Lambda sonda

Od Supetr

• 8. duben 2003

Následující text byl převzat z časopisu Formule Bosch, můžete ho najít na stránkách http://www.bosch.cz/aa/formule. Děkujeme firmě Bosch za možnost uvěřejnění, zároveň jim děkujeme, že nám umožnili přístup k veškerým informacím o výrobcích. Jinak upozorňuju, že na konci stránky najdete odkaz na XLS tabulku, kde je uveden seznam LAMBDA sond pro všechny typy aut, včetně cen. Taky děkuju Karlovi Volnému (id 46) za informace.

Lambda sonda - 25 let služby motoristům



Co je lambda sonda? K čemu slouží? Jak funguje? Jaký má vliv na emise? Odpově7 na tyto otázky lze odvodit z anglického označení "oxygen sensor". Nejkratší vysvětlení pojmu lambda sonda by mohlo znít: čidlo měřící obsah kyslíku ve výfukových plynech.

br>

V současnosti se v automobilové technice používají lambda sondy s dvěma základními fyzikálně chemickými principy činnosti.

Princip činnosti

První je princip napěťový. Sonda je vlastně elektrochemickým článkem a v souvislosti se změnou množství vzdušného kyslíku v okolí sondy, dochází ke změně napětí tohoto článku. Aktivní materiál je tvořen oxidem zirkonia.

Druhý princip je odporový. Pro měřicí odpor je použit oxid titanu a v závislosti na přítomnosti, resp. nepřítomnosti kyslíku dosahuje hodnota jeho odporu hodnot jednotek megaohmů, resp. desítek kiloohmů.

Pro správnou činnost lambda sond obou principů je nezbytné dosažení vysokých teplot, konkrétně napěťový princip vyžaduje teploty 400 - 800°C a odporový princip ještě vyšší, a to 600 - 1000 °C.

Oba výše popsané principy nejsou žádnou novinkou, byly používány již ve druhé polovině 19. století pro kontrolu chemického složení taveniny v hutích.

V automobilovém průmyslu se lambda sondy jako čidla systémů regulace tvorby směsi poprvé objevily před 25 lety zásluhou společnosti Bosch.

Odporová lambda sonda - hodnoty odporu

A = odpor sondy C = chudá směs

B = teplota sondy D = bohatá směs

Charakteristika „napěťové“ lambda sondy pro pracovní teplotu 600 °C

a bohatá směs (nedostatek vzduchu)

b chudá směs (přebytek vzduchu)

Poznámka z praxe

Předem je třeba vyvrátit dosti zažitý omyl mezi laickou, ale i odbornou veřejností, kdy se lambda sondě přisuzuje výhradní zodpovědnost za vysokou spotřebu, nevyhovující emise, a další problémy. Sonda je však především snímačem, který měří hodnotu určité veličiny a předává ji řídicí jednotce.

Z praktického hlediska je třeba říci, že lambda sonda je jednak díl podléhající opotřebení a stárnutí a jednak díl dosti citlivý vůči vnějším vlivům (průměrná životnost by měla dosahovat, v závislosti na typu 60 - 150 tis. km). Vnější příčiny poškození lambda sond jsou nejčastěji „otrávení“ citlivého materiálu olovem z benzínu, ale také spalovaným motorovým olejem či některými prostředky na ošetřování založenými na silikonové bázi (například spreje na kontakty). Další skupinu tvoří tepelné poškození. Nejčastěji se jedná o dlouhodobý provoz sondy v prostředí trvale bohaté směsi, který je způsoben nějakou závadou, kterou lambda sonda spolu s řídicí jednotkou nejsou schopny korigovat. Směs tak dohořívá ve výfuku či přímo na sondě, případně v katalyzátoru. Dojde pak obvykle k upálení či ulomení čidla.

Historický vývoj

Po celou dobu používání docházelo k vývoji, který se v posledních letech ještě výrazně zrychlil.

Do prvních aplikací v benzínových motorech byly používány napěťové sondy v tzv. „jednodrátovém provedení“, elektrický signál byl tedy veden tímto „drátem“ a signálová kostra využívala kostru vozidla.

Další vývoj přinesl požadavek na zkrácení fáze náběhu signálu sondy, tedy zahřívání, po studeném startu motoru. Na trh tak byly uvedeny tzv. „třídrátové“ sondy, kdy byly přidány dva vodiče okruhu vytápění a do tělesa sondy byl vložen topný odpor. Doba náběhu sondy se tak zkrátila z časů kolem 2 minut a více, na hodnoty kolem 15 sekund.

Ne vždy 100% spolehlivost kostry, zvláště starších vozidel, vedla následně k zavedení „čtyřdrátové napěťové“ sondy. Signálová kostra je tedy vedena samostatným vodičem (a je tak zároveň umožněno provedení, kdy signálová kostra není identická s kostrou vozidla).

V poslední době se jako další inovace začínají objevovat „pětidrátové“ sondy, doplněné teplotním čidlem výfukových plynů.

Se stoupajícími požadavky na kontrolu čistoty výfukových plynů se objevily systémy se dvěma lambda sondami. První sonda umístěná před katalyzátorem slouží i nadále jako hlavní informace pro korekci tvorby směsi. Druhá sonda je umístěna za katalyzátorem a její signál vypovídá o správné či nesprávné činnosti katalyzátoru a v případě závady první sondy, je ji schopna zastoupit jako zdroj informace pro řízení bohatosti směsi.

Oproti napěťovým sondám jsou sondy pracující na principu odporovém vždy „čtyřdrátové“, vzhledem ke své vyšší pracovní teplotě musí být vždy vyhřívané a z hlediska principu měření mohou obtížně využívat kostru vozidla.

Novinky dneška

Podle statistik prodejů tvoří dnes osobní vozy se vznětovými motory kolem 60 % prodeje v západní Evropě. Je to také výsledek velkého technologického pokroku posledních let. Jeho součástí je v současnosti také lambda sonda jako čidlo ovlivňující emisní parametry motoru.

Druhou hlavní oblastí vývoje spalovacích motorů jsou zážehové motory s přímým vstřikem, resp. pracující s vrstvenou směsí. Tyto motory ovšem vzhledem k chodu s chudou směsí nevystačí s lambda sondou klasického typu, ale vyžadují tzv. „širokopásmovou lambda sondu“. Tato lambda sonda nepracuje jen v úzkém pásmu poblíž λ = 1, ale je schopna hlásit řídicí jednotce složení směsi v podstatně širším rozsahu λ = 0,7 až 4,0.

Přečerpávací proud I_p širokopásmové

lambda sondy v závislosti na součiniteli

přebytku vzduchu λ ve spalinách



Bosch začíná využívat lambda sondy také pro vznětové motory



Robert Bosch začíná v současnosti používat lambda sondy také v systémech řízení vznětových motorů. S pomocí nové techniky mohou tak být vznětové motory ještě úspornější a s čistějšími exhalacemi. Nový systém umožňuje lépe než dosud vzájemně sladit řídicí systém vstřikování a vlastní motor a tím umožňuje dále snížit jednak spotřebu a také emise. Jinak než doposud optimalizuje regulace založená na signálu lambda sondy Bosch kvalitu a složení výfukových plynů s pomocí systémů recirkulace spalin, regulace plnicího tlaku a regulace počátku dodávky paliva. Tyto regulační možnosti mají rozhodující vliv na exhalace vznětového motoru. Širokopásmová lambda sonda s širokým pracovním pásmem měří obsah kyslíku ve spalinách a pro zpracování v řídicí jednotce tak zprostředkovává důležité informace o průběhu spalování v motoru. S pomocí nového systému Bosch je možné ve srovnání s konvenčním řízením vznětového motoru získat významně nižší množství emisí. Kromě toho získávají motory další ochranu proti možným poruchám, neboť je možné například rozpoznat nepatřičné spalování, například ve fázi decelerace vozidla. V blízké budoucnosti bude lambda sonda sledovat zásobníkový NOx-katalyzátor. V rámci konceptu likvidace spalin bude sonda dodávat informace potřebné pro řízenou regeneraci katalyzátoru. K té musí docházet v pravidelných intervalech, aby se uchovala schopnost katalyzátoru zachycovat NOx. Podle vyjádření konstruktérů lze se sériovým nasazením systémů pracujících s lambda sondou u vznětových motorů počítat již v letošním roce. Doposud pracují lambda sondy v milionových počtech ve vozidlech se zážehovými motory. V roce 1986 oslavil Bosch výrobu desetimilionté lambda sondy, v roce 1993 to již bylo 50 milionů kusů a v roce 2001 již 250 milionů.

1. vznětový motor
2. vstřikovač Common Rail
3. regulační klapka
4. měřič hmotnosti vzduchu s vyhřívaným filmem
5. turbodmychadlo (zde turbodmychadlo VTG)
6. řídicí jednotka EDC motoru
7. širokopásmová lambda sonda
8. ventil recirkulace spalin
Tak a nyní slibovaný XLS soubor. Jde o link přímo na BOSCH stránky, takže se může stát, že může být soubor nedostupný. Pokud se Vám to stane, napište mi. Seznam všech lambda sond najdete na http://www.bosch.cz/aa/formule/download/lambdasondy.xls (pozor, má to 1,5MB). Po otevření doporučuju použít VYHLEDÁVÁNÍ podle slova PEU nebo vyhledávat podle typu motoru.