Lambdasond ( λ-sond ) är en sensor för den relativa sammansättningen av förbränningsprodukter, som bestämmer förhållandet mellan bränsle och oxidationsmedel till stökiometrisk, som används i elektroniska styrsystem, till exempel i styrsystemet för en förbränningsmotor i bilar. För att en förbränningsmotor ska fungera är det nödvändigt att förbereda en blandning bestående av bränsle och luft. För att motorn ska fungera effektivt är det nödvändigt att bränsle-luftblandningen (FA) finns i förbränningskammaren i förhållandet 1:14,7. När motorn är igång bildas det önskade bränsleförhållandet genom att styra på- och avstängningstiderna för injektorerna, baserat på mängden luft som motorcylindrarna suger in, och som mäts samtidigt.massluftflödessensor . Lambdasonden låter dig justera det önskade förhållandet mellan luft-bränsleblandningen genom att bestämma mängden kvarvarande oförbränt bränsle eller syre i avgaserna , vilket också minskar mängden biprodukter från förbränningsprocessen som är skadliga för människor.
Lambdasondens funktion är baserad på Nernst- potentialen , som uppstår vid sensorkontakterna, gjord i form av porösa platinatjockfilmselektroder belagda med ett lager av keramisk spinell [1] .
Tröskeltyp lambda-sonden fungerar som en galvanisk cell / fast oxidbränslecell med ett fast elektrolytseparationsmembran tillverkat av yttriastabiliserad zirkoniumdioxid (ZrO 2 ) keramiska, porösa platinaelektroder sprutas över elektrolyten, som också är en katalysator för redox reaktioner. En av elektroderna spolas med heta avgaser (sensorns utsida) och den andra spolas med luft från atmosfären (sensorns insida). Permeabilitetseffekten av elektrolyten (ZrO 2 ) för O 2- joner uppnås vid en membrantemperatur över 300°C. För att manövrera sensorn behövs atmosfäriskt syre i en mycket liten mängd, därför, vanligtvis tätad till vatten, är sensorn gjord på ett sådant sätt att lite syre kommer in från ledningssidan.
Om avgaserna under driften av förbränningsmotorn innehåller produkter av ofullständig förbränning av bränsle, genererar en uppvärmd galvanisk cell under redoxreaktionen av produkter från ofullständig förbränning av bränsle i avgaser med atmosfäriskt syre en EMF på upp till 1,5 volt mellan membranets elektroder. Denna EMF på mer än 0,7-0,9 volt tolkas av bilens ECU-program som ett tecken på en "rik" bränsleblandning. Om koncentrationen av produkter från ofullständig förbränning av bränsle minskar i sammansättningen av avgaserna från utsidan av sensorn, minskar värdet på den genererade EMF i enlighet därmed, och om oreagerat syre finns i avgaserna istället för produkterna av ofullständigt förbränning av bränslet, då blir sensorns EMF nära noll på grund av lika redoxpotentialer på båda sidor av cellens keramiska membran. Ett EMF-värde på mindre än 0,1-0,2 volt tolkas av programmet i ECU:n som en "dålig" bränsleblandning. EMF för sensorn ~0,45 volt indikerar att den förbrända blandningen har ett stökiometriskt förhållande mellan bränsle och luft.
Strukturellt delas sensorerna med antalet ledningar och närvaron av ett värmeelement. Givare utan värmeelement använder 1 eller 2 ledare, med ett värmeelement - 3 eller 4 ledningar. Den första generationen av sensorer värmdes bara upp av avgaser, så de började ge en signal relativt sent efter att motorn startat. Sensorer med ett värmeelement som dök upp senare började sätta sensorn i drift mycket snabbt, vilket uppfyllde de ökade miljökraven, och gjorde det även möjligt att använda sensorn när avgastemperaturen inte räckte till.
I början av arbetet, efter att ha startat motorn, ger lambdasonden inga avläsningar, och ECU:n tvingas endast använda de injektionskartor som föreskrivs i den. Detta är ett öppet läge och det finns ingen korrigering av bränsleblandningen av lambdasonden i detta läge. När en signal från sensorn visas växlar bilens ECU till återkopplingsläge, där de ursprungliga bränslekartorna korrigeras baserat på avläsningarna från lambdasonden i realtid.
Signalen används av styrsystemet för att upprätthålla det optimala ( stökiometriska , cirka 14,7:1) luft-bränsleförhållandet.
Funktionen av sensorn är inte linjär i tiden, avläsningarna avviker från det optimala mycket snabbt, så ECU:n tvingas att ständigt justera blandningen. Samtidigt körs motorn sällan på den ideala stökiometriska sammansättningen av blandningen, men blandningen strävar ständigt efter att uppnå den ideala proportionen. Lambdasonden rapporterar inte exakt hur mycket syre som finns i avgaserna, den signalerar om det finns fritt syre i avgaserna eller inte. Att det finns fritt syre gör att det borde finnas mer bränsle i blandningen, eftersom en del av syret inte reagerade. Och vice versa, om det inte finns något eller mycket lite syre, är det nödvändigt att minska bränsletillförseln, särskilt eftersom om det finns för mycket bränsle, kommer detta att leda till utseendet av sot och det så kallade "smutsiga" avgaserna. I verkligheten är det omöjligt att uppnå och upprätthålla en idealisk stökiometrisk blandning under lång tid, eftersom det finns många faktorer som ständigt påverkar blandningsbildning och förbränning. Därför är målet inte själva uppnåendet av ett stökiometriskt förhållande, utan önskan om detta, genom att ständigt korrigera blandningen och stanna växelvis i ett "villkorligt fattigt" tillstånd, sedan i ett "villkorligt rikt" tillstånd, utan att avvika från det optimala sammansättning. Den korrekta driften av sensorn gör det möjligt att minimera skillnaden mellan det faktiska luft/bränsleförhållandet och det stökiometriska.
Spänningsgrafen från sensorn har vanligtvis formen av en sinusform med en ganska skarp övergång från höga till låga värden, och vice versa. Principen för cykeln är som följer: sensorn rapporterade att blandningen är "dålig" - ECU börjar gradvis lägga till bränsle; sedan rapporterar sensorn att blandningen har blivit "rik" - ECU:n börjar minska bränsletillförseln och så vidare hela tiden, medan återkopplingen är aktiv. Ändring av bränsletillförseln (som svar på avläsningarna av lambdasonden) utförs vanligtvis med två variabler i ECU - en "lång" korrigering och en "kort" korrigering, och de ingår i OBD-II diagnostisk standard . En kort korrigering gör att blandningen kan följa sensorn på en sekund. Den långa korrigeringen beräknas av ECU:n baserat på analysen av den korta korrigeringen och behövs för att förskjuta hela korrigeringen, och faktiskt anpassa sig till egenskaperna och tillståndet för ett visst motorprov. Varje korrigering kan ändra insprutningen inom de gränser som anges av tillverkaren, och om summan av de långa och korta korrigeringarna går utöver den allmänna gränsen, signalerar vanligtvis ECU:n ett blandningsbildningsfel med hjälp av "check engine"-indikatorn. ECU:n använder vanligtvis ett lambda-sondsåterkopplingsläge upp till en viss procent av den beräknade belastningen på motorn. Därefter stoppar ECU:n temporärt korrigeringsmoden, eftersom det finns en möjlighet till ineffektiv korrigering, och under dessa förhållanden är användningen av injektionskartor att föredra.
Eftersom en del syre måste finnas i avgaserna för korrekt efterförbränning av CO och CH i katalysatorn, kan en andra lambdasond placerad bakom eller inuti katalysatorn användas för mer exakt kontroll.
Typ av syresensor.
Huvudskillnaden mellan en brett spektrumsond och konventionella smalbandiga λ-sonder är kombinationen av sensorceller och så kallade pumpceller. Sammansättningen av dess gasinnehåll motsvarar konstant λ=1, vilket innebär en spänning på 450 millivolt för en sensorisk cell. Gasinnehållet i gapet, och därmed sensorspänningen, upprätthålls av olika spänningar som appliceras på pumpcellen. När blandningen är mager och sensorspänningen är under 450 millivolt, pumpar cellen ut syre ur diffusionskaviteten. Om blandningen är rik och spänningen är över 450 millivolt, vänder strömmen och de pumpande cellerna transporterar syre in i diffusionsspalterna. Samtidigt ställer det integrerade värmeelementet temperaturen på området från 700 till 800 grader. En sensor av LSU-typ, när den är nedsänkt i en oförbränd blandning som innehåller både bränsle och syre, kommer att indikera "överskottsluft", i motsats till tröskeln, vars signal måste tolkas som "överskottsbränsle".
Utsignalen från en bredområdessensor beror på dess styrenhet, den kan vara ström eller potential. Till exempel, utströmmen från bredbandssensorstyrenheten I pn och motsvarande värden på λ [2] :
| 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 |
Den största fördelen med en bredbandssond jämfört med en smalbandssond är elimineringen av cykling av diskreta avläsningar från magert till rikt. Styrenheten får information om graden av oöverensstämmelse mellan blandningen och det optimala värdet, och detta gör att den kan mer exakt och snabbare korrigera blandningen för att uppnå sin fullständiga förbränning utan fritt syre.