Sondy lambda: przewodnik

Jaką rolę pełnią sondy lambda?

Sondy lambda współpracują z systemem wtrysku paliwa, katalizatorem i elektronicznym modułem sterującym (ECU) w celu uzyskania możliwie najmniejszej emisji szkodliwych dla środowiska składników spalin. Sonda lambda realizuje ten cel poprzez monitorowanie procentowej zawartości tlenu w spalinach samochodu. Dane te przesyłane są do ECU pojazdu, który reguluje skład mieszanki paliwowo-powietrznej. Prawidłowy skład mieszanki paliwowo-powietrznej pozwala na sprawne działanie katalizatora. Ten system oczyszczania spalin usuwa możliwie największą ilość szkodliwych substancji emitowanych w spalinach, zanim opuszczą one pojazd.

Gdzie są umieszczona sondy lambda?

Każdy nowy samochód oraz większość pojazdów produkowanych od roku 1980 posiada sondę lambda; zazwyczaj jest ona umieszczona w rurze wydechowej pojazdu przed katalizatorem (jest to sonda regulacyjna). Sonda umieszczona za katalizatorem jest nazywana sondą diagnostyczną. Dokładne umiejscowienie sondy lambda jest jednak różne i zależy od tego, czy silnik posiada układ wydechowy przy silniku widlastym lub rzędowym, jak również od modelu i marki pojazdu. Najpewniejszym źródłem informacji jest dokumentacja producenta pojazdu.

Dlaczego skład mieszanki paliwowo-powietrznej musi być na bieżąco monitorowany?

Skład mieszanki jest ważny, ponieważ wpływa na efektywność pracy katalizatora. Jego zadaniem jest zmniejszenie zawartości cząsteczek trzech substancji szkodliwych – dwutlenku węgla (CO), niespalonych węglowodorów (HC) i tlenków azotu (NOx) w spalinach. Gdy sonda lambda wykryje poziom tlenu zawartego w spalinach, ECU odbiera sygnał wyjściowy z sondy i ocenia, czy mieszanka ma odpowiedni skład (stosunek powietrza do paliwa). Ilość wtryskiwanego paliwa regulowana jest za pomocą sterowania czasem wtrysku w układzie zamkniętym. Po wykryciu zbyt bogatej mieszanki ilość wtryskiwanego paliwa zostaje zmniejszona; gdy mieszanka jest zbyt uboga, objętość wtryskiwanego paliwa ulega zwiększeniu. Celem jest osiągnięcie idealnego stosunku powietrza do paliwa (mieszanki stechiometrycznej) w mieszance doprowadzanej do silnika. Właściwa ilość tlenu umożliwia zajście reakcji chemicznej między szkodliwymi gazami i tlenem, której produktem są nieszkodliwe gazy opuszczające katalizator. Jeśli katalizator pracuje prawidłowo, w tej reakcji chemicznej zużywany jest cały tlen ze spalin.

Dlaczego niektóre samochody wyposażone są w więcej niż jedną sondę lambda?

Wiele produkowanych ostatnio samochodów, oprócz sondy lambda umieszczonej przed katalizatorem (regulacyjnej), posiada drugą sondę lambda zamontowaną za katalizatorem (tzw. sondę diagnostyczną). Sonda lambda przed katalizatorem jest czujnikiem, który wchodzi w skład systemu sterowania, pomagając ECU silnika w regulacji składu mieszanki. Diagnostyczna sonda lambda za katalizatorem jest czujnikiem monitorującym działanie katalizatora. Sonda lambda za katalizatorem monitoruje jego działanie poprzez pomiar poziomu tlenu w spalinach, które go opuszczają. Jeśli sygnał sondy ma wysokie napięcie, katalizator działa skutecznie. Dzieje się tak dlatego, że w pracującym prawidłowo katalizatorze, cały tlen zawarty w spalinach jest zużywany do reakcji chemicznej z udziałem tlenu i szkodliwych substancji. Jednak w miarę zużywania się katalizatora, część szkodliwych gazów i tlenu nie bierze udziału w reakcji chemicznej i w niezmienionej postaci opuszcza katalizator. Sygnał wyjściowy z sondy lambda za katalizatorem będzie się stopniowo zbliżał do sygnału z sondy lambda przed katalizatorem, do chwili aż sygnał z obu sond będzie taki sam. Jednakowe sygnały wskazują na awarię (zużycie się) katalizatora.

Jakie są główne typy sond lambda?

Do głównych typów sond lambda zalicza się sondy cyrkonowe, liniowe (A/F) i tytanowe. Wszystkie pełnią tę samą rolę, ale wykorzystują różne technologie do pomiaru stosunku paliwa i powietrza oraz przekazują różne sygnały wyjściowe:

• Cyrkonowe sondy lambda (zarówno kubkowe, jak i planarne) są najbardziej konwencjonalną technologią. Sonda cyrkonowa wskazuje, czy stosunek powietrze/paliwo jest wyższy, czy niższy od współczynnika lambda równego 1,00. ECU silnika stopniowo zmienia dawkę paliwa, aż sonda ponownie wskaże, że skład mieszanki jest nieprawidłowy. W tym momencie ECU rozpoczyna kolejną stopniową korekcję w przeciwnym kierunku. Metoda ta jest stosunkowo wolna i polega na ciągłej korekcie w sąsiedztwie współczynnika lambda 1,00 i nigdy nie pozwala na utrzymanie współczynnika lambda 1,00. Ogólnie rzecz biorąc, zwłaszcza podczas zmieniających się warunków jazdy (nagłe przyspieszanie i zwalnianie) układy z sondą cyrkonową będą wykazywały pewną niedokładność w regulacji ilości wtryskiwanego paliwa, w wyniku czego katalizator będzie pracował mniej efektywnie.

• Sondy typu A/F (zarówno kubkowe, jak i planarne). Pierwsze sondy A/F zostały opracowane przez DENSO. Umożliwiają spełnienie przez pojazd coraz surowszych wymagań dotyczących emisji spalin. Są bardziej czułe i wydajne niż sondy cyrkonowe. Sonda A/F wskazuje dokładną wartość stosunku powietrza do paliwa. Oznacza to, że ECU silnika posiada informację, jak daleko stosunek powietrze/paliwo odbiega od współczynnika lambda równego 1,00, może zatem również określić wielkość korekty dawki wtrysku. Umożliwia to modułowi sterującemu silnikiem ECU skorygowanie ilości wtryskiwanego paliwa tak, aby prawie natychmiast osiągnąć i utrzymać współczynnik lambda równy 1,00. Układy z sondą typu A/F charakteryzują się większą dokładnością w regulacji ilości wtryskiwanego paliwa, dzięki czemu w katalizatorze utrzymywane są optymalne warunki, a pojazd emituje mniej szkodliwych związków, zużywa mniej paliwa i lepiej sprawuje się podczas jazdy.

• Sondy tytanowe są pod wieloma względami podobne do sond cyrkonowych; jednak podczas gdy sondy cyrkonowe (oraz sondy typu A/F) wymagają kontaktu z powietrzem z zewnątrz, by porównać jego skład ze składem wydalanych spalin, sondy tytanowe mogą funkcjonować bez kontaktu z otaczającym powietrzem. Dzięki temu doskonale sprawdzają się w pojazdach terenowych o napędzie 4x4, które np. przejeżdżając przez wodę w pewnym stopniu się zanurzają. Sondy tytanowe mimo zanurzenia wciąż działają efektywnie. Sondy tytanowe różnią się od innych sond również sygnałem wyjściowym – nie generują napięcia, tylko zmieniają swoją rezystancję. Sondy tytanowe nie mogą być wymieniane na sondy lambda innego typu: zamiennik tytanowej sondy lambda również musi być sondą tytanową.

Co oznaczają terminy „dedykowana” i „uniwersalna”?

Terminy te odnoszą się do sposobu montażu sondy lambda. Sondy dedykowane posiadają wtyczkę dostosowaną do specyfikacji konkretnego pojazdu i są gotowe do montażu. Uniwersalne sondy lambda są sprzedawane bez wtyczki, co pozwala na ponowne wykorzystanie (i recykling!) wtyczki ze zużytej sondy.

Co dzieje się w przypadku usterki sondy lambda?

W przypadku awarii sondy lambda, ECU nie może wykryć, jaki jest stosunek powietrza i paliwa w mieszance. Musi zatem niejako „zgadywać”, jaka ilość paliwa powinna być wtryskiwana. Powoduje to mniej wydajne wykorzystanie paliwa, a tym samym większe jego zużycie. Jest również przyczyną mniejszej sprawności katalizatora i niekiedy wyższego poziomu emisji składników szkodliwych w spalinach.

Jak często należy wymieniać sondy lambda?

DENSO zaleca wymianę zgodnie z wytycznymi producenta pojazdu. Działanie i sprawność sond lambda należy jednak sprawdzać podczas każdego przeglądu samochodu – stary lub zużywający zbyt dużo oleju silnik potrzebuje wymiany sond częściej niż wskazuje specyfikacja.

Warto również wspomnieć o tym, że na wydajność i żywotność sondy lambda negatywnie wpływa zanieczyszczone lub niskiej jakości paliwo. Paliwo może być zanieczyszczone dodatkami do oleju silnikowego, np. detergentami dyspergującymi lub środkami smarnymi, dodatkami do paliwa, preparatami uszczelniającymi części silnika oraz osadami ropy naftowej po odsiarczeniu. Zanieczyszczone paliwo, po podgrzaniu do temperatury powyżej 700 stopni Celsjusza, może emitować szkodliwe opary, które negatywnie wpływają na sondę lambda, powodując zapychanie elektrod. Jest to powszechna przyczyna przedwczesnych awarii sond lambda. Nowoczesna konstrukcja sond lambda DENSO eliminuje to niebezpieczeństwo. Zastosowana przez nas podwójna powłoka ochronna z tlenku glinu, która otacza element ceramiczny sondy chroni ją przed zanieczyszczonym paliwem i zapewnia jej prawidłowe działanie.

Program sond lambda DENSO w skrócie

• 417 numerów katalogowych, 5,584 zastosowań i ponad 68% pokrycie europejskiego parku pojazdów (które wciąż się zwiększa)
• Sondy lambda z grzałką i bez (kubkowe i planarne), sondy typu A/F (z charakterystyką liniową), sondy Lean Burn (mieszanki ubogie) oraz tytanowe – zarówno dedykowane, jak i uniwersalne
• Sondy regulacyjne (umieszczone przed katalizatorem) oraz sondy diagnostyczne (umieszczone za katalizatorem)
• Czujniki tlenu DENSO są spawane laserowo i poddawane rygorystycznym testom jakości, dzięki czemu spełniają najwyższe wymogi OE i zapewniają długoterminowe, niezawodne i wydajne działanie.