Техническая информация. Датчик кислорода на Форд Мондео Ford Mondeo
1- металлический корпус с резьбой.
2 — уплотнительное кольцо.c 3 — токосъемник электрического сигнала.
4 — керамический изолятор.
5 — проводка.
6 — манжета проводов уплотнительная.
7 — токопроводящий контакт цепи подогрева.
8 — наружный защитный экран с отверстием для атмосферного воздуха.
9 — подогрев.
10 — наконечник из керамики.
11 — защитный экран с отверстием для отработавших газов
Место установки датчика кислорода.
В связи с тем, что датчик кислорода может вырабатывать электрический сигнал только при температуре 300-350°С и выше, датчики без нагревателя устанавливаются в выпускном трубопроводе ближе к двигателю, а с нагревательными элементами — перед нейтрализатором.
В некоторых автомобилях в каталитическом нейтрализаторе установлен датчик температуры, который не следует путать с кислородным. Иногда (ФМ-3)устанавливается два кислородных датчика — до нейтрализатора и после него (ST220 — два ката и 4 лямбды).
1. назначение, применение.
Для корректировки оптимальной смеси горючего с воздухом
применение приводит к повышению экономичности автомобиля, влияет на мощность двигателя, динамику, а также на экологические показатели.
Бензиновому двигателю для работы требуется смесь с определенным соотношением воздух-топливо. Соотношение, при котором топливо максимально полно и эффективно сгорает, называется стехиометрическим и составляет оно 14,7:1. Это означает, что на одну часть топлива следует взять 14,7 частей воздуха. На практике же соотношение воздух-топливо меняется в зависимости от режимов работы двигателя и смесеобразования. Двигатель становится неэкономичным. Это и понятно!
Таким образом датчик кислорода — это своеобразный переключатель (триггер), сообщающий контроллеру впрыска о качественной концентрации кислорода в отработавших газах. Фронт сигнала между положениями «Больше» и «меньше» очень мал. Настолько мал, что его можно не рассматривать всерьез. 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.
Функционально лямбда-зонд работает, как переключатель и выдает опорное напряжение (0.45V) при низком содержании кислорода в выхлопных газах. При высоком уровне кислорода датчик О2 снижает снижает свое напряжение до
0.1-0.2В. При этом, важным параметром является скорость переключения датчика. В большинстве систем впрыска топлива О2-датчик имеет выходное напряжение от от 0.04..0.1 до 0.7. 1.0В. Длительность фронта должна быть не более 120мСек. Следует отметить, что многие неисправности лямбда-зонда контроллерами не фиксируются и судить о его исправной работе можно только после соответствующей проверки.
Лямбда-зонд действует по принципу гальванического элемента с твердым электролитом в виде керамики из диоксида циркония (ZrO2). Керамика легирована оксидом иттрия, а поверх нее напылены токопроводящие пористые электроды из платины. Один из электродов «дышит» выхлопными газами, а второй – воздухом из атмосферы. Эффективное измерение остаточного кислорода в отработавших газах лямбда-зонд обеспечивает после разогрева до температуры 300 – 400оС. Только в таких условиях циркониевый электролит приобретает проводимость, а разница в количестве атмосферного кислорода и кислорода в выхлопной трубе ведет к появлению на электродах лямбда-зонда выходного напряжения.
Для повышения чувствительности лямбда-зондов при пониженных температурах и после запуска холодного двигателя используют принудительный подогрев. Нагревательный элемент (НЭ) расположен внутри керамического тела датчика и подключается к электросети автомобиля
Элемент зонда, сделанный на основе диоксида титана не производят напряжение а меняет свое сопротивление (нас этот тип не касается).
При пуске и прогреве холодного двигателя управление впрыском топлива осуществляется без участия этого датчика, а коррекция состава топливо-воздушной смеси осуществляется по сигналам других датчиков (положения дроссельной заслонки, температуры охлаждающей жидкости, числа оборотов коленвала и др.). Особенностью циркониевого лямбда-зонда является то, что при малых отклонениях состава смеси от идеального (0,97 Ј l Ј 1,03) напряжение на его выходе изменяется скачком в интервале 0,1 — 0,9 В
Кроме циркониевых, существуют кислородные датчики на основе двуокиси титана (TiO2). При изменении содержания кислорода (О2) в отработавших газах они изменяют свое объемное сопротивление. Генерировать ЭДС титановые датчики не могут; они конструктивно сложны и дороже циркониевых, поэтому, несмотря на применение в некоторых автомобилях (Nissan, BMW, Jaguar), широкого распространения не получили.
2. Совместимость, взаимозаменяемость.
-принцип работы лямбда-зонда у всех производителей в общем одинаков. Совместимость чаще всего обусловлена на уровне посадочных размеров.
-различаются монтажными размерами и разъемом
-Можно купить оригинальный датчик б/у, что чревато пустыми тратами: на нем не написано, в каком он состоянии, а проверить вы его сумеете только на автомобиле
3. Виды.
а) с подогревом и без подогрева
б) кол-вом проводов: 1-2-3-4 т.е. соответственно и комбинацией с/без подогрева.
в) из разных материалов: циркониево-платиновые и подороже на основе двуокиси титана (TiO2)
Титановые лямбда-зонды от циркониевых легко отличить по цвету «накального» вывода подогревателя – он всегда красный.
г) широкополосная для дизелей и двигателей работающих на обедненной смеси.
4. Как и почему умирает.
— плохой бензин, свинец, железо забивают платиновые электроды за несколько «удачных» заправок.
— масло в выхлопной трубе — Плохое состояние маслосъемных колец
-попадание на нее моющих жидкостей и растворителей
-«хлопки» в выпуске разрушающие хрупкую керамику
-удары
— перегрев его корпуса из-за неправильно установленного угла опережения зажигания, сильно переобогащенной топливной смеси.
— Попадание на керамический наконечник датчика любых эксплуатационных жидкостей, растворителей, моющих средств, антифриза
— обогащенная топливно-воздушная смесь,
— сбои в системе зажигания, хлопки в глушителе
— Использование при установке датчика герметиков, вулканизирующихся при комнатной температуре или содержащих в своем составе силикон
— 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.
— Обрыв, плохой контакт или замыкание на «массу» выходной цепи датчика.
Ресурс датчика содержания кислорода в выхлопных газах обычно составляет от 30 до 70 тыс.км. и в значительной степени зависит от условий эксплуатации. Дольше служат, как правило, датчики с подогревом. Рабочая температура для них обычно 315-320°C.
Перечень возможных неисправностей лямбда-зонда:
-неработающий подогрев
-потеря чувствительности — уменьшение быстродействия
Причем это как правило самодиагностикой автомобиля не фиксируются.
Решение о замене датчика можно принять после его проверки на осцилографе.
Следует особо отметить, что попытки замены неисправного лямбда-зонда имитатором ни к чему не приведут — ЭБУ не распознает «чужие» сигналы, и не использует их для коррекции состава приготавливаемой горючей смеси, т.е. попросту «игнорирует».
Можно использовать и такой способ:
Если лямбда работала на нашем бензине более 2-3-х лет то можно не тратиться на ее проверку.
Ее стоит менять уже хотя бы по возрасту. Быстродействие все равно уже далеко от оптимального.
В автомобилях, система l-коррекции которых имеет два кислородных датчика, дело обстоит еще сложнее. В случае отказа второго лямбда-зонда (или «пробивки» секции катализатора) добиться нормальной работы двигателя сложно.
Как понять насколько работоспособен датчик?
Для этого потребуется осциллограф. Ну или специальный мотор-тестер, на дисплее которого можно наблюдать осциллограмму изменения сигнала на выходе ЛЗ. Наиболее интересными являются пороговые уровни сигналов высокого и низкого напряжения (со временем, при выходе датчика из строя, сигнал низкого уровня повышается (более 0,2В — криминал), а сигнал высокого уровня — снижается (менее 0,8В — криминал)), а также скорость изменения фронта переключения датчика из низкого в высокий уровень. Есть повод задуматься о предстоящей замене датчика, если длительность этого фронта превышает 300 мсек.
Это усредненные данные.
Возможные признаки неисправности датчика кислорода:
— Неустойчивая работа двигателя на малых оборотах.
— Повышенный расход топлива.
— Ухудшение динамических характеристик автомобиля.
— Характерное потрескивание в районе расположения каталитического нейтрализатора после остановки двигателя.
— Повышение температуры в районе каталитического нейтрализатора или его нагрев до раскаленного состояния.
— На некоторых автомобилях загорание лампы «СНЕСК ЕNGINЕ» при установившемся режиме движения
5. Как снять — установить.
Нужен подходящий ключ.
Для установки оптимально спец. высокая головка с прорезью для проводов и гранями снаружи.
Откручивать лучше на горячую, меньше риск сорвать прикипевшую резьбу.
Резьбовая часть как правило уже имеет спец смазку (высокотемпературную, токопроводящую). можно добавить и графитки.
Разъем надо поднять повыше оберегая от воды и грязи. Контакты смазать.
Если провода скручивались их тоже надо покрыть графиткой — окисляться не будут.
Насчет пайки надо хорошо подумать.
Дело в том что лямбда получает кислород по эл. проводам. Обратите внимание все разъемы лямбд непаянные а обжимные.
Полагаю лучше так и делать, обжимать-скручивать.
Снимать датчик стоит при работающем двигателе особого смысла нет. Он не так уж быстро остывает. А шанс получить пару ожогов есть реальный.
Просто пока трубопровод и датчик горячий.
После замены неплохо бы обнулить память путем снимания на 5-10 минут (-)клеммы с аккумулятора.
6. Для маргиналов. «Оживление» лямбды.
Во Владивостоке технология «оживления» лямбда-зонда уже отработана. Оказывается, достаточно продержать датчик десять минут в ортофосфорной кислоте при комнатной температуре, затем промыть водой — и он снова в строю. Правда, сигнал восстанавливается не сразу, а через час-полтора работы двигателя.
Для промывки датчик лучше вскрыть. На токарном стаже тонким резцом срезают у самого основания колпачок с отверстиями. Датчик (он представляет собой керамический стержень с напыленными платиновыми полосками) окунают в кислоту. Кислота разрушает нагар и свинцовую пленку на поверхности стержня. Важно не передержать датчик — могут разрушиться токопроводящие платиновые электроды. Зачищать его шкуркой или другим абразивом нельзя по той же причине. Очистив стержень от токопроводящей пленки, его промывают в воде и крепят колпачок каплей нержавеющей проволоки аргоновой сваркой.
Ученые из дальневосточного отделения РАН предлагают другой путь восстановления — более сложный и весьма надежный. Как известно из физики, плотность тока в газах определяется концентрацией ионов, их подвижностью и величиной заряда. В выхлопных газах ионы образуются от нагрева. Поскольку температура (стало быть, подвижность ионов) и напряженность поля (на электроды подается напряжение 1 В) известны, выходные его характеристики зависят лишь от концентрации ионов. Их замеряют осциллографом и частотомером (около 2 МГц). Далее на ультразвуковом диспергаторе в эмульсионном растворе проводится «мягкая зачистка» напыленных электродов. Возможен электролиз вязких металлов, осевших на их поверхности. При этом учитываются конструктивные особенности зонда и материал (металлокерамика или фарфор) с напылением малоинерционных металлов (платина, барий, цирконий и пр.). Восстановленный датчик испытывают приборами и устанавливают на автомобиль. Операцию можно проводить многократно.
Так российские инженеры и ученые доказали справедливость пословицы: «Голь на выдумки хитра», сумев разработать простую и остроумную технологию.
Источник
Лямбда — диагностика
Лямбда-зонд, устройство — диагностика
В современных системах управления впрыском топлива, едва ли не главную роль выполняет датчик содержания кислорода в выхлопных газах (Oxygen Sensor). Его часто называют лямбда-зонд или О2-датчик, иногда — датчик выхлопа. Задача лямбда-зонда состоит в том чтобы преобразовывать информацию о содержании кислорода в выхлопных газах в эл.сигнал, который, в свою очередь, считывается эл.блоком управления впрыском (ECU).
В современных двигателях оптимальной считается смесь с соотношением 14.7 частей воздуха к 1части топлива. Соотношение воздуха и топлива в составе топливной смеси определяется эл.блоком по полученным сигналам датчиков установленных на двигателе, качество же приготовленной смеси проверяется ECU по сигналам, введенного в обратную связь, датчика О2. При излишне обогащенной или обедненной топливной смеси, эл.блок корректирует ее приготовление с учетом показаний лямбда-зонда.
Т.к. датчик О2 выполняет в системе впрыска топлива одну из основных функций, работа двигателя во многом зависит от его исправного состояния. Самыми важными условиями работоспособности датчика содержания кислорода в выхлопных газах являются:
1. Обеспечение герметичности выхлопного тракта и непосредственно места установки датчика. При замене вышедшего из строя датчика О2 следует смазывать его резьбу специальной токопроводной смазкой для предотвращения заклинивания резьбового соединения. Не стоит применять для этого стандартные смазки, т.к. они не являются токопроводными, а резьбовая часть датчика является для него эл.контактом. Некачественный контакт (или контакт с большим сопротивлением эл.току) приведет к неправильной работе
лямбда-зонда. В некоторых конструкциях предусмотрена установка герметизирующей шайбы. Чаще всего эти шайбы являются одноразовыми и при демонтаже датчика подлежат замене.
2. Считается недопустимым попадание на корпус датчика тормозной или охлаждающей жидкости и других реактивов. Не следует применять для очистки его поверхности какие-либо растворители и активные моющие средства.
3. В связи с малыми рабочими токами, должны быть обеспечены надлежащие контакты в разъемах соединений эл.цепи и проводки датчика О2.
4. Существенно снизить ресурс лямбда-зонда может применение топлива, в состав которого входит высокое содержание свинца (эт.бензин).
5. К выходу из строя датчика может привести перегрев его корпуса. Перегрев может произойти из-за неправильно установленного угла опережения зажигания или сильно пере обогащённой топливной смеси. В свою очередь, топливная смесь может быть пере обогащена из-за забитого воздушного фильтра, неисправного регулятора давления топлива в системе, неработающего датчика температуры охлаждающей жидкости и др.
Функционально лямбда-зонд работает, как переключатель и выдает напряжение выше порогового (0.45V) при низком содержании кислорода в выхлопных газах. 
При высоком уровне кислорода датчик О2 снижает это пороговое напряжение ECU. При этом, важным параметром является скорость переключения датчика. В большинстве систем впрыска топлива О2-датчик имеет выходное напряжение от 40-100мВ. до 0.7-1В. Длительность фронта должна быть не более 120мСек. Следует отметить, что многие неисправности лямбда-зонда контроллерами не фиксируются и судить о его исправной работе можно только после
соответствующей проверки.
Проверку работоспособности датчика О2 лучше всего производить с помощью осциллографа. На Рис.3 показан сигнал нормально работающего лямбда-зонда на прогретом двигателе, работающего на ХХ.
На Рис.4 показан выходной сигнал еще работающего, но изрядно послужившего и практически забитого датчика О2. Данная осциллограмма зафиксировала падение амплитуды выходного сигнала ниже 0V, что говорит о неисправности датчика О2 . Данная неисправность датчика чаще всего фиксируется системой самодиагностики и на приборной панели загорается лампочка «CHECK ENGINE», которая сигнализирует о неисправности.
На Рис.5 представлена наиболее распространенная «болезнь» датчиков содержания кислорода в выхлопных газах, которая выражена в замедленной его реакции. Время фронта сигнала (t) значительно превышает 120 мСек. 
Данная неисправность датчика неминуемо вызывает увеличенный расход топлива и заметное снижение динамики автомобиля, а система самодиагностики ее не зафиксирует, т.к. данный параметр не отслеживается контроллером.
Неисправности «замерзших» датчиков О2 не фиксируются контроллером, т.к. амплитудные значения сигналов не выходят из заданного для них диапазона. В большинстве систем впрыска топлива неисправности датчиков могут быть зафиксированы только при выходе их сигнала из этого заданного диапазона. Чаще всего это 0-1В.
Таким образом, однозначно фиксируется только полное отсутствие сигнала и его минусовое значение, в этих случаях ошибка индицируется лампой «CHECK ENGINE». Однако, следует заметить, что в некоторых ECU предусмотрена возможность диагностики и обнаружения неисправности по косвенным признакам (соотношение показаний датчика скорости автомобиля или датчика положения коленвала, датчика положения дроссельной заслонки, расходомера воздуха и др.). В этих случаях индикация «СЕ» может быть включена.
При обнаружении неисправности О2-датчика, контроллер переходит в режим управления впрыском по усредненным параметрам и завышает обогащение топливной смеси в сравнении с обычным ее составом (
Внимание! Проверку работы датчика содержания кислорода в выхлопных газах следует проводить на прогретом двигателе и частоте вращения коленвала на оборотах обычного Х.Х.+1200. Щуп осциллографа необходимо подключать к сигнальному проводу О2 не отключая датчик от контроллера.
Ресурс датчика содержания кислорода в выхлопных газах обычно составляет от 30 до 70 тыс.км. и в значительной степени зависит от условий эксплуатации. Дольше служат, как правило, датчики с подогревом. Рабочая температура для них обычно 315-320ёC. В конструкцию этих датчиков включен нагревающий элемент, имеющий на разъеме свои контакты. Проверку работоспособности нагревательного элемента таких датчиков можно производить обычным омметром. Сопротивление их обычно составляет от 3 до 15 Ом.
Демонтаж неисправного лямбда-зонда следует производить при температуре двигателя около 50ёC, в противном случае, из-за заклинивания, велик риск сорвать резьбу. Перед тем, как приступать к демонтажу, необходимо при выключенном зажигании отсоединить разъем датчика. На некоторых автомобилях, чтобы снять датчик О2, необходимо демонтировать защитный кожух выпускного тракта. Признаком неисправного лямбда-зонда может служить повышение расхода топлива и ухудшение динамики автомобиля, при этом возможен неустойчивый холостой ход двигателя.
В большинстве своем, сходные по конструкции датчики являются взаимозаменяемыми. Возможна и замена не подогреваемых на подогреваемые О2 (обратную замену я не рекомендую). Однако часто возникает проблема несовместимости разъемов и отсутствие дополнительных проводов питания для подогревающего элемента. При этих заменах можно самостоятельно проложить дополнительные провода и подключить подогреватель к реле зажигания или реле эл. бензонасоса. При этом следует учитывать, что ток потребления подогревателя может составлять до 8-12А. Если есть возможность, лучше эту цепь подключить через дополнительное реле и предохранитель, как показано на Рис.9.
На Рис.10 показана схематика разъемов, которые чаще всего встречаются с распространенными датчиками содержания кислорода в выхлопных газах. Цветовая маркировка проводов, разъемов (и их конструкция) могут различаться и зависят от предприятия (фирмы) изготовителя конкретного датчика или автомобиля. Однако замечено, что сигнальный провод О2 чаще бывает более темного цвета, чем его подогревателя. Цветовая маркировка проводов подогревателя датчика, чаще всего бывает одноцветной (часто белого цвета), но отличной от сигнального провода.
В заключение хочу отметить, что датчик содержания кислорода в выхлопных газах устанавливается, как правило, в паре с катализатором. Многие автовладельцы считают, что они взаимосвязаны функционально и могут работать только в паре. Однако это не совсем так. В большинстве автомобилей лямбда-зонд установлен на выхлопном тракте до катализатора. В этом случае катализатор не может влиять на работу датчика, хотя обратная зависимость есть и заключается в том, чтобы система впрыска топлива регулировала топливную смесь не пере обогащая ее, таким образом продляя срок службы катализатора.
Некоторые автовладельцы самостоятельно заменяют вышедший из строя катализатор на резонатор и отключают лямбда-зонд. В этом случае ECU работает по усредненным значениям и не может обеспечить оптимального приготовления состава топливной смеси. Кроме того, добиться низкого уровня содержания СО в выхлопных газах на таких автомобилях бывает весьма проблематично. Часто в этих случаях после отключения аккумулятора работа двигателя становится неустойчивой и не всегда оптимизируется даже после значительного пробега автомобиля, т.к. не во всех ECU есть система коррекции режимов сохраняемых в оперативной памяти и, при отключении питания, ECU теряет эти значения. Восстановление этих значений порой может быть дороже стоимости нового катализатора вместе с О2.
Бесконтрольность датчика О2 может привести к его полному разрушению, а ведь его основу составляют керамические пластины. Самым серьезным следствием отключенного лямбда-зонда может стать вышедший из строя двигатель, т.к. на многих автомобилях из-за под растянувшегося ремня ГРМ (и не только) могут не плотно быть закрыты выпускные клапана в начале обратного хода поршня. В этот момент очень велик риск попадания керамики в камеру сгорания, а чем это грозит догадаться не трудно.
Если вы решили заменить катализатор на резонатор или просто его удалить, не стоит отключать лямбда-зонд, а если и он вышел из строя, то установите новый датчик. В автомобилях где лямбда-зонд установлен на катализаторе, дело обстоит еще сложнее, т.к. О2 контролирует уже очищенный выхлоп. В этом случае, если удален катализатор (даже если сохранен О2), добиться оптимальной работы двигателя бывает достаточно трудно, т.к. программа ECU может быть не рассчитана на более «грязный» выхлоп и часто воспринимает
это как неисправность лямбда-зонда.
Настоятельно рекомендую проверять работу датчика содержания кислорода в выхлопных газах не реже одного раза через каждые 5000-10000 км. пробега автомобиля. Решением данной проблемы контроля может стать установленный на приборной панели индикатор работы лямбда-зонда.
Замена на отечественный аналог
Сегодня с утра заехал в магазин на Варшавке. Попросил продавца показать мне 4х контактные зонды от десятки и от москвича. Путем сравнения моего неисправного зонда с ними и измерения резьбы выяснили — на Форд встанет как родной (только разъем надо переделывать).Я купил москвичевский (350 руб. Против 100 долл. за родной), потому что он брат-близнец моего (даже цвет проводов и их расположение в разъемах идентичны), за исключением разъема.
Приехал в гараж, срезал разъемы. Разъем от своего зонда соединил с проводами нового (скрутил и обълудил паяльником). Установил зонд на место, подключил разъем, завел двигатель (движок теплый, я на ней приехал) Оборты ХХ скакнули на 1500, через несколько секунд компьютер одумался, обороты упали примерно до 950-100 об/мин. Глушу движок и завожу снова, обороты 950-1000 (не могу сказать точно, стрелка на половину заходит на жирную черту означ. 1000 об/мин.)
Глушу двигатель, ставлю перемычку, подключаю светодиод. 1-ый тест, зажигание включено, двигатель не запускался — повторяется один код 11 (система неисправностей не обнаружила). Повторяю тест 3 раза, результат тот же. 2-ой тест (запускаю двигатель) — выдается один код 50 (машина европейская). Повторяю тест 3 раза, результат тот же.
Сажусь и еду на работу. По пути проверяю машину в разных режимах-поведение машины BEST. Реакция на нажатие педали газа на всех передачах мгновенная (с отключенным зондом замедленная). Расход топлива сказать пока не могу, проехал всего 25 км. Пока вроде все, будут вопросы спрашивайте.
Да! Лямбды на ВАЗ и АЗЛК делает BOSH и GM, они имеют европейский стандарт и продаются 2х, 3х и 4х контактные.
Я прикупил москвичевский ЛЗ, там провода такие — черный (ясно — сигал ЛЗ); серый (экран ЛЗ); и 2 белых (термоэлемент). Который из белых «заземление термоэлемента»? Или для термоэлемента постоянного тока «+» и «-» не имеют значения?
Следуй цвету проводов, два белых — равнозначны.
Берешь омметр. Находишь два провода, между которыми сравнительно небольшое сопротивление. Это обмотка нагревателя. Полярность не имеет значения. Находишь провод, который звонится на корпус — это масса. Методом исключения находишь сигнал. По идее, он не должен звониться никуда.
Источник