Αισθητήρας Λάμδα: Ο ρόλος του και η συντήρησή του

Ο αισθητήρας λάμδα διατηρεί χαμηλά τις εκπομπές ρύπων

Η δουλειά του αισθητήρα λάμδα είναι να διατηρεί χαμηλές τις εκπομπές των ρύπων του οχήματός μας. Εάν έχουμε να κάνουμε με έναν ελαττωματικό αισθητήρα λάμδα, ο κινητήρας, εκτός από αυξημένη κατανάλωση, είναι πιθανό να εμφανίσει μειωμένη απόδοση. Ο αισθητήρας λάμδα βρίσκεται στην εξάτμιση των κινητήρων εσωτερικής καύσης και μετρά την περιεκτικότητα του οξυγόνου στο καυσαέριο. Η μονάδα ελέγχου του κινητήρα χρησιμοποιεί τις τιμές αυτές, ώστε να ρυθμίσει το μείγμα καυσίμου-αέρα, ώστε ο καταλυτικός μετατροπέας να επιτυγχάνει την υψηλότερη δυνατή απόδοση καθαρισμού. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ο αισθητήρας λάμδα είναι επίσης γνωστός ως «αισθητήρας ελέγχου», ενώ, πολλά αυτοκίνητα πλέον, χρησιμοποιούν ένα άλλον αισθητήρα λάμδα, τον «διαγνωστικό αισθητήρα», ο οποίος εγκαθίσταται πίσω από τον καταλυτικό μετατροπέα και χρησιμοποιείται για την παρακολούθηση των τιμών των καυσαερίων, μα δίχως να επηρεάζει τον έλεγχο του κινητήρα. Τί γίνεται όμως εάν ο αισθητήρας είναι ελαττωματικός; Είναι εύκολο να εντοπιστεί, καθώς εντοπίζεται μέσω της αυξημένης κατανάλωσης καυσίμου στο μοντέλο, καθώς και της μειωμένης απόδοσης του κινητήρα αυτού.

Η τιμή λάμδα απεικονίζει την αναλογία καυσίμου-αέρα

Από τα τέλη της δεκαετίας του 1970, ο αισθητήρας λάμδα χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο στους βενζινοκινητήρες. Τα ηλεκτρικά του κινητήρα χρησιμοποιούν τον αισθητήρα λάμδα για τον υπολογισμό της περιεκτικότητα σε οξυγόνο και καυσαέριο, ενώ μπορούν να ρυθμίσουν την αναλογία καυσίμου-αέρα για την καύση μέσω της διάρκειας ψεκασμού των βαλβίδων ψεκασμού. Η περιεκτικότητα σε οξυγόνο στα καυσαέρια πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στο μηδέν, διότι το οξυγόνο εμποδίζει την ανάμειξη των τοξικών οξειδίων του αζώτου σε άζωτο στον καταλύτη. Πλέον, δεν υφίστανται βενζινοκινητήρας που να μπορεί να λειτουργήσει δίχως τον αισθητήρα. Από τις αρχές του 2000, ο αισθητήρας λάμδα χρησιμοποιείται επίσης σε κινητήρες πετρελαίου κίνησης, βοηθώντας στη συμμόρφωση με τα νόμιμα όρια εκπομπών. Ακόμη, οι κινητήρες ντίζελ, προστατεύονται καλύτερα από βλάβες, διότι η μη ασφαλής καύση, μπορεί να ανιχνευθεί και να σταματήσει όταν το όχημα κινείται με ταχύτητα. Ο αισθητήρας παρακολουθεί και τους καταλύτες αποθήκευσης ΝΟΧ, παρέχοντας δεδομένα για τον έλεγχο του καταλύτη, ο οποίος πρέπει να αναγεννιέται ανά διαστήματα προκειμένου να διατηρήσει το αποτέλεσμα αποθήκευσης.

Τι σημαίνει η «τιμή λάμδα»;

Η τιμή λάμδα, η οποία απεικονίζεται με το ομώνυμο γράμμα (λ), αντιπροσωπεύει την αναλογία μεταξύ καυσίμου και αέρα. Μια τιμή λάμδα ίση με 1 (λ=1), θεωρείται ως η τιμή αναφοράς που πρέπει να στοχεύεται, γνωστή και ως «στοιχειομετρική αναλογία». Αυτό συμβαίνει διότι η αναλογία αυτή περιέχει ακριβώς την ποσότητα οξυγόνου που απαιτείται για την καύση όλου του καυσίμου. Για τη βενζίνη 95 οκτανίων, υπάρχουν 14,7 χιλιογραμμάρια αέρα ανά χιλιογραμμάριο βενζίνης. Αν εντοπιστεί μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε οξυγόνο στα καυσαέρια, τότε έχουμε ένα φτωχό μείγμα (λ>1). Εάν το καύσιμο περισσεύει, τότε έχουμε πλούσιο μείγμα (λ<1). Η μονάδα ελέγχου έχει ως στόχο τη διατήρηση του μείγματος καυσίμου-αέρα στην ιδανική αναλογία. Στους βενζινοκινητήρες, αυτό βρίσκεται στο «παράθυρο λάμδα» (λ=0,97 έως 1,03). Αυτό, επιτρέπει στον καταλυτικό μετατροπέα να επιτύχει τη μέγιστη απόδοση καθαρισμού. Ο κινητήρας επιτυγχάνει τη μέγιστη δυνατή ροπή σε τιμή λάμδα=0,85 (πλούσιο μείγμα), πράγμα που σημαίνει ότι η τιμή βρίσκεται εκτός του παραθύρου λάμδα κατά τις φάσεις επιτάχυνσης. Οι κινητήρες ντίζελ λειτουργούν με το πιο φτωχό μείγμα, από λ=1,3 ως λ=6. Ο αισθητήρας λάμδα δεν επηρεάζει άμεσα την ποσότητα καυσίμου που πρέπει να εγχυθεί. Αντίθετα, ο αισθητήρας λάμδα στους κινητήρες ντίζελ δρα στη βαλβίδα EGR, η οποία ρυθμίζει το μείγμα καυσίμου μέσω του ρυθμού επανακυκλοφορίας καυσαερίων.

Χωρίζεται σε αισθητήρες άλματος και ευρείας ζώνης

Οι αισθητήρες λάμδα μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες, την ομάδα των αισθητήρων άλματος, και την σύγχρονη παραλλαγή αυτών, τους αισθητήρες ευρείας ζώνης.
Με τους αισθητήρες άλματος, γνωστούς και ως «δυαδικοί αισθητήρες λάμδα», το σήμα του αισθητήρα μεταπηδά εμπρός και πίσω μεταξύ δύο τιμών. Υπάρχουν δύο διαφορετικοί τύποι αισθητήρων άλματος, αυτοί του διοξειδίου του ζιρκονίου και οι αισθητήρες διοξειδίου του τιτανίου. Στους πρώτους, το εξωτερικό μέρος του αισθητήρα βρίσκεται στη ροή των καυσαερίων, ενώ το εσωτερικό βρίσκεται σε επαφή με τον αέρα του περιβάλλοντος (αέριο αναφοράς). Στο ενδιάμεσο, βρίσκεται ένας στέρεος ηλεκτρολύτης με βάση το διοξείδιο του ζιρκονίου, ο οποίος έχει την ικανότητα να μεταφέρει ιόντα οξυγόνου από 300 βαθμούς. Έπειτα, τα ιόντα οξυγόνου μεταναστεύουν προς το καυσαέριο, ώστε να εξισορροπηθούν οι διαφορετικές συγκεντρώσεις οξυγόνου μεταξύ του εξωτερικού αέρα και του καυσαερίου.

Αυτό δημιουργεί μια ηλεκτρική τάση στα ηλεκτρόδια λευκόχρυσου που περιβάλλουν το διοξείδιο του ζιρκονίου - το σήμα εξόδου που διαβιβάζεται στην μονάδα ελέγχου. Αν το μείγμα είναι φτωχό, τότε υπάρχει τάση μικρότερη από 0,2 βολτ, ενώ αν είναι πλούσιο, η τάση ξεπερνά τα 0,8 βολτ. Στο εύρος της ιδανικής τιμής λάμδα, η τάση είναι περίπου στα 0,45 βολτ. Επομένως, ο αισθητήρας λάμδα διοξειδίου του ζιρκονίου μπορεί να προσδιορίσει μόνο αν το μείγμα είναι πολύ πλούσιο, φτωχό ή βρίσκεται στο ιδανικό εύρος. Το ίδιο ισχύει και για τον αισθητήρα διοξειδίου του τιτανίου. Ωστόσο, υπάρχουν δύο βασικές διαφορές σε σύγκριση με τον αισθητήρα διοξειδίου του ζιρκονίου: