Lambda-szonda

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
A lambdaszonda mérőelektródja

Gépjárművekben az üzemanyag/levegő arány szabályozásra ún. lambda-szondát (más jelöléssel: λ-szonda, oxigénszenzor) használnak.

A gépkocsik kipufogórendszerébe épített lambda-szondáknak kettős szerepük van. A kipufogógáz oxigéntartalmának folyamatos mérésével egyrészt az üzemanyag/levegő mennyiségi arányának szabályozásához, másrészt a katalizátor hatékony működéséhez szükséges oxigénszint beállításához elektromos jelet szolgáltat.

A nevét a tüzeléstechnikában is használatos levegőtényező általánosan használt jelének, a lambda (λ) görög betű nevéből kapta. A levegőtényező egy dimenziómentes szám, ami megadja a tüzelőanyag (üzemanyag) egységnyi mennyiségének tökéletes elégetéséhez szükséges, a gyakorlati és az elméleti levegőmennyiség hányadosát. Sztöchiometrikus összetételű keverék esetén értéke: λ = 1,00.

Lambdaszonda

A szenzor kiviteli formájában a gyújtógyertyára emlékeztet és a kipufogócsonkba építve, a katalizátor előtt helyezik el. A lambdaszonda kerámiatubusát (1) perforált fémház (4) védi a mechanikai sérülésektől, mint az ábrán látható.

A kívül-belül porózus Platina-bevonattal ellátott kerámiatubus (a szilárd elektrolit) (1) külső felülete közvetlenül érintkezik a kipufogógázban levő oxigénnel (ez a mérőelektród tér), a tubus belsejébe (ez a referencia-elektród tér) pedig a külső levegőből jut oxigén, s ott állandó, 20,95%(V/V) oxigénkoncentrációt biztosít.

A lambda-szonda alkatrészei: 1. szilárd elektrolit, 2. ház (negatív elektród, mérőelektród), 3. belső elektród-kivezetés (pozitív elektród, referencia-elektród), 4. védősapka

E két tér oxigénkoncentrációja közötti eltérés a lambda-szonda két elektródja között feszültséget kelt, melynek nagysága a kipufogógáz oxigéntartalmának függvényében – 300 oC-os üzemi hőmérsékletet feltételezve – a mellékelt ábrán látható, a gyakorlatban néhány tíz mV. A szilárd elektrolit segítségével tehát egy ún. oxigén elektród-koncentrációs galváncella alakul ki. Motortípustól függően a kipufogógáz optimális oxigénkoncentrációját kísérleti úton előre megállapítják, és az ennek megfelelő elektromotoros erő (V-ban) az

EMF =  \frac{RT}{4F}\ln \frac{20,95%(\mathrm O_2)}{x %(\mathrm O_2)}
A lambdaszonda elektromotoros erejének függése a kipufogógáz oxigénkoncentrációja függvényében

összefüggéssel kiszámítható, amelyben:

R az egyetemes gázállandó, 8,314 J/mol·K
F a Faraday-állandó, 96 485 C/mol
20,95%(V/V) a levegő oxigénkoncentrációja,
x %(V/V)O2 a kipufogógáz oxigénkoncentrációja.

Ha a feszültség kisebb, mint az előre megállapított érték, akkor a kipufogógázban nagyobb az oxigéntartalom és a keverék üzemanyagban szegény, és fordítva. A folyamatos feszültségjelet a gépkocsi elektromos vezérlőegysége dolgozza fel, amely negatív visszacsatolással folyamatosan szabályozza az üzemanyag/levegő keverékarányt.

A szonda működésének elengedhetetlen feltétele, hogy üzemmeleg állapotba kerüljön, mintegy 300 °C-ra melegedjen fel. Amíg ez nem következik be, a gépkocsi elektromos vezérlőegysége "szabályozatlanul" üzemel, és az üzemanyag/levegő keveréket előre meghatározott értékek szerint állítja be. Ezek a hideg motorüzemnek megfelelő, kissé dús keveréket biztosítanak. Az üzemi hőmérséklet mielőbbi elérése érdekében a modernebb lambda-szondákat beépített fűtőszál melegíti. Ezeket a szondákat a vezetékeik számáról lehet megismerni: a három vezetékeseknél az egyik a szabályozó jel, a másik kettő a fűtést biztosítja; négy vezeték esetén a negyedik a fűtőszál által keltett esetleges zavaró jeleket vezeti el (árnyékolás). A gépkocsi elektromos vezérlőegysége ezáltal majdnem teljesen zavarmentes jelet kap.

A lambdaszonda másik fontos szerepe az, hogy a katalizátor hatékony működéséhez szükséges oxigénszint beállításához elektromos jelet szolgáltat. A katalizátorok ugyanis csak a λ = 1,0 értékhez közeli tartományban képesek a kipufogógáz három legkárosabb komponensének a szénhidrogén (CH), a szén-monoxid (CO) és a nitrogén-oxidok (NOx) leghatékonyabb átalakítására.

Kapcsolódó szócikkek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

elektrolit
oxigén
koncentráció