Лямбда-зонд в двигателе автомобиля работающем на ГБО. Растущие экологические требования вынуждают вносить изменения в двигатели современных автомобилей. Одним из первых стало внедрение каталитических нейтрализаторов в качестве обязательного оборудования. Это повлекло за собой множество изменений, связанных, например, с необходимостью заправлять такие двигатели неэтилированным бензином.
Лямбда-зонд в двигателе, работающем на сжиженном газе
Чтобы добиться высокой степени конверсии каталитического нейтрализатора, необходимо подавать в него выхлопные газы определенного состава. Наибольшая степень конверсии каталитических нейтрализаторов (98 %) достигается при использовании выхлопных газов из стехиометрической топливно-воздушной смеси (в двигатель должна подаваться смесь с коэффициентом избытка воздуха λ=1).
Для выполнения этого условия важнейшей частью питания двигателей стали устанавливать в выхлопной системе лямбда-зонд. То есть, кислородные датчики, которые по содержанию кислорода в выхлопных газах определяют коэффициент избытка воздуха. Это тот избыток, при котором работает двигатель, а затем по их сигналу корректируют дозировку топлива. Выполняется это таким образом, чтобы поддерживать значение λ на требуемом уровне. Коэффициент избытка воздуха λ необходимо удерживать в очень узких пределах от 0,997 до 1,003. В данном случае гарантируется максимально эффективная работа катализатора.
Что делает лямбда-зонд
Даже небольшое отклонение значений коэффициента λ, приводит к увеличению выбросов вредных компонентов выхлопных газов. Поскольку степень конверсии (КПД) каталитического нейтрализатора резко уменьшается. В результате в контроллере двигателя фиксируется ошибка и загорается индикатор неисправности двигателя.
Типы λ-зондов (датчиков кислорода)
Циркониевый зонд
В наше время системы очистки выхлопных газов, были существенно усовершенствованы, а также и лямбда-зонд.
36 лет назад компания Bosch первой предложила λ-зонды. Это были зонды напряжения, иногда называемые двухсоставными или узкополосными из-за особенностей их работы. Поскольку сигнал напряжения изменяется ступенчато вокруг стехиометрического состава смеси. То есть, примерно от 200 мВ (обедненная смесь) до 800 мВ (богатая смесь). При превышении опорного напряжения (450 мВ) система впрыска уменьшает дозу топлива (обеднение смеси).
В то время как напряжение с меньшим значением увеличивает дозу топлива и тем самым обогащает смесь. В конструкции этих зондов используются соединения циркония. Первоначально не имевшие электрического нагрева, сейчас используются только нагретые зонды. А это значительно сокращает время достижения ими температуры, при которой они начинают нормально работать.
Циркониевые зонды — наиболее распространенная группа кислородных датчиков, используемых в современных автомобилях.
Титановый зонд
В другом типе Лямбда-зонда используются соединения титана. Титановые зонды также работают в шаговом варианте, то есть ступенчато.
В отличие от циркониевых зондов, в этих устройствах стехиометрический состав топливно-воздушной смеси отображается скачком сопротивления. У этого типа приборов есть одно важное преимущество, используемое в системах защиты нейтрализатора от перегрева. По изменению электрического сопротивления выхлопных газов можно оценить их температуру.
Титановые датчики имеют электрический нагрев и начинают корректно работать с температуры около 200°C. Время, за которое достигается такое значение, менее 20 с после холодного запуска двигателя. При нормальных условиях система подогрева рассчитана на поддержание температуры измерительного элемента в пределах 650°C.
Широкополосные зонды
Широкополосные зонды (LSU — Lambda Sonde Universal) используются в самых современных системах электропитания. Их важнейшей особенностью является практически линейная характеристика измерительного сигнала. В этом типе датчиков мы имеем дело с токовым сигналом. Датчики этого типа позволяют измерять коэффициент избытка воздуха в очень широком диапазоне. Охват диапозона начинается от λ=0,7 (богатая смесь), до λ=3,4 (очень бедная смесь). Благодаря этой характеристике широкополосные датчики могут успешно использоваться в двигателях, работающих на обедненных смесях.
В отличие от ранее описанных зондов, в широкополосных зондах напряжение между электродами поддерживается постоянным (450 мВ). Такое напряжение возникает при коэффициенте избытка воздуха λ=1. Для поддержания этого значения напряжения при изменении λ кислород подается или отбирается из межэлектродного пространства, омываемого выхлопными газами. Для этого используется кислородный насос. Поэтому мерой коэффициента избытка воздуха является величина тока, который кислородный насос потребляет в любой момент времени для компенсации возникающей разницы напряжений.
Рабочая температура широкополосного зонда поддерживается на уровне 750°C.
