Jakou roli a význam má vyhřívání lambda sondy ve výfukovém systému a proč je nedílnou součástí vozu?

Kyslíkový senzor je určen ke stanovení zbytkového obsahu kyslíku ve výfukových plynech motoru automobilu. Je instalován ve výfukovém systému v blízkosti katalyzátoru a přenáší informace o obsahu kyslíku v plynech do elektronické řídicí jednotky motoru. Data ze snímače se používají k nastavení optimálního poměru směsi paliva a vzduchu. Senzor je také známý jako lambda sonda, protože používá řecké písmeno „lambda“ k označení poměru přebytečného vzduchu ve směsi.

Princip činnosti

Při běžícím motoru dochází k nerovnoměrnému rozložení koncentrace kyslíku uvnitř a vně výfukového systému. Tento rozdíl vede k pohybu iontů kyslíku v pevném elektrolytu, což vytváří potenciálový rozdíl na elektrodách měřicího zařízení a vytváří signál z kyslíkového senzoru. Reakce na chudé a bohaté směsi se liší, nicméně při poklesu teploty pod 300 stupňů se rozdíl snižuje díky tomu, že zóna přestává být aktivní. Pro urychlení zahřívání snímače po nastartování motoru je umístěn co nejblíže motoru při respektování limitu maximální provozní teploty.

Co je lambda sonda

Lambda sonda dostala svůj název podle poměru přebytečného vzduchu, označovaného řeckým písmenem λ (lambda). Používá se v emisním systému vozidla k regulaci složení výfukových plynů, což umožňuje udržovat optimální poměr směsi paliva a vzduchu. To je důležité pro zajištění účinného spalování a snížení emisí škodlivých látek do atmosféry. U sovětských motorů bylo obtížnější dosáhnout tohoto poměru než u moderních vozů s energetickými systémy a elektronickým vstřikováním paliva interagujícím s lambda sondou.

Měření přebytečného vzduchu ve směsi

Pro stanovení přebytečného vzduchu se měří obsah zbytkového kyslíku ve výfukových plynech. Proto je snímač instalován přímo před katalyzátorem. Ke zpracování signálu ze snímače slouží elektronická jednotka systému řízení vstřikování paliva, která optimalizuje složení směsi. Může snížit nebo zvýšit množství paliva vstupujícího do válců.

Některé vozy jsou vybaveny dvěma lambda sondami ve výfukových systémech: jedna před katalyzátorem a jedna za ním. Použití dvojice snímačů je nutné pro zvýšení přesnosti palivové směsi a zlepšení výkonu katalyzátoru.

Jak funguje lambda sonda?

Měření složení výfukových plynů pomocí lambda sondy je možné při teplotě 300-400 stupňů. V tomto případě se zirkoniový elektrolyt stává vodivějším, což vede ke vzniku výstupního napětí na elektrodách snímače. Během spouštění a zahřívání motoru není tento snímač aktivován. V této fázi sledování kvality palivové směsi je zodpovědný snímač polohy škrticí klapky, snímač teploty kapaliny chladicího systému a snímač otáček klikového hřídele. Pro zajištění provozu snímače při nízkých teplotách se používá nucený ohřev součásti.

Pokud lambda sonda nefunguje správně, ECU vybere průměrné provozní parametry na základě dat z paměti. To může vést k tomu, že parametry směsi paliva a vzduchu nebudou ideální. Porucha snímače způsobuje zvýšenou spotřebu paliva, nestabilní volnoběh, zvýšenou hladinu oxidu uhličitého ve výfuku a snížený výkon motoru. Doba provozu lambda sondy závisí na kvalitě použitého paliva. Nekvalitní benzín použitý několikrát za sebou může vést k poruše senzoru. Jeho životnost je obvykle 40-80 tisíc kilometrů. Optimální poměr směsi je 1 díl paliva na 14,7 dílů vzduchu. Odchylka v jakémkoli směru ukazuje na bohatou nebo chudou směs. Aby katalyzátor fungoval efektivně, je přijatelná odchylka až 1 %.

Drahé kovy obsažené v sondě

K vytvoření odolného keramického elektrolytu pro galvanické články se používá oxid zirkoničitý s přídavkem oxidu yttria. Elektrody jsou potaženy vrstvou platiny. Množství drahých kovů je extrémně malé, takže těžit je doma je zbytečné. Opotřebovaný senzor lze recyklovat spolu s katalyzátorem.

Rozsah kyslíkových senzorů

Sonda zirkoniového senzoru je umístěna před katalyzátorem a je schopna generovat záporné i kladné napětí. Jmenovité napětí pro něj je 0,45 V a může se lišit od 0,1 V do 0,9 V. Rozdíl oproti titanovému senzoru spočívá v tom, že zirkoniový senzor generuje napětí nezávisle. Je důležité si uvědomit, že během oprav nemůžete připojit vodiče k senzoru, protože jeho izolace obsahuje kanály potřebné pro průchod referenčního vzduchu. Bez tohoto vzduchu senzor přestane fungovat.

Širokopásmový snímač je pokročilý design sondy. Je schopen nejen určit, zda je směs bohatá nebo chudá při vstupu do válců, ale také posoudit míru odchylky. Podle těchto charakteristik má větší přesnost a reaguje na změny ve složení výfukových plynů. Kyslíkový senzor vyžaduje pro zapnutí zahřátí na 350 stupňů, ale širokopásmový senzor poskytuje vyšší teplotu díky přítomnosti přídavného topného článku.

V závislosti na struktuře existují dva typy lambda sond: point-to-point a širokopásmové. Před i za neutralizátorem je instalován dvoubodový snímač. Jeho funkcí je sledovat poměr přebytečného vzduchu ve směsi paliva a vzduchu měřením koncentrace kyslíku ve výfukových plynech. Senzor je keramický prvek potažený z obou stran oxidem zirkoničitým a pro měření využívá elektromechanickou metodu. Jedna z elektrod je v kontaktu s výfukovými plyny a druhá s atmosférickým vzduchem.

Princip činnosti dvoubodového senzoru je založen na měření obsahu kyslíku v atmosféře a výfukových plynů. Různé koncentrace kyslíku vedou ke vzniku napětí na koncích elektrody. Vyšší koncentrace kyslíku vede k poklesu napětí a naopak. Přijatý elektrický signál je přenášen do elektronické řídicí jednotky, která vydává příslušné příkazy řídicímu systému vozidla.

Širokopásmový snímač je moderní modifikace lambda sondy, sloužící jako vstupní snímač pro katalyzátor. K určení hodnot lambda využívá čerpací proud. Skládá se ze dvou komponent – ​​point-to-point a pumping. Vstřikování je fyzikální proces, při kterém kyslík z plynů prochází vstřikovacím prvkem pod vlivem daného proudu. Činnost širokopásmového snímače je založena na udržování konstantního napětí mezi elektrodami. S klesající koncentrací kyslíku ve výfukových plynech se zvyšuje napětí mezi elektrodami. Přijatý signál je přenášen do ECU, kde je generován proud o určité síle. Tento proud zajišťuje čerpání do měřicí mezery a hodnota napětí dosahuje stanovené normy. Aktuální hodnota se používá k měření koncentrace kyslíku ve výfukových plynech, její analýza je prováděna ECU a převedena na regulační účinek na akční prvky vstřikovacího systému.

Známky nefunkční lambda sondy

Existuje hlavní znak, který umožňuje určit možnou poruchu sondy – zvýšení spotřeby paliva při normální jízdě. Existují i ​​jiné důvody, ale porucha lambda sondy vede k výraznému zvýšení spotřeby paliva vozidla. Vadný lambda sonda také způsobí zvýšení množství paliva ve směsi. Kromě toho se poznamenává:

• Nalévací svíčky;
• Špatné startování motoru;
• Vypínání motoru při volnoběhu;
• Obrat je nestabilní.

Pokud se rozhodnete otestovat funkčnost některého komponentu, je důležité začít kontrolou správné funkce topného tělesa. Obvykle je jeho odpor 10 ohmů a k měření se používá multimetr, který je připojen ke svorce topného tělesa. Pokud je topné těleso vadné, může čidlo správně fungovat až po dlouhodobém používání.

Pro kontrolu pracovního prvku použijte multimetr v režimu měření stejnosměrného napětí. K tomuto účelu můžete na výstup lambda sondy připojit voltmetr. Existují speciální diagnostické skenery, které pomáhají sledovat stav senzorů v reálném čase.

Před rozhodnutím o koupi nového snímače je nutné provést analýzu stavu jeho pracovní plochy. Existují různé příznaky, které naznačují možné problémy:

• Přítomnost sazí může indikovat přítomnost přebytečné směsi;
• Šedý nebo bílý povlak indikuje přítomnost aditiv v oleji nebo palivu;
• Lesklý povlak může indikovat přítomnost přebytečného olova v palivu.

Usazeninu lze vyčistit, ale to nezaručuje plnou funkci snímače, protože pracovní vrstva oxidu zirkoničitého a platiny v ní může být již vypálena.

Hlavním účelem lambda sondy je informovat řídicí jednotku motoru o tom, jak dokonale je spálena směs vzduchu a paliva. Lambda sonda zjišťuje množství kyslíku ve výfukových plynech a na základě toho se určuje složení směsi vzduch-palivo.

Teorie říká, že na 1 kg benzínu by mělo připadnout 14,7 kg vzduchu. Palivo i kyslík pak zcela shoří, aniž by se tvořily přebytečné škodlivé látky. A palivo nevyletí do potrubí.

Stechiometrický poměr 14,7:1 se nazývá „faktor přebytku vzduchu“, označuje se řeckým písmenem lambda (λ).

Pokud je lambda menší než 1, pak je směs vzduchu a paliva bohatá – podíl benzínu v ní je vyšší. Pokud je lambda větší než 1, pak je palivová sestava špatná a obsahuje méně benzínu.

Na našem kanálu YouTube můžete sledovat rozebrání robotické převodovky EGS6 převzaté z Citroenu C4 Picasso.

Jak funguje úzkopásmová lambda sonda?

Pod ochranným kovovým uzávěrem lambda sondy je umístěn snímací prvek z oxidu zirkoničitého. Tato keramika je pevný elektrolyt, což znamená, že vede elektřinu, ale je nepropustná pro plyny. Tento citlivý prvek má na vnější a vnitřní straně platinový kontaktní povlak propustný pro plyn, připojený k signálním vodičům.

Provozní teplota keramického prvku je cca 350°C. Rané lambda sondy neměly nucený ohřev, ale byly vyhřívány výfukovými plyny. Pozdější verze mají zabudovaný ohřívač, který je přivede na provozní teplotu mnohem dříve.

Vnitřní část keramiky tedy komunikuje se vzduchem a její vnější povrch komunikuje s výfukovými plyny. Rozdíl v koncentraci molekul kyslíku ve výfukových plynech a v okolním vzduchu (tj. uvnitř a vně senzoru) způsobuje přesun iontů kyslíku z oblasti s vysokým obsahem kyslíku do oblasti s nízkým obsahem kyslíku. Ionty se pohybují skrz keramický prvek, který, jak již bylo uvedeno, je elektrolyt. Je to rozdíl v množství kyslíku vně a uvnitř keramického senzoru, který způsobuje signální elektrické napětí.

Napětí 0,45 V odpovídá 1 (λ = 1). Bohatá směs vzduchu a paliva vytváří napětí až 0,9 voltu, chudá 0,1 voltu. Takto je navržena a funguje úzkopásmová lambda sonda. Je schopen zaznamenat odchylku od stechiometrie ve velmi malém rozsahu (od 14,0 do 15,0:1), ve skutečnosti jednoduše zaznamená odchylku od lambdy v jednom nebo druhém směru.

Úzkopásmový snímač lze připojit od 1 do 4 vodičů. 3-4 vodiče indikují přítomnost topení. Dva bílé vodiče napájí ohřívač lambda sondy. Na černém vodiči je signál do ECU, na šedém vodiči je zem. Pokud jsou 3 vodiče, pak není k němu připojen žádný zemnící vodič přes jeho tělo.

Chcete-li diagnostikovat úzkopásmový senzor, musíte pořídit oscilogram nebo jej zobrazit pomocí diagnostického softwaru. Signál by se měl rychle měnit (alespoň 1x za sekundu) v rozsahu od 0,1 do 0,9 V. Pokud je signální napětí menší a nemění se tak aktivně, pak je snímač vadný. Také lambda sonda musí aktivně reagovat na změny ve složení směsi vzduch-palivo. Úpravy složení směsi lze provést zvenčí. Chcete-li obohatit, musíte do vstupu „nasypat“ propan – signál ze snímače by měl vyskočit na 0,9 V. Chcete-li vyčerpat, vytvořte únik vzduchu odstraněním vakuové trubice. V tomto případě by měl signál klesnout na 0,1 voltu.

Můžete to udělat jednodušeji – otevřete a zavřete škrticí klapku (sešlápnutím plynového pedálu). Údaje z lambda sondy by se měly rychle změnit z chudé na bohatou směs a stabilizovat se. Tato metoda je vhodná, pokud má výfukový systém motoru před sebou dvojici katalyzátorů a dvojici „horních“ lambda sond. Toto řešení se nachází u 6válcových motorů a motorů ve tvaru V. Rychlost reakce dvou lambda sond lze vzájemně porovnávat. Vadný bude obvykle reagovat pomalu.

Funkčnost topného tělesa lambda sondy lze snadno zkontrolovat. Nejprve se musíte ujistit, že napájení je dodáváno z baterie – od 9 do 12 voltů, v závislosti na autě. Dále byste měli změřit odpor ohřívače, který by měl být 2,3 – 4,3 Ohmů při 25°C.

Pokud je senzor vyjmut, můžete po pár minutách napájet jeho ohřev z baterie, lambda sonda by se měla zahřát na 350°C.

Lambda sonda na bázi oxidu titaničitého

Nějakou dobu se na autech používaly kyslíkové senzory oxidu titanu. Zpravidla je v tomto případě ve výfukovém systému připojen pouze jeden takový snímač; Je přesnější než zirkonium, dražší. Takový senzor nekomunikuje s atmosférou, negeneruje napětí a má zvýšený rozsah měření. Je napájen a funguje téměř jako průtokoměr. To znamená, že je napájen přes ECU a vydává signál ve formě napětí. Signál z takového senzoru se plynule mění přibližně jednou za sekundu v rozsahu od 4 do 1-0,4 V. Nízké napětí signálu indikuje bohatou směs, vysoké napětí indikuje chudou směs.

Širokopásmová lambda sonda

Nejmodernějším řešením je širokopásmová lambda sonda, nazývaná také „senzor vzduchu/paliva“ (A/F senzor). V jeho „pigtailu“ je 5-6 drátů. Měří složení směsi vzduch-palivo v celém rozsahu na základě velikosti a směru proudu v komplexním snímacím prvku. Širokopásmové snímače se používají u benzínových motorů s chudým spalováním, benzínových motorů s přímým vstřikováním a dieselových motorů, protože. jsou schopni přesně změřit složení směsi vzduch-palivo. Provozní teplota širokopásmové lambda sondy je 650°C.

ECU přijímá data z kyslíkových senzorů a neustále upravuje dodávku paliva v závislosti na množství vzduchu vstupujícího do válců. Ale jelikož je lambda sonda ve výfukovém systému umístěna v určité vzdálenosti od spalovacích komor, není včasnost regulace lambda zdaleka ideální. V praxi se složení směsi vzduch-palivo neustále odchyluje od lambdy (od jednoty) o několik procent v jednom nebo druhém směru, přibližně 1-2krát za sekundu.

Diagnostika širokopásmové lambda sondy

Zajímavostí širokopásmové lambda sondy je, že napětí signálu, které zaznamenává, je fiktivní a existuje pouze pro názornost. Tento signál lze zjistit pomocí diagnostického nástroje a jeho hodnotu je nutné zkontrolovat s referenčními údaji od výrobce konkrétního vozidla. Tito. napětí 1,5 a 3,3 voltu může být v pořádku, vše závisí na konkrétním snímači a vozidle. Signál musí být konstantní a neměnný. Signál by se měl měnit, jak bude směs bohatší nebo chudší. Chcete-li to provést, můžete do vstupu nastříkat propan nebo odstranit nějakou podtlakovou hadici nebo těsnění ze sacího potrubí, abyste umožnili únik vzduchu. Navíc obohacený palivový soubor generuje pokles signálního napětí, zatímco chudá směs vede ke zvýšení signálního napětí. Tito. Parametry směsi se podle údajů širokopásmového snímače mění zrcadlově s krátkodobou korekcí paliva.