VISOKA TEHNIČKA ŠKOLA STRUKOVNIH STUDIJA KRAGUJEVAC

Studijski program: motori i vozilaPredmet: Automatizacija motornih vozila

SEMINARSKI RADTEMA:

DAVAČI KONCENTRACIJE KISEONIKA (λ DAVAČI), I NJIHOVA PRIMENA KOD MOTORA. NAVESTI TIPOVE DAVAČA I OBJASNITI NJIHOV PRINCIP RADA.

Profesor: Student:mr Branislav Aleksandrović Ljubiša Stanković 183/2011mr Snežana Vrekić

Sadržaj:

1. Uvod......................................................................................32. Osnovno delovanje................................................................43. Zadatak lambda sonde...........................................................54. Telo lambda davača...............................................................65. Grejna lambda sonda.............................................................76. Sklop lambda kontrole zatvorenom petljom..........................87. Širokopojasne lambda sonde.................................................97.1. Uskopojasne lambda sonde................................................98. Zaključak..............................................................................109. Literatura..............................................................................11

2

1. Uvod

Danas, lambda sonda i katalizatori su obavezna komponenta našeg automobila.Strogi propisi u Evropskoj uniji i svetu, zahtevaju ekološka vozila sa što manje ispuštanja toksične supstance.Veoma je važno da upravljamo vozilima koja što manje zagađujuokruženje i takođe troše manje, jer jedini način ćemo doprineti čistijem okruženju.Uz pomoć specifičnih mera i uređaja za smanjenje emisija gasa motora saunutrašnjim sagorevanjem je smanjena na minimum.Sadašnja kombinacija lambda sonde i katalizatora je i dalje najbolje rešenje za čišćenje izduvnih gasova.

3

2. Osnovno delovanje

Na početku 90. godine uvedena je obavezna oprema benzinskih motora-katalizator, koji još uvek radi optimalno zajedno sa kombinacijom lambda sonde.Oni takođe eliminišu upotrebu olovnog benzina, doprinoseći tako čistiju životnu sredinu i bolje funkcionisanje katalizatora.Raspoloživim sistemom za paljenje i sistemom za ubrizgavanje goriva možemo postići nisku emisiju štetnih komponenti. Ove komponente dodatno smanjujemo primenom katalizatora, u kojoj ključnu ulogu ima lambda sonda.Lambda kontrola znači da u motoru pravi odnos smeše iznosi 14,7kg vazduha i 1kg benzina. Da bi se motor hranio pravim odnosom smeše goriva i vazduha, mešavina se mora neprekidno meriti i korigovati.Kao merni senzor se koristi lambda sonda koja ima svojstvo da je u tranziciji od siromašnijih ka bogatijim smešama i obrnuto.Lambda sonda se ugrađuje na izduvni sistem pre katalizatora, i njen zadatak je da meri koncentraciju kiseonika u izduvnim gasovina i tu informaciju šalje u računar.

Slika 1. Lambda sonda

4

3. Zadatak lambda sonde

Lambda sonda ima zadatak da pošalje određen naponski signal elektronskoj upravljačkoj jedinici (ECU) koja zahvaljujući njemu prepoznaje trenutni sastav smeše vazduha i goriva. Da bi pravilno funkcionisala mora se prethodno zagrejati, energijom dobijenom iz struje vrelih, sagorelih gasova, do određene temperature potrebne za njeno pravilno funkcionisanje u kompletnom radnom opsegu motora.

Sonda se postavlja u struju izduvnih gasova i oblikovana je tako da je spoljnaelektroda okružena izduvnim gasom, a unutrašnja elektroda dostupna atmosferskom vazduhu.U osnovi sonda se sastoji od specijalnog keramičkog elementa, kome je površina presvučenaporoznom platinastom elektrodom. Rad sonde se bazira na činjenici da je keramički materijalporozan i dozvoljava difuziju (prodiranje) kiseonika prisutnog u vazduhu. Na višimtemperaturama on postaje provodljiv i ako je koncentracija kiseonika na jednoj strani različitaod koncentracije kiseonika na drugoj strani, onda se stvara napon između elektroda. Upodručju stehiometrijske smeše vazduha i goriva (λ =1,00), dolazi do skoka u krivoj izlaznognapona davača. Ovaj napon predstavlja merni signal.

5

4. Telo lambda davača

Telo keramičke sonde je smešteno u šupljem kućištu koje ima zaštitnu kapu ielektrični priključak. Površina keramičkog tela sonde ima mikroporozni platinski sloj koji sajedne strane precizno utiče na karakteristiku sonde, dok sa druge strane služi kao električnikontakt. Visoko adhezivna i visoko porozna keramička prevlaka naneta je preko platinastogsloja na kraju keramičkog tela koje je izloženo izduvnim gasovima. Ovaj zaštitni sloj štitiplatinski sloj od erozije čvrstim česticama iz izduvnih gasova. Na strani električnog priključka(izvan izduvne cevi) preko sonde je postavljen zaštitni metalni plašt koji je uvijen u kućište.Ovaj plašt ima otvor radi osiguranja kompenzacije pritiska u unutrašnjosti sonde, a služi još ikao oslonac disk opruge. Priključne žice su uvijene u kontaktni element i provedene krozizolacioni plašt izvan sonde. Da bi se zadržale naslage sagorevanja u izduvnom gasu dalje odkeramičkog tela, kraj sonde koji prodire u struju izduvnih gasova zaštićen je specijalnomzaštitnom cevi koja ima otvore dizajnirane tako da izduvni gasovi i čvrste čestice u njemu nedolaze u direktan kontakt sa keramičkim (ZrO2) telom.

Izlazni napon λ-davača kao i njegov unutrašnji otpor, zavise od temperature. Pouzdanofunkcionisanje sonde je jedino moguće pri temperaturi izduvnih gasova iznad 350celzijusovih stepeni (negrejana verzija) i iznad 200 Celzijusa (grejana verzija).

Slika 2. Presek i delovi lambda davača

6

5. Grejna lambda sonda

Velikim delom dizajn grejane lambda sonde identičan je dizajnu ne-grejane sonde. Aktivna keramika sonde se zagreva iznutra keramičkim grejnim elementom koji uzrokuje da temperatura keramičkog tela uvek ostaje iznad funkcionalne granice od 250 stepeni celzijusa. Grejana sonda je opremljena zaštitnom kapom koja ima manje otvore.Izmedju ostalog, to štiti keramiku sonde od hlađenja kada su izduvni gasovi hladni. Među prednostima grejane sonde ističu se: pouzdana i efikasna kontrola pri niskim temperaturamaizduvnih gasova (npr. u praznom hodu), minimalni uticaj promena u temperaturi izduvnih gasova, brzo dostizanje efekta lambda kontrole nakon pokretanja motora, brzoreagovanje davača koje sprečava velika odstupanja od idealnog sastava izduvnih gasova, nezavisnost položaja postavljanja davača na izduvnoj grani jer je nezavistan od zagrevanja okoline.

Slika 3. Grejna lambda sonda

1- električni priključci lambda sonde (postoje sonde s 1, 2, 3 ili 4 žice – ako lambdasonda ima 3 ili 4 žice onda je zasigurno izvedena s unutarnjim grijanjem); 2 - izolator; 3- zaštitno metalno kućište sonde; 4 – unutrašnji grejač sonde; 5 - keramička zaštitna cev;6 - kontaktni vodiči oslonjeni na keramiku sonde; 7 - kućište sa navojem za pričvršćenjeu izduvnoj cevi; 8 – izduvna cev; 9 - porozna zaštitna keramika (-); 10 - porozna zaštitna

keramika (+); 11 – izduvni gas koji struji oko keramike; 12 - keramički senzor; 13 -zaštitna metalna cev sa prorezima kroz koje ulazi izduvni gas u kućište sonde; 14 –

izduvni gas; 15 – vazduh

7

6. Sklop lambda kontrole zatvorenom petljom

Lambda kontrola zatvorenom petljom predstavlja, zapravo, postojanje povratne informacije od sonde ka motoru, odnosno ka upravljačkoj jedinici i uz njenu pomoć se može vrlo precizno održavati odnos vazduha i goriva na λ=1,00.Upotrebom sklopa kontrole zatvorenom petljom formiranog uz pomoć pomenute sonde, mogu se ustanoviti i korigovati odstupanja od specificiranog odnosa vazduha i goriva. Ovaj kontrolni princip se zasniva na merenju količine kiseonika lambda sondom u izduvnim gasovima.

Kiseonik u izduvnim gasovima je mera sastava smeše vazduha i goriva koju prima motor. Lambda sonda deluje tako što šalje informacije (električne impulse) da li je smeša bogatija ili siromašnija od λ=1,00. U slu čaju odstupanja od ove vrednosti, naglo se menja napon izlaznog signala davača. Ova promena se obrađuje u centralnoj kompjuterskoj jedinici (ECU) koja je za ovu svrhu opremljena sklopom kontrole zatvorenom petljom. Ubrizgavanje goriva u motor kontrolisano je sistemom upravljanja ubrizgavanjem, a prema informaciji sonde o sastavu smeše vazduha i goriva. Ova kontrola je takva da se postiže odnos vazduha i goriva λ=1. Napon sonde je u stvari mera za korigovanje količine goriva u smeši vazduha i goriva na ulasku u cilindar.

Pre nego što da pouzdan signal, sonda mora dostići temperaturu iznad 350 stepeni.Dok se ta temperatura ne postigne obustavljena je kontrola zatvorenom petljom, a smešagoriva i vazduha se formira na srednjem nivou kontrolom otvorenom petljom, dakle bezpovratne informacije. Ovde se logički nameće jedno pitanje, da li je vrednost lambdakoeficijenta, po dostizanju radne temperature, u celokupnom radnom režimu motora uvekjednaka jedinici? Naravno da nije. U zavisnosti od trenutnih želja i potreba vozača ovavrednost se može kretati u granicama od 0,8 do 1,2. Ukoliko se, na primer, iziskuje naglo ioštro ubrzanje centralna kompjuterska jedinica prebacuje ubrizgavanje goriva na režimotvorene petlje i ubrizgava onoliko goriva koliko je potrebno da bi se ostvario željeni rad motora (λ<1). Isto ovo važi i u slučajevima kada se zahteva kočenje motorom, što jekarakteristično za duge nizbrdice, u motor će tada biti ubrizgavana količina goriva manja oduobičajene za neki broj obrtaja (λ>1). Iako sonda radi sa veoma velikom preciznošću od ± 1%, tolerancije i starenje motora nemaju uticaj na lambda kontrolu zatvorenom petljom.

8

7. Širokopojasne lanbda sonde

Nasuprot uskopojasnoj sondi, široko-pojasna lambda sonda vrši kontinualno merenja u širokom opsegu koeficijenta viška vazduha, od siromašne do bogate smeše i nema nagle promene na λ = 1.Na ovaj način je upravljanje moguće i kod bogate i kod siromašne smeše, u opsegu vrednosti koeficijenta viškavazduha od 0.7 do 3.0. Širokopojasne sonde se mogu koristiti u sistemima sa direktnim ubrizgavanjem i budućim konceptima motora koji rade sa siromašnom smešom.

Elektrode ove sonde se u struji izduvnih gasova snabdevaju sa dovoljno kiseonika pomoću minijaturne pumpe, da bi se između obe elektrode stalno održavao napon od 450 mV. Jačina struje kojom se napaja pumpa u upravljačkoj jedinici se pretvara u vrednost lambda.

7.1. Uskopojasne lambda sonde

Izlazni signal sa lambda sonde zavisi ododnosa goriva i vazduha.U slučaju uskopojasne sonde, naponski signal se naglo menja na λ = 1. Zbog toga je signal upotrebljiv samo u granicama λ = 1 ±0.03. Kada je u motoru smeša siromašna, tako da je λ > 1,03,obrada signala nije moguća. Zato se ovakva sonda može koristiti samo za regulaciju u dve tačke.

– Bogata smeša (λ < 1) stvara napon na sondi od oko 800 mV. U cilju regulacije, vremena ubrizgavanja se skraćuju.– Siromašna smeša (λ > 1) stvara naponna sondi od oko 20 mV. U cilju regula-cije, vremena ubrizgavanja se produ-žavaju.

Dijagram uskopojasnog merenja O2 senzora Dijagram kontinualnog merenja O2 senzora

9

8.Zaključak

Važnost lambda sonde je da uoči odstupanja lambda faktora u izduvnim gasovima od idealne vrednosti, te omogući upravljačkoj jedinici (ECU) da zavisno o tome reguliše količinu ubrizganog goriva.To radi na način da upravlja vremenom otvorenosti brizgaljke te na taj način povećava ili smanjuje količinu goriva u cilindru. Drugim rečima lamda na temelju izmerene količine kiseonika u gasovima generiše signal koji se šalje računaru, koji na temelju tog podatka utvrđuje da li ima previše kiseonika ili goriva u smeši. Dakle, u slučaju gorivom zasićene smeše smanjuje se količina ubrizganog goriva i obratno.

10

9. Literatura

[1] dr Dušan B. Nestorović, skripta[2] http://www.presretac.com/zanimljivo/tehnologija-i-mehanika/vanost-lambda-sonde-24.html[3] Dieter Bohn, Smith Dustin, Heinrich Burgartz KONTROLA EMISIJE IZDUVNIH GASOVA I OBD. Neuenstadt, Germany MS Motor Service International GmbH，2008．[4] http://www.motorna-vozila.com/lambda-sonda/

11