Лямбда-зонд

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

Ля́мбда-зонд (λ-зонд) — датчик остаточного кислорода в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания, газовых турбин или в дымовых газах различных топливосжигающих установок (например, в выпускном коллекторе двигателя внутреннего сгорания или дымоходе отопительного котла).

Позволяет оценивать количество оставшегося несгоревшего топлива либо остаточного кислорода в газообразных продуктах сгорания.

Получил название по распространённому в иноязычной технической литературе обозначению для коэффициента избытка воздуха — греческой буквой , в русскоязычной технической литературе этот коэффициент обычно обозначают греческой буквой .

Узкодиапазонный лямбда-зонд[править | править код]

LambdasondeRB.jpg

Лямбда-зонд порогового типа действует по принципу гальванического элемента / твердооксидного топливного элемента с твёрдым электролитом в виде керамики из диоксида циркония (ZrO2). Диоксид циркония легирован оксидом иттрия либо оксидом скандия, поэтому приобретает ионную проводимость для ионов кислорода O2−. Заметная проводимость по ионам кислорода начинается только при повышенной температуре керамики, свыше порядка 400 °C, поэтому во многих моделях лямбда-зондов предусмотрен подогрев чувствительного элемента (сенсора) электрическим подогревателем; в некоторых сенсорах нет принудительного подогрева, и их прогрев до рабочей температуры обеспечивается горячими выхлопными газами.

На обе поверхности керамической детали нанесены пористые электроды из платины. Помимо проведения тока, слой платины также служит катализатором окислительно-восстановительных реакций продуктов неполного сгорания топлива с остаточным кислородом в продуктах горения.

Один из электродов омывается горячими выхлопными газами, а второй — воздухом из атмосферы. Эффективное измерение состава отработавших газов лямбда-зонд обеспечивает после разогрева до рабочей температуры.

Если сенсор не имеет принудительного подогрева, то после запуска двигателя автоматика топливоподачи двигателя работает без обратной связи по коэффициенту избытка воздуха, и не корректирует состав топливовоздушной смеси по сигналу лямбда-зонда. После прогрева сенсора и появления от него представительного сигнала автоматика топливоподачи автомобиля переходит в режим работы с обратной связью, при котором соотношение топливо-воздух корректируется по показаниям лямбда-зонда в режиме реального времени.

Сигнал с датчика используется системой управления для поддержания оптимального, близкого к стехиометрическому соотношения топливо-воздух:

  •  — стехиометрическая (теоретически идеальная) смесь;
  •  — бедная смесь (избыток воздуха);
  •  — богатая смесь (избыток топлива, воздуха не хватает для полного сгорания).

Оптимальной с точки зрения экономичности является смесь немного беднее стехиометрической (). При слишком бедной смеси неэкономичность обусловлена потерями тепла на подогрев азота в избыточном воздухе; кроме того, при сжигании бедных смесей увеличивается концентрация экологически вредных оксидов азота в выхлопных газах. При горении богатых смесей, помимо прямых потерь энергии из-за неполного использования топлива, нежелательными побочными эффектами являются экологически вредное загрязнение атмосферы газообразными продуктами неполного сгорания топлива, — в основном, монооксидом углерода (угарным газом), — и сажеобразование в двигателе, что ведет к ухудшению его эксплуатационных характеристик и сокращению ресурса.

Сигнал лямбда-зонда не несёт точной информации о концентрации свободного кислорода или концентрации продуктов неполного сгорания в выхлопных газах, он только сигнализирует о том, есть ли свободный кислород в выхлопных газах или нет. Наличие свободного кислорода означает, что топлива в смеси должно быть больше, поскольку часть кислорода не израсходована на реакцию окисления топлива. И наоборот, если кислорода нет или очень мало, то требуется уменьшить подачу топлива.

Широкодиапазонный лямбда-зонд[править | править код]

Зависимость ЭДС потенциометрического лямбда-зонда от коэффициента избытка воздуха
Wbo2.png

Разновидность кислородного датчика.

Тип выходного сигнала широкодиапазонного датчика зависит от контроллера управления обрабатывающего сигнал датчика, может быть токовым или сигналом напряжения. Например, выходной ток контроллера широкодиапазонного 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 код]

Ссылки[править | править код]