Szerokopasmowe sondy lambda
Ciągłe starania instytucji na całym świecie mające na celu zmniejszenie emisji w sektorze transportowym oraz w silnikach spalinowych samochodów osobowych spowodowały zmiany w systemach kontroli emisji. Zostały wprowadzone katalizatory, sondy lambda instalowane przed i za katalizatorami, systemy recyrkulacji spalin (EGR), czujniki temperatury, czujniki NOx i systemy selektywnej redukcji katalitycznej NOx (SCR). Wzajemne oddziaływanie takich systemów sprawiło, że silniki spalinowe pracowały poza współczynnikiem stechiometrycznym (λ=1) i potrzebna była kontrola pracy silników poza takim zakresem roboczym. Tak powstały szerokopasmowe sondy lambda.
Zasada działania
Szerokopasmowa sonda lambda (nazywana również szerokozakresową) mierzy stężenie pozostałości tlenu w spalinach i, w porównaniu do tradycyjnych czujników z dwutlenku tytanu lub cyrkonu, które mogą wykrywać tylko lambda 1, nadaje się do pomiaru szerszych zakresów mieszanek paliwowo-powietrznych. Działanie wewnętrzne różni się od tradycyjnego czujnika. Sonda szerokopasmowa jest wyposażona wewnętrznie w dwa podstawowe moduły: jeden do pomiaru i jeden do tłoczenia. W pierwszym mierzone jest stężenie tlenu i następnie konwertowane na sygnał napięciowy, który jest porównywany z napięciem odniesienia 450 mV; takie napięcie reprezentuje wartość nominalną związaną ze współczynnikiem stechiometrycznym λ=1. Gdy wartość ta różni się od wartości odniesienia, moduł tłoczący tłoczy jony tlenu do/z modułu pomiarowego, korygując stężenia tlenu w tym module, aby można było utrzymać napięcie odniesienia 450 mV. Wartość i polaryzacja prądu wymagane przez moduł tłoczący do utrzymania stałego stężenia reprezentuje wartość równoważną stężeniu tlenu w mieszance.
Badany pojazd:
VW PASSAT VII 1.6 TDI 88 kW
Lokalizacja: W przypadku wybranego pojazdu sonda lambda jest zainstalowana w tylnej części silnika, za turbosprężarką i przed katalizatorem (pozycja ogólnie określana jako „przed katalizatorem” lub „przednia”). Złącza znajdują się w komorze silnika, po lewej stronie, w pobliżu zbiornika płynu hamulcowego. Sama sonda ma 5 przewodów, a wiązka przewodów pojazdu ma ich 6.
Uwaga: Sonda ma 5 przewodów, chociaż złącze sondy ma wewnątrz 6 końcówek. Dwa styki są połączone wewnętrznie poprzez rezystor wewnątrz złącza. W tym przypadku są to styki pokazane poniżej jako 1 i 2 (uwaga: pozycje przewodów w złączu mogą się różnić w zależności od modeli pojazdów / numerów katalogowych części, ale kolory przewodów i ich przeznaczenie pozostają takie same).
| 1 | / | / |
| 2 | Biały | Prąd modułu tłoczącego |
| 3 | Żółty | Obwód sterujący grzałki |
| 4 | Szary | Zasilanie modułu pomiarowego |
| 5 | Niebieski | Zasilanie obwodu grzałki |
| 6 | Czarny | Odniesienie ujemne do modułów |
Sprawdzanie zasilania obwodu grzałki:
Aby sprawdzić, czy obwód grzałki jest zasilany, należy podłączyć wtyczkę sondy do wiązki przewodów pojazdu i ustawić multimetr na napięcie DC, z włączonym zapłonem i wyłączonym silnikiem. Po podłączeniu czarnego przewodu multimetru do masy i czerwonego przewodu do styku 5 powinno być wskazywane normalne napięcie akumulatora.
| Zapłon | Wł. |
| Silnik | Wył. |
| Złącze | Podłączone |
| Ustawienie multimetru | V DC |
| Czerwony przewód multimetru | Styk 5 |
| Czarny przewód multimetru | Masa |
| Zmierzona wartość | 12,14 V |
Sprawdzanie rezystancji grzałki:
W celu sprawdzenia rezystancji grzałki w sondzie, z wyłączonym zapłonem i wyłączonym silnikiem, odłączyć złącze sondy i ustawić multimetr na 200 omów. W celu wykonania pomiaru podłączyć czarny przewód do styku 3, a czerwony przewód do styku 5 złącza, po stronie sondy. Jeśli poprawna wartość nie jest znana, można ogólnie powiedzieć, że większość grzałek sond szerokopasmowych ma rezystancję ok. 2,5-4 omy.
Sprawdzanie obwodu sterującego grzałki:
Aby sprawdzić sterowanie elektryczne obwodu grzałki, podłączyć końcówkę dodatnią oscyloskopu do styku 3, a końcówkę odniesienia do masy, z włączonym zapłonem i silnikiem na obrotach jałowych.
| Zapłon | Wł |
| Silnik | Obroty jałowe |
| Złącze | Podłączone |
| Ustawienie oscyloskopu | V DC |
| Końcówka dodatnia oscyloskopu | Styk 3 (żółty przewód) |
| Czas/podz | 5 ms/podz. |
| V/podz. | 4 V/podz |
Jak pokazano, obwód sterowania grzałką ma ujemną charakterystykę cyklu pracy, odpowiadającą mniej więcej 2% przy częstotliwości 100 Hz (linia na oscyloskopie pokazuje inną wartość, 98,1%, ponieważ stan domyślny instrumentu jest ustawiony na obliczanie wartości dodatniej sygnału.
Monitorowanie sygnału sondy:
Jak wcześniej wspomniano, sondy szerokopasmowe mogą mierzyć zakres od bardzo ubogich do bardzo bogatych mieszanek paliwowo-powietrznych, co czyni je idealnym rozwiązaniem do silników wysokoprężnych i silników benzynowych z bezpośrednim wtryskiem pracujących na ubogich mieszankach. Testowanie tych sond wymaga innego podejścia. Sondy szerokopasmowe muszą być monitorowane za pomocą narzędzia diagnostycznego. Pomiar prądu modułu tłoczącego za pomocą multimetru jest w większości przypadków niemożliwy w standardowych warsztatach, gdyż wymaga szczególnych instrumentów, zdolnych do pomiaru bardzo niskich wartości prądu (standardowe multimetry nie mogą mierzyć wartości jednego czy dwóch miliamperów!). Wymagane jest więc narzędzie diagnostyczne. Sondy szerokopasmowe w silnikach wysokoprężnych zwykle nie są monitorowane, ponieważ silniki te zawsze pracują z mieszankami w szerokim zakresie. Ale taki test jest bardzo częstą i użyteczną praktyką w silnikach benzynowych z wtryskiem bezpośrednim, gdzie współczynnik lambda może się różnić w zakresie od 0,8 do 2,5!
Monitorowanie prądu modułu tłoczącego za pomocą narzędzia skanującego:
W „danych szeregowych” można monitorować prąd modułu tłoczącego jako wartość dodatnią lub ujemną. Niektóre narzędzia skanujące będą również wyświetlać „Współczynnik równoważności równy lambda” w postaci wykresu. Na podstawie jego polaryzacji (minus lub plus) możemy dowiedzieć się, z jaką mieszanką pracuje silnik – bogatą czy ubogą. W tym przykładzie wystarczy odnieść się tylko do charakterystyki pokazanej na wykresie „Współczynnik równoważności równy lambda” porównującym współczynnik indeks lambda z prądem modułu tłoczącego.
ZNAK MINUS prądu modułu tłoczącego = bogata mieszanka.
ZNAK PLUS prądu modułu tłoczącego = uboga mieszanka.
W praktyce w momencie wzbogacenia mieszanki w wyniku przyspieszenia (naciśnięcia pedału gazu) lambda (i prąd modułu tłoczącego) szybko przesuwa się w kierunku obszaru ujemnego na wykresie (bogata mieszanka), a w momencie wybiegu silnika (zwolnienia pedału gazu) lambda (i prąd modułu pompującego) szybko przechodzi w kierunku obszaru dodatniego na wykresie (uboga mieszanka).
Główne przyczyny nieprawidłowych sygnałów lambda:
Nieprawidłowy lub nietypowy sygnał z sondy szerokopasmowej może mieć wiele różnych przyczyn, a niekoniecznie być spowodowany przez wadliwą sondę lambda. Sygnał może być interpretowany jako nietypowy z powodu „kompensowania” przez sondę wad innych elementów. Oto niektóre przyczyny:
- nieprawidłowy pomiar przepływu masowego powietrza powodujący złą synchronizację wtryskiwaczy;
- problemy z pompą paliwową, wtryskiwaczami itp.;
- nieszczelności (w układzie wydechowym/dolotowym);
- problemy z układem zapłonowym;
- zły stan silnika;
- usterka zaworu EGR
