Почему расход топлива при температуре до 20 градусов в норме, а при понижении температуры резко увеличивается?

Лямбда зонт даёт команду лить больше бензина, потому что при снижении температуры падает сопротивление датчика .Как только температура подросла-сопротивление стабилизировалось.

Если мотор не нагревается до рабочей темпиратуры или долго выходит на неё - расход выше процентов на 40-50.

При морозах в воздухе значительно снижается % кислорода.
Работа двигателя авто настроенно так что наиболее эффективно когда пропорция бензин - воздух составляет 1 к 15.
Но дело в том что от нехватки кислорода сгорание бензина не полное ( ккал )
А значит снижение мощности и расход топлива.
Хотя заметьте что пропорции СОБЛЮДЕНЫ т. е по обьему проходит нужное кол-во воздуха, но с уменьшеным содержанием кислорода .И это только часть причин, Есть еще другие физические причины - густение смазки что вызывают повышенное сопротивление и трение узлам

воздуха не хватает.

Ну лямбда зонд здесь вообще не при делах, он отвечает за качество смеси и при этом не измеряет температуру, да и стоит он в выхлопной системе, где уровень температурный много выше атмосферного, датчик кислорода по другому его называют, считывает параметры сжигания топлива.
Ну а в Вашем случае авто работает при понижении температуры не в оптимальном режиме. Даже при нормальной температуре ОЖ в системе, пусть хоть кипит, воздух во входящий трубопровод для смеси должен быть подогретый, т. е. берется в забор он от горячего коллектора. Датчик температуры смеси это фиксирует и команда на мозг о повышении оборотов не поступает. Ну а в противном случае и обороты выше, на 0.5 хотя бы, а из-за них и смесь более богатая идет. Массовый расход воздуха больше, соответственно и бензина надо больше для сбаллансирования смеси.
Так что цепочка простая.... холодный воздух - команда на прогрев и поднятие оборотов с датчика температуры смеси - команда на датчик дроссельной заслонки о поднятии оборотов - поднятие провоцирует больший расход воздуха, фиксируется ДМРВ и подает команду - Эбу через кислородный датчик прибавляет колличество топлива и отсюда и расход.
Гофру на забор воздуха для зимы переставьте. Либо проверьте автоматический переключатель заслонки во впускном трубопроводе воздуха и поменьше газуйте.

Потому-что мног тратиться на обогрев движка1

Значит ниже -20 в твоей машине масла и смазки в узлах (КПП, редукторы, подшипники и т. п. ) начинают резко загустевать и сопротивление движению деталей резко повышается. Соответственно и двигателю приходится работать с повышенной нагрузкой, чтобы сдвигать их с места. Если есть в авто компьютер, то он для этого льет больше бензина, основываясь на датчиках. Вот расход топлива и растет.

Вода тоже затвердевает, превращаясь в лед, в диапазоне температур всего в полградуса. Также и масло, до -20 оно остается довольно жидким, а потом за 2-3 градуса ниже его вязкость резко повышается.

от температуры и зависит! Машине холодно она греется! Когда вам холодно обогреватель же включаете:)

смотря на какой машине, дизель или бензин...

больше идет на обогрев

при снижении температуры, плотность топлива меняется. следовательно объём топлива в баке значительно уменьшается, плюс нехватка кислорода. а если нагреть тоже количество топлива, то объем увеличится.