Кислород содержит отрицательно заряженные ионы, которые собираются на платиновых электродах, и когда датчик достигает температуры около +400°C, любая разность потенциалов образует электрическое напряжение. В случае, если смесь «бедная», содержание кислорода в отработавших газах высокое.
При сравнении с содержанием кислорода в атмосфере существует только очень маленькая разность потенциалов, и, как следствие, возникает небольшое напряжение (около 0,2–0,3 В). В случае, если смесь «богатая», содержание кислорода в отработавших газах низкое. Создается большая разность потенциалов, поэтому возникает относительно более высокое напряжение (0,7–0,9 В).
Система управления двигателем будет непрерывно подстраивать длительность импульсного сигнала под форсунки с целью выйти на среднее напряжение, составляющее около 0,4–0,6 В при значении лямбда около 1.0. Поскольку в процессе движения режимы работы двигателя постоянно изменяются, значение напряжения колеблется в обе стороны от среднего значения. Поэтому, данный датчик, в силу своей неспособности определить небольшие изменения в содержании кислорода, известен, как узкополосный.
Датчик, установленный после каталитического нейтрализатора отработавших газов, действует по тому же способу, что и датчик перед ним, но, с одним, очень большим отличием. После того, как газы были обработаны каталитическим нейтрализатором, содержание кислорода в них остается на неизменном уровне. Это обеспечивает постоянное напряжение около 0,4–0,6 В. Теперь, система управления двигателем может эффективно отслеживать работу каталитического нейтрализатора отработавших газов.
На текущий момент на каждом современном бензиновом автомобиле применяется не менее 2 зондов:
• верхний – основной зонд (расположен до катализатора)
• нижний (вспомогательный) – контрольный (расположен после катализатора).
Зависимость напряжения лямбда зонда от коэффициента избытка воздуха при температуре датчика +500…+800°С:
А – условная точка средних показаний (Uвых » 0,5 В, при L=1,0). (Обогащение смеси (уменьшение содержания О2 в выхлопе). Обеднение смеси (увеличение содержания О2 в выхлопе).
Для более быстрого выхода на рабочий режим используют принудительный подогрев. Нагревательный элемент расположен внутри керамического тела датчика и подключается к электросети автомобиля.
Лямбда зонд обеспечивает эффективное измерение остаточного кислорода в отработавших газах после разогрева до температуры +300…+400°С. В таких условиях стабилизированный иттрием циркониевый электролит приобретает нужную степень проводимости, а разница в количестве атмосферного кислорода и кислорода в выхлопной трубе ведет к появлению на электродах лямбда зонда выходного напряжения.
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).
Особенностью циркониевого лямбда зонда является то, что при малых отклонениях состава смеси от идеального состава, напряжение на его выходе изменяется скачком в интервале 0,1 — 0,9 В.
Различают несколько классификаций автомобильных кислородных датчиков:
• По количеству проводов: 1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-контактные датчики.
• По дизайну сенсорного элемента: «наперсточные» и пластинчатые (планарные).
• По способу крепления в выхлопную трубу: резьбовые и фланцевые.
• По ширине измерений значений «лямбды»:
- узкополосные (детектируют лямбду при величине >1);
- широкополосные (детектируют лямбду от 0,7 до 1.6).
На текущий момент на каждом современном бензиновом автомобиле применяется не менее 2 зондов:
Верхний – основной зонд (расположен до катализатора);
Нижний (вспомогательный) – контрольный (расположен после катализатора).
На вторичном рынке массовый спрос да датчики 1-3 поколения типа «наперстка», для автомобилей, выпущенных с 2000г в соответствии с требованиями Евро-2…Евро-4.
Второй по популярности «планарный» тип для автомобилей выпущенных с 2010г в соответствии с Евро-4…Евро-5.(первичный и вторичный рынок).
Перспективный тип - «широкополосный» для норм Евро-5 и выше (в основном, первичный рынок).