Sonda lambda - Polski Serwis Naukowy

Samochodowa sonda lambda

Sonda lambda - czujnik mierzący zawartość tlenu w spalinach, umieszczony w układzie wydechowym benzynowego silnika spalinowego. Pozwala to na precyzyjne dozowanie składu mieszanki paliwowo-powietrznej.

Sondy są wykorzystywane w silnikach benzynowych od 1979 roku, coraz większa ilość samochodów ma więcej niż jedną sondę lambda, umieszczane są one przed i za katalizatorem. Od roku 1992, aby sprostać wymogom prawnym dotyczącym ograniczenia emisji spalin, sondy stały się standardowym elementem samochodów.

Siła elektromotoryczna (SEM) – czynnik powodujący przepływ prądu w obwodzie elektrycznym równy energii elektrycznej uzyskanej przez jednostkowy ładunek przemieszczany w urządzeniu (źródle) prądu elektrycznego w przeciwnym kierunku do sił pola elektrycznego oddziałującego na ten ładunek.

Mieszanka paliwowo-powietrzna jest to mieszanina par paliwa z powietrzem, stanowiąca czynnik termodynamiczny podlegający sprężaniu, spalaniu i rozprężaniu w cylindrze silnika spalinowego tłokowego. Dzięki tym przemianom czynnika możliwa jest produkcja energii mechanicznej w silniku spalinowym tłokowym.

Na świecie jest 4 głównych producentów Sond Lambda:

NGK

Bosch

Denso

Delphi

Sonda lambda montowana w układzie wydechowym pojazdu ma za zadanie mierzyć poziom tlenu w spalinach, który odzwierciedla efektywność spalania mieszanki paliwowej w cylindrach. Sygnał z sondy lambda trafia następnie do sterownika silnika, który na tej podstawie reguluje skład mieszanki. Warunkiem poprawnej pracy sondy jest rozgrzanie jej do odpowiedniej temperatury.

Czujnik (Sensor) - fizyczne, bądź biologiczne narzędzie, będące najczęściej elementem składowym większego układu, którego zadaniem jest wychwytywanie sygnałów z otaczającego środowiska, rozpoznawanie i rejestrowanie ich.

Silnik spalinowy — silnik wykorzystujący sprężanie i rozprężanie czynnika termodynamicznego (gazu) do wytworzenia momentu obrotowego lub siły. Sprężany jest gaz "zimny", a rozprężany — "gorący". Do sprężenia gazu zimnego zużywana jest mniejsza ilość energii mechanicznej niż uzyskuje się z rozprężania. Z tego powodu energia uzyskana z rozprężania zużywana jest do sprężania gazu i do napędu dowolnej maszyny. Gorący gaz uzyskuje się w wyniku spalenia paliwa, stąd nazwa: silnik spalinowy.

Szczegółowa budowa i zasada działania

Działanie sondy lambda opiera się na prawie sformułowanym przez prof. Walthera Nernsta (równanie Nernsta). Sonda lambda czyli ogniwo galwaniczne zbudowane z materiału ceramicznego – dwutlenku cyrkonu, na którym napylone są po obu jego stronach cienkie warstwy platyny zostało opracowane pod koniec lat 60 XX wieku w Robert Bosch GmbH przez dr. Güntera Baumana. Sondę umieszcza się w układzie wydechowym, tak, że jedna strona urządzenia styka się z gorącymi gazami spalinowymi, osiągającymi w tym miejscu ok. 300 °C, a druga strona styka się z zimnym powietrzem z otoczenia.

Jon – atom lub grupa atomów połączonych wiązaniami chemicznymi, która ma niedomiar lub nadmiar elektronów w stosunku do protonów. Obojętne elektrycznie atomy i cząsteczki związków chemicznych posiadają równą liczbę elektronów i protonów, jony zaś są elektrycznie naładowane dodatnio lub ujemnie.

Elektroda - końcowy element niektórych układów lub urządzeń elektrycznych, przewodnik elektryczny wysyłający ładunek elektryczny lub przyjmujący go z otoczenia, albo kształtujący pole elektrostatyczne w swoim otoczeniu.

Spiek ceramiczny dwutlenku cyrkonu w temperaturze powyżej 300 °C staje się swoistym elektrolitem zdolnym do przewodnictwa jonowego. W celu utrzymania odpowiedniej temperatury, niektóre sondy mają grzałkę. Warstwy platyny na jego powierzchni pełnią rolę elektrod, przy czym ich potencjał elektryczny jest funkcją stężenia tlenu w gazach, z którymi się stykają. Przy dużej różnicy stężenia tlenu po obu stronach ogniwa generuje ono siłę elektromotoryczną dochodzącą do 1 V.

Platyna (Pt, łac. platinum) - pierwiastek chemiczny z grupy metali przejściowych w układzie okresowym, metal szlachetny. Nazwa pochodzi od hiszpańskiego słowa platina, zdrobnienia słowa oznaczającego srebro. Pierwiastek ten był znany w Ameryce jeszcze w czasach prekolumbijskich. Do Europy został sprowadzony w 1750 roku przez Hiszpanów, którzy sądzili, że jest to tylko odmiana srebra. Platyna posiada 36 izotopów z zakresu mas 172-201. W naturalnym składzie izotopowym występują izotopy 190, 192, 194, 195, 196 i 198, z których 194, 195, 196 i 198 są trwałe i stanowią główną część składu.

Stechiometria – dział chemii zajmujący się stosunkami ilościowymi przemian związków chemicznych zachodzących w czasie reakcji chemicznych. Stechiometria zajmuje się ustaleniem w jakich proporcjach ilościowych reagują z sobą związki chemiczne i jakie są proporcje substratów do produktów. Proporcje te wylicza się na podstawie równań chemicznych analizowanych reakcji oraz znajomości mas cząsteczkowych substratów i produktów.

Napięcie generowane przez ogniwo jest przekazywane do modułu sterującego składem mieszanki paliwowo-powietrznej w silniku. Moduł ten dostosowuje na bieżąco skład mieszanki, tak aby w określonych warunkach obciążenia silnika, rodzaju paliwa i warunków atmosferycznych zapewnić jak najdoskonalszą pracę silnika i zmniejszyć do minimum emisję tlenku węgla.

Walter Hermann Nernst (ur. 25 czerwca 1864 w Wąbrzeźnie, zm. 18 listopada 1941 w Zibelle, obecnie Niwica – Powiat żarski) – fizyk i chemik niemiecki, laureat Nagrody Nobla z chemii w 1920 roku.

DENSO Corporation (?) to koncern produkujący części samochodowe z siedzibą główną w Kariya, Prefektura Aichi, Japonia. Firma założona 16 grudnia 1949 jako Nippondenso Co. Ltd. (日本電装株式会社 Nippon Densō Kabushiki-gaisha), DENSO jest częścią grupy Toyota. Na początku, DENSO wytwarzało części elektryczne dla Toyota Motor Corporation, po II wojnie światowej firmy rozdzielono.

Nazewnictwo

Sonda wzięła swoją nazwę od litery lambda (λ), której używa się do oznaczania stosunku powietrza do paliwa w mieszance. Mieszanka jest idealna (stechiometryczna) jeśli w mieszance jest dokładnie tyle powietrza, ile potrzeba do całkowitego spalenia danej ilości paliwa. Przykładowo, dla benzyny stosunek ten wynosi około 14.7 (masa powietrza) : 1 (masa paliwa).

Tlenek węgla (CO, nazwa zwyczajowa czad, nazwa systematyczna: tlenek węgla(II)) – nieorganiczny związek chemiczny, tlenek węgla na II stopniu utlenienia. Ma silne własności toksyczne.

Wolt – jednostka potencjału elektrycznego, napięcia elektrycznego i siły elektromotorycznej, używana w układach jednostek miar SI, MKS i MKSA, oznaczana V.