Budowa, działanie i rola sondy lambda

Sonda lambda

Aby mieszanka paliwowo-powietrzna miała stały i prawidłowy stosunek, niezbędny jest jego pomiar. W jaki sposób dokonuje tego sonda lambda?

Zacznę od krótkiego słowa wstępu, które przy okazji wyjaśni także genezę nazewnictwa czujnika, jakim jest sonda lambda. Zastanówmy się zatem, po co w ogóle regulować skład mieszanki paliwowo-powietrznej.

Nissan Juke – oryginalna alternatywa do miasta [test autokult.pl]

Stosunek powietrza do paliwa w mieszance oznaczany jest literą lambda. Mieszanka idealna (stechiometryczna) to taka, w której na każdy 1 kg spalonego paliwa, przypada 14,7 kg powietrza. Wówczas lambda jest równa 1. Wyższa wartość oznacza mieszankę ubogą – za dużo powietrza, za mało paliwa. Wartość lambdy poniżej 1 oznacza mieszankę bogatą – czyli za mało powietrza, za dużo paliwa.

Emisja składników toksycznych w funkcji współczynnika lambda

Wartość lambdy ma także wpływ na emisję trujących związków w spalinach. Najważniejsze z nich to węglowodory (HC), tlenki azotu (NOx), tlenek węgla (CO). Jak widać na powyższym wykresie, ilość tych składników w spalinach jest silnie uzależniona od składu mieszanki paliwowo-powietrznej, i istnieje wąski zakres, w którym ilość wszystkich trzech jest najmniejsza.

Rozstanie z gaźnikiem – ewolucja zasilania silników [cz. 1]

Sonda lambda umieszczana jest w układzie wydechowym pomiędzy silnikiem, a katalizatorem. Jest ona wkręcana w kanał wydechowy i część pomiarowa sondy znajduje wewnątrz niego, dzięki czemu ma bezpośrednią styczność z przepływającymi spalinami. Czynnikiem odniesienia jest powietrze na zewnątrz układu wydechowego, i dlatego druga część sondy znajduje się na zewnątrz.

Aby czujnik mógł prawidłowo działać, temperatura spalin musi być wyższa niż 300o C. Dzieje się tak, ponieważ dopiero powyżej tej temperatury, spiek ceramiczny dwutlenku cyrkonu, z którego wykonana jest część pomiarowa sondy, staje się przepuszczalny dla jonów tlenu zawartych w spalinach. Staje się on po prostu swoistym elektrolitem zdolnym do przewodnictwa jonowego. Aby sonda lambda mogła szybciej osiągać temperaturę pracy, czasem stosowane są dodatkowe grzałki. Górną granicą wytrzymałości czujnika pomiarowego jest temperatura 800o C.

Schemat sondy lambda

Na rysunku został przedstawiony schemat działania sondy lambda. Przedstawia on kanał wydechowy, umieszczoną w nim sondę oraz opływające ją spaliny (1). Zewnętrzna warstwa czujnika stanowi ochronę termiczną (7). Wkład ceramiczny został zaznaczony na żółto (3). W odpowiedniej temperaturze przepływające jony tlenu powodują powstanie napięcia między elektrodami (6). Zmienia się ono zależnie od ich ilości.

Im więcej tlenu w spalinach, tym niższe napięcie generowane jest na sondzie, i na odwrót, niewielka ilość jonów tlenu powoduje wysokie napięcie. Zmienia się ono skokowo co 0,5 V, jako że wartości które nas interesują znajdują się w pobliżu 0,1 V (mieszanka uboga) oraz 0,9 V (mieszanka bogata). Pomiędzy nimi wartość lambda wynosi 1.

Zamontowana sonda lambda

Informacja o napięciu na sondzie lambda wysyłana jest do modułu sterującego pracą silnika. Ten odpowiednio koryguje skład mieszanki w taki sposób, aby w każdych warunkach obciążenia silnika, rodzaju paliwa i warunków atmosferycznych zapewnić jak najlepszą jego pracę. Pomiar sygnału odbywa się ok. 100 razy na sekundę, natomiast korekcja wykonywana jest 300 razy na minutę.

Ferrari FF – w trzy minuty dookoła świata [wideo]

Obecnie często stosuje się więcej niż jedną sondę lambda po to, aby można było kontrolować skład mieszanki w każdym cylindrze osobno. Nie dochodzi wówczas do sytuacji, w której jeden cylinder otrzymuje mieszanką za bogatą, a drugi za ubogą. Trwałość sondy lambda określa się na ok. 100 tys. km.

Regulamin komentowania

  • Michał

    mam pytanie, dlaczego silnik w pierwszych chwilach po odpaleniu pracuje na bardzo bogatej mieszance?

    • Kamil

      Myślę, że jest to związane z rozszerzalnością cieplną metalu z jakiego wykonane są elementy silnika. Jak silnik jest zimny to wówczas, nie ma tak dobrego uszczelnienia w układzie tłok-cylinder i trzeba podać bogatszą mieszankę, aby wykonać ruch tłoka. Gdy silnik osiągnie optymalną temperaturą uszczelnienie się poprawia i nie potrzeba tak dużej energii, czyli tak dużej ilości paliwa.

      • http://blogsilnika.blogspot.com/2011/01/vw-xl1-litr-na-setke-poraz-kolejny.html kwahoo

        Teoria bez sensu, bo nadmierne wzbogacenie (poniżej lambda 0,8-0,9) tylko zmniejszy wydzielanie energii (paliwo się nie spali).
        Chodzi najnormalniej w świecie o osiadanie benzyny na zimnych ściankach kanałów dolotowych, tłoku i cylindrze, co zubaża mieszankę.

        Nawiasem mówiąc opisywana dwustanowa sonda ma zastosowanie tylko w silnikach ZI pracujących na mieszankach stechiometrycznych (lambda = 1, 1kg paliwa na 14,9 kg paliwa (dla benzyny)). Silniki pracujące na mieszankach ubogich (diesle i niektóry benzynowe z bezpośrednim wtryskiem) oraz na bogatych (wyczynowe) potrzebują szerokopasmowych sond. Ale znając życie i o tym pojawi się tekst:)

    • http://www.facebook.com/profile.php?id=100002090017545 Michał Michna

      To teraz ciekawostka odnośnie pracy zimnego silnika. Mam sekwencję i do jej załączenia (płyn chłodniczy 40*C) muszę przejechać ok 1,2 km. Kiedyś po zapaleniu się rezerwy benzyny zatankowałem jakąś ilość paliwa i po ponownym zapaleniu się kontrolki policzyłem z ciekawości ile wynosi spalanie benzyny. Oszacowałem odległość jaką na niej pokonałem i wyszło mi spalanie ok. 7,6 l/100km na tym 1,2 km odcinku, gdzie jadę cały czas z prędkością 60-80 km/h i nie przekraczam 2500 rpm. Normalnie LPG pali ok. 6,7 l/100km.

      • http://autokult.pl/author/marcin-lobodzinski Marcin Łobodziński

        Nie uznałbym tego za ciekawostkę. Po pierwsze, co masz na myśli pisząc sekwencja? W domyśle instalacja LPG.
        Po drugie, to co Ty nazywasz ciekawostką, ja nazwałbym to: “w jaki sposób nie należy obliczać spalania”.

        • http://www.facebook.com/profile.php?id=100002090017545 Michał Michna

          Spalanie dla gazu liczę dla całego przebiegu (praca na gazie + rozgrzanie silnika na benzynie).

          Długość odcinka do pokonania na benzynie zmienia się o może -100m, +200m w zależności od temperatury zewnętrznej. Na błąd pomiaru wpływa parowanie benzyny (tankuję raz na ok. 3 miesiące) i dodatkowe rozruchy poprzedzone wystygnięciem silnika – w związku z tym dodałem kilka dodatkowych rozruchów (oprócz regularnych dojazdów na uczelnię, których ilość znam dokładnie). Nie jest to precyzyjny pomiar, ale obrazuje, że praca zimnego silnika nie jest ogromnie paliwożerna. Myślałem, że to będzie ok. 9-10 l/100 km.

  • radek

    a czym sie róznią sondy np czteroprzewodowe itd..

    • http://blogsilnika.blogspot.com/2011/01/vw-xl1-litr-na-setke-poraz-kolejny.html kwahoo

      1 przewód: wyjście sygnału (masa na obudowie)
      2 przewody: wyjście sygnału i izolowana masa
      3 przewody: sygnał + 2 do grzałki
      4 przewody: sygnał, izolowana masa i grzałka

  • bluuu

    Ok ok.. jest schemat dzialania itp itd.. cala teoria.. a praktyka? Jak nalezy je wymieniac, sprawdzac, jakie zamienniki, koszta..

    Niemniej lubie wasze artykuly tylko bardziej praktycznie moglibyscie podchodzic do tego. Teoria to nie wszystko.

    Tak samo ze swiecami, jakie sa najlepsze, trwale itp.. takei informacje powinny byc zawarte w artykulach.

  • http://autokult.pl/author/szymon-witkowski Szymon Witkowski

    Wszystko się zgadza. Ale weźcie proszę pod uwagę, że nie utrzymujemy się z tego i mamy także prywatne życie, na które musimy także przeznaczać czas ;)
    Mechanika ma to do siebie, że na każdy temat można wydać książkę.

    • bluuu

      zgadza sie i chwala wam :)

      My tylko dajemy Wam kolejne pomysly do realizacji.. : ) Fajnie byloby poczytac przykladowo o sprezynach/amortyzatorach, jakie marki wybierac, ktory producent co oferuje, jakies opinie, porownania cos takiego.. to taki przyklad odbiegajac od tematu.

      Tak aby czlowiek, ktory dopiero co zaczal sie interesowac mechanika czy innymi sprawami zwiazanymi z nimi wiedzial co ‘je’ dobre a co zle ;)

      • Hopar

        Like :)! po szczegółowe informacje zapraszam na forum odpowiedniej marki.

        • http://autokult.pl/author/marcin-lobodzinski Marcin Łobodziński

          Hopar powiedział: Like :)! po szczegółowe informacje zapraszam na forum odpowiedniej marki.

          Wszystko na ten temat. Jeśli znajdziesz artykuł taki jak piszesz, to będziesz miał duuuże szczęście, a osobie która go napisze – chwała na wieki!

  • a00

    “Zmienia się ono skokowo co 0,5 V, jako że wartości które nas interesują znajdują się w pobliżu 0,1 V (mieszanka uboga) oraz 0,9 V (mieszanka bogata).ę
    Coś tu nie tak. Czy przypadkiem nie zmienia się co 0,05? Bo z tego wynika że są tylko dwie skrajne wartości

    • http://blogsilnika.blogspot.com/ kwahoo

      Bo są tylko dwie.

      • http://autokult.pl/author/szymon-witkowski Szymon Witkowski

        ->a00, skrajnych wartości nie może być więcej niż dwie… nigdzie, dlatego nazywają się skrajne ;)

    • http://autokult.pl/author/szymon-witkowski Szymon Witkowski

      Wszystko się zgadza. Spójrz na ten wykres (może faktycznie powinienem go zamieścić też w artykule) –

      /
      Nie ma potrzeby, aby napięcie było podawane dokładniej. 0,5V to oczywiście przybliżona wartość, ale waha się ona w tych okolicach. Przykładowo:
      0-0,1V – mieszanka uboga, 0,4-0,6V – mieszanka stechiometryczna, 0,9-1,1V – mieszanka bogata.

  • TranceEternity

    Dlaczego w samochodach na LPG tak szybko sondy siadają ?

  • Oibis

    bo jest zimny i che uzyskać jak najszybciej właściwą temp pracy

  • Slanes

    Czy ktoś może wyjaśnić co będzie (jak zareaguje komputer w samochodzie) jeśli podepnie się do sygnału sondy szeregowo opornik by dawała mniejsze napięcie, spalanie wzrośnie czy spadnie?

    • Truten23

      Ale co chcesz przez to uzyskać, mniejsze spalanie? Zauważ że zaczniesz jeździć na mieszance ubogiej, silnik nie będzie produkował takiej mocy jak powinien i zwiększysz zanieczyszczenie środowiska Węglowodorami i Tlenkami Węgla…
      Z resztą, większą ekonomię jazdy (jeśli do tego dążysz) osiągniesz stosując zasady EcoDrivingu.

    • Truten23

      Z resztą, zależy jakie masz auto, jak przekombinujesz to Ci silnik wejdzie w tryb serwisowy i całe “oszczędności” szkag trafi ;)

  • szczepan

    Jak sprawdzić czy grzałka sondy działa bez podłączania auta do komputera? Mogę podłączyć sondę pod akumulator?