Какво точно е ламбда сонда?
Ламбда сонда (λ сонда) е наименование на електронен датчик, който измерва пропорционалното съдържание на кислород в даден газ (или течност).
Най-честото приложение на ламбда сондата е във двигателите с вътрешно горене, където се използва за реализиране на обратна връзка в електронното управление. Тя позволява да се оцени количеството останало неизгоряло гориво, или остатъчния кислород в газообразните продукти от изгарянето.
Заслугата за изобретяването на това устройство е на фирмата Bosch, която започва серийното производство през 1976 г. след седемгодишни изследвания. Първите екземпляри са монтирани на американските версии на бензинови леки автомобили Volvo 240/260.
Едва когато навлизат сензорите за отработените газове (в комбинация с безоловен бензин), става възможно и използването на регулируем катализатор. По този начин компютърът може да настрои съотношението гориво-въздух за оптимално изгаряне. В наши дни няма бензинови двигатели без ламбда сонда. От около началото на 2000 година ламбда сондите започнаха да намират приложение и при дизелите, за да отговорят производителите на строгите нови норми за вредните емисии. Освен това дизеловите двигатели с ламбда сонда са по-добре защитени от дефекти, тъй като в моментите, когато шофьорът не дава газ, сондата разпознава опасните горивни процеси и своевременно ги прекратява. Ламбда сондата „наблюдава” и NOx-катализатора: тя дава данни за управлението на катализатора, който има нужда от регенерация на определени интервали. По новите автомобили слагат по два такива датчика единия е преди катализатора, втория е след него.
Ламбда-коефициентът (λ) означава съотношението гориво-въздух. Ламбда стойност едно (λ=1) се смята за търсена референтна стойност, която е позната и като стохиометрично съотношение. При това съотношение е налично количеството кислород, нужно за изгаряне на цялото гориво. При бензин А95 Н за килограм гориво са необходими 14,7 кг въздух (в лабораторни условия). Ако в отработените газове има по-високо съдържание на кислород, сместа е бедна (λ>1), а при твърде много гориво (λ<1) сместа е прекалено обогатена.
ECU-то се стреми да поддържа винаги идеалното съотношение гориво-въздух. При бензиновите двигатели то се намира в т.нар. „ламбда прозорец” (λ = 0,97 – 1,03). По този начин катализаторът постига най-високо пречистващо действие. Най-високият въртящ момент обаче се постига от мотора при ламбда стойност 0,85 (богата смес). Ето защо при ускорение ламбда стойност е извън „ламбда прозореца”. Дизеловите двигатели работят с по-бедна смес – от λ=1,3 до λ=1,6. Така и така ламбда сондата няма директно влияние върху впръскваното гориво при дизелите. При тях ламбда сондата оказва действие върху работата на ЕГР-клапана, като „казва” какво количество отработени газове да бъдат вкарани обратно в гориво-въздушната смес.
Има два вида ламбда сонда: еднополюсни (еднолентови) и широколентови.
При еднополюсните сонди сигналът „прескача“ между две стойности. Еднополюсните ламбда сонди биват два вида – циркониеви и титаниеви. И двата вида са във формата на пръст и са кухи отвътре. При циркониевите външната страна на сондата е изложена на потока на отработените газове, а вътрешната е в контакт с въздуха от околната среда (референтен газ). Между двете страни има твърд електролит на базата на циркониев диоксид, който от 300 градуса има способността да провежда кислородни йони. Кислородните йони отиват от външния въздух през циркониевия диоксид към отработените газове, за да изравнят различната концентрация на кислород между външния въздух и отработените газове. На платинените електроди, които обгръщат циркониевия диоксид, се създава електрическо напрежение – изходният сигнал, който бива предаван към компютъра за управление на двигателя. Ако сместа е бедна (голямо съдържание на гориво в отработените газове, висок приток на кислородни йони към отработените газове), напрежението е под 0,2 волта. Когато сместа е богата, напрежението е над 0,8 волта. Когато ламбда коефициентът е около 1, напрежението е около 0,45 волта. По този начин циркониевата сонда установява дали сместта е бедна или обогатена.
Същото важи и за титаниевата сонда. Тук обаче има две съществени разлики спрямо циркониевата: твърдият електролит, както името подсказва, е създаден от титаниев диоксид. При това електрическото съпротивление се променя пропорционално на кислородното съдържание в отработените газове. В „ламбда прозореца” от λ = 0,98 (богата) и λ =1,02 (бедна смес) проводимостта се редуцира скокообразно. Така информацията за работното състояние на двигателя се получава на база на установените стойности за съпротивлението. Това прави титаниевата сонда по-компактна. За бързото достигане на работната температура обаче сондата трябва да бъде загрята. В наши дни този тип сонди не се използват при новите автомобили.
Широколентовите сонди установяват състава на гориво-въздушната смес по значително по-различен начин от еднопоюсните. Така те отговарят на изискванията на модерните бензинови и дизелови двигател, при които е нужно прецизно регулиране на гориво-въздушната смес и извън „ламбда прозореца“. Така например при бензиновите мотори с директно впръскване в режим на частично натоварване с цел намаляване на разхода сместа умишлено бива „обеднена“ (λ>1). При дизелите пък нуждата от постоянна регенерация на NOx-катализатора изисква богата смес (λ<1). Широколентовите сонди могат да установяват ламбда стойности от 0,6 (много богата смес) до безкрайност.
Устройството на сонда от подобен тип е значително по-сложен. Тя се състои от две клетки – „измервателна“ и „помпена“. В измервателната клетка се установява съдържанието на кислород в отработените газове. Когато то се отколонява от своята референтна стойност, от „помпената“ клетка се „напомпват“ кислородни йони в „измервателната“. Именно от необходимия за целта „помпен“ ток се установява точната ламбда-стойност.
По принцип трябва да разграничим дефектите, които настъпват при „регулаторната“ (преди катализатора) и „диагностичната“ сонда (след катализатора). Втората следи функционирането на катализатора и при дефект не показва директни симптоми. Ламбда сондата преди катализатора обаче има директно влияние върху управлението на мотора. Когато тази сонда дефектира, тя не подава правилни стойности към ECU-то. Последствието е или прекалено много, или твърде малко кислород в отработените газове. Разбира се, подобни симптоми могат да бъдат свързани и с други проблеми по двигателя. Някои мотори при дефектна или силно замърсена ламбда сонда влизат в авариен режим – той пази както самия мотор, така и околната среда. В повечето случаи светва лампата за двигателя, а в паметта на автомобила се запазва съответното съобщение за грешка. Грешка, която може да се прочете с диагностични уреди.
Симптомите са намалена мощност, мудно ускорение, прекъсвания на мотора, висок разход, странен дим от ауспуха и разбира се – светеща лампа на километража check engine.
Ламбда сонда всъщност е компонент, който се износва с времето. С увеличаване на пробега може да се окаже, че към ECU-то се изпращат все по-неточни стойности. При значително увеличен разход и по-висок пробег основният виновник често пъти е дефектна или най-малко зацапана ламбда сонда. Всъщност обаче, дефект при ламбда сондата би могъл да се появи и на по-ранен етап. Постоянни преходи на къси разстояния причиняват по-бързо стареене на електродите. В някои случаи дефектиралата ламбда сонда може да бъде индикатор и за по-големи проблеми с двигателя – например, когато е увредена вследствие на прегоряло моторно масло. Прекъснати електрически връзки или лоша маса също причиняват проблеми. Прекалено високият момент на затягане може да се окаже предпоставка за щети. Функционирането на ламбда сондата може да бъде възпрепятствано също така от коксувало масло – например при дефектни сегменти, както и от пробиви във всмукателния тракт. Ако ламбда сонда взима референтните стойности за кислорода от въздуха в околната среда, на всяка цена трябва да бъдат проверени кабелните връзки. Въздушните камери в сондата следят околния въздух посредством проводниците на свързващия кабел. При почистването на буксата не бива да се ползва контактен спрей, тъй като той може да „отрови” въздуха, от който се взимат референтните стойности и така действието на ламбда сондата да бъде възпрепятствано. Често когато автомобилите на пропан-бутан работят нестабилно на бензин проблемът се оказва именно ламбда сондата.
При дефект на ламбда сондата първата опция е „четенето” на паметта за грешки. При всички положения не трябва да се вадят прибързани заключения, когато видите ламбда сондата в списъка с грешки. Ако диагностиката оповести например „грешка в сигнал на ламбда сондата”, може да се окаже, че OBD-диагностиката не успява да интерпретира стойностите по правилния начин. Възможно е моторът да „гълта” прекалено много въздух – а причината да е пробив във всмукателния тракт. ECU-то отчита „бедна” гориво-въздушна смес – и веднага вината се прехвърля към ламбда сондата. Същото важи (но с обратен знак) и при дефектна дюза за горивото. Ако клапанът не се затваря, в горивните камери влизат повече гориво от необходимото и гориво-въздушната смес става прекалено обогатена. В този случай или когато четенето на паметта за грешки не дава резултат, но симптомите сочат за дефект именно в ламбда сондата, сервизът трябва да направи още измервания – например с помощта на мултиметър, осцилоскоп или с тестер за ламбда сонди. Опитните механици могат да открият проблема и с визуален оглед на самата сонда. Подобно на свещите, и ламбда сондите демонстрират определени износвания, които сочат за различни дефекти. Силно зацапан със сажди защитен кожух например разкрива твърде обогатена гориво-въздушна смес. В този случай сондата трябва да бъде сменена, а причината за обогатената смес – отстранена. Светлите отлагания върху кожуха сигнализират, че двигателят гори масло. В най-лошия случай извън строя са сегментите или има теч от турбото.