Мал золотник, да дорог – пословица, как нельзя лучше характеризующая роль кислородного датчика в устройстве современного автотранспортного средства. При всей компактности размеров, он выполняет чрезвычайно важную функцию по контролю выбросов вредных веществ и обеспечению эффективной работы двигателя. Поэтому за 40 лет своего существования датчики кислорода стали важнейшим компонентом системы управления двигателем.
Датчики кислорода (также называемые лямбда-зондами) помогают контролировать расход топлива автомобиля, что способствует снижению объема вредных выбросов. Датчик непрерывно измеряет объем несгоревшего кислорода в выхлопных газах и передает эти данные в электронный блок управления (ЭБУ). На основании этих данных ЭБУ регулирует соотношение топлива и воздуха в топливовоздушной смеси, поступающей в двигатель, что помогает каталитическому нейтрализатору (катализатору) работать более эффективно и уменьшать количество вредных частиц в выхлопных газах.
Как поясняет Стефан Верхоеф, менеджер DENSO по продукту кислородные датчики, соотношение «воздух – топливо» крайне важно, поскольку оно влияет на эффективность работы каталитического нейтрализатора, снижающего содержание оксида углерода (CO), несгоревших углеводородов (CH) и оксида азота (NOx) в выхлопных газах. Для его эффективной работы необходимо наличие определенного количества кислорода в выхлопных газах. Датчик кислорода помогает ЭБУ определить точное соотношение «воздух – топливо» в смеси, поступающей в двигатель, передавая в ЭБУ быстроизменяющийся сигнал напряжения, который меняется в соответствии с содержанием кислорода в смеси: слишком высокого (бедная смесь) или слишком низкого (богатая смесь). ЭБУ реагирует на сигнал и изменяет состав топливовоздушной смеси, поступающей в двигатель. Когда смесь слишком богатая, впрыск топлива уменьшается. Когда смесь слишком бедная — увеличивается. Оптимальное соотношение «воздух – топливо» обеспечивает полное сгорание топлива и использует почти весь кислород из воздуха. Оставшийся кислород вступает в химическую реакцию с токсичными газами, в результате которой из нейтрализатора выходят уже безвредные газы.
Типы датчиков
Сегодня в транспортных средствах используются датчики трех основных типов. В самых современных автомобилях, соответствующих экологическим стандартам Евро 5 и Евро 6, чаще всего оснащенных турбонаддувом, с двигателями небольшого объема, но высокофорсированными, в качестве регулирующего, то есть первого датчика, устанавливаемого перед каталитическим нейтрализатором, применяются так называемые широкополосные датчики – air fuel ratio, контролирующие соотношение «топливо-воздух».
Регулирующий датчик непосредственно влияет на работу двигателя, имеющего инжекторную систему питания. В таких двигателях все процессы контролируются электронным блоком управления. И как раз кислородный датчик по составу отработавших газов позволяет электронному блоку понять, в какую сторону смещать угол зажигания, для того чтобы смесь сгорала более полно, а двигатель, как следствие, работал максимально эффективно и экологично.
Андрей Рыбкин, технический специалист, «НГК Спарк Плагс Евразия»:
— В отличие от более простых датчиков, которые повсеместно использовались прежде либо сейчас устанавливаются на автомобили низшихэкологических классов, эти датчики определяют именно соотношение «топливовоздух», а не просто интегрируют сигнал, как бинарные датчики.
Бинарные или, как их еще называют, циркониевые датчики сегодня ставятся вторыми, то есть диагностическими. Находясь после каталитическогонейтрализатора, они контролируют именно его работу, именно его исправность.
Стефан Верхоеф:
— Современные автомобили, дополнительно кроме датчика кислорода, расположенного перед катализатором, оснащаются и вторым датчиком,установленным после него. Первый датчик является основным и помогает электронному блоку управления регулировать состав топливовоздушнойсмеси. Второй датчик, установленный после катализатора, контролирует эффективность работы катализатора, измеряя содержание кислорода ввыхлопных газах на выходе. Если весь кислород поглощается химической реакцией, происходящей между кислородом и вредными веществами, тодатчик выдает сигнал высокого напряжения. Это означает, что катализатор работает нормально. По мере износа каталитического нейтрализаторанекоторое количество вредных газов и кислорода перестает участвовать в реакции и выходит из него без изменений, что отражается на сигналенапряжения. Когда сигналы станут одинаковыми, это будет указывать на выход из строя катализатора.
Третий тип — титановые датчики – во многом похожи на циркониевые датчики, но титановым датчикам для работы не требуется атмосферный воздух. Еще одним отличием титановых датчиков от других является передаваемый ими сигнал, который зависит от электрического сопротивления титанового элемента, а не от напряжения или силы тока. С учетом данных особенностей титановые датчики могут быть заменены только аналогичными, и другие типы лямбда-зондов не могут быть использованы.
Сигнал ошибки
Кислородные датчики – важнейшие датчики в системе управления двигателем, так как они позволяют ЭБУ управлять составом топливовоздушной смеси. Отказ датчика означает, что система управления двигателем не получает обратную связь в виде информации о концентрации кислорода в отработавших газах. Это вынуждает систему управлять двигателем по разомкнутому контуру, основываясь на предполагаемых значениях параметров, что приводит к снижению эффективности и увеличению уровня выбросов вредных веществ.
Стефан Верхоеф:
— В случае выхода из строя датчика кислорода ЭБУ не получит сигнала о соотношении топлива и воздуха в смеси, поэтому он будет задаватьколичество подачи топлива произвольно. Это может привести к менее эффективному использованию топлива и, как следствие, увеличению егорасхода. Это также может стать причиной снижения эффективности катализатора и повышения уровня токсичности выбросов.
Таким образом, ЭБУ использует сигналы, поступающие как от регулирующего, так и от диагностического датчика, и с их помощью обеспечивает оптимальный режим работы двигателя.
При этом, когда ЭБУ генерирует ошибку кислородного датчика, важно понимать, что далеко не всегда эта ошибка свидетельствует о неисправности самого датчика. Довольно часто она связана с некорректным смесеобразованием, и потому проблему следует искать не в датчике, а в соответствующих системах двигателя.
Впрочем, никогда не будет лишним провести первичную диагностику датчика: у циркониевых датчиков без особого труда можно оперативно проверить их цепь нагревателя.
Андрей Рыбкин:
— В некоторых автомобилях ошибки ЭБУ, связанные с датчиком кислорода, различаются: появляется либо ошибка чувствительного элемента датчика,либо ошибка цепи подогрева. Если диагност видит ошибку цепи подогрева, то в 99% случаев это говорит о проблеме с самим датчиком, а не ссистемой управления или подачи топлива.
Если же ошибки в блоке не дифференцируются и появляется просто ошибка по кислородному датчику, то можно отключить разъем и измеритьсопротивление цепи подогрева. На подавляющем большинстве цепь подогрева представляет собой два провода, которые маркируются одинаковымцветом изоляции. Например, у датчиков производства нашей компании эти провода имеют белый цвет изоляции, у других производителей он можетбыть иным, но практически все в целом соблюдают правило двух одинаковых проводов.
Что касается более сложных широкополосных датчиков, то с ними, к сожалению, такую первичную проверку не провести. Они тестируются с помощьюосциллографа по изменению выходного сигнала. Это уже более сложная диагностика.
То есть смотрим на проводку, находим два одинаковых провода, измеряем на них сопротивление и сверяемся со справочной литературой. Несколько самых ходовых номиналов сопротивления: 4,5 Ом, 6 Ом и 13 Ом. Если показатель сильно отличается – более чем на 1-1,5 Ом – датчик следует заменить.
Андрей Рыбкин:
— Если же в результате проверки выясняется, что сопротивление соответствует регламентированному, нужно смотреть дальше, проверяя, есть ли впринципе сигнал на сигнальных проводах датчика, может быть, там обрыв – это тоже будет понятно.
Если сигнал есть, то возникает два варианта: либо датчик менять, либо попытаться найти другие неисправности. Но, как правило, когда существуетпроблема не с датчиком, а с системами двигателя, то, скорее всего, ошибка в ЭБУ будет не одна: появятся ошибки по топливу, по зажиганию. И тогдауже, с большой вероятностью, причина неисправности не в датчике.
Подбор
Опытные эксперты уверяют: одна из самых распространенных ошибок, связанных с заменой кислородного датчика, – неправильный подбор. Датчики в отличие от многих других автокомпонентов, даже на одинаковых моделях автомобиля могут отличаться, например, в зависимости от рынка его сбыта.
Андрей Рыбкин:
— Часто путаются, например, с датчиками на Honda Accord, потому что есть и праворульные модификации для внутреннего рынка Японии, иевропейские модификации и американские. Поэтому нередко машины одного и того же года выпуска с одинаковой маркировкой двигателя, но дляразных рынков, имеют разную электрику и разные кислородные датчики. Причина в том, что эти машины рассчитаны на эксплуатацию в разныхтемпературных режимах.
Чтобы избежать такой путаницы, необходимо подбирать датчики строго по каталогу, желательно по его VIN, особенно, когда речь идет о достаточно редкой модели/модификации. А получив оригинальный артикул, воспользоваться кроссами на запчасти after-market.
В ассортименте многих премиальных поставщиков представлены и так называемые универсальные датчики, которые не имеют разъема и используют часть проводки от старого датчика.
Стефан Верхоеф:
— Специальные и универсальные датчики имеют разные способы установки. Специальные датчики уже имеют контактный разъем в комплекте иготовы к установке. Универсальные датчики могут не комплектоваться разъемом, поэтому нужно использовать разъем старого датчика.
Универсальные датчики естественно дешевле, это, скажем так, более бюджетное решение. Как правило, в каталогах вместе со специальным датчиком всегда указан универсальный, если существует возможность такой датчик установить.
Андрей Рыбкин:
— С универсальными датчиками надо всегда помнить, что все они только циркониевые. Для корректного монтажа к ним прилагается установочныйкомплект: специальные втулкипереходники, которыми проводка сжимается – рекомендуется использовать только этот установочный комплект, непаять провода датчика, так как пайка может изменить условия работы и при определенных обстоятельствах привести к искажению выходногосигнала.
Вот так мы плавно подошли к замене и монтажу датчика.
Замена и монтаж
Замена кислородных датчиков не вызывает серьезных сложностей, однако всегда надо строго придерживаться нескольких элементарных правил.
Во-первых, при затяжке кислородных датчиков, как и при фиксации многих других автокомпонентов, необходимо соблюдать предписанные моменты затяжки, потому что при перетяжке датчика значительно возрастает риск его повреждения.
Во-вторых, одна из самых частых поломок кислородных датчиков обусловлена попаданием масла в проводку. Причем зачастую масло может поступать достаточно экзотическими путями. Например, от негерметичного датчика давления масла в блоке цилиндров.
Андрей Рыбкин:
— В это сложно поверить, но такие ситуации довольно часты. Масло какимлибо образом попадает в проводку негерметичного датчика давлениямасла в блоке цилиндров. Благодаря капиллярному эффекту, молекулы масла перемещаются по проводам и достигают блока управления (егоосновного разъема) и дальше распространяются на провода датчика. Это, конечно, звучит странно, но надо понимать, что количество маслапредельно ничтожно, речь не идет о том, что масло выливается из проводов, но по факту достаточно и совершенно мизерной дозы, которая, попав впроводку датчика кислорода, нарушает его работу.
Поэтому прежде чем заменить датчик кислорода, внимательно осмотрите его. Если вы видите, что на разъеме налипла пыль, имеется масляный налет – это однозначное свидетельство присутствия масла. Следовательно, необходимо срочно проверить, каким образом оно здесь оказалось. В противном случае даже новый датчик быстро выйдет из строя, и такая поломка не будет рассматриваться как гарантийный случай, поскольку к ней привело внешнее воздействие, а не конструктивный дефект. Так что ищите утечку.
Особый случай, если можно так выразиться, «замены» кислородного датчика связан с его полным устранением из системы по тем или иным причинам. Такое еще происходит на рынке, поэтому мы считаем целесообразным дать несколько комментариев по этому поводу.
Итак, регулирующий датчик ни в коем случае никогда нельзя удалять, потому что его показаниями руководствуется ЭБУ для обеспечения корректной работы двигателя. Вторые датчики (стоящие после нейтрализатора) могут демонтировать как бы за ненужностью, но по факту они, как мы уже отметили, полностью контролируют работу самого нейтрализатора.
Если физически снять датчик возникнет ошибка, двигатель перейдет в аварийный режим, но посредством всевозможных программных манипуляций в блоке управления отключается сигнал с этого датчика и двигатель думает, что его в принципе нет. Естественно, такой двигатель никогда не будет соответствовать экологическим нормам, на которые он рассчитан.
Но это не самое страшное. Самое страшное в том, что абсолютно непонятно, какой эффект дают примененные программные средства и как их использование повлияет на смесеобразование. Очень часто подобная корректировка ЭБУ приводит к тому, что двигатель настраивается на совершенно неоптимальный режим работы с потерей мощности и высоким расходом топлива.
Однако, всегда следует помнить о том, что ситуацию можно отыграть обратно. Заводские прошивки блока управления известны, да и механически датчик вернуть на место не трудно.
Срок службы
Датчики в отличие от, допустим, свечей зажигания или тем более фильтров не являются расходным компонентом. Они не меняются по достижению определенного срока, а только в зависимости от состояния. В среднем, по опыту экспертов, если двигатель исправен, если нет никаких внешних проблем и топливо вполне удовлетворительно, то больше 100 тыс. км пробега датчики ходят спокойно.
Андрей Рыбкин:
— Возникают разные ситуации.
Помимо масла влага может проникать в контакты, но это всегда видно по окислению либо самих контактов, либо проводки. Датчик хоть игерметичен, но установлен снаружи, под днищем автомобиля, поэтому он подвергается сильному агрессивному воздействию внешней среды.
Стефан Верхоеф:
— DENSO рекомендует заменять датчик согласно указаниям автопроизводителя. Тем не менее, следует проверять эффективность работы датчикакислорода при каждом техобслуживании автомобиля. Для двигателей с длительным сроком эксплуатации или при наличии признаков повышенногорасхода масла интервалы между заменами датчика следует сократить.
Дело в том, что некачественное или загрязненное топливо может сократить срок службы и ухудшить эффективность работы кислородного датчика.Топливо может быть загрязнено присадками для моторных масел, присадками для бензина, герметиком на деталях двигателя и нефтянымиотложениями после десульфуризации. При нагреве свыше 700 °C загрязненное топливо выделяет вредные для датчика пары. Они влияют на работудатчика, образуя отложения или разрушая его электроды, что является распространенной причиной выхода датчика из строя. DENSO предлагаетрешение этой проблемы: керамический элемент датчиков DENSO покрыт уникальным защитным слоем оксида алюминия, который защищает датчик отнекачественного топлива, продлевая срок его службы и сохраняя его рабочие характеристики на необходимом уровне.
Мы не можем предугадать, какие задачи станут приоритетными для сегмента автомобильных компонентов. Однако мы уверены в том, что в процессе развития технологий и изменений законодательства кислородные датчики будут по-прежнему играть важнейшую роль в конструкции двигателя.
