Sonda lambda universală (senzorul de oxigen diesel) - mod de funcționare și diagnoză

    Un motor diesel este caracterizat de funcționarea cu amestecuri sărace, cu oxigen în exces (lambda > 1.0). Din acest motiv utilizarea unei sonde lambda clasice, binare, nu este posibilă deoarece aceasta presupune funcționarea motorului cu amestec bogat și sărac.

Sonda lambda planară (LSU - Bosch)

Foto: Sonda lambda planară (LSU - Bosch)
Sursa: aemelectronics.com

    Sondele lambda cu bandă largă, numite și sonde lambda planare, universale sau liniare, pot măsura coeficientul stoichiometric între valori de 0.65 până la infinit (practic nivelul de oxigen din atmosfera). Datorită acestui mod de funcționare sonda lambda planară se poate utiliza și pe un motor diesel. În funcție de producător sondele lambda planare au denumiri diferite, UEGO sau LSU (Bosch).

Sonda lambda planară cu conectorul atașat (LSU - Bosch)

Foto: Sonda lambda planară cu conectorul atașat (LSU - Bosch)
Sursa: aemelectronics.com

    Sondele lambda planare se utilizează în special pe motoarele diesel care se încadrează în normele de poluare Euro 5 și Euro 6. Reducerea nivelului de emisiilor poluante în cazul motoarelor diesel a impus controlul cât mai precis al procesului de ardere din cilindri. Controlul în buclă închisă cu o sondă lambda planară a permis optimizarea procesului de ardere și implicit reducerea emisiilor poluante.

    Sonda lambda cu domeniu larg măsoara cantitatea de oxigen rezidual din gazele de evacuare. Informațiile primite de calculatorul de injecție de la sonda lambda sunt utilizate pentru mai multe funcții de control ale motorului:

  • regenerarea catalizatorului de NOx (NOx trap), pentru aplicațiile Euro 6: catalizatorul de NOx stochează oxizii de azot din gazele de evacuare; semnalul primit de la sonda lambda este utilizat cu precădere în timpul fazei de regenerare al filtrului
  • controlul cantității de gaze arse introduse în motor (EGR rate): pe baza informațiilor de la sonda lambda calculatorul de injecție ajustează deschiderea și închiderea supapei EGR optimizând cantitatea de gaze arse introduse în motor
  • adaptarea cantității de combustibil injectată în cilindri: cantitatea de oxigen din gazele de evacuare este imaginea cantității de combustibil injectată în cilindri pentru un anumit volum de aer; acestă informație este utilizată pentru a compensa eventualele deviații ale injectoarelor și pentru a recalibra masă de combustibil injectată
  • limitarea emisiilor de fum la sarcină maximă: cu ajutorul semnalului de la sonda lambda calculatorul de injecție determină cantitatea maximă de combustibil ce poate fi injectată în motor la sarcină maximă, fără a se atinge limita de fum

    Comparativ cu sonda lambda binară, sonda lambda planară are elementul sensibil compus din mai multe straturi ceramice de forma plană, dreptunghiulară. Un tub de metal protejează elementul sensibil (de măsură), de acțiunea nocivă (mecanică și termică) a gazelor de evacuare.

Sonda lambda planară (LSU – Bosch)

Foto: Sonda lambda planară (LSU – Bosch)
Sursa: Bosch

  1. tub metalic de protecție
  2. material ceramic izolator
  3. carcasa sondei/senzorului
  4. tub ceramic
  5. elementul sensibil (senzorul)
  6. carcasa de protecție
  7. conectori electrici

    Sonda lambda cu bandă largă extinde principiul celulei Nerst (utilizat la sonda lambda binară) prin utilizarea unei celule de pompare. Elementul sensibil (5) este prevăzut cu un orificiu de difuziune prin care gazele de evacuare pătrund în camera de monitorizare.

Foto: Sonda lambda planară – orificiul de difuziune de pe elementul sensibil

Foto: Sonda lambda planară – orificiul de difuziune de pe elementul sensibil
Sursa: daytona-sensors.com

Sonda lambda planară – secțiune a elementului sensibil în dreptul orificiului de difuziune

Foto: Sonda lambda planară – secțiune a elementului sensibil în dreptul orificiului de difuziune
Sursa: daytona-sensors.com

  1. celulă de pompare
  2. celulă Nerst
  3. celulă de referință
  4. celulă de încălzire

A – amplificator
DSP – procesor digital de semnal (Digital Signal Processor)

    Circuitul electronic de control al senzorului măsoară cantitatea de oxigen din camera de monitorizare (zona dintre celula de pompare și celula Nerst). Tensiunea electrică generată (UN) este comparată cu o tensiunea de referință (Uref = 0.45 V). Celula Nerst (2) generează o tensiune de 0.45 V atunci când arderea s-a făcut cu amestec stoichiometric. Astfel, tensiunea Nerst (UN) este comparată cu tensiunea de referință (Uref) în mod continuu. O diferență între cele două tensiuni va produce un curent de pompare IP cu ajutorul căruia oxigenul este introdus sau scos din camera de monitorizare. Rolul curentului de pompare este de a menține tensiunea generată de celula Nerst la valoarea amestecului stoichiometric. Când amestecul este bogat tensiunea Nerst este mai mare de 0.45 V, curentul de pompare (IP) devine negativ, oxigenul este extras din gazele de evacuare și introdus în camera de monitorizare. Când amestecul este sărac oxigenul din gazele de evacuare va fi în exces și tensiunea generata de celula Nerst (2) va fi mai mică de 0.45 V. Astfel curentul de pompare devine pozitiv, oxigenul este extras din camera de monitorizare și disipat în gazele de evacuare. Extragerea și introducerea oxigenului se face prin intermediul straturilor ceramice poroase ce conțin oxid de zirconiu (ZrO2).

Caracteristica unei sonde lambda planare LSU4.9 Bosch

Foto: Caracteristica unei sonde lambda planare LSU4.9 Bosch
Sursa: Bosch

    Valoarea curentul de pompare determină cantitatea de oxigen din gazele arse deci tipul amestecului aer-combustibil. Senzorul este capabil sa măsoare amestecuri cu lambda începând de la 0.7. Tensiunea de ieșire nu este trimisă direct la calculatorul de injecție ci este liniarizată cu ajutorul unui procesor digital de semnal (DSP). Astfel calculatorul de injecție va primi o tensiune intre 0 și 5V ce corespunde unui amestec cu lambda între 0.7 și 1.3.

    Senzorul, pentru a funcționa optim, trebuie să atingă temperaturi în jurul valorii de 700...800 °C. Pentru a ajunge la temperatura nominală de funcționare sonda lambda este prevazută cu o rezistență de încălzire alimentată la 12V și controlată de calculatorul de injecție.

    De asemenea sonda lambda are un circuit de compensare a influentei presiunii atmosferice asupra cantității de oxigen din gazele de evacuare.

    Sanda lambda planară Bosch LSU4.2 este prevazută cu un conector electric cu 6 pini.

Conectorul sondei lambda Bosch LSU4.2

Foto: Conectorul sondei lambda Bosch LSU4.2
Sursa: wbo2.com

Pin Culoare fir Simbol Descriere
1 roșu IP/APE Curentul de pompare
2 negru UN/RE Tensiunea Nerst
3 galben VM/IPN Masă virtuală
4 alb Uh-/H Rezistența de încălzire (-)
5 gri Uh+/H Rezistența de încălzire (+)
6 verde IA/RT Curentul de compensare

    Datorita posibilității de măsurare a cantității de oxigen pe o bandă largă, sonda lambda planară se poate utiliza pe motoare care funcționează cu amestecuri sărace sau stratificate. Astfel, pe lângă motoarele diesel, motoarele pe benzină cu injecție directă sunt aplicații care utilizează acest tip de senzori.

Sonda lambda Bosch LSU 4.2 - caracteristici tehnice

Aplicație
Domeniu de măsură [-] 0.65 ... ∞
Combustibil benzină / motorină
Temperatura nominală de funcționare [°C] 930
Temperatura maximă de funcționare [°C] < 1030
Temperatura pe hexagon (carcasă) [°C] < 570
Temperatura cablului electric [°C] < 250
Temperatura conectorului [°C] < 120
Temperatura de depozitare [°C] -40 ... 100
Vibrația maximă 1000 m/s2
Parametrii mecanici
Masa [g] 120
Lungime [mm] 84
Filet M18 x 1.5
Mărime cheie [mm] 22
Cuplul de strângere [Nm] 40 ... 60
Parametrii electrici
Tensiunea nominală a sursei de alimentare H+ [V] 9
Puterea nominală a rezistenței de încălzire [W] 10
Frecvența de control a rezistenței de încălzire [Hz] > 2
Rezistența nominală a celulei Nerst [Ω] 80
Curentul maxim al celulei Nerst [μA] 10(DC) / 250(AC)
Caracteristici
Precizie @ λ = 1.0 1.016 ± 0.007
Precizie @ λ = 0.8 0.800 ± 0.010
Precizie @ λ = 1.7 1.700 ± 0.050

Pentru a comenta articolul trebuie să vă înregistrați!

Comentarii

Vararu
Vineri, 02 Ianuarie 2015
Alimentarea rezistentei de incalzire este intre 3 si 4.
Verde nu se regaseste la iesirea din mufa , el fiind conectat intern printr-o rezistenta
1 negru
2 -llegat intern cu 6
3 gri +12v
4 alb -12 v
5 galben
6 rosu

Notatia este pt senzor Bosch LSU 4.2 si conector seria 7.......

Raportează comentariul
ovidyus
Joi, 14 Martie 2013 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5
Acest articol m-a ajutat sa interpretez mai bine valorile reale citite in ESI, felicitari!

Raportează comentariul

Login

Logo motorul anului