Sonda Lambda
Acest articol sau secțiune tehnică este considerat a fi verificat . |
Sonda lambda este necesară pentru a detecta prezența oxigenului în gazele de eșapament și pentru a menține raportul amestecului ( kg aer / kg combustibil) în intervalul optim de eficiență al catalizatorului vehiculului.
Sonda poate fi utilizată pe toate vehiculele cu motoare cu aprindere prin scânteie (cu benzină, etanol, alimentare cu gaz) pentru a asigura stoichiometria amestecului (printr-o sondă de reglare, amplasată în amonte de catalizator) și pentru a efectua, printr-un senzor separat ( sonda de diagnostic), plasată în aval de catalizator, controlul stării funcționale a acestuia din urmă.
Principiul de funcționare
Sonda lambda este capabilă să detecteze concentrația de oxigen din gazele de eșapament. Prin măsurarea comparativă a oxigenului prezent în aerul ambiant, detectat la celălalt capăt al sondei, se obține indirect cantitatea de oxigen din gazele de eșapament [1] [2] .
Litera greacă λ (lambda) indică raportul dintre aer și combustibil în raport cu raportul stoichiometric al combustibilului utilizat, unde:
- λ = 1, când arderea este stoichiometrică;
- λ <1, când există un exces de combustibil (amestec de grăsimi);
- λ > 1, când există un exces de aer (amestec slab).
Sonda transmite apoi informațiile, printr-un semnal electric, către unitatea de control ( unitatea de control a motorului ) care măsoară eroarea de pe lambda și reglează introducerea combustibilului și a aerului în camera de ardere.
Există două tipuri de sonde pe piață, care diferă în ceea ce privește tipul de răspuns pe care îl dau ECU:
Sonda Lambda HEGO (senzor de oxigen încălzit cu gaze de eșapament)
Ieșirea sondei este de tip boolean (1 sau 0) pentru a indica dacă ne aflăm în zona de amestec de grăsimi sau în zona de amestec slab. Trecerea de la o situație la alta are loc într-o perioadă foarte scurtă, dar nu oferă informații reale despre valoarea lambda reală, ci doar o indicație de stoichiometrie. Aceste sonde au fost primele utilizate pentru controlul motorului și oferă o intrare ECU pentru a îmbogăți amestecul atunci când găsesc valoarea pentru amestecul slab și slab atunci când găsesc valoarea pentru amestecul de grăsime.
Funcționarea ideală a motorului este aceea că valoarea de ieșire oscilează la o frecvență foarte mare între zero și unu. Sonda HEGO este utilizată pentru controlul buclei închise, pentru a se centra cât mai mult pe o lambda stoichiometrică.
Sonda Lambda UEGO (senzor universal de oxigen pentru gaze de eșapament)
Ieșirea sondei UEGO este o valoare de curent variabilă în funcție de valoarea lambda și poate fi utilizată pentru a ataca alte ținte lambda decât 1. Ieșirea reală a senzorului este o curbă exponențială aperiodică, care indică o dinamică lentă care poate fi asociată cu un sistem de primă comandă; răspunsul sondei va fi deci întârziat în raport cu variațiile bruște ale amestecului introdus, ajungând până la aproximativ 300 de milisecunde. Sistemul, dacă nu suferă variații bruște, este potrivit pentru centrarea valorii lambda cu precizie, pe care este lambda țintă.
Structura sondei UEGO constă dintr-o sondă neliniară plus un sistem de control al curentului într-o cameră de măsurare.
- Sistemul de control măsoară ionii de oxigen dintr-o celulă de măsurare.
- Dacă există exces de ioni de oxigen, amestecul este slab și trebuie extras din cameră pentru a aduce lambda înapoi la 1. Dacă, dimpotrivă, amestecul este gras, va fi necesar să le pompăm în cameră.
- Se măsoară semnul curentului care poate fi legat de pompare, deci negativ sau de extracție, deci pozitiv.
- Comparându-l cu un curent de referință, putem ști care este valoarea lambda reală.
Folosind sonda
Măsurarea oxigenului din gazele de eșapament este fundamentală în controlul motorului pentru a centra injecția pe o anumită masă de combustibil care garantează o anumită țintă lambda. Sonda lambda este utilizată numai la motoarele cu aprindere pozitivă datorită tipului lor de reglare a cuplului. Motoarele pe benzină, etanol, GPL, metan etc ... trebuie să mențină întotdeauna un raport stoichiometric, deoarece masa de aer care intră în corpul clapetei de accelerație variază; constanța lambda este deci condiția care se impune sistemului de control și care se măsoară indirect datorită sondei. La motoarele diesel, cuplul este reglat de calitate, adică prin admiterea unei cantități constante de aer și variația cantității de combustibil introduse; acest lucru face inutilă sonda lambda.
Țintă Lambda
Lambda țintă este lambda la care motorul trebuie să funcționeze sub o anumită stare RPM și încărcare. Informațiile despre ținta lambda sunt conținute în hărți tridimensionale încărcate în unitatea de control și obținute pe banca de testare. Harta țintă lambda va fi în principal aplatizată și cu o valoare egală cu λ = 1 (stoichiometrică), cu posibile abateri spre valori de λ <1 către viteze mari.
Starea lambda stoichiometrică garantează, în asociere cu utilizarea unui catalizator trivalent, reducerea totală a poluanților (cu excepția particulelor solide). Prin urmare, criticitatea producției de poluanți în vehiculele pe benzină apare numai în timpul fazei de încălzire a sondei și a motorului la pornire.
S-ar putea să ne dorim să ne abatem de la o stare stoichiometrică în anumite aplicații sportive în care se ating viteze și sarcini foarte mari, în special cu motoarele supraîncărcate. Grăsimile Lambda permit componentelor solicitate termic să se răcească, datorită căldurii latente de vaporizare a combustibilului, care nu participă la combustie, ci elimină căldura. Această afecțiune inhibă funcția catalizatorului trivalent, permițând doar reducerea oxizilor de azot și lăsând hidrocarburile nearse și monoxidul de carbon să iasă liber în mediu. Noile reglementări opresc această practică numită „protecție a componentelor”, reducând performanța, dar și poluanții emiși de un anumit tip de vehicul.
Diagnosticul catalizatorului
Convertorul catalitic, la fel ca orice dispozitiv aflat la bordul vehiculului, este supus îmbătrânirii și tendința de a nu mai putea stoca cantitatea potrivită de oxigen pentru a oxida HC (hidrocarburi nearse) și CO (monoxid de carbon).
- În timpul derapajelor în oxid slab, HC și CO, dar am lăsat NOx să treacă nealterat
- În timpul derapării în grăsime reduc NOx, dar las HC și CO să treacă
Oxizii de ceriu, în timpul scurtelor oscilații ale grăsimii datorate sondei HEGO, captează oxigenul care va fi apoi utilizat pentru a oxida HC și CO în timpul derapării în slabă. O oscilație de înaltă frecvență asigură minimul de poluanți.
Pentru a măsura capacitatea reziduală a catalizatorului de a stoca oxigenul, efectuez următoarea procedură:
- Faza 1: Forțez ungerea amestecului până la 0,98, golind complet catalizatorul de oxigen.
- Etapa 2: modelul matematic de golire a catalizatorului în unitatea de control calculează timpul pe care trebuie să-l rămân la λ = 0,98 pentru a consuma complet oxigenul.
- Faza 3: Forțez un toc slab cu λ = 1,02 și pornesc un cronometru în unitatea de control. Cronometrul va fi oprit odată ce pasajul slab este de fapt măsurat cu λ = 1,02.
Având în vedere timpul de umplere, putem obține, în ceea ce privește timpul de umplere inițial, capacitatea reziduală de stocare a oxigenului.
Tipuri de sonde
Sondele diferă în funcție de tipul de material ceramic utilizat: dioxid de zirconiu și dioxid de titan . Senzorii de oxid de zirconiu și oxid de titan nu sunt interschimbabili, atât pentru dimensiunea lor, cât și pentru diferitele strategii de control care sunt utilizate pentru a evalua semnalul senzorului.
Sonda lambda cu dioxid de zirconiu
Suprafața exterioară a elementului de dioxid de zirconiu este în contact direct cu gazele de eșapament, în timp ce suprafața interioară este în contact direct cu atmosfera . Ambele suprafețe sunt acoperite cu un strat subțire de platină . Oxigenul sub formă ionică traversează stratul ceramic și încarcă electric stratul de platină care se comportă apoi ca un electrod : semnalul electric generat este colectat de cablul de conectare care iese din senzor . Aerul de referință necesar pentru funcționarea acestui tip de sondă a fost preluat, în primele sonde, prin găuri realizate în corpul sondei; în timp ce în senzorii mai recenți, același lucru este de obicei furnizat prin cablurile electrice ale sondei. Prin urmare, este de o importanță fundamentală ca cablurile sondei să nu fie îndoite și că conectorul sondei este păstrat liber de impurități (pentru a evita deteriorarea sondei, este, prin urmare, absolut necesar să se evite pulverizarea sau depunerea oricărui tip de lubrifiant pe conectorul său , detergent sau dielectric).
Elementul de dioxid de zirconiu devine permeabil la ionii de oxigen la o temperatură de aproximativ 300 ° C. Când concentrația de oxigen este diferită pe cele două suprafețe ale senzorului, se generează o tensiune datorită proprietăților fizice particulare ale dioxidului de zirconiu. Cu un amestec slab, tensiunea semnalului este scăzută, în timp ce cu un amestec bogat este ridicată.
Modificarea tipică a puterii semnalului are loc atunci când raportul aer- gaz este de 14,7 la 1 (14,7 părți de aer la 1 parte de benzină) și se numește lambda 1 . Acest raport este, de asemenea, considerat un indice de ardere completă (de aici și numele de sonda lambda ).
Sistemul de control al amestecului aer-benzină este pilotat de sonda lambda care începe să funcționeze la peste 300 ° C. Elementul sensibil necesită un anumit timp de încălzire și din acest motiv majoritatea sondelor lambda au o rezistență ceramică în interior, care, atunci când este încălzită, reduce semnificativ timpul de activare.
Senzor lambda cu dioxid de titan
Elementul de dioxid de titan nu generează o tensiune ca elementul de zirconiu. În elementul dioxid de titan rezistența electrică variază în raport cu concentrația de oxigen. La lambda 1 ( raportul stoichiometric ) există o schimbare semnificativă a rezistenței.
Prin aplicarea unei valori de tensiune adecvate sondei de titan, este posibil să se măsoare un curent de ieșire care este legat de concentrația de oxigen din gazele de eșapament. Spre deosebire de tipul de zirconiu, tipul de titan nu necesită aer de referință și, prin urmare, dimensiunile elementului sensibil sunt mai mici.
Notă
- ^ Totul despre senzorii lambda ( PDF ), la beru.com , BERU. Adus la 26 septembrie 2013 (arhivat din original la 27 septembrie 2013) .
- ^ Do it yourself: lambda sensor, diagnostic and replacement ( PDF ), pe xoomer.virgilio.it , Shark Racing Club. Accesat la 26 septembrie 2013 .
Elemente conexe
Alte proiecte
-
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre senzorul Lambda
