Lambdasonde ( λ probe ) er en sensor for den relative sammensætning af forbrændingsprodukter, som bestemmer forholdet mellem brændstof og oxidationsmiddel til støkiometrisk, brugt i elektroniske styresystemer, for eksempel i styresystemet af en forbrændingsmotor i biler. For at en forbrændingsmotor skal fungere, er det nødvendigt at forberede en blanding bestående af brændstof og luft. For at motoren skal fungere effektivt, er det nødvendigt, at brændstof-luftblandingen (FA) er i forbrændingskammeret i forholdet 1:14,7. Når motoren er i gang, dannes det ønskede brændstofforhold ved at styre injektorernes tænd- og sluktider, baseret på mængden af luft, som motorcylindrene suger ind, og som blev målt af luftmassesensoren . Lambdasonden giver dig mulighed for at justere det ønskede forhold mellem luft-brændstofblandingen ved at bestemme mængden af resterende uforbrændt brændstof eller ilt i udstødningsgasserne , hvilket også reducerer mængden af biprodukter fra forbrændingsprocessen, der er skadelige for mennesker.
Funktionen af lambdasonden er baseret på Nernst -potentialet , som opstår ved sensorkontakterne, lavet i form af porøse platin-tykfilmselektroder belagt med et lag keramisk spinel [1] .
Lambdasonden af tærskeltypen fungerer som en galvanisk celle / fastoxidbrændselscelle med en fast elektrolytseparationsmembran lavet af yttria- stabiliseret zirconiumdioxid (ZrO 2 ) keramiske, porøse platinelektroder sprøjtes over elektrolytten, som også er en katalysator for redox reaktioner. En af elektroderne skylles med varme udstødningsgasser (den ydre side af sensoren), og den anden skylles med luft fra atmosfæren (den indvendige side af sensoren). Permeabilitetseffekten af elektrolytten (ZrO 2 ) for O 2 -ioner opnås ved en membrantemperatur over 300°C. For at betjene sensoren er der brug for atmosfærisk ilt i en meget lille mængde, derfor er sensoren generelt forseglet til vand lavet på en sådan måde, at der kommer lidt ilt ind fra ledningssiden.
Hvis udstødningsgasserne under driften af forbrændingsmotoren indeholder produkter fra ufuldstændig forbrænding af brændstof, genererer en opvarmet galvanisk celle under redoxreaktionen af produkter fra ufuldstændig forbrænding af brændstof i udstødningsgasser med atmosfærisk oxygen en EMF på op til 1,5 volt mellem membranens elektroder. Denne EMF på mere end 0,7-0,9 volt tolkes af bilens ECU-program som et tegn på en "rig" brændstofblanding. Hvis koncentrationen af produkter fra ufuldstændig forbrænding af brændstof falder i sammensætningen af udstødningsgasserne fra ydersiden af sensoren, falder værdien af den genererede EMF tilsvarende, og hvis ureageret oxygen er til stede i udstødningsgasserne i stedet for produkterne af ufuldstændig forbrænding af brændstoffet, så bliver sensorens EMF tæt på nul på grund af ligheden af redoxpotentialer på begge sider af cellens keramiske membran. En EMF-værdi på mindre end 0,1-0,2 volt tolkes af programmet i ECU'en som en "dårlig" brændstofblanding. EMF af sensoren ~0,45 volt indikerer, at den forbrændte blanding har et støkiometrisk forhold mellem brændstof og luft.
Strukturelt er sensorerne divideret med antallet af ledninger og tilstedeværelsen af et varmeelement. Følere uden varmeelement bruger 1 eller 2 ledninger, med et varmeelement - 3 eller 4 ledninger. Den første generation af sensorer blev kun varmet op af udstødningsgasser, så de begyndte at give et signal relativt sent efter start af motoren. Sensorer med et varmeelement, der dukkede op senere, begyndte at bringe sensoren i drift meget hurtigt, hvilket opfyldte de øgede miljøkrav og gjorde det også muligt at bruge sensoren, når udstødningsgastemperaturen ikke var nok.
I begyndelsen af arbejdet, efter start af motoren, giver lambdasonden ikke aflæsninger, og ECU'en er tvunget til kun at bruge de indsprøjtningskort, der er foreskrevet i den. Dette er en åben sløjfetilstand , og der er ingen korrektion af brændstofblandingen ved hjælp af lambdasonden i denne tilstand. Når et signal fra sensoren vises, skifter bilens ECU til feedback-tilstand, hvor de originale brændstofkort korrigeres baseret på aflæsningerne fra lambdasonden i realtid.
Signalet bruges af styresystemet til at opretholde det optimale ( støkiometriske , ca. 14,7:1) luft-brændstofforhold.
Funktionen af sensoren er ikke lineær i tid, aflæsningerne afviger meget hurtigt fra det optimale, så ECU'en er tvunget til konstant at justere blandingen. Samtidig kører motoren sjældent på den ideelle støkiometriske sammensætning af blandingen, men blandingen stræber konstant efter at opnå den ideelle proportion. Lambdasonden melder ikke præcist ud, hvor meget ilt der er i udstødningsgasserne, den signalerer om der er fri ilt i udstødningen eller ej. At der er fri ilt betyder, at der burde være mere brændstof i blandingen, da en del af ilten ikke reagerede. Og omvendt, hvis der ikke er nogen eller meget lidt ilt, er det nødvendigt at reducere brændstofforsyningen, især da hvis der er for meget brændstof, vil dette føre til udseendet af sod og den såkaldte "beskidte" udstødning. I virkeligheden er det umuligt at opnå og opretholde en ideel støkiometrisk blanding i lang tid, da der er mange faktorer, der konstant påvirker blandingsdannelse og forbrænding. Derfor er målet ikke selve opnåelsen af et støkiometrisk forhold, men ønsket om dette, ved konstant at korrigere blandingen og forblive skiftevis i en "betinget fattig" tilstand, derefter i en "betinget rig" tilstand, uden at afvige fra den optimale sammensætning. Den korrekte funktion af sensoren gør det muligt at minimere forskellen mellem det faktiske luft/brændstofforhold og det støkiometriske.
Spændingsgrafen fra sensoren har normalt form af en sinus med en ret skarp overgang fra høje til lave værdier og omvendt. Princippet for cyklussen er som følger: sensoren rapporterede, at blandingen er "dårlig" - ECU'en begynder gradvist at tilføje brændstof; så melder sensoren, at blandingen er blevet "rig" - ECU'en begynder at reducere brændstoftilførslen, og så videre konstant, mens feedbacken er aktiv. Ændring af brændstofforsyningen (som svar på aflæsningerne af lambdasonden) udføres normalt ved hjælp af to variabler i ECU'en - en "lang" korrektion og en "kort" korrektion, og de er inkluderet i OBD-II diagnosestandarden . En kort korrektion gør det muligt for blandingen at følge sensoren på et sekund. Den lange korrektion beregnes af ECU'en baseret på analysen af den korte korrektion og er nødvendig for at flytte hele korrektionen, faktisk justere til karakteristika og tilstand af en bestemt motorprøve. Hver korrektion kan ændre indsprøjtningen inden for de grænser, der er fastsat af producenten, og hvis summen af de lange og korte korrektioner går ud over den generelle grænse, signalerer ECU normalt en blandingsdannelsesfejl ved hjælp af "check engine"-indikatoren. ECU'en bruger normalt en lambdasondefeedback-driftstilstand op til en vis procentdel af den beregnede belastning på motoren. Dernæst stopper ECU'en midlertidigt korrektionstilstanden, da der er mulighed for ineffektiv korrektion, og under disse forhold er brugen af injektionskort at foretrække.
Da der skal være noget oxygen til stede i udstødningen for korrekt efterbrænding af CO og CH i katalysatoren, kan en anden lambdasonde placeret bag eller inde i katalysatoren bruges til mere præcis kontrol.
Type iltsensor.
Den væsentligste forskel mellem en bredområdesonde og konventionelle smalbånds-λ-prober er kombinationen af sensorceller og såkaldte pumpeceller. Sammensætningen af dets gasindhold svarer konstant til λ=1, hvilket betyder en spænding på 450 millivolt for en sansecelle. Gasindholdet i spalten, og dermed sensorspændingen, opretholdes af forskellige spændinger påført pumpecellen. Når blandingen er mager, og sensorspændingen er under 450 millivolt, pumper cellen ilt ud af diffusionshulrummet. Hvis blandingen er rig, og spændingen er over 450 millivolt, vender strømmen, og pumpecellerne transporterer ilt ind i diffusionsspalterne. Samtidig indstiller det integrerede varmeelement områdets temperatur fra 700 til 800 grader. En sensor af LSU-typen vil, når den er nedsænket i en uforbrændt blanding indeholdende både brændstof og ilt, indikere "overskydende luft", i modsætning til tærsklen, hvis signal skal tolkes som "overskydende brændstof".
Udgangssignalet fra en sensor med bred rækkevidde afhænger af dens kontrolstyring, den kan være strøm eller potentiel. For eksempel udgangsstrømmen for bredbåndssensorcontrolleren I pn og de tilsvarende værdier af λ [2] :
| 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 |
| 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 |
Den største fordel ved en bredbåndssonde i forhold til en smalbåndssonde er elimineringen af cykling af diskrete aflæsninger fra mager til rig. Styreenheden modtager information om graden af misforhold mellem blandingen og den optimale værdi, og dette giver den mulighed for mere præcist og hurtigt at korrigere blandingen for at opnå dens fuldstændige forbrænding uden fri ilt.