Zvyšování kvality výuky technických oborů Klíčová aktivita V.2
Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol Téma V.2.11
Diagnostika automobilů Kapitola 7
Lambda sonda - emise Libor Blahuta
30.9.2012
Obsah LAMBDA SONDA - EMISE ................................................................................................................... 1 ÚVOD ...................................................................................................................................................... 1 LAMBDA SONDA - EMISE. ....................................................................................................... 2
1 1.1
LAMBDA REGULACE......................................................................................................................... 2
1.2
FUNKCE. .......................................................................................................................................... 2
1.3
SLOŽENI LAMBDA SONDY „NAPĚŤOVÉ“. .......................................................................................... 3
1.4
PRINCIP ŠIROKOPÁSMOVÉ LAMBDA SONDY: ................................................................................... 5
2
DOPORUČENÁ LITERATURA.................................................................................................. 6
3
POUŽITÁ LITERATURA A ZDROJE ........................................................................................ 7
Úvod Výukový materiál „Diagnostika automobilů“ je určený pro studenty 3. a 4. ročníku oboru 39-41-L/01 Autotronik a 3. ročníku oboru 23-68-H/01 Automechanik. Diagnostika automobilů je nejdůležitějším krokem oprav strojů, nebo automobilů k následnému správnému určení závady a jejímu odstranění. Tento materiál je určený k dokonalejšímu zvládnutí výukových celků v předmětech „Diagnostika“ a „Opravárenství a diagnostika“. Kapitola obsahuje popis regulace snižování emisí výfukových plynů řízených Lambda sondou. Dále typ sond, jejich vyhřívání a složení.
1
1
Lambda sonda - emise.
1.1
Lambda regulace.
Účinným opatřením snižování škodlivých emisí ve výfukových plynech je trojcestný katalyzátor. Tento katalyzátor převádí tři škodlivé složky CO, HC a NOX na H2O, CO2aN2. Regulační rozsah (lambda sonda „ napěťová") - z dioxidu zirkonia. Zpracování nahoře uvedených třech složek výfukových plynů je možné jen ve velmi malém rozsahu: v tzv. „lambda okně" (λ = 0,999 …1). Tohoto je možné dosáhnout jen s lambda regulací. Lambda sonda, umístěná v proudu výfukových plynů před katalyzátorem, měří obsah kyslíku. Při chudé směsi (λ > 1) je jeho napětí asi 100 mV, bohatá směs vyvolává napětí přibližně 800mV. Při λ = 1 skočí napětí s jedné napěťové úrovně na druhou. Řídící jednotka vytváří ze signálu např. měřiče vzduchu, potenciometru, snímače tlaku v sacím potrubí … a získaných otáček motoru vstřikovací signál. Pro lambda regulaci vypočítává řídící jednotka motoru ECU ze signálu lambda sondy faktor, s jeho pomocí je možné korigovat dobu vstřiku.
1.2
Funkce.
Lambda regulace je účinná jen s provozu schopnou lambda sondou. Vyhodnocovací obvod lambda sondy neustále vyhodnocuje jeho připravenost k provozu. Pokud je lambda sonda studená anebo vedení k ní přerušené, anebo zkratované, jsou hodnoty napětí nevěrohodné a nejsou vyhodnocované. Ve většině případů je lambda sonda vyhřívaná, proto je přibližně za 30 s schopná provozu. Studené motory potřebují pro rovnoměrný běh bohatší směs (λ< 1). Proto může být funkce lambda regulace uvedená do provozu až po překročení určité prahové teploty motoru. Při aktivní lambda regulaci je napěťový signál z lambda sondy v řídící jednotce ECU komparátorem (porovnávací obvod) na digitální signál. Přenášený signál (λ > 1, chudá směs a nebo λ < 1, bohatá směs) dává povel regulačnímu obvodu, aby změnil svoje ovládací veličiny (skokové s následným pozvolným průběhem). Doba vstřiku je změněná (zkrácená anebo prodloužená), a neustálou výměnou dat se nastaví trvalá oscilace regulačního faktoru. Doba periody této oscilace je určená dobou proudění plynů a amplituda je daná „strmostí náběhu" tak, aby i přes různě dlouhé doby proudění plynů, zůstala v celém rozsahu zatížení co nejvíce konstantní. 2
1.3
Složeni lambda sondy „napěťové“.
A. Lambda sonda bez ohřevu. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.
Kontaktní díl. Podpůrná keramika. Keramika sondy. Ochranná trubka (ze strany zplodin). Elektrická přípojka. Talířová pružina. Ochranná objímka (ze strany vzduchu). Těleso (-). Elektroda (+). Elektroda (-).
B. Vyhřívaná lambda sonda. Aktívní keramika je z vnitra vyhřívaná keramickým výhřevným tělískem, takže pracovní teplota keramiky sondy je dosáhnutá i při nízké teplotě spalin. Vyhřívaná sonda má ochrannou trubku s malými otvory, které zabraňuje ochlazování keramiky při studených startech. Vyhřívání sondy zkracuje dobu od nastartování motoru do zahájení lambda regulace a tím umožňuje regulaci i při studených spalinách (např. volnoběhu). Lambda sondy s předhřevem mají kratší reakční doby a tím vylepšují rychlost regulace.
3
Vyhřívaná lambda sonda. 1. Těleso sondy. 2. Keramická ochranná trubka. 3. Elektrické kontakty. 4. Ochranný klobouček se zářezy. 5. Aktívní keramika sondy. 6. Kontaktní část. 7. Ochranné pouzdro. 8. Vyhřívaný element. 9. Svorkové připojení výhřevného elementu.
4
1.4
Princip širokopásmové lambda sondy:
Nová technologie (napaření polovodičů na keramickou desku) umožnila umístit do tělesa lambda sondy další prvek. Tímto je regulační článek. V tělese lambda sondy je plošnou technologií vytvořená štěrbina, do které se dostávají mikro kanálem výfukové plyny (tímto je zaručený malý objem). Tyto obsahují více anebo méně molekul kyslíku. Obsah kyslíku je měřený známým způsobem (napětí na lambda sondě). Toto napětí se zpracovává v řídící jednotce ECU, která na základě této informace ovládá sousedící "čerpací článek" (keramika z materiálu, která pod proudem "strhává" ionty kyslíku od katody k anodě), který do štěrbiny (anebo z ní ven) "čerpá" ionty kyslíku tak, aby bylo v štěrbině složení stejné s obsahem kyslíku směsi při Lambda = 1. Jednodušeji řečeno: "čerpací článek" se stará o přísun nebo odsávání iontů kyslíku tak, aby napětí (obsahu kyslíku v štěrbině) zůstávalo (spojovalo se) na měřící časti lambda sondy na hodnotě 450 mV. Protože "čerpací element" ví čerpat iony kyslíku jen od katody k anodě, „ to vyplývá z regulačního principu", že elektronika musí pro změnu z "odsávání" iontů ze štěrbiny na "čerpání" iontů do štěrbiny přepólovat polaritu napětí na jejich kontaktech. "Čerpací článek" potom čerpá iony podle polarity buď na jednu (např. na vnější stranu), anebo na druhou stranu (např. do štěrbiny). Tento děj přebíhá elektronicky řízením lineárním proudem (mA) pomocí elektrod umístěných na "čerpacím článku Nernstova článku. Kolik iontů je do štěrbiny, resp. při obrácené polaritě, ze štěrbiny čerpané je závislé na intenzitě a polaritě proudu z řídící elektroniky. Podle polarity a intenzita proudu jsou kyslíkové ionty do mikro kanálu "čerpané" anebo naopak z mikro kanálu odčerpávané.
5
2
Doporučená literatura
1. Ing. Jan, Zdeněk, Ing. Ždárský, Bronislav a PaedDr. Kubát, Jindřich. AUTOMOBILY, Elektrotechnika motorových vozidel I. Brno : Avid, spol. s r.o., Brno, 2008. ISBN 978-80-87143-07-0. 2. Ing. Jan, Zdeněk, Ing. Ždárský, Bronislav a PaedDr. Kubát, Jindřich. AUTOMOBILY, Elektrotechnika motorových vozidel II. Brno : Avid, spol. s r.o., Brno, 2008. ISBN 978-80-87143-07-0. 3. Gscheidle, Rolf a kol. Příručka pro automechanika. Praha : SOBOTÁLES, 2002. ISBN 80-85920-83-2.
6
3
Použitá literatura a zdroje
1. Ing. Jan, Zdeněk, Ing. Ždárský, Bronislav a PaedDr. Kubát, Jindřich. AUTOMOBILY, Elektrotechnika motorových vozidel I. Brno : Avid, spol. s r.o., Brno, 2008. ISBN 978-80-87143-07-0. 2. Ing. Jan, Zdeněk, Ing. Ždárský, Bronislav a PaedDr. Kubát, Jindřich. AUTOMOBILY, Elektrotechnika motorových vozidel II. Brno : Avid, spol. s r.o., Brno, 2008. ISBN 978-80-87143-07-0.
7
