Широкополосный лямбда-зонд LSU4

Применение

С помощью широкополосного лямбда-зонда можно измерить концентрацию кислорода в отработавших газах в широком диапазоне и таким образом вычислить соотношение воздуха-топлива в камере сгорания. Коэффициент избытка воздуха λ отображает это соотношение воздуха к топливу.

Зонд вставлен в выхлопную трубу и определяет поток отработавших газов всех цилиндров. Он может точно выполнять измерения не только в стехиометрической точке при λ=1, но и в диапазоне бедной (λ > 1) и богатой (λ < 1) смеси. В сочетании с регулирующей электроникой в диапазоне 0,7 < λ < ∞) (воздух при 21% О₂) он генерирует однозначный постоянный электрический сигнал (рис. 3). Благодаря этому широкополосные лямбда-зонды могут использоваться не только в системах управления двигателя с двухступенчатым регулированием (λ=1), но и в процессах регулирования в бедных и богатых воздушно-топливных смесях. Поэтому он подходит для лямбда-регулирования в работающих на бедной смеси моделях ДВС с принудительным зажиганием, дизельных двигателях, газовых двигателях и отопительных бойлерах (отсюда их название LSU: универсальные лямбда зонды).

Для точного регулирования в некоторых системах используют несколько зондов, например, перед катализатором и после него, а также в отдельных рядах цилиндров.

Конструкция

Широкополосный лямбда-зонд LSU4 (рис. 2) является планарным двухкамерным зондом предельного тока. Его измерительная ячейка (рис. 1) состоит из керамики диоксида циркония (ZrO₂). Он представляет собой комбинацию концентрационной камеры Нернста (сенсорная камера, функционирует как двухступенчатый лямбда-зонд) и камеры накачки кислорода, которая транспортирует ионы кислорода. Камера накачки кислорода (рис. 1, поз. 8) расположена относительно концентрационной камеры Нернста (7) таким образом, что между обеими образуется диффузионная щель (6) размером 10...50 мкм. В ней находятся два пористых платиновых электрода: электрод накачки и измерительный электрод Нернста. Диффузионная щель взаимодействует с отработавшими газами через отверстие для доступа газа (10); пористый диффузионный барьер (11) должен при этом ограничивать последующий поток молекул кислорода из выхлопного газа.







Концентрационная камера Нернста соединяется с внешней атмосферой с одной стороны с помощью эталонного приточного канала (5) через отверстие; с другой стороны она подвергается воздействию отработавших газов в диффузионной щели.

Зонд требует применения регулирующей электроники для образования сенсорного сигнала и температурного регулирования зонда.

Интегрированный нагреватель (3) нагревает зонд так, что он быстро достигает рабочей температуры 650...900°С, необходимой для создания сигнала, который подлежит обработке. Эта функция резко снижает воздействие температуры отработавших газов на сигнал зонда.

Принцип действия

Выхлопной газ попадает через маленькое отверстие для доступа газа в измерительную камеру (диффузионную щель) концентрационной камеры Нернста. Благодаря этому можно отрегулировать коэффициент избыточного воздуха λ в диффузионной щели, а концентрационная камера Нернста сопоставляет газ в диффузионной щели с атмосферным воздухом в эталонном приточном канале.

Весь процесс осуществляется следующим образом:

Путем приложения напряжения накачки Up к платиновым электродам камеры накачки можно откачать или закачать кислород через диффузионный барьер из отработавших газов в диффузионную щель. Электронная схема переключений в приборе управления регулирует это напряжение, существующее в камере накачки U_P, с помощью концентрационной камеры Нернста таким образом, что состав газа в диффузионной щели постоянно составляет λ=1. При бедных отработавших газах камера накачки нагнетает кислород наружу (положительный поток нагнетания). При богатых наоборот кислород выкачивается из отработавших газов в атмосферу (за счет распада СО₂ и Н₂О на электроде отработавших газах) в диффузионную щель (отрицательный поток нагнетания). При λ=1 не должен подаваться кислород, поток накачки равен нулю. Поток накачки пропорционален концентрации кислорода в отработавших газах и является таким образом (нелинейной) величиной коэффициента избытка воздуха λ (рис. 3).