Lambda sonda

Lambda sonda
Nijedan savremeni motor sa unutrašnjim sagorevanjem sa svom silom pripadajuće mu elektronike gotovo da ne bi vredeo ni par zrna žita bez električnih signala dobijenih sa jednog malecnog elektro-mehaničkog elementa smeštenog u izduvnoj cevi automobila. Svakako da već pogađate o kom elementu se radi, reč je o lambda sondi…
Lambda sonda ima zadatak da pošalje određen naponski signal elektronskoj upravljačkoj jedinici (ECU) koja zahvaljujući njemu prepoznaje trenutni sastav smeše vazduha i goriva. Da bi pravilno funkcionisala mora se prethodno zagrejati, energijom dobijenom iz struje vrelih, sagorelih gasova, do određene temperature potrebne za njeno pravilno funkcionisanje u kompletnom radnom opsegu motora.

Princip rada

Princip rada Lambda sonde

Sonda se postavlja u struju izduvnih gasova i oblikovana je tako da je spoljna elektroda okružena izduvnim gasom, a unutrašnja elektroda dostupna atmosferskom vazduhu. U osnovi sonda se sastoji od specijalnog keramičkog elementa, kome je površina presvučena poroznom platinastom elektrodom. Rad sonde se bazira na činjenici da je keramički materijal porozan i dozvoljava difuziju (prodiranje) kiseonika prisutnog u vazduhu. Na višim temperaturama on postaje provodljiv i ako je koncentracija kiseonika na jednoj strani različita od koncentracije kiseonika na drugoj strani, onda se stvara napon između elektroda. U području stehiometrijske smeše vazduha i goriva (l=1,00), dolazi do skoka u krivoj izlaznog napona davača. Ovaj napon predstavlja merni signal.

Konstrukcija

Konstrukcija Lambda sonde

Telo keramičke sonde je smešteno u šupljem kućištu koje ima zaštitnu kapu i električni priključak. Površina keramičkog tela sonde ima mikroporozni platinski sloj koji sa jedne strane precizno utiče na karakteristiku sonde, dok sa druge strane služi kao električni kontakt. Visoko adhezivna i visoko porozna keramička prevlaka naneta je preko platinastog sloja na kraju keramičkog tela koje je izloženo izduvnim gasovima. Ovaj zaštitni sloj štiti platinski sloj od erozije čvrstim česticama iz izduvnih gasova. Na strani električnog priključka (izvan izduvne cevi) preko sonde je postavljen zaštitni metalni plašt koji je uvijen u kućište. Ovaj plašt ima otvor radi osiguranja kompenzacije pritiska u unutrašnjosti sonde, a služi još i kao oslonac disk opruge. Priključne žice su uvijene u kontaktni element i provedene kroz izolacioni plašt izvan sonde. Da bi se zadržale naslage sagorevanja u izduvnom gasu dalje od keramičkog tela, kraj sonde koji prodire u struju izduvnih gasova zaštićen je specijalnom zaštitnom cevi koja ima otvore dizajnirane tako da izduvni gasovi i čvrste čestice u njemu ne dolaze u direktan kontakt sa keramičkim (ZrO2) telom.

Osim ovako obezbedjene mehaničke zaštite, sa uspehom je smanjena efektivna promena temperature sonde za vreme prelaska sa jednog radnog oblika na drugi.

Izlazni napon λ-davača kao i njegov unutrašnji otpor, zavise od temperature. Pouzdano funkcionisanje sonde je jedino moguće pri temperaturi izduvnih gasova iznad 350 celzijusovih stepeni (negrejana verzija) i iznad 200 Celzijusa (grejana verzija).

Grejana lambda sonda

Velikim delom dizajn grejane lambda sonde identičan je dizajnu negrejane sonde. Aktivna keramika sonde se zagreva iznutra keramičkim grejnim elementom koji uzrokuje da temperatura keramičkog tela uvek ostaje iznad funkcionalne granice od 250 stepeni celzijusa. Grejana sonda je opremljena zaštitnom kapom koja ima manje otvore. Izmedju ostalog, to štiti keramiku sonde od hlađenja kada su izduvni gasovi hladni. Među prednostima grejane sonde ističu se: pouzdana i efikasna kontrola pri niskim temperaturama izduvnih gasova (npr. u praznom hodu), minimalni uticaj promena u temperaturi izduvnih gasova, brzo dostizanje efekta lambda kontrole nakon pokretanja motora, brzo reagovanje davača koje sprečava velika odstupanja od idealnog sastava izduvnih gasova, nezavisnost položaja postavljanja davača na izduvnoj grani jer je nezavistan od zagrevanja okoline.

Sklop lambda kontrole zatvorenom petljom

Lambda kontrola zatvorenom petljom predstavlja, zapravo, postojanje povratne informacije od sonde ka motoru, odnosno ka upravljačkoj jedinici i uz njenu pomoć se može vrlo precizno održavati odnos vazduha i goriva na  λ=1,00. Upotrebom sklopa kontrole zatvorenom petljom formiranog uz pomoć pomenute sonde, mogu se ustanoviti i korigovati odstupanja od specificiranog odnosa vazduha i goriva. Ovaj kontrolni princip se zasniva na merenju količine kiseonika lambda sondom u izduvnim gasovima.

Kiseonik u izduvnim gasovima je mera sastava smeše vazduha i goriva koju prima motor. Lambda sonda deluje tako što šalje informacije (električne impulse) da li je smeša bogatija ili siromašnija od λ=1,00. U slučaju odstupanja od ove vrednosti, naglo se menja napon izlaznog signala davača. Ova promena se obrađuje u centralnoj kompjuterskoj jedinici (ECU) koja je za ovu svrhu opremljena sklopom kontrole zatvorenom petljom.

Ubrizgavanje goriva u motor kontrolisano je sistemom upravljanja ubrizgavanjem, a prema informaciji sonde o sastavu smeše vazduha i goriva. Ova kontrola je takva da se postiže odnos vazduha i goriva λ=1. Napon sonde je u stvari mera za korigovanje količine goriva u smeši vazduha i goriva na ulasku u cilindar.

Pre nego što da pouzdan signal, sonda mora dostići temperaturu iznad 350 ctepeni. Dok se ta temperatura ne postigne obustavljena je kontrola zatvorenom petljom, a smeša goriva i vazduha se formira na srednjem nivou kontrolom otvorenom petljom, dakle bez povratne informacije. Ovde se logički nameće jedno pitanje, da li je vrednost lambda koeficijenta, po dostizanju radne temperature, u celokupnom radnom režimu motora uvek jednaka jedinici? Naravno da nije. U zavisnosti od trenutnih želja i potreba vozača ova vrednost se može kretati u granicama od 0,8 do 1,2. Ukoliko se, na primer, iziskuje naglo i oštro ubrzanje centralna kompjuterska jedinica prebacuje ubrizgavanje goriva na režim otvorene petlje i ubrizgava onoliko goriva koliko je potrebno da bi se ostvario željeni rad motora (λ<1). Isto ovo važi i u slučajevima kada se zahteva kočenje motorom, što je karakteristično za duge nizbrdice, u motor će tada biti ubrizgavana količina goriva manja od uobičajene za neki broj obrtaja (λ>1).

Iako sonda radi sa veoma velikom preciznošću od ± 1%, tolerancije i starenje motora nemaju uticaj na lambda kontrolu zatvorenom petljom.

Pripremio: Dušan Ković

PROSLEDITE ČLANAK PRIJATELJIMA ILI POSLOVNIM PARTNERIMA.