Nauka o silniku: jak czujnik zawartości tlenu utrzymuje właściwą dla danej chwili mieszankę

Samochodowe czujniki zawartości tlenu lub to co inżynierowie nazywają czujnikami O2, umożliwiają nowoczesne elektroniczne sterowanie wtryskiem paliwa i kontrolę emisji spalin w samochodach z silnikami benzynowymi. Utrzymują one prawidłową równowagę pomiędzy ilością dostarczonego powietrza a spalanym paliwem. W przypadku awarii czujnika zawartości tlenu, komputer nie jest już w stanie zbadać stosunku ilości paliwa do ilości powietrza i zaczyna działać na ślepo. Co to oznacza dla waszego samochodu? Silnik pracuje nieprawidłowo i zużywa więcej paliwa niż to konieczne, co z kolei prowadzi do wzrostu poziomów emisji szkodliwych substancji.

Większość samochodów z silnikami benzynowymi jest wyposażona w dwa czujniki tlenu - jeden umieszczony przed katalizatorem, a drugi dalej w układzie, za katalizatorem. Czujnik przed katalizatorem reguluje ilość dostarczanego paliwa, podczas gdy czujnik umieszczony za katalizatorem mierzy wydajność i skuteczność jego pracy.

Gazy wylotowe opuszczają komorę silnika podczas suwu wydechu. Wówczas są one gorące i znajdują się pod wysokim ciśnieniem. Przepływają przez kolektory wydechowe i czujnik umieszczony przed katalizatorem, przed wlotem do wnętrza katalizatora.

Element wykonany z tlenku cyrkonu jest umieszczony wewnątrz czujnika i obudowany stalową obudową.  Molekuły tlenu z gazów wydechowych przechodzą przez mikroskopijne nacięcia lub otwory w stalowej obudowie czujnika i docierają do jego wnętrza. Na drugim końcu tlen z gazów spalinowych jest pompowany do komory świeżego powietrza. Jony tlenu są ekstrahowane i generują napięcie elektryczne. Czujniki mierzą różnice stężenia tlenu w powietrzu zewnętrznym i w gazach wylotowych. Jeśli mieszanka powietrzno – paliwowa jest zbyt bogata i w gazach wylotowych jest zbyt mało tlenu, wówczas wysyłany jest sygnał do Elektronicznej Jednostki Sterującej (ECU), że należy zmniejszyć ilość podawanego paliwa w mieszance dostarczanej do cylindrów.  Jeśli jest ona zbyt uboga, wówczas wysyłany jest sygnał, że należy zwiększyć ilość paliwa w mieszance dostarczanej do silnika. Zbyt wiele paliwa przyczynia się do emisji niespalonych węglowodorów i powstawania tlenku węgla. Zbyt mało powoduje z kolei wytwarzanie zanieczyszczeń w postaci tlenków azotu. Sygnał przesyłany przez czujnik pozwala utrzymać odpowiedni skład mieszanki.

Większość emisji węglowodorów i emisji tlenku węgla ma miejsce w ciągu pierwszych 30 sekund od uruchomienia zimnego silnika, co wymaga zastosowania szybko działającego czujnika zawartości tlenu. 

Można to osiągnąć na dwa sposoby: redukując masę samego czujnika lub zwiększając moc jego elementu grzewczego. Zmiana geometrii elementu ceramicznego czujnika ze stożkowej na płaską pozwala osiągnąć ten pierwszy cel. W czujniku płaskim element grzewczy stanowi jedną z warstw czujnika, podczas gdy w przypadku czujników stożkowych stosowane są oddzielne elementy grzewcze. Rozwiązanie z płaskim elementem, w połączeniu z obniżeniem masy czujnika o około 50% w porównaniu z masą czujnika stożkowego, pozwala na uzyskanie przez płaski czujnik temperatury roboczej już w 10 sekund.

Największym wyzwaniem w układach kontroli emisji ze sprzężeniem zwrotnym jest osiągnięcie krótkiego czasu uruchomienia czujnika i jego gotowości do pomiarów w cyklu testowym. Opracowanie szybkiego czujnika tlenu o czasie odpowiedzi krótszym od wymaganego przez pętlę sprzężenia zwrotnego umożliwia opracowanie nowych, wcześniej niedostępnych strategii kontroli emisji. Nowy czujnik stężenia tlenu Delphi oferuje najszybszą na rynku aktywację w systemach kontroli emisji z pętlą sprzężenia zwrotnego.

Czujnik dostarcza właściwych informacji o składzie mieszanki powietrzno-paliwowej, umożliwiając optymalizację pracy silnika i obniżenie emisji substancji szkodliwych. Czujnik jest jednocześnie mniejszy i lżejszy, co dodatkowo ułatwia jego instalację w pojeździe.

 

 

Źródło: Informacja prasowa

UWAGA! Ten serwis używa cookies i podobnych technologii.

Brak zmiany ustawienia przeglądarki oznacza zgodę na to. Czytaj więcej…

Zrozumiałem