры Халвы