Lambda-anturi ( λ-anturi ) on palamistuotteiden suhteellisen koostumuksen anturi , joka määrittää polttoaineen ja hapettimen suhteen stoikiometriseen, jota käytetään elektronisissa ohjausjärjestelmissä, esimerkiksi autojen polttomoottorin ohjausjärjestelmässä. Polttomoottorin toimimiseksi on tarpeen valmistaa seos, joka koostuu polttoaineesta ja ilmasta. Jotta moottori toimisi tehokkaasti, polttoaine-ilmaseoksen (FA) on oltava polttokammiossa suhteessa 1:14,7. Kun moottori on käynnissä, haluttu polttoainesuhde muodostetaan säätelemällä suuttimien päälle- ja poistumisaikoja moottorin sylintereiden imemän ilmamäärän perusteella, jonka massailmavirta- anturi mittasi . Lambda-anturin avulla voit säätää haluttua ilma-polttoaineseoksen suhdetta määrittämällä jäljellä olevan palamattoman polttoaineen tai hapen määrän pakokaasuissa , mikä myös vähentää palamisprosessin ihmisille haitallisten sivutuotteiden määrää.
Lambda-anturin toiminta perustuu Nernst -potentiaaliin , joka esiintyy anturin koskettimissa, jotka on valmistettu huokoisista platinapaksukalvoelektrodeista, jotka on päällystetty keraamisella spinellikerroksella [1] .
Kynnystyyppinen lambda-anturi toimii galvaanisena kenno / kiinteäoksidipolttokennona, jossa on kiinteä elektrolyytin erotuskalvo, joka on valmistettu yttriastabiloidusta zirkoniumdioksidista (ZrO 2 ) keraamisista, huokoisista platinaelektrodeista ruiskutetaan elektrolyytin päälle, joka on myös redox-katalysaattori. reaktiot. Toinen elektrodeista huuhdellaan kuumilla pakokaasuilla (anturin ulkopuoli), ja toinen pestään ilmalla (anturin sisäpuoli). Elektrolyytin (ZrO 2 ) O 2 -ionien läpäisevyysvaikutus saavutetaan kalvon lämpötilassa yli 300°C. Anturin toimintaan tarvitaan ilmakehän happea hyvin pieni määrä, joten yleensä veteen tiivistetty anturi on tehty siten, että johtopuolelta pääsee sisään vähän happea.
Jos pakokaasut sisältävät polttomoottorin käytön aikana polttoaineen epätäydellisen palamisen tuotteita, lämmitetty galvaaninen kenno synnyttää pakokaasujen epätäydellisen palamisen tuotteiden redox-reaktion aikana ilmakehän hapen kanssa EMF:n, joka on jopa 1,5 volttia kalvon elektrodien väliin. Auton ECU-ohjelma tulkitsee tämän yli 0,7-0,9 voltin EMF:n merkiksi "rikkaasta" polttoaineseoksesta. Jos polttoaineen epätäydellisen palamisen tuotteiden pitoisuus pienenee anturin ulkopuolelta tulevien pakokaasujen koostumuksessa, syntyvän EMF:n arvo pienenee vastaavasti ja jos pakokaasuissa on reagoimatonta happea epätäydellisten tuotteiden sijaan. polttoaineen palamisen jälkeen anturin EMF tulee lähelle nollaa johtuen kennon keraamisen kalvon molemmin puolin redox-potentiaalien yhtäläisyydestä. Alle 0,1-0,2 voltin EMF-arvon ECU:ssa oleva ohjelma tulkitsee "huonoksi" polttoaineseokseksi. Anturin EMF ~0,45 volttia osoittaa, että palaneella seoksella on stoikiometrinen polttoaineen ja ilman suhde.
Rakenteellisesti anturit on jaettu johtojen lukumäärällä ja lämmityselementin läsnäololla. Anturit ilman lämmityselementtiä käyttävät 1 tai 2 johtoa, lämmityselementillä - 3 tai 4 johdinta. Ensimmäisen sukupolven anturit lämpenivät vain pakokaasuista, joten ne alkoivat antaa signaalia suhteellisen myöhään moottorin käynnistämisen jälkeen. Myöhemmin ilmaantuneet anturit, joissa oli lämmityselementti, alkoivat saada anturin toimintaan erittäin nopeasti, mikä täytti kohonneet ympäristövaatimukset ja mahdollisti myös anturin käytön silloin, kun pakokaasun lämpötila ei riittänyt.
Työn alussa, moottorin käynnistämisen jälkeen, lambda-anturi ei anna lukemia, ja ECU pakotetaan käyttämään vain siinä määrättyjä ruiskutuskarttoja. Tämä on avoimen silmukan tila , eikä lambda-anturi korjaa polttoaineseosta tässä tilassa. Anturin signaalin ilmaantuessa auton ECU siirtyy takaisinkytkentätilaan, jossa alkuperäiset polttoainekartat korjataan lambda-anturin lukemien perusteella reaaliajassa.
Ohjausjärjestelmä käyttää signaalia optimaalisen ( stoikiometrisen , noin 14,7:1) ilman ja polttoaineen suhteen ylläpitämiseen.
Anturin toiminta ei ole lineaarinen ajassa, lukemat poikkeavat optimaalisesta hyvin nopeasti, joten ECU pakotetaan jatkuvasti säätämään seosta. Samaan aikaan moottori käy harvoin seoksen ihanteellisella stoikiometrisellä koostumuksella, mutta seos pyrkii jatkuvasti saavuttamaan ihanteellisen osuuden. Lambda-anturi ei ilmoita tarkalleen kuinka paljon happea on pakokaasuissa, se ilmoittaa, onko pakokaasussa vapaata happea vai ei. Se, että on vapaata happea, tarkoittaa, että seoksessa pitäisi olla enemmän polttoainetta, koska osa hapesta ei reagoinut. Ja päinvastoin, jos happea ei ole tai se on hyvin vähän, polttoaineen syöttöä on vähennettävä, varsinkin kun polttoainetta on liikaa, tämä johtaa noen ja niin sanottujen "likaisten" pakokaasujen ilmestymiseen. Todellisuudessa on mahdotonta saavuttaa ja ylläpitää ihanteellista stoikiometristä seosta pitkään, koska monet tekijät vaikuttavat jatkuvasti seoksen muodostumiseen ja palamiseen. Siksi tavoitteena ei ole itse stoikiometrisen suhteen saavuttaminen, vaan halu siihen, korjaamalla jatkuvasti seosta ja pysymällä vuorotellen "ehdollisen huonossa" tilassa, sitten "ehdollisen rikkaassa" tilassa poikkeamatta optimaalisesta sävellys. Anturin oikea toiminta mahdollistaa todellisen ilma/polttoainesuhteen ja stoikiometrisen suhteen välisen eron minimoimisen.
Anturin jännitekäyrä on yleensä sinimuotoinen, jossa on melko terävä siirtymä korkeista matalille arvoille ja päinvastoin. Jakson periaate on seuraava: anturi ilmoitti, että seos on "huono" - ECU alkaa vähitellen lisätä polttoainetta; sitten anturi ilmoittaa, että seoksesta on tullut "rikas" - ECU alkaa vähentää polttoaineen syöttöä ja niin edelleen jatkuvasti, kun palaute on aktiivinen. Polttoainesyötön muuttaminen (vastauksena lambda-anturin lukemiin) suoritetaan yleensä käyttämällä kahta muuttujaa ECU:ssa - "pitkä" korjaus ja "lyhyt" korjaus, ja ne sisältyvät OBD-II- diagnostiikkastandardiin . Lyhyen korjauksen ansiosta seos voi seurata anturia sekunnissa. ECU laskee pitkän korjauksen lyhyen korjauksen analyysin perusteella, ja sitä tarvitaan koko korjauksen siirtämiseksi, itse asiassa mukautuen tietyn moottorinäytteen ominaisuuksiin ja kuntoon. Jokainen korjaus voi muuttaa ruiskutusta valmistajan asettamissa rajoissa, ja jos pitkien ja lyhyiden korjausten summa ylittää yleisen rajan, yleensä ECU ilmoittaa seoksen muodostusvirheestä "check engine" -ilmaisimen avulla. ECU käyttää yleensä lambda-anturin takaisinkytkentätilaa tiettyyn prosenttiosuuteen moottorin lasketusta kuormituksesta. Seuraavaksi ECU pysäyttää tilapäisesti korjaustilan, koska on olemassa tehottoman korjauksen mahdollisuus, ja näissä olosuhteissa injektiokarttojen käyttö on suositeltavaa.
Koska pakokaasussa on oltava jonkin verran happea CO :n ja CH :n oikeaa jälkipolttamista varten katalysaattorissa, katalysaattorin takana tai sisällä sijaitsevaa toista lambda-anturia voidaan käyttää tarkempaan ohjaukseen.
Happianturin tyyppi.
Suurin ero laajan alueen ja tavanomaisten kapeakaistaisten λ-koettimien välillä on anturikennojen ja niin kutsuttujen pumppukennojen yhdistelmä. Sen kaasupitoisuuden koostumus vastaa jatkuvasti arvoa λ=1, mikä tarkoittaa 450 millivoltin jännitettä aistikennolle. Raon kaasupitoisuutta ja sen mukana anturijännitettä ylläpidetään erilaisilla pumppauskennoon kohdistetuilla jännitteillä. Kun seos on laihaa ja anturin jännite on alle 450 millivolttia, kenno pumppaa happea ulos diffuusioontelosta. Jos seos on rikas ja jännite on yli 450 millivolttia, virta kääntyy ja pumppauskennot kuljettavat happea diffuusiorakoihin. Samalla integroitu lämmityselementti asettaa alueen lämpötilan 700 - 800 asteeseen. LSU-tyyppinen anturi upotettuna palamattomaan seokseen, joka sisältää sekä polttoainetta että happea, osoittaa "ylimääräistä ilmaa", toisin kuin kynnys, jonka signaali on tulkittava "ylimääräiseksi polttoaineeksi".
Laaja-alaisen anturin lähtösignaali riippuu sen ohjaussäätimestä, se voi olla virtaa tai potentiaalia. Esimerkiksi laajakaistaisen anturin ohjaimen I pn lähtövirta ja vastaavat arvot λ [2] :
| Ipn , mA | −5.000 | -4.000 | -3.000 | -2.000 | −1.000 | -0,500 | 0.000 | 0,500 | 1 000 | 1.500 | 2.000 | 2.500 | 3.000 | 4.000 |
| λ | 0,673 | 0,704 | 0,753 | 0,818 | 0,900 | 0,948 | 1 000 | 1.118 | 1.266 | 1.456 | 1.709 | 2,063 | 2,592 | 5.211 |
Laajakaistaisen anturin tärkein etu kapeakaistaiseen mittapäähän verrattuna on diskreettien lukemien jaksottamisen eliminointi laihasta rikkaaseen. Ohjausyksikkö vastaanottaa tietoa seoksen ja optimaalisen arvon välisestä epäsuhtaisuudesta, mikä mahdollistaa seoksen tarkemman ja nopeamman korjaamisen saavuttaakseen sen täydellisen palamisen ilman vapaata happea.