Кислородный датчик лямбда представляет собой электронное устройство, которое используется для измерения содержания кислорода в выхлопных газах. В автомобильной промышленности он также известен как лямбда датчик, и используется для регулирования горючей смеси и выброса выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания. Лямбда датчик используется для указания того, является ли смесь обогащенной или обедненной. Уровень кислорода определяется измерением с помощью одного датчика на входе в катализатор, а другим на выходе из катализатора в выхлопном газе. Различие в содержании кислорода вызывает поток электронов через керамический элемент, который генерирует потенциал напряжения между двумя пограничными слоями. Созданное напряжение непосредственно связано с уровнем содержания кислорода в выхлопных газах.
Лямбда зонд очень чувствителен к температуре. Температура керамического элемента будет определять его способность проводить ионы кислорода и существенно влияет на время отклика датчика. Большинство датчиков производятся со встроенным электрическим нагревательным элементом для поддержания времени отклика при низких температурах выхлопных газов. Эта функция гарантирует, что выбросы транспортного средства находятся под контролем в более широком диапазоне рабочих температур двигателя, особенно при холодном пуске.
Существуют два различных типа датчиков кислорода, которые различаются в выходном сигнале. Узкополосный кислородный датчик работает в области узко полостного соотношения воздух-топливо (AFR) и производит значительный «скачок» в напряжение сигнала, когда AFR идет выше чем Lambda, в то время как датчик Wideband обеспечивает сигнал в более широком диапазоне лямбда.
Узкополосный датчик (так называемый шаговый датчик).
Узкополосные кислородные датчики часто просто называют датчиками кислорода, потому что на протяжении многих лет это был единственный доступный тип кислородного датчика. Он называется узкополосным датчиком, поскольку он может обнаружить только очень узкий диапазон AFRs. Функция этого лямбда зонда основана на электрохимической ячейке, называемой ячейкой Нернста (рисунок 1). Он состоит из диоксида циркония, оксида циркония, а также важным свойством диоксида циркония является то, что он может проводить ионы кислорода при температуре выше примерно 350 ° С. Когда лямбда зонд установлен, то внешний элемент циркония подвергается воздействию выхлопных газов, а внутри находится в контакте с опорным воздухом. Обе стороны элемента покрыты тонким слоем платины, которые выступают в качестве электродов и несут напряжение датчика от элемента к подводящим проводам циркония. При рабочей температуре, ионы кислорода могут проходить через элемент депозитного заряда по платиновым электродам, таким образом, формируя напряжение.
Узкополосный датчик является в основном включателем / выключателем в том смысле, что он может определить, является ли смесь богатой или бедной, но это не говорит элеронному блоку, на сколько бедна или обогащена смесь. Он связывается с электронным блоком управления через напряжение которое он производит. Если AFR богат, генерируется сигнал высокого напряжения на электродах из-за разницы в концентрации кислорода, присутствующего по обеим сторонам элемента. И наоборот, если AFR обеднено, генерируется низкое напряжение на электродах из-за малой разницы в содержании кислорода между выхлопными газами и эталонного воздуха внутри датчика.
Шаговый датчик, функция Форманна
Широкополосный датчик.
Широкополосные датчики, также известные как датчики широкого диапазона, являются новой технологией. Широкополосный кислородный датчик не только говорит электронному блоку управления, богатая ли смесь или обедненная, но и насколько богата или на сколько обеднена. Таким образом, это облегчает работу модулю управления, для регулирования смеси, без большого перерегулирования и делая смесь более подходящей. По этой причине широкополосный датчик является превосходной технологией и более предпочтительной, и вполне вероятно, что широкополосные кислородные датчики, в конечном счете заменят узкополосные кислородные лямбда датчики на всех легковых и грузовых автомобилях.
Широкополосные датчики имеют дополнительную керамический ячейку (рисунок 2). В выхлопных газах частично диффундирует через диффузионный барьер. Уровень кислорода в выхлопных газах в камере измеряется ячейкой Нернста. В зависимости от того, AFR в камере богата или обеднена, схема управления подает напряжение на электроды насоса. Ионы кислорода транспортируются от внутреннего до внешнего электрода таким образом, что AFR в камере становится лямбда = 1. Сгенерированный электрический ток, является сигналом. Существует определенный диапазон тока, соответствующего лямбда от 0, 7 до бесконечности. Сигнал равен нулю, когда AFR выхлопного газа является лямбда = 1. Кривая выхода обеспечивает постоянный контроль с заданным номинальным значением лямбда.
Широкополсный датчик
Свойства современных датчиков кислорода. Нагревательные элементы датчиков кислорода, как правило, контролируются в открытом цикле с широтно-импульсной модуляцией напряжения, хотя современные датчики часто имеют нагревательные элементы, которые управляются в замкнутом контуре. Измеренное сопротивление керамики указывает температуру, так что энергия, необходимая для удержания постоянной температуры можно легко вычислить. Закрытый контур управления обеспечивает более надежный сигнал в различных условиях окружающей среды. Кроме того, многие современные датчики кислорода не требуется наружного воздуха в качестве эталона. Скорее, опорный ток насоса подается в камеру Нернста, моделирующей влияние воздуха. В этих датчиках, не требуется зазор в элементе для эталонного воздуха. Таким образом, элемент лямбда зонда требует меньшего объема и нагревая его требует меньше времени и энергии. Кроме того, работая без эталонного воздуха делает его менее чувствительным к загрязнению.