Лямбда-зонд

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Oxygen sensor.gif

Лямбда-зонд (λ-зонд) — датчик кислорода (например: в выпускном коллекторе двигателя или дымоходе отопительного котла). Позволяет оценивать количество оставшегося свободного кислорода в выхлопных газах.

LambdasondeRB.jpg

Лямбда-зонд действует по принципу гальванического элемента с твердым электролитом в виде керамики из диоксида циркония (ZrO2). Керамика легирована оксидом иттрия, а поверх неё напылены токопроводящие пористые электроды из платины. Один из электродов «дышит» выхлопными газами, а второй — воздухом из атмосферы. Эффективное измерение остаточного кислорода в отработавших газах лямбда-зонд обеспечивает после разогрева до определенной температуры (для автомобильных двигателей 300—400 °C). Только в таких условиях циркониевый электролит приобретает проводимость, а разница в количестве атмосферного кислорода и кислорода в выхлопной трубе ведет к появлению на электродах лямбда-зонда выходного напряжения.

При одинаковой концентрации кислорода с обеих сторон электролита, датчик находится в равновесии и его разность потенциалов равна нулю. Если на одном из платиновых электродов концентрация кислорода изменяется, то появляется разность потенциалов, пропорциональная логарифму концентрации кислорода на рабочей стороне датчика. При достижении стехиометрического состава горючей смеси, концентрация кислорода в выхлопных газах падает в сотни тысяч раз, что сопровождается скачкообразным изменением э.д.с. датчика, которая фиксируется высокоомным входом измерительного устройства (бортового компьютера автомобиля).

Первые «лямбда-зонды» были резистивными, то есть изменяли свое сопротивление. Современные датчики работают как пороговые элементы.

Сигнал используется системой управления для поддержания оптимального (стехиометрического, около 14,7:1) соотношения топливной смеси. В стехиометрии — λ = (реальное к-во воздуха) / (необходимое к-во воздуха).

  • λ=1 — стехиометрическая (теоретически идеальная) смесь;
  • λ>1 — бедная смесь;
  • λ<1 — богатая смесь (избыток бензина, воздуха не хватает для полного сгорания).
Поскольку некоторое количество кислорода должно присутствовать в выхлопе для нормального дожигания СО и СН на катализаторе, для более точного регулирования используют второй датчик, расположенный за катализатором.
O2SENSOR.png

Широкополосный лямбда-зонд[править | править исходный текст]

Разновидность кислородного датчика.

Wbo2.png

Основная разница зонда с широкой панелью LSU 4 по отношению к обычным λ-зондам — это комбинация сенсорных ячеек и так называемых накачивающих ячеек. Ячейки разделены диффузионным зазором шириной от 0,01 до 0,05 мм. Состав его газового содержимого постоянно соответствует λ=1, что для сенсорной ячейки значит напряжение в 450 милливольт. Содержание газа в зазоре и вместе с ним напряжение сенсора поддерживаются посредством различных напряжений, прикладываемых к накачивающей ячейке. При бедной смеси и напряжении сенсора ниже 450 милливольт ячейка выкачивает кислород из диффузионной полости. Если смесь богатая и напряжение лежит выше 450 милливольт, ток меняет свое направление, и накачивающие ячейки транспортируют кислород в диффузионные расщелины. При этом интегрированный нагревающий элемент устанавливает температуру области от 700 до 800 градусов.

При отказе датчика система переходит в аварийный режим без коррекции содержания воздуха в смеси.

Одной из основных причин отказа датчика в автомобиле (в России) являлось его «отравление» тетраэтилсвинцом. По мере перехода на качественный неэтилированный бензин эта проблема уходит в прошлое.

Ток широкополосного датчика Ipn и соответствующие значения λ[1]:

Ipn, мА −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

Примечания[править | править исходный текст]

Ссылки[править | править исходный текст]