Najlepszym rozwiązaniem,

pozwalającym na drastyczne zre−
dukowanie emisji spalin, jest
3−drożny katalizator z sondą
Lambda. Zastosowana tu techno−
logia wykorzystuje zależności
pomiędzy składem mieszanki pa−
liwowo−powietrznej, która do−
prowadzana jest do silnika,
a spalinami, jakie wydobywają
się z silnika. Tzw. katalizator re−
gulowany (G−kat) zbudowany
jest z wielu komponentów.

Właściwy katalizator, który

wbudowany jest w układ wyde−
chowy, oddziałuje na spaliny ka−
talitycznie, tzn. nie dokonuje on
żadnej filtracji spalin, lecz powo−
duje dodatkowe spalanie (oksy−
dację, utlenienie) oraz rozkład
związków

chemicznych,

w których tlen został odłaczony
(redukcja), i nie następuje przy
tym zużycie katalizatora. G−kat
przekształca trujące spaliny
w nieszkodliwe związki che−
miczne.

Podczas spalania przestarza−

łych typów paliw występują tru−
jące spaliny HC (węglowodory −
cząsteczki paliwa, które nie ule−
gły spaleniu), NO

x

(tlenek azotu)

i CO (tlenek węgla). Jeżeli skład
mieszanki paliwowo−powietrz−
nej utrzymany jest w stosunku
14:1, katalizator jest w stanie do−
konać przekształcenia znacznej
części trujących gazów w nie−
szkodliwe. NO

X

zostaje zreduko−

wany do N

2

(azot), HC i CO zo−

stają utlenione do CO

2

(dwutle−

nek węgla) i H

2

O (woda). Sub−

stancje te w takiej postaci odpro−
wadzane są do środowiska
i przynajmniej w pierwotnej po−
staci są nieszkodliwe. Oczywi−
ście do atmosfery przedostaje się
wtedy nieco więcej „gazu cie−
plarnianego” (CO

2

).

Gorący sensor

Sonda Lambda (rysunek 1),

która jest głównym elementem
katalitycznego układu regulacji,
dokonuje analizy składu spalin

w układzie wydechowym. Na
podstawie tych danych układ
elektroniczny wyznacza opty−
malne proporcje paliwa i po−
wietrza dla mieszanki doprowa−
dzanej do silnika. Proporcja, na
podstawie której wyznaczana
jest ilość powietrza dostarcza−
nego, a następnie zużywanego
przez silnik, nazywana jest
współczynnikiem

Lambda.

Optymalny stosunek 14:1 odpo−
wiada wartości współczynnika
Lambda równej 1.

Sonda

Lambda składa się z ceramicz−
nego pojemnika wykonanego
z dwutlenku cyrkonu (ZrO

2

),

który posiada powierzchnię ze−

wnętrzną od strony spalin po−
krytą platyną w postaci przepu−
szczającej gaz oraz porowatą
substancją ceramiczną odporną
na ścieranie. Część wewnętrzna
ma połączenie z powietrzem ze−
wnętrznym. Działanie sondy
polega na tym, że materiał cera−
miczny, przy temperaturze po−
wyżej 600

o

C przewodzi jony

tlenu. Z tego względu sonda
musi zostać ogrzana do swojej
temperatury roboczej przez we−
wnętrzny element podgrzewają−
cy. Jeżeli zawartość O

2

w spali−

nach po stronie wewnętrznej
i zewnętrznej warstwy cera−
micznej nie jest jednakowa, to

23

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

E

E

E

E

ll

ll

e

e

e

e

k

k

k

k

tt

tt

o

o

o

o

rr

rr

w

w

w

w

E

E

E

E

d

d

d

d

W

W

W

W

TESTER SOND LAMBDA

Kontrolowanie właściwego składu
mieszanki

Jaką korzyść daje nawet najlepszy katalizator w obwodach wydechowych samochodu, jeśli część syste−

mu nie funkcjonuje poprawnie? Przyczyną złego funkcjonowania albo nawet całkowitego wyłączenia sy−

stemu, obok właściwego katalizatora, który posiada ograniczoną żywotność, może być również czujnik,

znany jako sonda Lambda. Stosunkowo prosty układ elektroniczny pozwala na sprawdzenie poprawności

funkcjonowania tejże sondy.

Rysunek 1. Przekrój poprzeczny przez szerokopasmową

sondę Lambda z firmy Bosch.

24

Elektor w EdW

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

na elektrodach powstaje napię−
cie elektryczne, które jest pro−
porcjonalne do wartości Lamb−
da.

Nie za ubogo,
ale i nie za bogato

Przy idealnym składzie mie−

szanki o proporcji 14:1 napięcie
oscyluje

wokół

wartości

0,5V (częstotliwość zależy od
stałej czasowej układu regula−
cji). Jeśli napięcie wyjściowe
wynosi dokładnie 0,5V i nie wy−
kazuje wahań, jest to sygnał, że
w układzie regulacji występuje
uszkodzenie lub sonda Lambda
nie jest uaktywniona, albo jest
jeszcze zbyt zimna. Zbyt wyso−
kie napięcie utrzymujące się
przez za długi okres świadczy
o tym, że mieszanka jest za bar−
dzo bogata (za mało tlenu). Zda−
rza się tak jedynie przy zimnym
silniku albo w takiej sytuacji,
gdy dopuszczalne jest wciśnię−
cie gazu „do oporu” (niektóre
układy wtryskowe wzbogacają
wówczas mieszankę). W prze−
ciwnym przypadku należy do−
konać szczegółowego przeglądu
układu wtrysku paliwa albo
czujnika temperatury w ukła−
dzie regulacji.

W przypadku zbyt ubogiej

mieszanki, w przeciwieństwie do
opisanej powyżej sytuacji, napię−
cie spada poniżej 0,5V. Także
i dla takich wydarzeń zdarzają
się sytuacje, które dopuszczają
ten stan, a mianowicie uaktyw−
niony układ wyłączenia ciągu
(nie wolno dodawać gazu przy
dużych obrotach). W pozosta−
łych

przypadkach

możliwe

źródła

nieprawidłowości

to

przede wszystkim wady układu
doprowadzania benzyny (za ma−
ło paliwa).

Układ z linijką
diodową

Wszystko, czego potrzebuje

elektronik, aby sprawdzić funk−
cjonowanie sondy Lambda, to
zwykły woltomierz oraz kilka
dodatkowych

podzespołów,

które pokazano na schemacie
przedstawionym na rysunku 2.
To małe urządzenie testujące,
oprócz zacisków do podłączenia
napięcia zasilającego, posiada je−
szcze dwie końcówki, a miano−
wicie do sensora LAM i do wej−
ścia układu regulacji CTR. Czuj−
nik (sensor) jest podłączony do
wejścia sygnałowego popularne−
go układu sterującego linią diod

LM3914. R2 i C5 tworzą filtr
dolnoprzepustowy służący do
wyeliminowania zakłócających
impulsów szpilkowych na linii
sygnałowej. Napięcie referencyj−
ne dla układu LM3914 dobierane
jest za pomocą R1 i R7 w taki
sposób, żeby diody LED pokryły
całe

okno

napięciowe

od

0V (D1) do 1V (D10) w krokach
co 0,1V, przy czym dioda D5 po−
winna reprezentować „idealną”
wartość napięcia 0,5V. Pin „MO−
DE” pozostaje nie podłączony
i z tego względu wyświetlacz
pracuje w trybie punktowym,
a więc za każdym razem świeci
się tylko jedna dioda.

Występujący w

pojeździe

przewód pomiędzy układem re−
gulacji a sensorem musi oczywi−
ście zostać usunięty zanim nastą−
pi uruchomienie testera. Ewentu−
alnie można także kabel ten
w wygodnym miejscu podzielić
i zamocować do testera.

Monitorowanie i
testowanie

Przy pomocy przełącznika S1

można wybrać różnorodne tryby
pracy. W pokazanym na schema−
cie położeniu środkowym, prze−
kaźnik Re1 zapewnia połączenie

Rysunek 2. Tester sond Lambda składa się z prostego miernika napięcia i przełączanego źródła napięcia referencyjnego.

Wykaz elementów

Rezystory

R

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..66kk8811
R

R22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11kk
R

R33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..88kk22
R

R44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11kk55
R

R55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..333300

Ω

Ω

R

R66 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..44kk77
R

R77 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..22kk7744

Kondensatory

C

C11,, C

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100nnFF

C

C33,, C

C44 .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100

µµ

FF // 6633V

V ssttoojjąąccyy

C

C55 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11nnFF

Półprzewodniki

D

D11 ...... D

D1100 .. .. .. .. ..LLEED

D 33m

mm

m,, cczzeerrw

woonnyy,,

oo w

wyyssookkiieejj w

wyyddaajjnnoośśccii ((hhiigghh eeffff..))

D

D1111 ...... D

D1144,, D

D1177 .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..11N

N44114488

D

D1155 .. .. .. .. .. ..LLEED

D 33m

mm

m,, żżóółłttyy,, hhiigghh eeffff..

D

D1166 .. .. .. .. ..LLEED

D 33m

mm

m,, zziieelloonnyy,, hhiigghh eeffff..

IIC

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LLM

M33991144

IIC

C22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..7788LL0055

Pozostałe elementy

S

S11 .. .. .. .. .. .. .. .. ..ppoojjeeddyynncczzyy pprrzzeełłąącczznniikk
zz ppoozzyyccjjąą śśrrooddkkoow

wąą ddoo m

moonnttaażżuu nnaa

ppłłyyttccee,, kkąąttoow

wyy

R

Ree11,, R

Ree22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1122−V

V

pprrzzeekkaaźźnniikkii ppoojjeeddyynncczzee ((nnpp.. S

Siieem

meennss

V

V2233110000−V

V44331122−C

C000000))

pomiędzy CTR a LAM. Dzięki
temu pętla regulacji zostaje za−
mknięta, tester pracuje w trybie
monitorowania, czyli jednocze−
śnie sprawdza napięcie wyjścio−
we na sondzie i pokazuje jego
aktualną wartość na wyświetla−
czu liniowym. Tester może pozo−
stawać podłączony także w trak−
cie normalnej eksploatacji samo−
chodu. Oczywiście trzeba przy
tym mieć na uwadze fakt, że
podłączenie takiego rodzaju
urządzenia w określonych wa−
runkach może powodować naru−
szenie warunków umowy gwa−
rancyjnej.

W obydwu pozostałych poło−

żeniach

urządzenie

pracuje

w trybie testera. Pętla regulacji
zostaje przerwana i układ stero−
wania wtryskiem w jednym po−
łożeniu (Test−Hi)

otrzymuje

z

sensora wartość wysoką,

a w drugim (Test−Lo) wartość ni−
ską. To symulowane napięcie po−
chodzi z dzielnika (R3 ... R5),
który jest przełączany przez
przekaźnik Re2. Obydwie diody

LED D15 i D16 sygnalizują,
które napięcie testujące zostało
wybrane (D15 świeci się przy
niższej wartości napięcia testują−
cego, a D16 przy wyższej).
Układ sterowania wtryskiem, ba−
zując na tej wartości napięcia,
próbuje zoptymalizować skład
mieszanki i przy niższej wartości
napięcia testującego wzbogaca
ją, a przy wyższej wartości na−
pięcia testującego dostarcza
uboższą mieszankę.

Układ stabilizacji napięcia jest

konwencjonalnie zbudowany na
78L05. Dioda D17 służy do za−
bezpieczenia układu elektronicz−
nego przed uszkodzeniem w przy−
padku nieprawidłowej polaryzacji
podłączonego zasilania. Na wyj−
ściu znajduje się stabilne i wygła−
dzone napięcie stałe +5V. Przeka−
źniki są oczywiście podłączone
bezpośrednio do napięcia +12V.

Krzywa regulacji
na wyświetlaczu

Na płytce testera sondy

Lambda na rysunku 3 diody

LED zostały ustawione w for−
mie krzywej regulacji. Jeżeli
świecą się diody LED tylko
w zaznaczonym obszarze na
środku wyświetlacza, to wszyst−
ko wskazuje na to, że G−kat
funkcjonuje prawidłowo. Jeżeli
świeci się jedna z diod D9, D10
lub D1, to oznacza, że mieszan−
ka jest odpowiednio zbyt boga−
ta, lub zbyt uboga.

Diody LED sygnalizujące

pracę w trybie testowania zostały
w taki sposób umieszczone
w pobliżu krzywej regulacji, że
układ sterujący wtryskiem musi
regulować skład mieszanki do
właściwej wartości Lambda,
w pobliżu której znajduje się od−
powiednia dioda LED.

Rozmieszczenie elementów

na płytce i zamontowanie jej
w obudowie nie stanowi żadnego
problemu. Układ scalony IC1
oraz obydwa przekaźniki należy
wlutować bezpośrednio na płyt−
kę – bez podstawek. Diody LED
należy najpierw delikatnie wlu−
tować „za jedna nogę”, a następ−

nie, gdy okaże się, że dobrze pa−
sują do otworów w obudowie,
wlutować ostatecznie.

Przy wykonywaniu połączeń

kablowych należy postępować
ze szczególną starannością. Na−
pięcie z sensora (sondy Lambda)
należy zbierać za pośrednictwem
złącza wtykowego usytuowane−
go tak blisko sensora, jak tylko
będzie to możliwe. Poza tym do−
prowadzenie to powinno zostać
poprowadzone do testera wy−
łącznie przy pomocy przewodu
ekranowanego. Połączenie do
układu regulacji wtrysku paliwa
także musi zostać wykonane
przy pomocy przewodu ekrano−
wanego.

Lambda−Scope jest to praca

projektowa klasy TEV

12

z technikum na kierunku elek−
troniki w

Ludwig−Geissler−

Schule w Hanau. Wyrażamy
podziękowanie uczniom i ich
nauczycielowi panu Reinhardo−
wi Weberowi!

25

Elektor w EdW

E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h

R E K L A M A

· R E K L A M A

· R E K L A M A

Rysunek 3. Diody LED rozmieszczone są na płytce w formie

linii krzywej odpowiadającej charakterystyce regulacji.