Utólagos ellenőrzés

A személygépkocsik belső égésű motorjainak alkatrészeit sok szempont alapján lehet osztályozni. Az egyik ilyen rendszerezési mód szerint vannak alkatrészek, melyek azért felelnek, hogy a motor működjön – és vannak, amelyek azért, hogy tisztán működjön.

A lambdaszonda pont egy olyan eszköz, ami nélkül képes működni egy autó, hiánya azonban sok ponton tetten érhető lenne.

Ebben a cikkben az autó egyik legrégebbi érzékelőjét mutatjuk be.

Történeti áttekintés

Az oxigénérzékelő (vagy lambda-szonda, ahol a lambda a levegő-üzemanyag egyenértékűségi arányt jelenti, általában λ-val jelölve) olyan elektronikus eszköz, amely méri az oxigén (O2) arányát a vizsgált gázban vagy folyadékban.

A Robert Bosch GmbH fejlesztette ki az 1960-as évek végén Dr. Günter Bauman felügyelete mellett. Az eredeti érzékelőelem gyűszű alakú cirkónium-kerámiából készült, amely mind a kipufogó, mind a referenciaoldalon vékony platinaréteggel van bevonva, és fűtött és fűtetlen formában egyaránt kapható. A síkszerű szenzor 1990-ben jelent meg a piacon, és jelentősen csökkentette a kerámia érzékelőelem tömegét, valamint beépítette a fűtőtestet a kerámia szerkezetbe. Ennek eredménye egy olyan érzékelő, amely jelentősen hamarabb képes elérni az üzemi hőmérsékletét – ennek fontosságáról később lesz szó.

A legelterjedtebb alkalmazás a kipufogógáz oxigénkoncentrációjának mérése gépjárművek belső égésű motorjaiban, a levegő-üzemanyag arány kiszámítása és szükség esetén dinamikus beállítása, hogy a katalizátorok optimálisan működhessenek. Egy oxigénérzékelő általában körülbelül 0,9 voltot generál, ha az üzemanyag-keverék dús, és kevés az el nem égett oxigén a kipufogógázban.

Működése

Az autóipari oxigénérzékelők, köznyelven lambdaszondák lehetővé teszik a modern elektronikus üzemanyag-befecskendezést és emisszió-szabályozást. Segítenek valós időben meghatározni, hogy a belsőégésű motor levegő-üzemanyag aránya dús vagy szegény.

Mivel az oxigénérzékelők a kipufogógáz-áramban helyezkednek el, nem közvetlenül mérik a motorba belépő levegőt vagy üzemanyagot, de ha az de közvetett módon így is meghatározható a levegő-üzemanyag arány.

A zárt hurkú, visszacsatolásvezérlésű üzemanyag-befecskendezés az üzemanyag-befecskendező szelep teljesítményét a valós idejű szenzoradatok szerint változtatja, ahelyett, hogy előre meghatározott (nyílt hurkú) térképpel működne. Amellett, hogy lehetővé teszi az elektronikus üzemanyag-befecskendezés hatékony működését, ez a kibocsátás-szabályozási technika csökkentheti az el nem égett üzemanyag és a nitrogén-oxidok légkörbe kerülő mennyiségét.

Az el nem égett tüzelőanyag levegőben szálló szénhidrogének formájában jelentkező szennyezés, míg a nitrogén-oxidok (NOx gázok) az 1300 kelvint meghaladó égéskamra-hőmérséklet következményei, a tüzelőanyag-keverékben lévő levegőtöbblet miatt ezért szmog és savas esők alakulnak ki. A Volvo volt az első autógyártó, amely az 1970-es évek végén alkalmazta ezt a technológiát, a katalizátorban használt háromutas katalizátorral együtt.

Az alapvető működési elv okán rendkívül fontos megemlíteni, hogy a lamdbaszonda valójában nem az oxigénkoncentrációt méri, hanem a kipufogógázban lévő oxigén mennyisége és a levegőben lévő oxigén mennyisége közötti különbséget.

A dús keverék oxigénigényt okoz. Ez az igény feszültség felhalmozódását okozza az oxigénionoknak az érzékelőrétegen keresztül történő szállítása miatt. A szegény keverék alacsony feszültséget okoz, mivel oxigéntöbblet van.

Az oxigénkoncentrációra vonatkozó információ a motorvezérlő számítógéphez vagy a motorvezérlő egységhez (ECU) kerül, amely beállítja a motorba befecskendezett üzemanyag mennyiségét, hogy kompenzálja a felesleges levegőt vagy a felesleges üzemanyagot. Az ECU átlagosan egy bizonyos levegő-üzemanyag arányt próbál fenntartani az oxigénérzékelőtől kapott információ értelmezésével.

Az elsődleges cél a teljesítmény, az üzemanyag-takarékosság és a károsanyag-kibocsátás közötti kompromisszum, amelyet a legtöbb esetben a sztöchiometrikushoz közeli levegő-üzemanyag arány ér el. A szikragyújtású motorok esetében a modern rendszerek három kibocsátási típusával foglalkoznak: szénhidrogének (amelyek akkor szabadulnak fel, ha az üzemanyag nem ég teljesen leégett, például gyújtáskihagyáskor vagy dúsításkor), szén-monoxid (ami az enyhén dús futás eredménye) és NOx (amely dominál, ha a keverék szegény). Ezeknek az érzékelőknek a meghibásodása, akár normál öregedés, ólmozott üzemanyagok használata, akár szilikonokkal vagy szilikátokkal szennyezett üzemanyag, az autó katalizátorának károsodásához és költséges javításokhoz vezethet.

Az lambdaszonda által a motorszámítógépnek küldött jel manipulálása vagy döntően káros lehet a károsanyag-kibocsátás szabályozására, és akár a jármű károsodását is okozhatja. Amikor a motor alacsony terhelés alatt van (például nagyon finom gyorsításkor vagy állandó fordulatszámon), „zárt hurkú üzemmódban” működik. Ez az ECU és az oxigénérzékelő(k) közötti visszacsatolási hurokra utal, amelyben az ECU beállítja az üzemanyag mennyiségét, és arra számít, hogy ennek következtében megváltozik az oxigénérzékelő reakciója.

Ez a hurok arra kényszeríti a motort, hogy enyhén szegényen és enyhén dúsan működjön az egymást követő körökben, mivel átlagosan többnyire sztöchiometrikus arányt próbál fenntartani. Ha a módosítások miatt a motor mérsékelten szegényen jár, az üzemanyag-hatékonyság enyhén javulni fog, néha a megnövekedett NOx-kibocsátás, sokkal magasabb kipufogógáz-hőmérséklet, néha pedig enyhe teljesítménynövekedés, ami gyorsan gyújtáskimaradáshoz és drasztikus teljesítményveszteség, valamint potenciális motor- és katalizátor-károsodás (a gyújtáskimaradások miatt) rendkívül alacsony levegő-üzemanyag arány mellett.

Ha a módosítások hatására a motor dúsított keverékkel működik, akkor enyhén megnövekszik a teljesítmény egy bizonyos pontig, de az üzemanyag-hatékonyság csökkenése és az el nem égett szénhidrogének növekedése árán – emellett jelentős a hőmérséklet-növekedés a kipufogóban, ami a katalizátor túlmelegedését okozza.

A dús keverékek melletti hosszan tartó működés a katalizátor katasztrofális meghibásodását okozhatja. Az ECU a gyújtás időzítését és az üzemanyag-befecskendező szelep impulzusszélességét is szabályozza, így az olyan módosítások, amelyek megváltoztatják a motor túl szegény vagy túl dús működését, nem hatékony üzemanyag-fogyasztást eredményezhetnek, ha az üzemanyagot túl korán vagy későn gyújtják be az égési ciklusban. .

Mindennek ellenére vannak helyzetek, amikor a lambdaszonda nem szól bele a motor működésébe. Amikor egy belső égésű motor nagy terhelés alatt áll (például teljesen nyitott fojtószelep), az oxigénérzékelő kimenetét figyelmen kívül hagyja, és az ECU automatikusan dúsítja a keveréket a motor védelme érdekében, mivel a terhelés alatti gyújtáskimaradások sokkal nagyobb valószínűséggel okoznak károkat.

Ezt “nyílt hurkú üzemmódban” működő motornak nevezik. Ebben az állapotban a szenzor kimenetében bekövetkezett bármilyen változás figyelmen kívül marad. Sok autóban (egyes turbófeltöltős modellek kivételével) a légáramlás-mérő bemeneteit is figyelmen kívül hagyják, mivel ellenkező esetben csökkenthetik a motor teljesítményét a túl dús vagy túl szegény keverék miatt, és növelhetik a motor károsodásának kockázatát.

Hibák, csereintervallumok

A fűtött érzékelő élettartama általában 160 000 km. A normál lerakódások működés közben leégnek, és a katalizátor kimerülése miatt meghibásodás következik be. A szonda ilyenkor sovány keveréket jelez, az ECU dúsítja a keveréket, a kipufogógáz szén-monoxiddal és szénhidrogénekkel gazdagodik, és az üzemanyag-fogyasztás romlik.

Az ólmozott benzin szennyezi az oxigénérzékelőket és a katalizátorokat. A legtöbb oxigénérzékelő élettartama ólmozott benzin jelenlétében is elviselhető, de az érzékelő, de akár 24 000 km-re is lerövidül.

A motorba szivárgó olaj olajos fekete lerakódásokkal boríthatja be a szonda hegyét, ami a válaszadás elvesztésével jár.

A túlságosan gazdag keverék fekete porszerű lerakódást okoz a szondán. Ennek oka lehet magának a szondának a meghibásodása, vagy az üzemanyag-adagoló rendszerben máshol lévő probléma.

Külső feszültség rákapcsolása a cirkónium-oxid érzékelőkre, pl. bizonyos típusú ohmmérőkkel történő ellenőrzésük károsíthatja őket.

A meghibásodott lambdaszonda leggyakoribb tünetei a következők:

• Check engine lámpa a műszerfalon,
• fokozott emisszió,
• megnövekedett üzemanyag-fogyasztás,
• habozás a gyorsításnál,
• Akadozó fordulatszám-növekedés,
• durva alapjárat.