Датчик кисню потрібен, щоб регулювати суміш палива і повітря, що надходить у двигун. Він забезпечує максимальну потужність і меншу витрату палива. Поговоримо для чого потрібен датчика кисню і принцип його роботи.
Для чого потрібен датчика кисню?
У відпрацьованих газах бензинового двигуна можна знайти чимало різноманітних токсичних компонентів, але верховодить традиційна тріада:
- З – окис вуглецю, чадний газ;
- СН – незгорілі вуглеводні;
- NOх – оксиди азоту.
Інженери протиставили цієї небезпечної трійці дуже важливий пристрій, що входить в систему випуску, – каталітичний нейтралізатор відпрацьованих газів. Інакше кажучи, гази, пройшовши через це пристрій, з агресивно-токсичних перетворюються в порівняно безпечні, нейтральні.
Щоб нейтралізатор міг ефективно «облагороджувати» надходять у нього гази, зміст кожного компонента в них повинно вкладатися в досить вузькі рамки, відповідні згоряння в циліндрах стехиометрической робочої суміші палива і повітря. Нагадаємо, що її складу характеризується так званим коефіцієнтом надлишку повітря a. Якщо a більше 1,0 – збіднена суміш, бідна і т. д. І навпаки – суміш з a менше 1,0 – багата, багата і т. д. Якщо повітря рівно стільки, скільки потрібно для повного згоряння палива, суміш називають стехиометрической – це область значень a поблизу 1,0.
Залежність ефективності нейтралізатора від складу робочої суміші в циліндрах двигуна. Щоб ефективність була не нижче 80%, коливання складу щодо оптимального не повинні перевищувати 1%.
Як забезпечити таку високу точність і одночасно стабільність? Мета була досягнута з появою електронної системи автоматичного регулювання з датчиком кисню у відпрацьованих газах – по-іншому, лямбда-зондом. Цей датчик – найважливіший елемент зворотного зв’язку в системі упорскування, що дозволяє підтримувати стехіометричний склад на сталих режимах роботи двигуна з точністю до ±1%.
На сучасних авто можна побачити датчики кисню двох типів. До першого віднесемо датчики на основі діоксиду цирконію (цирконієві), до другого – на основі оксиду титану (титанові). Принцип роботи один, різниця тільки в конструкції.
Вимірювальний елемент датчика кисню має напилення благородного металу – платини з внутрішньої і зовнішньої сторін. Всередині ж – «твердий електроліт» (кераміка). Працює за принципом гальванічного елемента з твердим електролітом: по досягненні температури 300-350°С кераміка починає проводити іони кисню. Корисно пам’ятати, що це мінімально можлива температура функціонування вимірювального елемента, тоді як при роботі двигуна температура датчика близько 600°С. Обмежена і максимальна робоча температура – близько 900-1000°С в залежності від типу датчика, перегрів загрожує його пошкодженням.
Принцип роботи датчика кисню
При роботі двигуна концентрація кисню всередині випускної системи і зовні її, в навколишньому повітрі, абсолютно різна. Ось ця різниця і змушує іони кисню рухатися в твердому електроліті, в результаті чого на електродах вимірювального елемента з’являється різниця потенціалів – сигнал датчика кисню.
Залежність вихідного сигналу зонда від температури. Зона нижче 300°С – неробоча: 1 – реакція на багаті суміші; 2 – реакція на бідні суміші.
Як бачите, реакції на багаті і бідні суміші різняться дуже сильно, але при падінні температури нижче 300°С різниця поступово зменшується – ця зона вже неробоча. Щоб датчик після пуску двигуна швидше прогрівався, її розташовують можливо ближче до мотору, але все ж з урахуванням обмежень по максимальній температурі. Особливо «критична» тривала їзда з повною потужністю двигуна.
Сучасні датчики кисню – з електропідігрівом, яким керує електронний блок управління двигуном, змінюючи струм нагрівача. Відповідно, він контролює і справність ланцюга нагрівача, що дуже важливо.
