Αισθητήρας λ

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια

Ο αισθητήρας λ πληροφορεί την ECU για την ποσότητα οξυγόνου στα καυσαέρια. Με βάση την πληροφορία αυτή η ECU προσαρμόζει τον χρόνο ψεκασμού, έτσι ώστε ο κινητήρας να λειτουργεί με στοιχειομετρικό μίγμα (λόγος λ=1 δηλ., 14,7 gr αέρα προς 1 gr καυσίμου). Η ρύθμιση αυτή, εκτελείται κατά την διάρκεια της πορείας του οχήματος και στο ρελαντί, δηλ. στις πιο συχνές καταστάσεις λειτουργίας του κινητήρα. Έτσι επιτυγχάνεται η βέλτιστη καύση του μίγματος, αποδοτική λειτουργία του καταλύτη και οικονομία καυσίμου. Στην περίπτωση αυτή, ο κινητήρας βρίσκεται σε λειτουργία “κλειστού βρόγχου” δηλ. χρησιμοποιεί ανατροφοδότηση της πληροφορίας εξόδου για να προσαρμόσει τις μεταβλητές εισόδου. Υπάρχουν όμως και καταστάσεις λειτουργίας στις οποίες η ECU αγνοεί το σήμα του αισθητήρα λ. Αυτές είναι η εκκίνηση (μιζάρισμα), η λειτουργία με ψυχρό κινητήρα και κατά την διάρκεια της επιτάχυνσης. Υπάρχουν πολλά είδη αισθητήρων λ. Ο παλαιότερος τύπος και περισσότερο χρησιμοποιούμενος είναι ο αισθητήρας λ ζιρκονίου. Το αισθητήριο στοιχείο του είναι ένα γαλβανικό στοιχείο που αποτελείται από δυο ηλεκτρόδια από πορώδη λευκόχρυσο (πλατίνα), και τον στερεό ηλεκτρολύτη από διοξείδιο του ζιρκονίου με σταθεροποιητή οξείδιο του υτρίου. Ο αισθητήρας βιδώνεται στον σωλήνα της εξαγωγής καυσαερίων έτσι ώστε το εξωτερικό ηλεκτρόδιο να βρίσκεται στην ροή των καυσαερίων. Το εσωτερικό ηλεκτρόδιο βρίσκεται σε επαφή με τον ατμοσφαιρικό αέρα, ο οποίος εισέρχεται από μια οπή του εξωτερικού σώματος του αισθητήρα και χρησιμεύει ως αέριο αναφοράς. Για να λειτουργεί αξιόπιστα πρέπει η θερμοκρασία του αισθητήριου να είναι τουλάχιστον 400 0 C . Η θερμοκρασία αυτή πρέπει να επιτευχθεί από τα καυσαέρια του κινητήρα. Κατά την κρύα εκκίνηση του κινητήρα χρησιμοποιούμε μια θερμαντική αντίσταση τύπου PTC, ώστε ο αισθητήρας να λειτουργεί σωστά. Σε κανονική θερμοκρασία λειτουργίας, ο αισθητήρας είναι μια πηγή τάσης. Η τάση αυτή διαφοροποιείται σε σχέση με την ποσότητα οξυγόνου στα καυσαέρια. Όταν το μίγμα είναι πλούσιο (λ<1), δεν υπάρχει σχεδόν καθόλου οξυγόνο στα καυσαέρια. Αυτό προκαλεί μια ισχυρή ροή ιόντων οξυγόνου στο αισθητήριο, το οποίο προσπαθεί να αντισταθμίσει τα οξυγόνα στα δυο ηλεκτρόδια και η τάση που παράγεται είναι υψηλή (0,6-1 V). Αντίθετα όταν το μίγμα είναι φτωχό (λ>1) το οξυγόνο είναι αρκετό και ο αισθητήρας παράγει μια χαμηλή τάση (0,1-0,4 V). Επίσης υπάρχει ο αισθητήρας λ τιτανίου. Χρησιμοποιείται σε πολύ λίγα συστήματα ψεκασμού. Είναι μικρότερος σε διαστάσεις από τους αισθητήρες ζιρκονίου και δεν χρειάζεται ατμοσφαιρικό αέρα αναφοράς. Είναι θερμαινόμενος και το αισθητήριο στοιχείο του είναι κεραμικό υλικό που καλύπτεται με στρώμα διοξειδίου του τιτανίου. Έχει την ιδιότητα να μεταβάλλει την αντίσταση του, ανάλογα με την περιεκτικότητα των καυσαερίων σε οξυγόνο. Σε περίπτωση πλούσιου μίγματος παρουσιάζει μεγάλη αντίσταση ενώ σε φτωχό μικρή. Η καμπύλη μεταβολής της αντίστασης σε σχέση με τον λόγο λ, παρουσιάζει απόλυτη ομοιότητα με την καμπύλη του αισθητήρα λ ζιρκονίου. Το στοιχείο τροφοδοτείται από την ECU με μια τάση 1V. Εσωτερικά στην ECU, συνδέεται σε σειρά με μια αντίσταση σταθερής τιμής, έτσι ώστε η μεταβολή της αντίστασης να μεταφράζεται σε μεταβολή τάσης. Επομένως κατά τον έλεγχο, το σήμα της τάσης που θα εμφανίζει στον παλμογράφο θα είναι ένα σήμα απόλυτα όμοιο με του αισθητήρα ζιρκονίου. Η φίσα του αισθητήρα είναι 4 επαφών. Κατά την αντικατάσταση του χρειάζεται προσοχή, ώστε να αντικατασταθεί με κάποιον ίδιου τύπου. Τέλος υπάρχουν και οι αισθητήρες λ ευρείας περιοχής (wideband). Ο αισθητήρας αυτός μπορεί να μετρήσει ακριβώς την ποσότητα οξυγόνου στα καυσαέρια, σε μια ευρεία περιοχή του λόγου λ (0,7-4). Χρησιμοποιείται σε όλους τους κινητήρες άμεσου ψεκασμού (λειτουργούν και με πολύ φτωχό μίγμα) αλλά και σε νέους συμβατικούς κινητήρες για καλύτερο έλεγχο του μίγματος. Ενώ εξωτερικά μοιάζει με τον αισθητήρα ζιρκονίου, η κατασκευή του είναι εντελώς διαφορετική. Κατά την λειτουργία του, η κυψέλη άντλησης λειτουργεί σαν μικροσκοπικός καταλύτης και προσπαθεί να μετατρέψει την περιεκτικότητα οξυγόνου του καυσαερίου που εισέρχεται από το διάκενο διάχυσης, σε περιεκτικότητα αντίστοιχη με καυσαέριο στοιχειομετρικού μίγματος. Έτσι σε καύση φτωχού μίγματος αποβάλλει οξυγόνο, ενώ αντίθετα στο πλούσιο αντλεί οξυγόνο από το καυσαέριο. Για να αντλήσει οξυγόνο χρησιμοποιεί αρνητική ένταση ρεύματος και για να αποβάλλει θετική ένταση ρεύματος, το μέγεθος της οποίας είναι ανάλογο κάθε φορά με την ποσότητα οξυγόνου. Επομένως η ένταση είναι που καθορίζει την ποσότητα του οξυγόνου στο καυσαέριο. Κατά την καύση πλούσιου μίγματος (λ<1) η ένταση είναι αρνητική, στο στοιχειομετρικό (λ=1) είναι μηδενική και για φτωχό (λ>1) είναι θετική. Ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα μετατρέπει το σήμα της έντασης σε σήμα τάσης, ώστε να μπορεί να γίνει αντιληπτό από την ECU. Το κύκλωμα αυτό, βρίσκεται σε ξεχωριστή διάταξη στην γραμμή του αισθητήρα, είτε συνηθέστερα μέσα στην ECU. Συνήθως για τιμή λ=1 ο αισθητήρας βγάζει τάση περίπου 3V. Στο σώμα του αισθητήρα υπάρχει και μια θερμαντική αντίσταση, η οποία ελέγχεται από την ECU. Η θερμοκρασία λειτουργίας του αισθητήρα είναι τουλάχιστον 600 0 C.