Проверка лямбда зонда, внешний осмотр, осциллограф, вольтметр

Прежде чем проверять лямбда зонд, он же датчик кислорода, на исправность нужно понять для чего он предназначен и как работает, какая существует взаимосвязь датчика с электронным блоком управления и топливной системой автомобиля в целом.

Назначение и принцип работы

Лямбда зонд – это устройство (датчик), предназначенное для контроля состава выхлопных газов. С помощью него определяется объем кислорода, оставшийся после сгорания топлива, а полученные данные по сигнальным проводам передаются на ЭБУ автомобиля. Для чего это нужно?

Дело в том, что работа систем выпуска отработанных газов и топливной тесно взаимосвязаны.

Связующим звеном в этой цепи является электронный блок управления, который не только получает данные от датчика кислорода в виде электрических импульсов, но и передает на его сигнальный вывод опорное напряжение 0.45 вольт (это важно).

Правильное соотношение топлива и воздуха для определенных условий работы двигателя, при которых горючая смесь сгорает полностью, называется стехиометрической топливовоздушной смесью.

Также существует такое понятие как коэффициент избытка воздуха или уровень лямбда.

В идеальных условиях, когда все пропорции топлива и воздуха соблюдены правильно (14,7 частей воздуха и 1 часть топлива) этот коэффициент равен 1.

Если смесь обедненная (15:1 и выше), то уровень лямбда будет больше 1, если обогащенная (ниже 14:1), меньше.

Представим, что лямбда зонд неисправен и передает ошибочные данные на ЭБУ. В результате для разных режимов работы двигателя будет формироваться неправильная топливовоздушная смесь, а это минимум большой расход топлива и потеря мощности.

Дальше идет экологическая составляющая, без которой на современных автомобилях никуда, речь идет про каталитический нейтрализатор.

При сгорании топлива образуется ряд токсических компонентов, увеличенное количество которых в выхлопных газах негативно влияет на эффективность работы катализатора.

1. Несгоревшие углеводороды — CH;
2. Угарный газ и окись кислорода — CO;
3. Окись азота – Noх.

Ошибки в работе лямбда зонда, и как следствие, неправильное сгорание топлива, приводит к увеличению содержания вредных веществ в выхлопных газах, а с таким количеством катализатор уже не в состоянии справиться.

Получается, что лямбда зонд является важным устройством, от работы которого зависит насколько правильно будет формироваться стехиометрический состав топливовоздушной смеси при тех или иных режимах работы силового агрегата.

Когда он исправен погрешность в формировании стехиометрического состава равна ±1% и это очень важно, а когда нет, эта цифра увеличивается.

Типы датчиков и температурные режимы их работы

На рынке представлены два типа датчиков кислорода – титановые и циркониевые.

Первые изготовлены на основе диоксида титана, а вторые – диоксида циркония.

Отличают их между собой только конструктивные особенности, принцип работы одинаковый.

Титановые датчики в последнее время практически не используются, ранее устанавливались на некоторые марки автомобилей, встречаются сейчас очень редко. Циркониевые наоборот, получили широкое распространение.

Основа устройства – керамический элемент, выполненный из указанных выше диоксида циркония (ZrO2) или диоксида титана (Tio2), покрытый платиновой сеткой.

Одна часть элемента расположена в выхлопной трубе и контактирует с выхлопными газами, а другая снаружи, контактирует с атмосферным воздухом через места соединения проводов.

Температура, при которой лямбда зонд начинает функционировать, варьирует от 300 до 400 °С, опасный предел 900 – 1000 °С, за которым устройство может перегреться и выйти из строя. Оптимальный температурный режим в движении – около 600 °С.

Отличительная особенность – наличие трех или четырех проводов, два из которых белого цвета (на японских авто могут быть черного) идут на подогреватель.

Такие устройства могут устанавливаться в выхлопной трубе на значительном расстоянии от двигателя, так как им не нужен интенсивный прогрев выхлопными газами.

У многих типов датчиков, особенно установленных на немецкие автомобили, но, кроме японских, черный провод является сигнальным, а серый (может быть не всегда) является сигнальной массой.

Но один плюс все же есть, лямбда зонды, идущие на замену вышедшим из строя аналогам, касается только японских авто, имеют постоянную цветовую гамму проводов: сигнальный — синего, а не черного цвета, сигнальная масса белого, а не серого цвета, а на подогреватель идут два черных провода, а не белые, как обычно.

Почему именно 300 °С? Именно после превышения данного показателя керамический элемент устройства, который смело можно назвать твердым электролитом, начинает пропускать через себя ионы кислорода, которые собираются на электродной сетке из платины.

Представьте себе условно две 5-литровые емкости (канистры), наполненные водой, стоящие на одном уровне и соединенные друг с другом шлангом, посередине которого находится краник.

Если просто открыть краник, куда потечет вода? Правильно, никуда. А если поднять одну из канистр, то куда? Правильно, в ту канистру, которая находится ниже.

Схожий принцип работает и в случае с лямбда зондом. Открытие крана – это превышение температуры на керамическом элементе выше 300 °С.

А перетекание ионов кислорода по нему обеспечивается благодаря формированию на его концах разности потенциалов (поднятие одной или другой канистры), чем больше разность, тем сильнее напряжение (чем выше емкость, тем сильнее течет вода).

А на той стороне устройства, которое вкручено во выхлопную трубу, объем кислорода может варьировать от малого до значительного.

Но нужно понимать, что в выхлопных газах небольшое количество O₂ считается нормой, так как это обеспечивает полное догорание топлива в выхлопном коллекторе и защищает катализатор в случае сильного переобогащения топливной смеси (несгоревшее топливо выбрасывается в коллектор и догорает там).

Если в выхлопных газах количество O₂ будет равно содержащемуся кислороду в атмосфере, то разность потенциалов будет отсутствовать (если это ассоциировать с канистрами, то они будут находиться на одном уровне), а опорное напряжение, поступающее от блока управления будет ровно 0,45 вольтам — уровень лямбда равен 1.

Допустим, объем кислорода в выхлопных газах значительно ниже атмосферного.

ЭБУ видит, что смесь обогащена (уровень лямбда меньше 1), и производит корректировку.

Типы устройств

Циркониевые датчики кислорода (титановые мы упускаем) бывают двух типов:

• пороговые;
• широкополосные.

Последние типы устройств обычными методами проверить непросто, так как они сложные в устройстве, устанавливаются на последние модели автомобилей.  Схема подключения показана ниже.

Более подробно что такое лямбда зонд, эволюция его развития, какие типы бывают читайте здесь https://autokrepost.ru/obuchenie/918-lyambda-zond.html, в данном материале останавливаться на этом мы не будем.

Различия и взаимозаменяемость титановой и циркониевой лямбды

Это касается различий титановой и циркониевой лямбды. Работа их основана на разных принципах. Циркониевая генерирует ЭДС при обнаружении остаточного кислорода в выхлопных газах.

Титановая лямбда изменяет свое сопротивление при обнаружении остаточного кислорода в выхлопных газах. В соответствии с этим включение их в бортовую сеть различное.

Подключение титана через разъем, в котором два пина — подогрев, один пин — сигнал лямбды (напряжение в вольтах от 0,1 в до 0,9В, которое меняется в зависимости от изменения сопротивления лямды от количества кислорода в выхлопных газах) и один пин это опорное напряжение +1В, которое подается на лямбду от ЭБУ. Выходной сигнал лямбды, что циркониевой, что титановой — всегда напряжение, которое сравнивается в ЭБУ с опорным напряжением, на компараторе, равным 0,45В.

Признаки неисправности датчика кислорода

Признаки неисправности лямбда зонда могут быть следующие:

1. Повышается расход топлива;
2. «Плавают» обороты мотора на холостых;
3. Сбои в работе катализатора, сильное нехарактерное нагревание устройства, потрескивание после остановки, повышенный уровень токсичности в выхлопных газах (резкий неприятный запах);
4. Появление «СНЕСК ЕNGINЕ» на панели приборов.

Если не работает лямбда зонд как ведет себя машина?

1. Неустойчиво работает двигатель;
2. Пропала динамика набора скорости, ощущаются рывки автомобиля.

К сожалению, данные признаки могут указывать и на другие проблемы. Но проверку рекомендуют начинать именно с датчика кислорода хотя бы с его внешнего осмотра.

Развернутую информацию по этой теме можно получить здесь https://autokrepost.ru/remont/923-priznaki-neispravnostey-lyambda-zonda.html.

Причины выхода из строя

Причины поломки лямбда зонда могут быть следующие:

1. Обрыв проводов, идущих к датчику, плохой контакт;
2. Механическое повреждение, приведшее к деформации устройства и, как следствие, разрушение гальванического элемента;
3. Перегрев датчика в результате нарушений в работе систем топливной, зажигания или неправильного тюнинга двигателя;
4. Закоксованность верхнего слоя с платиновым покрытием, в результате чего ионы кислорода не улавливаются датчиком. Происходит по причине износа деталей цилиндропоршневой группы и выброса в коллектор большого количества масла или другие причины (смотрите ниже);
5. Закоксованность сопла форсунки в результате чего игла полностью не садится на свое место и не перекрывает отверстие. По этой причине в цилиндры постоянно приникает топливо вне зависимости от такта, происходит переизбыток бензина, который в результате сгорания выделяет большой объем угарного газа, который, в свою очередь, и оседает в виде сажи на рабочей поверхности датчика кислорода;
6. Использование плохого топлива приводит к образованию на платиновой поверхности свинцовых блестящих вкраплений, которые перекрывают доступ ионам кислорода к гальваническому элементу. Предвестник проблемы – отклонение цвета дыма из выхлопной трубы от нормы;
7. Проникновение отработанных горячих газов вовнутрь лямбда зонда в результате разгерметизации его корпуса;
8. Попадание охлаждающей жидкости в цилиндры двигателя, признак — белый дым из выхлопной трубы, в результате чего на керамическом элементе также возникают отложения, мешающие взаимодействию ионов кислорода с платиновым покрытием;
9. Естественный износ – менять лямбда зонд нужно своевременно. После 50 000 – 70 000 км пробега – неподогреваемые устройства, через, 100 000 км – подогреваемые. Планарные можно менять через 150 000.

Проверка лямбда зонда на исправность

Способов проверки существует несколько, сделать все можно и своими руками, не обращаясь в автосервис.

1. Простым внешним осмотром;
2. С помощью аналогового или цифрового вольтметра;
3. Используя тестер, он же мультиметр, лучше взять аналоговый, он информативнее;
4. Применив осциллограф или мотор-тестер.

Визуальный осмотр

Найти датчик кислорода несложно, он находится на выхлопной трубе ближе к коллектору. Их может быть два, один перед катализатором, второй после и подключается через контроллер.

Сначала осмотрите целостность проводов, подходящих к устройству, насколько плотно сидят контакты.

Выкрутите лямбда зонд из выхлопной трубы и осмотрите его. Наличие отложений в виде сажи, белых, серых, в виде блестящих бляшек должно навести на мысль, что перед проверкой лямбда зонда его нужно почистить.

Если устройство деформировано, то сразу же подлежит замене, читайте по теме – как заменить лямбда зонд.

Проверка лямбда зонда мультиметром (вольтметром)

Распространенный случай, это когда лямбда зонд с четырьмя контактами (проводами). Два сигнальных провода, а два других идут на подогреватель.

Распиновка двух, трех и четырех контактных лямбда зондов показана ниже.

Сначала необходимо проверить опорное напряжение, так как сделать это можно на неработающем двигателе.

Включаем зажигание, берем вольтметр, ставим переключатель на 2 или 20В. Находим два сигнальных провода (как это сделать расписано ниже) и подключаем к ним вольтметр, показания должны быть в пределах 0.45 – 0.50 вольт. Эти замеры можно сделать и с помощью мультиметра.

Далее заводим машину и пока прогревается датчик кислорода (его проверка осуществляется только после прогрева более 300 °С), проверяем подогреватель (напряжение и сопротивление).

Нам нужно проверить подается ли на него напряжение в 12В это можно сделать, найдя нужные провода по цвету (смотрите распиновку выше). На большинстве датчиков они белого цвета.

Берем вольтметр и проверяем напряжение, все просто. Это можно сделать еще проще, включить зажигание не заводя машины, но полученный результат замера нужно сравнить с напряжением на клеммах АКБ.

Но бывают ситуации, когда проводка настолько износилась и поцвела, что определить ее цвет невозможно.

Так можно найти плюсовой провод подогревателя. Для поиска минусового не отсоединяя контакт вольтметра от найденного плюсового провода, поочерёдно втором концом подключаемся к оставшимся трем до тех пор, пока на вольтметре не появиться цифра близкая к 12 как в первом случае.

Запоминаем положение сигнальных проводов и идущих на подогреватель.

Если нерабочий минусовой провод, то тут сложнее, он идет до ЭБУ, если обрыва нет, и он прозванивается, то проблема может быть в блоке управления.

Также нужно будет замерить сопротивление нагревателя, для этого понадобится мультиметр. Замеры можно проводить и на снятом O₂ датчике без машины.

Нормативный показатель от 2 до 10 Ом, но для каждой марки автомобиля, он может сильно отличаться, часто встречаются нормы 4.5 – 6 Ом.

1. Берем мультиметр и переключаем его в режим измерения сопротивления;
2. Подключаем прибор к проводам нагревателя;
3. Делаем замеры.

Если сопротивление не соответствует норме или на приборе стоит цифра 1 и ничего не происходит, значит в цепи обрыв, меняйте 0₂ датчик.

Проверяем работу лямбда зонда через сигнальные провода

Проверять будем лямбда зонд с 4 проводами. Для этого лучше использовать мультиметр. Двигатель уже прогрет, если нет, то заведите машину и дайте ей поработать на холостых 5-10 минут.

Нам нужно чтобы прогрелся керамический элемент и включились режимы обратной связи ЭБУ с датчиком кислорода и управления подачей топлива, а происходи это после прогрева двигателя до 60-70⁰С.

Отключать датчик кислорода от колодки нельзя, для подключения к проводам нужно использовать острые иголки на концах проводов мультиметра.

Подключите тестер к сигнальным проводам параллельным способом — плюс к «+», минус к «-», двигатель должен работать.

Обратите внимание на показатель напряжения, если он равен опорному 0.45В и цифра постоянна, то лямбда зонд неисправен.

Если напряжение циклически скачет в пределах от 0,1 до 0,9 вольт с частотой 1,5 – 2 раза в секунду, то лямбда зонд исправный, в ином случае он подлежит замене.

Подключить мультиметр к датчику кислорода можно и другим способом. Минусовой провод прижмите к корпусу (масса), а плюсовой с помощью иглы через резинку к черному проводу (плюсовой). Снимите показания.

Какие показания еще может выдать мультиметр и что они означают?

Не меняющееся значение 0,8 – 0,9 вольт указывает на то, что топливная смесь постоянно обогащенная (высококалорийная), кислорода мало.

На это будет указывать и ряд других признаков (хлопки в глушитель, изменился цвет дыма из выхлопной трубы и так далее.

Причины проблемы сразу нужно искать в:

• загрязнении воздушного фильтра;
• регулировок зажигания и топливной системы;
• неправильной работе форсунок (льет топливо);
• выходе из строя датчика расхода воздуха;
• неправильной работе экономайзера;
• другие причины.

Если показания мультиметра остаются неизменными в пределах 0,1- 0,2 вольта, то смесь постоянно обедненная (кислорода много, 15-17 кг на 1 кг бензина). Или, наоборот, кислорода норма, а бензина поступает мало, при том же соотношении 17 к 1.

Если есть подозрения, что топлива поступает мало, то вспомните, когда последний раз чистились форсунки, менялся топливный фильтр. Обратите внимание на бензонасос, скорее всего, срок его службы подходит к концу, и он работает на пределе.

Возможны и другие неисправности диагностика которых требует профессионального подхода.

Проверить можно и другим способом.

Проводим тесты на богатую и обедненную топливную смесь

1. Тест лучше делать на уже прогретом двигателе и с напарником;
2. Отключите от датчика все провода, при этом он должно находиться на штатном месте;
3. Подключите к лямбда зонду мультиметр (в режимах 2 или 20 вольт);
4. Запустите мотор и доведите частоту оборотов коленвала до 2600 в минуту;
5. Резко сбросьте обороты и сразу же отсоедините патрубок от вакуумного регулятора давления, т.е., происходит искусственное обогащение топлива;
6. Зафиксируйте показания мультиметра, они должны быть в пределах 0,7 — 0,9 вольт. Если динамики изменений не происходит или цифры далеки от указанных выше, значит, лямбда зонд неисправен.

1. На заведенном автомобиле возьмите конец уже снятой трубки вакуумного регулятора давления и создайте в ней любым удобным методом подсос воздуха (искусственно обедняем смесь);
2. Одновременно замерьте показания мультиметра, они должны быть в пределах 0,1 – 0,2 вольта. При этом показания должны измениться менее чем за 1 секунду.

Как провести тест на динамические режимы работы показано ниже.

Проверяем с помощью осциллографа или мотор-тестера

Основное преимущество проверки О2-датчика осциллографом, это фиксация промежутка времени, за которое изменяется выходной напряжение.

Вольтметром и мультиметром такие показания вы не снимите.

Хотя в автомобилях, выпускаемых в последнее время, уже устанавливаются ЭБУ, которые справляются с этой задачей.

Нормативный показатель изменения напряжение 120 мСек и не более. Если время реакции превышает нормативное (датчик медленный), то на графике это выглядит так.

В таком случает нужно проверить лямбда зонд на закоксованность, если это не помогло, значит, произошло старение керамического элемента.

На графике ниже видно, как медленно он реагирует при резком нажатии на педаль газа.

Правильная работа лямбда зонда показана на графике ниже.

Здесь видно, что верхний предел напряжения не превышает 0,8 вольт, а нижний не заходит за отметку 0,1В. Также временные показатели в норме.

Если посмотреть другой график, то здесь проглядывается другая ситуация.

Здесь нижний придел ушел за отметку 0,1В, а это недопустимо, значит, лямбда зонд неисправен. На панели приборов появится «CHECK ENGINE».

Как осуществляется проверка?

Подключите осциллограф к сигнальному проводу, как его найти вы уже знаете.

Заведите автомобиль и прогрейте его до 60 – 70⁰С. За это время прогреется О₂-датчик и включился режим обратной связи.

Уже по мере прогрева на приборе будет видно, как лямбда зонд генерирует небольшой ток в пределах 1 вольта.

По мере прогрева лямбды уровень напряжение будет расти (тоже в пределах до 1В), и по мере выхода на рабочую температуру до 300 – 400 ⁰С она начинает свои осцилляции.

На прогретом двигателе выйдите на режим 2500 – 3000 оборотов в минуту, если лямбда исправна на приборе появится такая диаграмма.

При резком опускании газа смесь должна какое-то время обогащаться, на диаграмме это выглядит так.

На холостых оборотах смесь сначала переходит в режим бедной.

А затем переходи в режим неуверенных осцилляций.

Итак, проверяется:

1. Время прогрева — через сколько лямбда выходит на рабочий режим;
2. На оборотах двигателя 2000 – 3000, проверяется вот такая картина.

Если вы наблюдаете такую картину, как показано ниже, то, скорее всего, лямбда зонд вышел из строя в результате перегрева.

Делаем выводы

При пробеге автомобиля больше 50 000 км, проверять лямбда зонд нужно регулярно и в обязательном порядке.

Также вместо неисправного лямбда зонда старайтесь устанавливать схожий по типу и модели аналог, так как ЭБУ вашего автомобиля уже настроено на работу именно с этой моделью O₂ датчика.

Но существуют компании, которые специализируются на выпуске лямбда зондов для определенных моделей автомобилей и их продукция получила хорошие отзывы от автовладельцев.

Одной из них является компания BOSH, которая поставляет на рынок датчики кислорода для автомобилей ВАЗ, Москвич, Ford и других.

К примеру, оригинальный лямбда зонд на Ford стоит дорого, поэтому вместо него часто устанавливают аналоги, выпускаемые для вазовских моделей, главное, чтобы производитель был BOSH и количество проводов совпадала, а разъемы для наших мастеров не являются проблемой.

Но все это делается на свой страх и риск.