Конструкция датчика кислорода



Датчик кислорода или лямбда-зонд (от греческой буквы λ, которой обозначается смесь бензина и воздуха) — специальный компонент двигателя автомобиля для оценки количества оставшегося в выхлопных газах свободного кислорода. По принципу действия устройство является гальваническим элементом с твердым керамическим электролитом из диоксида циркония. Поверх легированной оксидом иттрия керамики напылены токопроводящие платиновые электроды. В один из электродов поступают выхлопные газы, а в другой — воздух из атмосферы. В процессе работы лямбда-зонд нагревается до 300—400 градусов, что позволяет производить измерения остаточного кислорода. При такой температуре циркониевый электролит становится проводимым, а разница в количестве кислорода в выхлопных газах и атмосферного кислорода приводит к возникновению на электродах выходного напряжения.


Если концентрация кислорода одинакова с обеих сторон, датчик электролита находится в равновесии и разность его потенциалов соответствует нулю. При изменении концентрация кислорода на одном из электродов возникает разность потенциалов, которая пропорциональна логарифму концентрирования кислорода с рабочей стороны датчика. Как только горючая смесь достигает стехиометрического состава, содержание кислорода в выхлопных газах снижается в сотни тысяч раз, приводя к скачкообразным изменением датчика, фиксируемым высокоомным измерительным устройством (бортовым компьютером автомобиля).

Функционирование датчика кислорода



Датчик кислорода не является самостоятельным устройством. Он функционирует при участии каталитического нейтрализатора отработанных газов, предназначенного для окисления токсичных веществ (углеводородов, окиси азота и окиси углерода) до углекислого газа, воды и азота в посредством каталитической реакции. Катализатор становится эффективным (при нейтрализации до 80% компонентов) в достаточно узком диапазоне: при λ от 0,85 до 0,9 обеспечивается максимальная мощность системы, а при λ от 1,1 до 1,3 (дроссельная заслонка бензинового двигателя полностью открыта) достигается наибольшая экономичность расхода топлива. В достижении точных показателей, необходимых для эффективной работы двигателя внутреннего сгорания, участвуют особая система питания с дискретным (электронным) впрыском топлива, а также сам датчик кислорода. Контроль над расходом топлива и содержанием в нем кислорода позволяет избежать различных неполадок в работе всех систем двигателя.