Лямбда-зо́нд (λ-зонд) або да́тчик концентра́ції ки́сню — датчик (частіше, два датчики) для вимірювання вмісту кисню у відпрацьованих газах, що розташований (розташовані) у випускній системі двигуна внутрішнього згоряння. Встановлення таких датчиків дозволяє забезпечити точне регулювання складу паливо-повітряної суміші у процесі роботи двигуна.
Історична довідка
Зонди використовуються у бензинових двигунах з 1979, щораз більша кількість автомобілів і мотоциклів має більше ніж один лямбда-зонд, які розташовані перед і за каталітичним нейтралізатором. З 1992, щоб забезпечити відповідність вимогам щодо обмежень викидів вихлопних газів, зонди стали стандартним елементом автомобіля. Приблизно з 2000 лямбда-зонди почали встановлювати і в системах випуску відпрацьованих газів дизельних двигунів.
У світі є чотири головних виробники лямбда-зондів:
Особливості використання
Лямбда-зонд, що встановлений у вихлопній системі автомобіля повинен визначати вміст кисню у вихлопі, що характеризує ефективність згоряння паливо-повітряної суміші у циліндрах двигуна. Сигнал з лямбда-зонда надходить електронного блоку керування двигуном (англ. Engine Control Module, ECM або англ. engine control unit, ECU), котрий на цій основі регулює склад суміші. Умовою правильної роботи зонда є його розігрівання до відповідної температури.
Блок керування двигуном з певною періодичністю (не менше 2-х разів на секунду на холостих обертах і частіше при зростанні частоти обертання двигуна та низки інших параметрів) знімає сигнал з лямбда-зонда та порівнює отримане значення із значенням, закладеним в пам'ять. Якщо поточне значення відрізняється від заданого (оптимального, відповідного обраному робочому режиму), то контролер видає команду на збільшення або зменшення тривалості упорскування палива форсунками, тобто здійснюється точне підналагодження режиму роботи двигуна під поточну ситуацію з досягненням максимальної економії палива та мінімізації шкідливих викидів.
Походження назви
Зонд отримав свою назву від літери лямбда (λ), що використовується для характеристики співвідношення кількості повітря та кількості палива у паливо-повітряній суміші. Суміш є ідеальною (стехіометричною) якщо містить стільки повітря, скільки його потрібно для повного згоряння пального. Наприклад, для бензину це відношення становить близько 14,7 (маса повітря) : 1 (маса палива).
В стехіометрії — λ = (реальна кількість повітря) / (потрібна кількість повітря).
- λ = 1 — стехіометрична (теоретично ідеальна) суміш;
- λ > 1 — бідна суміш;
- λ < 1 — багата суміш (надлишок бензину, повітря недостатньо для повного згорання палива).
Перші «лямбда-зонди» були резистивними, тобто змінювали свій опір залежно від вмісту кисню у відпрацьованих газах. Сучасні датчики працюють як порогові елементи.
Оскільки деяка кількість кисню повинна бути присутньою у вихлопі для нормального допалювання СО і СН на каталізаторі, для точнішого регулювання використовують другий датчик, розташований за каталізатором.
Особливості конструкції та принцип роботи двоточкового датчика
Робота лямбда-зонда базується на законі, сформульованому Вальтером Нернстом (рівняння Нернста). Лямбда-зонд, або гальванічний елемент виконаний з керамічного матеріалу з діоксиду цирконію (ZrO2). Кераміка легована оксидом ітрію, а поверх неї напилені тонкі струмопровідні пористі електроди з платини. Конструкція зонда відпрацьовувалась під кінець 60-х років XX століття у компанії Robert Bosch GmbH вченим Гюнтером Бауманом (нім. Günter Bauman). Зонд встановлювався у випускному колекторі двигуна внутрішнього згорання так, що одна його сторона контактувала з гарячими вихлопними газами, температура яких у тому місці сягала до 300 °C, а інша контактувала з навколишнім повітрям.
Спечена кераміка з діоксиду цирконію при температурі вищій за 300 °C перетворюється на твердий електроліт з іонною провідністю. З метою підтримання відповідної температури зонди можуть оснащуватись підігрівачем. Шари платини на їх поверхні служать електродами, електричний потенціал на яких є функцією концентрації кисню в газах, з якими вони перебувають у контакті. У разі великої різниці в концентрації кисню на протилежних сторонах датчик генерує електрорушійну силу до 1 В за величиною.
Напруга, що генерується сенсором передається до контролера складу паливо-повітряної суміші в двигуні. Цей модуль підтримує склад суміші, так щоб за певних умов навантаження двигуна, виду палива та погодних умов забезпечити найоптимальнішу роботу двигуна і зведення до мінімуму викидів монооксиду вуглецю (чадного газу).
Для стабілізації температурного режиму при холостому ході двигуна, (при невисокій температурі відпрацьованих газів) і для зменшення часу прогрівання після запуску холодного двигуна чутливий елемент датчиків переважно має вбудований нагрівник. Ознакою таких датчиків є наявність більше двох контактів і дещо інша конструкція. Кисневі датчики з елементом підігріву (англ. Heater Oxygen Sensors) входять у робочий режим за десятки секунд, що дозволяє зменшити витрату палива, скоротити викиди шкідливих речовин в атмосферу і продовжити термін служби каталітичного нейтралізатора.
Широкосмуговий лямбда-зонд
Варіацію датчика на базі діоксиду цирконію, що отримала назву широкосмуговий датчик (англ. wideband zirconia sensor), було представлено NTK Technologies (входить до складу ) у 1992 році 1992 і знайшов широке застосування у системах керування автомобільними двигунами для задоволення постійно зростаючого попиту на економію палива, зменшення рівнем викидів та підвищення ККД двигуна одночасно.
Основна відмінність широкосмугового зонда у порівнянні зі звичайним λ-зондом — це наявність двох цирконієвих комірок: сенсорної (комірки Нернста) і, так званої, помпової комірки (англ. pump cell). Вони розділені дифузійною камерою (англ. diffusion chamber) шириною від 0,01 до 0,05 мм. Склад газового вмісту дифузійної камери постійно відповідає λ = 1, що для сенсорної комірки означає напругу у 450 мВ. Склад газу у зазорі і разом з ним напруга сенсора підтримуються за допомогою зміни напруги, що прикладається до помпової комірки. При бідній суміші і напрузі сенсора нижчій за 450 мВ комірка виводить кисень з дифузійної порожнини. Якщо суміш є багатою і напруга перевищує 450 мВ, струм змінює свій напрям, і помпова комірка транспортує кисень у дифузійний зазор. Отже величина і напрям струму помпової комірки свідчить про вміст кисню у вихлопних газах. При цьому інтегрований нагрівальний елемент встановлює температуру зони від 700 до 800 °C. За величиною прикладеної напруги визначається реальний склад суміші. На відміну від стандартного датчика кисню, напруга такого датчика може бути як позитивною, так і від'ємною. Позитивна напруга вказує бідну суміш, від'ємна напруга — ознака збагаченої суміші. Нормальний діапазон зміни напруги становить приблизно 1,5 В. В результаті ECM контролює напругу керування помповою коміркою для підтримання на сенсорі напруги 0,45 В. Це дає можливість визначати і реагувати на зміну складу паливної суміші в діапазоні від 12:1 до 22:1.
Широкосмуговий датчик має три елементи:
- Іонно-киснева помпова комірка
- Вузькосмугова сенсорна комірка
- Нагрівний елемент
Схема підключення широкосмугового датчика зазвичай має шість контактів:
- резистивний нагрівний елемент (два контакти);
- сенсор;
- помпова комірка;
- калібрувальний резистор;
- корпус.
Струм широкосмугового датчика Ipn і відповідні значення λ:
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 |
Особливості експлуатації
Передчасний вихід з ладу лямбда-зонда найчастіше спричиняється:
- застосуванням етилованого бензину або наявністю у ньому нерегламентованих присадок;
- багаторазовими невдалими спробами запуску двигуна, в результаті яких у випускному трубопроводі скупчуються пари незгорілого палива, здатного зайнятися з утворенням ударної хвилі;
- перегріванням наконечника датчика, викликаним перебоями в запалюванні, порушеннями в системі контролю випередження запалювання, коли двигун тривалий час працює на надмірно збагаченій паливній суміші;
- надмірними частотами обертання двигуна, коли стрілка тахометра перебуває у «червоній зоні».
Можливими ознаками виходу з ладу кисневого датчика є:
- сигнал бортової системи діагностики (світіння контрольної лампи «CHECK ENGINE» і фіксація певних кодів несправностей у пам'яті контролера);
- короткочасне включення контрольної лампи «CHECK ENGINE» при прискоренні автомобіля;
- нестійка робота двигуна на холостих обертах;
- підвищена витрата палива і погіршення динаміки автомобіля;
- потріскування і запах гару в районі розташування каталізатора, а також нагрівання каталізатора аж до розжареного стану.
Див. також
Примітки
- . Сторінка компанії NGK (англ.). www.ngk.de/en/. Архів оригіналу за 30 квітня 2014. Процитовано 20 квітня 2014.
- NTK Oxygen Sensors [ 28 березня 2014 у Wayback Machine.] (англ.)
- Citation: Yamada, T., Hayakawa, N., Kami, Y., and Kawai, T., "Universal Air-Fuel Ratio Heated Exhaust Gas Oxygen Sensor and Further Applications, " SAE Technical Paper 920234, 1992, doi:10.4271/920234.
- . Архів оригіналу за 21 квітня 2014. Процитовано 20 квітня 2014.
- . Архів оригіналу за 21 квітня 2014. Процитовано 20 квітня 2014.
Джерела
- Кисликов В. Ф., Лущик В. В. Будова й експлуатація автомобілів: Підручник. — 6-те вид. — К.: Либідь, 2006. — 400 с. .[]
- Сирота В. І. Основи конструкції автомобілів. Навчальний посібник для вузів. К.: Арістей, 2005. — 280 с. — .[]
Посилання
Вікісховище має мультимедійні дані за темою: Лямбда-зонд |
- DENSO. Products Technology [ 21 квітня 2014 у Wayback Machine.]
- 2013 Lambda Sensor Catalogue [ 21 квітня 2014 у Wayback Machine.]
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Lyambda zo nd l zond abo da tchik koncentra ciyi ki snyu datchik chastishe dva datchiki dlya vimiryuvannya vmistu kisnyu u vidpracovanih gazah sho roztashovanij roztashovani u vipusknij sistemi dviguna vnutrishnogo zgoryannya Vstanovlennya takih datchikiv dozvolyaye zabezpechiti tochne regulyuvannya skladu palivo povitryanoyi sumishi u procesi roboti dviguna Avtomobilnij lyambda zond Strukturna shema sistemi vpusku ta vihlopu benzinovih avtomobilnih dviguniv 1 datchik vitrati povitrya 2 i 3 katalizatori 4 palivni forsunki 5 lyambda zond pered katalizatorom regulyuvalnij 6 lyambda zond za katalizatorom kontrolnij 7 palivo 8 podavannya povitrya 9 vihlopni gazi ECU elektronnij blok keruvannya kontroler dvigunaIstorichna dovidkaZondi vikoristovuyutsya u benzinovih dvigunah z 1979 shoraz bilsha kilkist avtomobiliv i motocikliv maye bilshe nizh odin lyambda zond yaki roztashovani pered i za katalitichnim nejtralizatorom Z 1992 shob zabezpechiti vidpovidnist vimogam shodo obmezhen vikidiv vihlopnih gaziv zondi stali standartnim elementom avtomobilya Priblizno z 2000 lyambda zondi pochali vstanovlyuvati i v sistemah vipusku vidpracovanih gaziv dizelnih dviguniv U sviti ye chotiri golovnih virobniki lyambda zondiv Bosch Denso DelphiOsoblivosti vikoristannyaLyambda zond sho vstanovlenij u vihlopnij sistemi avtomobilya povinen viznachati vmist kisnyu u vihlopi sho harakterizuye efektivnist zgoryannya palivo povitryanoyi sumishi u cilindrah dviguna Signal z lyambda zonda nadhodit elektronnogo bloku keruvannya dvigunom angl Engine Control Module ECM abo angl engine control unit ECU kotrij na cij osnovi regulyuye sklad sumishi Umovoyu pravilnoyi roboti zonda ye jogo rozigrivannya do vidpovidnoyi temperaturi Blok keruvannya dvigunom z pevnoyu periodichnistyu ne menshe 2 h raziv na sekundu na holostih obertah i chastishe pri zrostanni chastoti obertannya dviguna ta nizki inshih parametriv znimaye signal z lyambda zonda ta porivnyuye otrimane znachennya iz znachennyam zakladenim v pam yat Yaksho potochne znachennya vidriznyayetsya vid zadanogo optimalnogo vidpovidnogo obranomu robochomu rezhimu to kontroler vidaye komandu na zbilshennya abo zmenshennya trivalosti uporskuvannya paliva forsunkami tobto zdijsnyuyetsya tochne pidnalagodzhennya rezhimu roboti dviguna pid potochnu situaciyu z dosyagnennyam maksimalnoyi ekonomiyi paliva ta minimizaciyi shkidlivih vikidiv Pohodzhennya nazviZond otrimav svoyu nazvu vid literi lyambda l sho vikoristovuyetsya dlya harakteristiki spivvidnoshennya kilkosti povitrya ta kilkosti paliva u palivo povitryanij sumishi Sumish ye idealnoyu stehiometrichnoyu yaksho mistit stilki povitrya skilki jogo potribno dlya povnogo zgoryannya palnogo Napriklad dlya benzinu ce vidnoshennya stanovit blizko 14 7 masa povitrya 1 masa paliva V stehiometriyi l realna kilkist povitrya potribna kilkist povitrya l 1 stehiometrichna teoretichno idealna sumish l gt 1 bidna sumish l lt 1 bagata sumish nadlishok benzinu povitrya nedostatno dlya povnogo zgorannya paliva Pershi lyambda zondi buli rezistivnimi tobto zminyuvali svij opir zalezhno vid vmistu kisnyu u vidpracovanih gazah Suchasni datchiki pracyuyut yak porogovi elementi Oskilki deyaka kilkist kisnyu povinna buti prisutnoyu u vihlopi dlya normalnogo dopalyuvannya SO i SN na katalizatori dlya tochnishogo regulyuvannya vikoristovuyut drugij datchik roztashovanij za katalizatorom Osoblivosti konstrukciyi ta princip roboti dvotochkovogo datchikaStruktura tipovogo dvotochkovogo datchika kisnyu Robota lyambda zonda bazuyetsya na zakoni sformulovanomu Valterom Nernstom rivnyannya Nernsta Lyambda zond abo galvanichnij element vikonanij z keramichnogo materialu z dioksidu cirkoniyu ZrO2 Keramika legovana oksidom itriyu a poverh neyi napileni tonki strumoprovidni poristi elektrodi z platini Konstrukciya zonda vidpracovuvalas pid kinec 60 h rokiv XX stolittya u kompaniyi Robert Bosch GmbH vchenim Gyunterom Baumanom nim Gunter Bauman Zond vstanovlyuvavsya u vipusknomu kolektori dviguna vnutrishnogo zgorannya tak sho odna jogo storona kontaktuvala z garyachimi vihlopnimi gazami temperatura yakih u tomu misci syagala do 300 C a insha kontaktuvala z navkolishnim povitryam Spechena keramika z dioksidu cirkoniyu pri temperaturi vishij za 300 C peretvoryuyetsya na tverdij elektrolit z ionnoyu providnistyu Z metoyu pidtrimannya vidpovidnoyi temperaturi zondi mozhut osnashuvatis pidigrivachem Shari platini na yih poverhni sluzhat elektrodami elektrichnij potencial na yakih ye funkciyeyu koncentraciyi kisnyu v gazah z yakimi voni perebuvayut u kontakti U razi velikoyi riznici v koncentraciyi kisnyu na protilezhnih storonah datchik generuye elektrorushijnu silu do 1 V za velichinoyu Napruga sho generuyetsya sensorom peredayetsya do kontrolera skladu palivo povitryanoyi sumishi v dviguni Cej modul pidtrimuye sklad sumishi tak shob za pevnih umov navantazhennya dviguna vidu paliva ta pogodnih umov zabezpechiti najoptimalnishu robotu dviguna i zvedennya do minimumu vikidiv monooksidu vuglecyu chadnogo gazu Dlya stabilizaciyi temperaturnogo rezhimu pri holostomu hodi dviguna pri nevisokij temperaturi vidpracovanih gaziv i dlya zmenshennya chasu progrivannya pislya zapusku holodnogo dviguna chutlivij element datchikiv perevazhno maye vbudovanij nagrivnik Oznakoyu takih datchikiv ye nayavnist bilshe dvoh kontaktiv i desho insha konstrukciya Kisnevi datchiki z elementom pidigrivu angl Heater Oxygen Sensors vhodyat u robochij rezhim za desyatki sekund sho dozvolyaye zmenshiti vitratu paliva skorotiti vikidi shkidlivih rechovin v atmosferu i prodovzhiti termin sluzhbi katalitichnogo nejtralizatora Shirokosmugovij lyambda zondShirokosmugovij datchik kisnyu strukturna shema Variaciyu datchika na bazi dioksidu cirkoniyu sho otrimala nazvu shirokosmugovij datchik angl wideband zirconia sensor bulo predstavleno NTK Technologies vhodit do skladu u 1992 roci 1992 i znajshov shiroke zastosuvannya u sistemah keruvannya avtomobilnimi dvigunami dlya zadovolennya postijno zrostayuchogo popitu na ekonomiyu paliva zmenshennya rivnem vikidiv ta pidvishennya KKD dviguna odnochasno Osnovna vidminnist shirokosmugovogo zonda u porivnyanni zi zvichajnim l zondom ce nayavnist dvoh cirkoniyevih komirok sensornoyi komirki Nernsta i tak zvanoyi pompovoyi komirki angl pump cell Voni rozdileni difuzijnoyu kameroyu angl diffusion chamber shirinoyu vid 0 01 do 0 05 mm Sklad gazovogo vmistu difuzijnoyi kameri postijno vidpovidaye l 1 sho dlya sensornoyi komirki oznachaye naprugu u 450 mV Sklad gazu u zazori i razom z nim napruga sensora pidtrimuyutsya za dopomogoyu zmini naprugi sho prikladayetsya do pompovoyi komirki Pri bidnij sumishi i napruzi sensora nizhchij za 450 mV komirka vivodit kisen z difuzijnoyi porozhnini Yaksho sumish ye bagatoyu i napruga perevishuye 450 mV strum zminyuye svij napryam i pompova komirka transportuye kisen u difuzijnij zazor Otzhe velichina i napryam strumu pompovoyi komirki svidchit pro vmist kisnyu u vihlopnih gazah Pri comu integrovanij nagrivalnij element vstanovlyuye temperaturu zoni vid 700 do 800 C Za velichinoyu prikladenoyi naprugi viznachayetsya realnij sklad sumishi Na vidminu vid standartnogo datchika kisnyu napruga takogo datchika mozhe buti yak pozitivnoyu tak i vid yemnoyu Pozitivna napruga vkazuye bidnu sumish vid yemna napruga oznaka zbagachenoyi sumishi Normalnij diapazon zmini naprugi stanovit priblizno 1 5 V V rezultati ECM kontrolyuye naprugu keruvannya pompovoyu komirkoyu dlya pidtrimannya na sensori naprugi 0 45 V Ce daye mozhlivist viznachati i reaguvati na zminu skladu palivnoyi sumishi v diapazoni vid 12 1 do 22 1 Shirokosmugovij datchik maye tri elementi Ionno kisneva pompova komirka Vuzkosmugova sensorna komirka Nagrivnij element Shema pidklyuchennya shirokosmugovogo datchika zazvichaj maye shist kontaktiv rezistivnij nagrivnij element dva kontakti sensor pompova komirka kalibruvalnij rezistor korpus Strum shirokosmugovogo datchika Ipn i vidpovidni znachennya l 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 l 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 211Osoblivosti ekspluataciyiPeredchasnij vihid z ladu lyambda zonda najchastishe sprichinyayetsya zastosuvannyam etilovanogo benzinu abo nayavnistyu u nomu nereglamentovanih prisadok bagatorazovimi nevdalimi sprobami zapusku dviguna v rezultati yakih u vipusknomu truboprovodi skupchuyutsya pari nezgorilogo paliva zdatnogo zajnyatisya z utvorennyam udarnoyi hvili peregrivannyam nakonechnika datchika viklikanim pereboyami v zapalyuvanni porushennyami v sistemi kontrolyu viperedzhennya zapalyuvannya koli dvigun trivalij chas pracyuye na nadmirno zbagachenij palivnij sumishi nadmirnimi chastotami obertannya dviguna koli strilka tahometra perebuvaye u chervonij zoni Mozhlivimi oznakami vihodu z ladu kisnevogo datchika ye signal bortovoyi sistemi diagnostiki svitinnya kontrolnoyi lampi CHECK ENGINE i fiksaciya pevnih kodiv nespravnostej u pam yati kontrolera korotkochasne vklyuchennya kontrolnoyi lampi CHECK ENGINE pri priskorenni avtomobilya nestijka robota dviguna na holostih obertah pidvishena vitrata paliva i pogirshennya dinamiki avtomobilya potriskuvannya i zapah garu v rajoni roztashuvannya katalizatora a takozh nagrivannya katalizatora azh do rozzharenogo stanu Div takozhSistema vporskuvannya palivaPrimitki Storinka kompaniyi NGK angl www ngk de en Arhiv originalu za 30 kvitnya 2014 Procitovano 20 kvitnya 2014 NTK Oxygen Sensors 28 bereznya 2014 u Wayback Machine angl Citation Yamada T Hayakawa N Kami Y and Kawai T Universal Air Fuel Ratio Heated Exhaust Gas Oxygen Sensor and Further Applications SAE Technical Paper 920234 1992 doi 10 4271 920234 Arhiv originalu za 21 kvitnya 2014 Procitovano 20 kvitnya 2014 Arhiv originalu za 21 kvitnya 2014 Procitovano 20 kvitnya 2014 DzherelaKislikov V F Lushik V V Budova j ekspluataciya avtomobiliv Pidruchnik 6 te vid K Libid 2006 400 s ISBN 966 06 0416 5 storinka Sirota V I Osnovi konstrukciyi avtomobiliv Navchalnij posibnik dlya vuziv K Aristej 2005 280 s ISBN 966 8458 45 1 storinka PosilannyaVikishovishe maye multimedijni dani za temoyu Lyambda zond DENSO Products Technology 21 kvitnya 2014 u Wayback Machine 2013 Lambda Sensor Catalogue 21 kvitnya 2014 u Wayback Machine