0 
Выхлопные газы любого автомобиля крайне негативно сказываются на окружающей среде, поэтому, чтобы как-то минимизировать приносимый вред, конструкторы разработали специальное устройство – каталитический нейтрализатор отработанных газов. Казалось бы, теперь все проблемы будут решены, но для нормальной и стабильной работы данного устройства требуется, чтобы каждый компонент топливовоздушной смеси находился в четко определенных рамках, причем на любых рабочих режимах. Тут на помощь и пришел датчик кислорода, или, как его называют в народе, «лямбда-зонд».
1. Принцип действия датчика кислорода
Когда автомобильный двигатель находится в активном состоянии, то концентрация кислорода внутри системы и снаружи (в окружающей среде) будет совершенной разной. Именно из-за этой разницы ионы кислорода двигаются в твердом электролите, а на электродах измерительного элемента возникает разность потенциалов, то есть появляется определенный сигнал кислородного датчика. Блок управления использует этот сигнал для поддержания в камере сгорания оптимального (стехиометрического) соотношения воздуха и топливной жидкости (практически идеальной считается пропорция 14,7:1, где первое значение – это количество воздуха, требуемого для максимально эффективного сгорания топливной смеси).
Вся работа лямбда-зонда основывается на принципе В. Нерста, немецкого ученного, который открыл возможность определения нормального электродного потенциала при помощи кислорода. Что касается рассматриваемого нами устройства, то находящиеся внутри датчика электроды помогают определить количество кислорода, присутствующего в выхлопных газах.
Кислородный датчик располагается в потоке отработанных газов таким образом, чтобы внешний электрод контактировал с газами, а внутренний – размещался в среде атмосферного воздуха. Исходя из разницы количества кислорода, между внутренними и внешними электродами образовывается электрический заряд, а его максимальная мощность находится на уровне 1 В. Это значение передается, а затем и обрабатывается компьютерным блоком управления работой силового агрегата.
После этого сигнал из блока перемещается на топливные форсунки, а они, в свою очередь, определяют требуемое количество топлива. В зависимости от характера сигнала, количество бензина в топливно-воздушной смеси может либо увеличиться, либо уменьшиться.
Надо сказать, что лямбда-зонд нашел свое применение не только в автомобильной промышленности, но и в других областях жизнедеятельности человека – в частности, там, где используются устройства для сжигания топлива (к примеру, водонагревательные котлы).
2. Виды кислородных датчиков
Автомобильные датчики кислорода разделяют на виды, исходя из нескольких критериев:
- конструктивных особенностей: 1, 2, 3, 4-х контактные датчики;
- способа крепления в выхлопной трубе: резьбовой и фланцевый;
- ширины измерений лямбды: узкополосные (определяют лямбду при величине >1) и широкополосные (определяют лямбду 0.7-1.6)
Кроме того, на современных транспортных средствах можно встретить датчики на основе двух различных составов. К первому относятся устройства на основе диоксида циркония, а ко второму – лямбда-зонды на основе оксида титана (титановые). Оба вида имеют одинаковый принцип работы, а разница лишь в конструкции.
Следует отметить, что количество проводов на датчике кислорода отображает особенности его внутреннего устройства. Так, одноконтактные устройства имеют всего один сигнальный провод, посредством которого и передаются генерируемые датчиком электроимпульсы. Двухконтактные конструкции состоят уже из двух проводов: сигнального и провода на «массу» (дублирует заземление через корпус). Именно заземляющий провод позволяет более точно оценивать показания сигнального провода.
Трехконтактные кислородные датчики оснащены одним сигнальным проводом, проводом на «массу», а также проводом, идущим на нагревательный элемент. Этот вид характеризуется определенными преимуществами: коротким временем достижения рабочей температуры (а это значит, что количество вредных выбросов при работе холодного мотора будет снижаться), более высоким сроком службы, простотой технического обслуживания.
В конструкцию четырехконтактных датчиков входит один сигнальный провод, один провод питания (идет на нагревательный элемент) и один провод заземления (функции зависят от особенностей устройства системы управления работой мотора). Четвертый провод – это либо еще одно заземление, либо питание для второго нагревательного элемента.
Узкополосные (двухуровневые) датчики кислорода – один из наиболее простых видов подобных устройств. Они имеют достаточно примитивную конструкцию и являются своеобразным генератором волнообразных сигналов. По сути, этот датчик – обыкновенный гальванический элемент, но только в роли электролита здесь представлены керамические соты, свободно пронизывающие ионы кислорода (для того, чтобы они стали полностью проводимыми, требуется нагрев до температуры в 400 °C). Узкополосный датчик может устанавливаться как перед нейтрализатором, так и за ним.
Широкополосный лямбда-зонд представлен в виде более современной конструкции, особенностью которой является возможность корректировки смесеобразования отдельно для каждого цилиндра мотора, и практически мгновенная реакция на изменение процессов, происходящих в двигателе. Этот фактор положительно сказывается на деятельности силового агрегата и в несколько раз снижает количество вредных веществ в выхлопе. Широкополосный лямбда-зонд играет роль входного датчика каталитического нейтрализатора.
3. Признаки неисправности лямбда-зонда
Поскольку от исправного состояния лямбда-зонда напрямую зависит эффективность работы силового агрегата в машине, то нет ничего странного в том, что неисправность этого устройства приведет к рабочим сбоям «сердца» автомобиля. Так, с поломкой датчика кислорода существенно ухудшается качество поступающей в камеру сгорания топливной смеси, которая, по сути, остается бесконтрольной.
Диагностировать какие-либо неполадки в работе лямбда-зонда бывает достаточно сложно, ведь он не ломается сразу, а просто перестает стабильно функционировать. Например, датчик может неправильно считывать показания, что, в свою очередь, способствует некорректной топливоподаче в цилиндры мотора. В тех случаях, когда система управления длительное время не получает информацию о содержании кислорода в отработанных газах, она переключается в режим использования средних показателей, при этом нарушая состав рабочей смеси.
Наиболее характерными симптомами неисправности датчика кислорода являются:
- повышенный расход топливной жидкости;
- нестабильная работа мотора на холостом ходу;
- превышение нормы угарного газа (СО) в выхлопе автомобиля;
- резкое снижение ходовых характеристик транспортного средства.
Более того, если двигатель оснащен двумя лямбда-зондами, то он будет острее реагировать на их некорректную деятельность, а в некоторых случаях вообще может отказаться работать.
4. Почему лямбда-зонд выходит из строя
Обычно срок службы кислородного датчика составляет 30-70 тыс. км пробега автомобиля, но детальные цифры все же зависят от условий эксплуатации транспортного средства. Как показывает практика, более длительным сроком службы могут похвастаться устройства с подогревом, рабочая температура для которых составляет 315-320 °C.
К возможным неисправностям кислородного датчика, в первую очередь, следует отнести неработающий подогрев и потерю чувствительности (уменьшение быстродействия), а вот список причин, повлекших за собой выход из строя данного устройства, достаточно обширный. В частности, в него входят:
- использование низкокачественного топлива, составляющие компоненты которого просто забивают платиновые электроды;
- попадание в выхлопную трубу масла и плохое состояние маслосъемных колец;
- попадание на керамический наконечник датчика различных моющих жидкостей, растворителей и антифриза;
- перегрев корпуса лямбда-зонда из-за неправильно выставленного угла опережения зажигания;
- сбои в системе зажигания и хлопки в выхлопной трубе;
- переобогащенная топливовоздушная смесь;
- использование при монтаже лямбда-зонда герметиков, которые вулканизируются при комнатной температуре;
- многократные попытки запуска силового агрегата через небольшие промежутки времени (в результате это приводит к накапливанию в выпускном трубопроводе остатков несгоревшего топлива, которое может воспламениться);
- плохой контакт, обрыв или замыкание на «массу» выходной цепи датчика.
Если не расписывать каждую причину в отдельности, то можно сказать, что основанием для выхода из строя кислородного датчика является:
- разгерметизация его корпуса;
- попадание вовнутрь воздуха и отработанных газов;
- перегрев лямбда-зонда (причина обычно кроется в низкокачественной покраске мотора и неправильной работе системы зажигания);
- неправильное или нестабильное электрическое питание, которое ведет к основному блоку управления;
- неправильные действия автовладельца (выражаются в использовании низкокачественного топлива и неаккуратных действиях при обслуживании автомобиля);
- различные механические повреждения, появившиеся в результате небрежной эксплуатации транспортного средства.
Следует отметить, что во всех перечисленных случаях (кроме последнего) поломка лямбда-зонда происходит постепенно, поэтому неопытные автовладельцы, которые не знакомы с этим устройством, вряд ли сразу заметят неисправность.
Процесс выхода из строя кислородного датчика можно разбить на несколько этапов:
1. Появление сбоев в работе (в определенных рабочих режимах силового агрегата датчик кислорода просто перестает подавать сигнал, что не может не дестабилизировать налаженность холостых оборотов). На этом этапе можно услышать нехарактерные для двигателя хлопки и увидеть загоревшуюся сигнальную лампочку на приборной панели.
2. Отказ в работе на непрогретом двигателе. Отмечается существенная потеря мощности, замедленная реакция на нажатие педали акселератора, «хлопки» из-под капота, неоправданное дерганье транспортного средства и перегрев силового агрегата.
Если вовремя не заметить проблему, то вполне возможно, что датчик разгерметизируется, а значит, последующая эксплуатация транспортного средства будет невозможной. Конечно, если вы не хотите получить куда более серьезную проблему – дорогостоящий ремонт силового агрегата. Основным признаком разгерметизации является потеря мощности, характерное постукивание в подкапотном пространстве и неприятный запах выхлопа. Также, заглянув под капот, вы можете заметить видимый осадок сажи в области свечей и на корпусе выпускных клапанов.
5. Замена кислородного датчика
Чаще всего отремонтировать датчик кислорода просто невозможно, и об этом свидетельствуют многочисленные утверждения производителей автомобилей. Правда, нужно отметить, что завышенная стоимость данного узла у официальных дилеров напрочь отбивает желание его покупки, поэтому, в качестве альтернативного варианта, можно приобрести универсальное устройство, которое стоит значительно дешевле «родного» механизма и подходит практически к любой модели автомобилей. Также можно попытаться найти лямбда-зонд, который уже находился в использовании, но гарантийный период еще не истек, или же полностью заменить выпускной коллектор вместе с находящимся в нем датчиком.
Иногда встречаются случаи, когда из-за сильного загрязнения кислородный датчик работает с определенной погрешностью. Но для того, чтобы убедиться в своих догадках, придется проверить лямбда-зонд на специальном оборудовании, которое имеется в распоряжении сервисных центров. Если проверка подтвердит факт его полной работоспособности, тогда лямбда-зонд придется демонтировать, почистить и установить на прежнее место.
Для того чтобы снять кислородный датчик, поверхность его корпуса нагревают до 50 °C, а после того, как он окажется в ваших руках, с него необходимо будет снять защитный колпачок, и только выполнив это действие, можно переходить к непосредственной очистке. В качестве эффективного чистящего средства специалисты рекомендуют использовать ортофосфорную кислоту, способную справиться даже с самыми сложными горючими отложениями.
Завершающим этапом очистительных мероприятий (сразу после отмачивания устройства) должна стать его промывка в чистой воде, тщательная сушка и установка на свое место. Не стоит забывать и о смазке резьбы специальными герметизирующими средствами, которые помогут обеспечить полную герметичность.
В тех случаях, когда результаты диагностики показали необратимую поломку лямбда-зонда, его нужно заменить новым элементом. Только помните! Любой датчик должен сниматься и устанавливаться лишь с использованием специальных инструментов. Если же вы решили повторно установить то же устройство, тогда резьбу следует обработать специальной монтажной пастой. Постарайтесь избегать попадания монтажного состава на защитную трубку, так как в противном случае вы легко добьетесь рабочих сбоев устройства.
Нужно отметить и тот факт, что выпускаемые сегодня кислородные датчики заранее обрабатываются монтажной пастой, и все, что требуется при установке, – это соблюдать указанный производителем момент затяжки (обычно от 40 до 60Нм).
Как бы там ни было, но любой датчик кислорода требует к себе бережного отношения, а это означает, что механические повреждения или попадание в соединительный разъем контактного спрея, смазки или специальных промывочных жидкостей (используются при очистке мотора) должны быть полностью исключены.
