Co to takiego napięciowy czujnik tlenu w spalinach? Trochę technicznego podejścia do tematu, nikomu nie zaszkodzi. Tym bardziej że czasami nieplanowanie trzeba będzie zetknąć się z pewnymi terminami, chociażby przy naprawie samochodu. Informacje zawarte są w poniższym artykule, z pewnością trochę pomogą. Bez dwóch zdań warto dowiedzieć się kilka słów temat napięciowego czujnika tlenu oraz zdawać sobie sprawę, że w ogóle istnieje.

Czym jest napięciowy czujnik tlenu, budowa oraz działanie

Trzeba powiedzieć o tym, że jest to najczęściej stosowany typ czujnika, który wyznacza poziom tlenu w spalinach. Z zewnątrz strumień spalin płynący przez układ wylotowy zahacza o element do pomiaru. Z kolei wewnątrz znajduje się czujnik wypełniony powietrzem atmosferycznym, który potocznie nazywa się powietrzem odniesienia. Taka zawartość tlenu w powietrzu jest stała i nie ulega zmianom. Główną i bardzo ważną częścią napięciowego czujnika tlenu jest tzw. ceramika specjalna. Składa się ona ze stałego elektrolitu wykonanego z dwutlenku cyrkonu, stabilizowanego tlenkiem itru. Obie strony, wewnętrzna i zewnętrzna pokryte są cienkimi warstwami platyny. Ma ona specjalną porowatą strukturę, która przepuszcza gaz. Należy tutaj dodać, że wewnętrzna warstwa jest elektrodą dodatnią, a zewnętrza elektrodą ujemną. Porowata ceramika ochronna działa ochronnie na elektrodę zewnętrza i ceramikę specjalną, które narażone są na kontakt z elementami procesu spalania.

Temperatura pracy takie elementu do pomiaru ma od 350 stopni Celsjusza do nawet 850 stopni Celsjusza. Nowe czujniki tlenu, które są niskotemperaturowe, pracują przy niższych temperaturach. Element pomiarowy może wynosić zatem od 220 stopni Celsjusza do 250 stopni Celsjusza. Taki pomiar możliwy jest dzięki przywrócenia równowagi termodynamicznej pomiędzy składnikami spalin, w kontakcie z elektrodą ujemną. Dzięki temu pojawia się ze spalin tlen równowagowy, którego ilość można zmierzyć przez porównanie ze stałą zawartością tlenu w powietrzu odniesienia.

Sygnał napięciowego czujnika tlenu

To napięcie pomiędzy elektrodami zewnętrznymi i wewnętrznymi mierzone za pomocą woltomierza. Wartość ta, zależna jest od ilości tlenu równowagowego. Wartość napięcia sygnału zależy od składu spalonej mieszanki. Występuje wtedy, gdy spaliny wpływają na element pomiarowy, a dodatkowo są ze spalenia mieszanki stechiometrycznej. Średnio napięcie odniesienia wynosi 450mV. Program sterownika czujnika tlenu interpretuje wartość napięcia odniesienia. Kiedy wartość napięcia sygnału jest większa od wartości odniesienia, wtedy dochodzi do interpretacji, która mówi, że spaliny pokrywające czujnik są wynikiem spalenia mieszanki bogatej. Natomiast, gdy wartość sygnału jest mniejsza od wartości napięcia odniesienia, wtedy spaliny pochodzą ze spalenia mieszanki ubogiej. Sterownik napięciowego czujnika tlenu otrzyma tylko to czy mieszanka jest bogata lub uboga. Nie otrzyma żadnych innych informacji, dotyczących, chociażby składu mieszanki spalonej.

Czujnik, a tlen równowagowy w spalinach

Tlen, który jest w mieszance paliwa z powietrzem, wykorzystywany jest w procesie spalania. W tym momencie także dochodzi do procesu wiązania azotu z tlenem. Te dwa składniki powietrza, nie reagują ze sobą do momentu nieprzekroczenia granicy 1800 stopni Celsjusza. W komorze spalania, przez ciśnienie oraz temperaturze wyższej niż 1800 stopni, dochodzi do reakcji pomiędzy azotem a tlenem, którego w konsekwencji wytwarzane są tlenki azotu. Zmniejszają one ilość tlenu, który be zwątpienia jest istotny w procesie spalania. Oprócz tego spaliny opuszczające komorę posiadają w swoim składzie wolny tlen, który jest wynikiem:

• niewykorzystanego tlenu w procesie spalania (wynik złe składu mieszanki, zbyt krótkiego czasu lub niewłaściwych warunków do takiego procesu),
• zbędnego tlenu w procesie spalania paliwa (przy spalaniu ubogiej mieszanki).

Określenie składu mieszanki spalonej na podstawie ilości tlenu w spalinach, możliwe jest po wydzieleniu tlenu równowagowego. Każdy czujnik tlenu dochodzi do wydzielenia jego ze spalin dzięki przywróceniu równowagi termodynamicznej między poszczególnymi składnikami spalin. Dochodzi wtedy do kontaktu z warstwą katalityczną, wchodząca w skład elementu pomiarowego czujnika. Podczas takiego przywracania równowagi termodynamicznej dochodzi do:

• redukcji rozkładu tlenków azotu na pierwotną wersję azotu i tlenu,
• przywrócony tlen z tlenków i tlen wolny ze spalin działają na utlenienie tlenku węgla oraz niespalanych węglowodorów. Po czym powstaje dwutlenek węgla, jak i para wodna.

Takie reakcje powodują, że czujnik tlenu mierzy ilość tlenu równowagowego wydzielanego ze spalin. Należy zauważyć tutaj, że analizatory mierzą wolny tlen w spalinach, a więc mierzą zawartość innego tlenu.

Źródło:

https://intercars.com.pl/pl/aktualnosci/poradniki/napieciowy-czujnik-tlenu-w-spalinach/