Sonda Lambda

W układach wylotowych nowoczesnych silników wyposażonych w katalizatory, w ich sąsiedztwie lub bezpośrednio na nich umieszcza się sondę lambda, zbierającą informację o zawartości tlenu w spalinach i przekazującą je do sterującego układu elektronicznego.

Przy zasilaniu silnika poprzez wtrysk paliwa o jego dawce decyduje czas otwarcia wtryskiwaczy elektromagnetycznych lub ciśnienie sterujące. Te wielkości dobiera system mikroprocesorowy, który otrzymuje informacje z czujników: prędkości obrotowej silnika, położenia przepustnicy, temperatury, ciśnienia i składu spalin. Sonda lambda jest ogniwem elektronicznym, którego wielkość napięcia (od 0 do 1V) zależy od zawartości tlenu w spalinach. Zbudowana jest z dwóch platynowych płytek, rozdzielonych warstwą dwutlenku cyrkonu (ZrO2). Związek ten w obecności tlenu staje się elektrolitem, a na powierzchni płytek platyny pojawiają się jony tlenu o ładunku ujemnym. Czujnik jest tak skonstruowany, aby jedna jego strona mogła stykać się z powietrzem atmosferycznym (sygnał odniesienia), zaś druga z gorącymi spalinami.
Z uwagi na to, że płytki stykają się z gazami o różnej zawartości tlenu, tworzy się różnica potencjału. wartości napięcia określające mieszankę bogatą i ubogą są wprowadzane do pamięci stałej komputera i decydują o skróceniu lub wydłużeniu czasu wtrysku i wielkości dawki paliwa.
Duża zawartość procentowa tlenu (od 4 do 5%) wskazuje na mieszankę ubogą, wartość napięcia sygnału wysyłanego przez czujnik jest w takim przypadku mała (od 0 do 0,1V). Natomiast mała zawartość procentowa tlenu (od 0 do 0,5%) wskazuje na mieszankę bogatą, napięcie wysyłane przez sondę lambda ma w takim przypadku wartość od 0,7 do 0,8V. Jeżeli mieszanka ma prawidłowy stosunek stechiometryczny (LAMBDA=1) sonda lambda wyśle sygnał o napięciu około 0,5V.
Wymuszone tymi wahaniami naprzemienne procesy utleniania i redukcji są korzystne dla pracy dopalacza katalitycznego.
Nowa sonda lambda wykonuje w ciągu 10 sekund więcej niż 5 cykli zmian napięcia.
Ponadto sonda przesyła sygnał do ewentualnej zmiany (która następuje w ciągu 50 ms) czasu trwania wtrysku (dawki paliwa).
Sonda lambda zaczyna wytwarzać napięcie, gdy osiąga temperaturę pracy około 300 (0C) i w najnowszych rozwiązaniach układów wylotowych w celu skrócenia do kilku sekund czasu oczekiwania na pracę sondy w jej korpusie umieszcza się grzałkę. Dzięki temu zaczyna się ona pracować już po 20, 30 sekundach po uruchomieniu pojazdu.
Najwyższą wydajność sonda osiąga w temperaturach około 500, 600 (0C) i jest wytrzymała na temperatury nawet 900, 950 (0C).
Sonda w czasie eksploatacji pojazdu nie wymaga żadnej obsługi. Jednak w miarę użytkowania osadzają się na niej różne zanieczyszczenia zakłócające jej pracę.
Wysoka temperatura działa na sondę samoczyszcząco. Im wyższa temperatura, tym proces ten jest bardziej efektywny i przykładowo przy 600 (0C) wymaga 4 godzin, ale już 800 (0C) tylko 10 minut.

Typowe objawy uszkodzonej sondy lambda są następujące:

- zwiększone zużycie paliwa (nawet do 15l/100 km),
- samoistne osady na rurze wydechowej,
- czarny dym wydzielający się z rury wydechowej,
- nierównomierna praca silnika,
- zwiększona ilość CO i HC w spalinach podczas sprawdzania spalin na analizatorze spalin.

Po zauważeniu któregoś z tych objawów należy niezwłocznie poddać silnik diagnostyce w autoryzowanej stacji obsługi. Dłuższa praca silnika z uszkodzoną sondą, oprócz większego zużycia paliwa, może doprowadzić do zniszczenia katalizatora.

rys. 1  Przekrój katalizatora z monolitem ceramicznym i sondą lambda

rys. 2 Schemat budowy sondy lambda 1 - porowata ceramika ochronna 2 - ceramika specjalna z tlenku cyrkonu(ZrO2) 3 i 6 - zewnętrzna i wewnętrzna powłoka warstwy platyny 4 - styk obudowy z masą 5 - woltomierz 7 - styk elektryczny 8 - rura wydechowa

rys. 3 Podgrzewana sonda lambda 1 - obudowa 2 - element ceramiczny 3 - przewody zasilające 4 - osłona ze szczelinami 5 - rdzeń z dwutlenku cyrkonu 6 - złącze kontaktowe 7 - zewnętrzna obudowa 8 - element ogrzewający 9 - zacisk