Kyslíkový senzor /lambda sonda/
Pro správný chod zážehového motoru je asi nejdůležitější co možná nejpřesnější poměr paliva se vzduchem. Pro ideální spalování směsi a správnou funkci třícestného katalisátoru byl vypočítán tzv. stechiometrický poměr, který se skládá z 1kg paliva a z 14,7kg vzduchu. Tento poměr (14,7 : 1) se dá vyjádřit také jako λ = 1. Pokud to trochu zjednodušíme, tak tento poměr směsi si řídící jednotka (ECU) dokáže vypočítat z údajů, které dostává od tzv. váhy vzduchu (MAF), případně od čidla tlaku a teploty nasávaného vzduchu (MAP). Jelikož tato hodnota je pouze teoretická a správné hoření směsi ovlivňuje spousty dalších okolností jako např. kvalita paliva, nadmořská víška a v neposlední řadě i správná funkce všech komponentů motoru , proto je nezbytná i zpětná vazba po shoření směsi, čili kontrola výfukových plynů. Tuto činnost zajištuje lambda sonda, nebo spíše přesněji nazývaný senzor kyslíku ve výfukových plynech (Oxygen /O2/ sensor). Lambda sonda změří obsah kyslíku a předá informaci do řídící jednotky, která - pokud je λ < 1 (bohatá směs) zkrátí délku vstřiku, - pokud je λ > 1 (chudá směs) prodlouží délku vstřiku. Zkráceně se dá říci, že je žádoucí aby se hodnota lambda rovnala jedné, ikdyž podle měření má motor největší výkon při λ = 0,85-0,90 - čili bohatá směs. U spalovacích motorů by jsme se neměli setkávat s hodnotami λ < 0,7 (příliš bohatá směs) a na druhou stranu λ > 1,3 (příliš chudá směs), kdy za těmito hodnotami se stává směs pro zážehový motor těžko zápalná.
• Definice hodnoty Lambda λ (Excess-air Factor):
Hodnota označovaná jako λ (lambda) představuje součinitel přebytku kyslíku ve výfukových plynech, vzniklé spalováním směsi vzduchu a paliva ve spalovacím motoru. Z matematického pohledu je součinitel λ (lambda) definován jako poměr motorem spotřebovaného množství vzduchu (M) k množství, které by bylo potřebné pro dokonalé spálení (Mt = teoretická spotřeba vzduchu) λ = M / Mt.
•Druhy lambda sond:
-Dvoubodová (zirkondioxidová) lambda sonda /také nazývaná skoková/ :
lambda sonda LSH (Lambda Sonde Heizung) má snímací prvek kruhového průřezu.
lambda sonda LSF (Lambda Sonde Flach) má snímací prvek plochý.
-Širokopásmová lambda sonda - LSU (Lambda Sonde Universal)
-Odporová (titandioxidová) lambda sonda (v praxi se téměř nepoužívá)
•Dvoubodová /skoková/ lambda sonda:
Základem dvoubodové lambda sondy je Nernstova buňka, což je keramická destička opatřená z obou stran elektrodami z platiny. Na jednu elektrodu působý výfukové plyny, respektive kyslík obsažený ve výfukových plynech a druhá elektroda je spojena s atmosferickým vzduchem. Rozdílnou koncentrací kyslíku (výfuk.plyny versus atm.vzduch) vzniká na elektrodách napětí (Us), které je poskytováno řídící jednotce motoru. Pokud je λ < 1 (bohatá směs) získá řídcí jednotka od lambda sondy napětí s hodnotou 0,7 - 1,0V a tím pádem to znamená pokyn pro zkrácení doby vstřiku (ochuzení směsi), pokud je λ > 1 (chudá směs) posílá lamba sonda do řídící jednotky napětí s hodnotou 0,1 - 0,2V a to představuje pokyn pro prodlužení délky vstřiku (obohacení směsi). Reference od lambda sondy v rozmezí bohatá-chudá směs se mění (jak název sondy napovídá) skokově. Ideální hodnota je 0,45V, která se rovná λ = 1. Velice důležitou veličinou pro správnou funkci lambda sondy je teplota. Regulace lambda je zapnuta až po dosažení teploty okolo 350°C a z toho důvodu je již dlouhá léta součástí lambda sondy i topné tělísko, které je schopno sondu zahřát již po 20sekundách a tím podstatně zkrátit dobu chodu motoru bez lambda regulace. Pokud by došlo k nadměrnému přehřátí (dlouhodobě přes 850°C, krátkodobě přes 930°C), sonda se nenávratně znehodnotí.
Použití dvoubodové sondy je jak před katalyzátorem, tak i ta katalyzátorem
•Širokopásmová lambda sonda:
Základem širokopásmové lambda sondy jsou dva články, jeden článek tvoří opět Nernstova buňka a druhý je přečerpávací článek. Mezi oběma články musí být zachovám měřící prostor (tzv. difůzní štěrbina). Elektrody v přečerpávacím článku jsou tvořeny z porézní platiny, aby byla zajištěna průchodnost výfukových plynů a zároveň omezovala proud kyslíku z výfuk. plynů. K pochopení funkce této sondy je nutno podotknou, že Nernstův jev funguje i obráceně, to znamená, že když přivedeme el. proud na elektrody, bude docházet k tzv. přečerpávání iontů kyslíku z jedné strany na druhou. V širokopásmové sondě se tohoto jevu využívá na přečerpávacím článku, který přečerpává kyslík do, nebo z difůzní štěrbiny. Difuzní štěrbina je spojena s jednou elektrodou Nerstovi buňky (druhá elektroda Nerstovi buňky je přístupná atmosférickému vzduchu) a dle množství přečerpaného kyslíku se na elektrodách Nerstovy buňky oběví napětí. Toto napětí je sledováno řídící jednotkou a v podstatě neustále upravováno na hodnotu 0,45V, což se rovná λ 1.
Toto upravování napětí se děje takto :
Jestliže je směs příliš bohatá, obsah kyslíku ve výfukových plynech je menší a tím stoupne napětí na elektrodách Nernstovy buňky. Aby napětí na jejích elektrodách bylo zase 450 mV (λ =1), musí se koncentrace kyslíku na elektrodě na straně výfukových plynů (difuzní štěrbině) zvýšit. Aby se tak stalo, musí se přivézt správné množství el. proudu na přečerpávací článek. Nastavení hodnoty přečerpávacího proudu (Ip) provádí řídící jednotka přez regulační obvod. Velikost tohoto proudu, potřebného k čerpání, je ekvivalentem potřeby koncentrace kyslíku ve výfukových plynech, a tím i mírou součinitele λ= l . Čerpací proud je v řídící jednotce vyhodnocován a na jeho základě dojde ke zkrácení doby vstřiku (ochuzení směsi).
V příkadě, že je směs příliš chudá proces je proveden stejně, ale s opačnými hodnotami proto kyslík není čerpán do difůzní štěrbiny, nýbrž z ní a výsledkem je prodloužení doby vstřiku (obohacení směsi).
Pro rychlejší funkčnost lambda regulace se stejně jako u dvoubodové sondy využívá topné tělísko.
Širokopásmová lambda sonda dokáže velice přesně regulovat v rozmezí λ 0,7 až λ 4 a využívá se pouze před katalyzátorem.
•Obecně platí:
-Na sondě naměříme cca 1V = λ je méně 1, což odpovídá bohaté směsi a ECU bude zkracovat délku vstřiku
-Na sondě naměříme 0,45V = λ je rovna 1, což odpovídá ideálnímu (stechiometrickému) poměru a ECU nebude upravovat délku vstřiku (pouze teoritický stav)
-Na sondě naměříme cca 0,1V = λ je více 1, což odpovídá chudé směsi a ECU bude prodlužovat délku vstřiku
•Nejčastější závady lambda sondy:
- Pokud se signální hodnota dostane pod 0,1V, nebo nad 1,0V, měla by tuto chybu zaznamenat řídící jednotka a rozsvítit kontrolku MIL.
- Další častou závadou je tzv, zamrznutí sondy. V tom případě je signální hodnota v podstatě na stejné úrovni a nedochází k lambda regulaci.
- Také se vyskytují závady na vyhřívání, kterou spolehlivě zaznamená řídící jednotka a dojde k rosvícení kontrolky MIL.
- Podle mně "nejzákeřnější" závadou u dvoubodové sondy, je prodloužení doby skokové změny (přechod bohatá/chudá směs), která by měla být max. 120mS. Tato hodnota není sledována řídící jednotkou a má velký vliv na spotřebu pohonných hmot vozidla.
Životnost lambda sond v dnešní době se uvádí mezi 140 000 - 160 000km.