המכשיר ועקרון הפעולה של חיישן החמצן
תוכן
חיישן חמצן - מכשיר המיועד לתעד את כמות החמצן שנותרה בגזי הפליטה של מנוע רכב. הוא ממוקם במערכת הפליטה ליד הזרז. בהתבסס על הנתונים שקיבל מחולל החמצן, יחידת בקרת המנוע האלקטרונית (ECU) מתקנת את חישוב הפרופורציה האופטימלית של תערובת דלק האוויר. יחס האוויר העודף בהרכבו מצוין בתעשיית הרכב באות היוונית למבדה (λ), שבגללו החיישן קיבל שם שני - בדיקת למבדה.
מקדם אוויר עודף λ
לפני שמפרקים את תכנון חיישן החמצן ואת עקרון פעולתו, יש לקבוע פרמטר כה חשוב כמו יחס האוויר העודף של תערובת הדלק-אוויר: מה זה, על מה הוא משפיע ומדוע הוא נמדד על ידי חיישן.
בתיאוריה של הפעלת ICE יש מושג כזה יחס סטויוכיומטרי - זה הפרופורציה האידיאלית של אוויר ודלק, בו שריפה מלאה של דלק מתרחשת בתא הבעירה של גליל המנוע. זהו פרמטר חשוב מאוד, שעל בסיסו מחושבים הספקת דלק ומצבי הפעלת המנוע. זה שווה 14,7 ק"ג אוויר ל -1 ק"ג דלק (14,7: 1). מטבע הדברים, כמות כזו של תערובת דלק האוויר אינה נכנסת באותו זמן לצילינדר, זהו רק פרופורציה המחושבת מחדש לתנאים אמיתיים.
יחס אוויר עודף (λ) האם היחס בין כמות האוויר האמיתית הנכנסת למנוע לכמות הנדרשת תיאורטית (סטויוכיומטרית) לשריפה מלאה של הדלק. במילים פשוטות, זה "כמה יותר (פחות) אוויר נכנס לגליל ממה שהיה צריך".
בהתאם לערך של λ, ישנם שלושה סוגים של תערובת דלק אוויר:
- λ = 1 - תערובת סטואיכיומטרית;
- λ <1 - תערובת "עשירה" (הפרשה - מסיסה; מחסור - אוויר);
- λ> 1 - תערובת "רזה" (עודף - אוויר; מחסור בדלק).
מנועים מודרניים יכולים לפעול על כל שלושת סוגי התערובות, בהתאם למשימות הנוכחיות (צריכת דלק, האצה אינטנסיבית, הפחתת ריכוז החומרים המזיקים בגזי הפליטה). מנקודת מבט של ערכים אופטימליים של כוח המנוע, המקדם למבדה צריך להיות בערך 0,9 (תערובת "עשירה"), צריכת הדלק המינימלית תתאים לתערובת הסטואיכומטרית (λ = 1). התוצאות הטובות ביותר לניקוי גזי פליטה נצפות גם ב- λ = 1, מכיוון שהפעולה היעילה של הממיר הקטליטי מתרחשת עם הרכב סטויוכיומטרי של תערובת דלק האוויר.
מטרת חיישני חמצן
שני חיישני חמצן משמשים כסטנדרט במכוניות מודרניות (עבור מנוע בשורה). אחד מול הזרז (חללית למבה העליונה) והשני אחריו (חללית למבה התחתונה). אין הבדלים בעיצוב החיישנים העליונים והתחתונים, הם עשויים להיות זהים, אך הם מבצעים פונקציות שונות.
חיישן החמצן העליון או הקדמי מזהה את שארית החמצן בגז הפליטה. בהתבסס על האות מחיישן זה, יחידת בקרת המנוע "מבינה" על איזה סוג של תערובת דלק אוויר המנוע פועל (סטואיכיומטרית, עשירה או רזה). בהתאם לקריאות של המחמצן ולמצב ההפעלה הנדרש, ה- ECU מכוון את כמות הדלק המסופקת לגלילים. בדרך כלל, אספקת הדלק מותאמת לכיוון התערובת הסטואיכומטרית. יש לציין שכאשר המנוע מתחמם, האותות מהחיישן מתעלמים על ידי ה- ECU של המנוע עד שהוא מגיע לטמפרטורת ההפעלה. בדיקת הלמבדה התחתונה או האחורית משמשת להתאמה נוספת של הרכב התערובת ולניטור יכולת השירות של הממיר הקטליטי.
תכנון ועיקרון הפעולה של חיישן החמצן
ישנם מספר סוגים של בדיקות למבדה המשמשות במכוניות מודרניות. בואו ניקח בחשבון את העיצוב ואת עקרון הפעולה של הפופולרי שבהם - חיישן החמצן המבוסס על דו תחמוצת הזירקוניום (ZrO2). החיישן מורכב מהאלמנטים העיקריים הבאים:
- אלקטרודה חיצונית - יוצרת מגע עם גזי פליטה.
- אלקטרודה פנימית - במגע עם האטמוספירה.
- גוף חימום - משמש לחימום חיישן החמצן ולהבאתו לטמפרטורת פעולה מהירה יותר (כ -300 מעלות צלזיוס).
- אלקטרוליט מוצק - ממוקם בין שתי אלקטרודות (זירקוניה).
- דיור.
- מגן טיפ - בעל חורים (נקבים) מיוחדים לכניסת גזי פליטה.
האלקטרודות החיצוניות והפנימיות מצופות פלטינה. עקרון הפעולה של בדיקת למבדה שכזו מבוסס על התרחשות של הבדל פוטנציאלי בין שכבות פלטינה (אלקטרודות), הרגישות לחמצן. זה קורה כאשר האלקטרוליט מחומם, כאשר יוני חמצן נעים דרכו מאוויר אטמוספרי וגזי פליטה. המתח באלקטרודות החיישן תלוי בריכוז החמצן בגזי הפליטה. ככל שהוא גבוה יותר, כך המתח נמוך יותר. טווח מתח האות של חיישן החמצן הוא 100 עד 900 mV. לאות יש צורה סינוסואידית, בה נבדלים שלושה אזורים: בין 100 ל -450 mV - תערובת רזה, מ -450 ל -900 mV - תערובת עשירה, 450 mV תואם את ההרכב הסטואיומטרי של תערובת דלק האוויר.
משאב חמצן ותקלות בו
החללית למבדה היא אחד החיישנים שנשחקו במהירות. זאת בשל העובדה שהוא נמצא כל הזמן במגע עם גזי פליטה והמשאב שלו תלוי ישירות באיכות הדלק ובשירות השירות של המנוע. לדוגמא, למיכל חמצן זירקוניום יש משאב של כ70-130 אלף ק"מ.
מאחר שפעולתם של שני חיישני החמצן (העליונה והתחתונה) מנוטרת על ידי מערכת האבחון על גבי OBD-II, אם אחד מהם נכשל, תירשם שגיאה מתאימה ונורת החיווי "בדוק מנוע" בלוח המכשירים ידליק. במקרה זה, ניתן לאבחן תקלה באמצעות סורק אבחון מיוחד. מתוך אפשרויות התקציב, כדאי לשים לב למהדורת Black Tool Pro Scan.
סורק זה מתוצרת קוריאנית שונה מאנלוגים באיכות הבנייה הגבוהה שלו וביכולת לאבחן את כל הרכיבים והמכלולים של מכונית, ולא רק את המנוע. הוא גם מסוגל לעקוב אחר קריאות כל החיישנים (כולל חמצן) בזמן אמת. הסורק תואם לכל תוכניות האבחון הפופולריות, ובידיעת ערכי המתח המותרים, תוכלו לשפוט את בריאות החיישן.
כאשר חיישן החמצן עובד כראוי, מאפיין האות הוא סינוסואיד רגיל, המציג תדר מיתוג של לפחות פי 8 בתוך 10 שניות. אם החיישן אינו תקין, צורת האות תהיה שונה מזו המקובלת, או שתגובתו לשינוי הרכב התערובת תואט באופן משמעותי.
התקלות העיקריות של חיישן החמצן:
- בלאי במהלך הפעולה (חיישן "הזדקנות");
- מעגל פתוח של גוף החימום;
- זיהום.
כל סוגי הבעיות הללו יכולים להיגרם על ידי שימוש בדלק באיכות נמוכה, התחממות יתר, הוספת תוספים שונים, חדירת שמנים וחומרי ניקוי לאזור ההפעלה של החיישן.
סימני תקלה בחמצן:
- חיווי נורית אזהרת תקלה בלוח המחוונים.
- אובדן כוח.
- תגובה גרועה לדוושת הגז.
- סיבוב מנוע מחוספס.
סוגי בדיקות למבדה
בנוסף לזירקוניה משתמשים גם בחיישני טיטניום וחמצן בפס רחב.
- טִיטָן. לסוג זה של תא חמצן יש אלמנט רגיש לטיטניום דו חמצני. טמפרטורת ההפעלה של חיישן כזה מתחילה מ- 700 מעלות צלזיוס. בדיקות למבדה מטיטניום אינן דורשות אוויר אטמוספרי, מכיוון שעקרון פעולתן מבוסס על שינוי במתח המוצא, תלוי בריכוז החמצן בפליטה.
- בדיקת הלמבה הפס הרחב היא דגם משופר. הוא מורכב מחיישן ציקלון ואלמנט שאיבה. הראשון מודד את ריכוז החמצן בגז הפליטה, ורושם את המתח שנגרם על ידי ההפרש הפוטנציאלי. בשלב הבא משווים את הקריאה לערך הייחוס (450 מגה-וולט), ובמקרה של סטייה מוחל זרם, המעורר הזרקת יוני חמצן מהפליטה. זה קורה עד שהמתח הופך להיות שווה לזה הנתון.
בדיקת הלמבה היא מרכיב חשוב מאוד במערכת ניהול המנוע, והתקלה בה עלולה להוביל לקשיי נהיגה ולגרום לבלאי מוגבר של שאר חלקי המנוע. ומכיוון שאי אפשר לתקן אותו, יש להחליפו מיד בחדש.
