A lambdaszonda ( λ szonda ) az égéstermékek relatív összetételének érzékelője , amely meghatározza az üzemanyag és az oxidálószer sztöchiometrikus arányát, amelyet elektronikus vezérlőrendszerekben használnak, például autók belső égésű motorjának vezérlőrendszerében. A belső égésű motor működéséhez üzemanyagból és levegőből álló keveréket kell készíteni. A motor hatékony működéséhez szükséges, hogy az üzemanyag-levegő keverék (FA) 1:14,7 arányban legyen az égéstérben. Amikor a motor jár, a kívánt üzemanyag-arányt az injektorok be- és kikapcsolási idejének szabályozásával alakítják ki, a motorhengerek által beszívott levegő mennyisége alapján, amelyet a légtömeg-érzékelő mért . A lambda szonda lehetővé teszi a levegő-üzemanyag keverék kívánt arányának beállítását a kipufogógázokban megmaradt el nem égett üzemanyag vagy oxigén mennyiségének meghatározásával , ami egyben csökkenti az égési folyamat emberre káros melléktermékeinek mennyiségét is.
A lambda szonda működése az érzékelő érintkezőinél fellépő Nernst -potenciálon alapul , amely porózus platina vastagrétegű elektródák formájában, kerámia spinellel bevonva [1] .
A küszöb típusú lambda szonda galvanikus cella / szilárd oxid üzemanyagcellaként működik, ittrium- stabilizált cirkónium-dioxid (ZrO 2 ) kerámiából készült szilárd elektrolit elválasztó membránnal, porózus platina elektródákat szórnak az elektrolitra, amely egyben a redox katalizátora is. reakciók. Az egyik elektródát forró kipufogógázokkal öblítik (az érzékelő külső oldala), a másodikat pedig a légkörből származó levegővel (az érzékelő belső oldala). Az elektrolit (ZrO 2 ) O 2 -ionok permeabilitási hatása 300°C feletti membránhőmérsékleten érhető el. Az érzékelő működéséhez nagyon kis mennyiségben van szükség légköri oxigénre, ezért általában vízhez tömítve az érzékelőt úgy készítik el, hogy a vezetékek felől kevés oxigén kerüljön be.
Ha a belső égésű motor működése során a kipufogógázok az üzemanyag tökéletlen égésének termékeit tartalmazzák, egy felhevített galvánelem a kipufogógázokban lévő tüzelőanyag tökéletlen égésének termékeinek légköri oxigénnel történő redoxreakciója során legfeljebb 1,5 EMF-et generál. volt a membrán elektródái között. Ezt a 0,7-0,9 voltnál nagyobb EMF-et az autó ECU-programja a "dús" üzemanyag-keverék jeleként értelmezi. Ha a tüzelőanyag tökéletlen égéséből származó termékek koncentrációja az érzékelőn kívülről érkező kipufogógázok összetételében csökken, akkor a keletkező EMF értéke ennek megfelelően csökken, és ha a nem teljes termék helyett a kipufogógázokban reagálatlan oxigén van jelen. A tüzelőanyag elégetésekor az érzékelő EMF értéke nulla közelébe kerül a redoxpotenciálok egyenlősége miatt a cella kerámia membránjának mindkét oldalán. A 0,1-0,2 voltnál kisebb EMF-értéket a program az ECU-ban „rossz” üzemanyag-keverékként értelmezi. Az érzékelő EMF értéke ~0,45 volt azt jelzi, hogy az elégetett keverékben az üzemanyag és a levegő sztöchiometrikus aránya van.
Szerkezetileg az érzékelők el vannak osztva a vezetékek számával és a fűtőelem jelenlétével. A fűtőelem nélküli érzékelők 1 vagy 2 vezetéket használnak, fűtőelemmel pedig 3 vagy 4 vezetéket. Az érzékelők első generációja csak a kipufogógázoktól melegedett fel, így a motor beindítása után viszonylag későn kezdtek jelet adni. A később megjelent fűtőelemmel ellátott érzékelők nagyon gyorsan kezdték üzembe helyezni az érzékelőt, ami megfelelt a megnövekedett környezetvédelmi követelményeknek, és lehetővé tette az érzékelő használatát akkor is, amikor a kipufogógáz hőmérséklete nem volt elegendő.
A munka elején, a motor indítása után a lambda szonda nem ad leolvasást, és az ECU kénytelen csak a benne előírt befecskendezési térképeket használni. Ez egy nyílt hurkú üzemmód , és ebben az üzemmódban a lambda-szonda nem korrigálja az üzemanyag-keveréket. Amikor megjelenik az érzékelő jele, az autó ECU-ja visszacsatoló üzemmódba kapcsol, amelyben a lambda szonda valós idejű leolvasása alapján korrigálják az eredeti üzemanyagtérképeket.
A jelet a vezérlőrendszer az optimális ( sztöchiometrikus , kb. 14,7:1) levegő-üzemanyag arány fenntartására használja.
Az érzékelő működése időben nem lineáris, a leolvasások nagyon gyorsan eltérnek az optimálistól, ezért az ECU kénytelen folyamatosan módosítani a keveréket. Ugyanakkor a motor ritkán működik a keverék ideális sztöchiometrikus összetételén, de a keverék folyamatosan törekszik az ideális arány elérésére. A lambdaszonda nem jelzi pontosan, hogy mennyi oxigén van a kipufogógázokban, jelzi, hogy van-e szabad oxigén a kipufogóban vagy sem. Az a tény, hogy van szabad oxigén, azt jelenti, hogy több üzemanyagnak kell lennie a keverékben, mivel az oxigén egy része nem reagált. És fordítva, ha nincs oxigén vagy nagyon kevés, akkor csökkenteni kell az üzemanyag-ellátást, különösen azért, mert ha túl sok az üzemanyag, ez korom és az úgynevezett „piszkos” kipufogógáz megjelenéséhez vezet. A valóságban lehetetlen ideális sztöchiometrikus keveréket elérni és hosszú ideig fenntartani, mivel számos tényező folyamatosan befolyásolja a keverék képződését és égését. Ezért nem maga a sztöchiometrikus arány elérése a cél, hanem az erre való törekvés, a keverék folyamatos korrigálásával és felváltva maradva "feltételesen szegény", majd "feltételesen gazdag" állapotban, anélkül, hogy az optimálistól eltérnénk. fogalmazás. Az érzékelő helyes működése lehetővé teszi a tényleges levegő/üzemanyag arány és a sztöchiometrikus arány közötti különbség minimalizálását.
Az érzékelőtől származó feszültséggrafikon általában szinusz alakú, meglehetősen éles átmenettel a magas értékekről az alacsony értékekre, és fordítva. A ciklus elve a következő: az érzékelő azt jelentette, hogy a keverék "rossz" - az ECU fokozatosan elkezdi az üzemanyagot hozzáadni; akkor az érzékelő jelzi, hogy a keverék "dús" lett - az ECU elkezdi csökkenteni az üzemanyag-ellátást, és így tovább, miközben a visszacsatolás aktív. Az üzemanyag-ellátás megváltoztatása (a lambda-szonda leolvasására válaszul) általában az ECU két változójával történik - egy „hosszú” korrekcióval és egy „rövid” korrekcióval, és ezeket az OBD-II diagnosztikai szabvány tartalmazza . Egy rövid korrekció lehetővé teszi, hogy a keverék egy másodperc alatt kövesse az érzékelőt. A hosszú korrekciót az ECU számítja ki a rövid korrekció elemzése alapján, és a teljes korrekció eltolásához szükséges, igazodva egy adott motorminta jellemzőihez és állapotához. Minden korrekció módosíthatja a befecskendezést a gyártó által meghatározott határokon belül, és ha a hosszú és rövid korrekciók összege meghaladja az általános határértéket, akkor általában az ECU a „check engine” jelzővel keverékképződési hibát jelez. Az ECU általában lambda szonda visszacsatolási módot használ a motor számított terhelésének egy bizonyos százalékáig. Ezután az ECU ideiglenesen leállítja a korrekciós módot, mivel fennáll a nem hatékony korrekció lehetősége, és ilyen körülmények között előnyösebb a befecskendezési térképek használata.
Mivel némi oxigénnek jelen kell lennie a kipufogógázban a CO és CH megfelelő utóégetéséhez a katalizátorban, a katalizátor mögött vagy belsejében elhelyezett második lambda szonda használható a pontosabb szabályozáshoz.
Az oxigénérzékelő típusa.
A fő különbség a széles tartományú szondák és a hagyományos keskeny sávú λ szondák között az érzékelőcellák és az úgynevezett pumpás cellák kombinációja. Gáztartalmának összetétele állandóan λ=1-nek felel meg, ami 450 millivoltos feszültséget jelent egy érzékszervi cellára vonatkoztatva. A rés gáztartalmát és ezzel együtt az érzékelő feszültségét a szivattyúcellára adott különféle feszültségek tartják fenn. Ha a keverék sovány és az érzékelő feszültsége 450 millivolt alatt van, a cella oxigént pumpál ki a diffúziós üregből. Ha a keverék dús és a feszültség 450 millivolt felett van, az áram megfordul, és a pumpáló cellák oxigént szállítanak a diffúziós résekbe. Ugyanakkor az integrált fűtőelem 700 és 800 fok között állítja be a terület hőmérsékletét. Az LSU típusú szenzor, ha egy üzemanyagot és oxigént is tartalmazó el nem égett keverékbe merítjük, „felesleges levegőt” fog jelezni, ellentétben a küszöbértékkel, amelynek jelét „többlet üzemanyagként” kell értelmezni.
Egy széles tartományú érzékelő kimeneti jele a vezérlő vezérlőjétől függ, lehet áram vagy potenciál. Például a szélessávú szenzorvezérlő I pn kimeneti árama és a megfelelő λ [2] értékei :
| Ipn , mA | −5.000 | -4.000 | -3.000 | -2.000 | −1.000 | -0.500 | 0.000 | 0.500 | 1.000 | 1.500 | 2.000 | 2.500 | 3.000 | 4.000 |
| λ | 0,673 | 0,704 | 0,753 | 0,818 | 0.900 | 0,948 | 1.000 | 1.118 | 1.266 | 1.456 | 1.709 | 2,063 | 2.592 | 5.211 |
A szélessávú szondák fő előnye a keskeny sávú szondákkal szemben, hogy kiküszöböli a diszkrét leolvasások ciklikusságát a soványtól a gazdagig. A vezérlőegység információt kap a keverék és az optimális érték közötti eltérés mértékéről, és ez lehetővé teszi a keverék pontosabb és gyorsabb korrigálását, hogy elérje a teljes égést szabad oxigén nélkül.