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 [1]);
— 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).
