Lambdaanduri saladus
Lambdaandurid hoiavad õhu puhta… Lambdaandur – asendamatu abivahend katalüsaatorile Kütuste põlemisel tekib mitmeid suhteliselt kahjutuid ühendeid nagu vesi, süsinikdioksiid ja lämmastik, aga ka mitmeid ohtlikke saasteaineid. Katalüsaatori ülesandeks on neid heitgaase vähendada. Bensiinimootoriga uutesse autodesse on neutralisaatoreid paigaldatud alates 1980ndate lõpust, kusjuures koos iga katalüsaatoriga on paigaldatud vähemalt üks lambdaandur. Tegelikult optimeerib see andur töötingimusi katalüsaatori jaoks. Poliitikud ja tööstusharu on teinud aastaid tööd sõidukite kahjulike heitgaaside vähendamiseks. Heitgaase kontrollivad kohustuslikud määrused on muutunud järkjärgult rangemaks: Just hiljuti otsustas Euroopa Parlament taas vähendada autode kahjulike heitgaaside piirmäärasid. Uus Euro 5 heitgaaside standard jõustus seadusena 1. septembril 2009 (vt jooniseid 1+2). Vahepeal on Euroopa Liit juba teavitanud autotööstust Euro 6 standardi (jõustub alates 2014. aastast) kavandatavatest piirmääradest.
Vastavust neile piirmääradele ei saa lihtsalt saavutada ilma katalüsaatorita. Euroopas registreeritud 162 miljonist bensiiniautost on 135 miljonit juba varustatud katalüsaatoriga.
Katalüsaator ja lambdaandur: puhtama õhu nimel töötav meeskond Katalüsaatorid vähendavad heitgaase rohkem kui 95% võrra. Kuna need vähendavad kolme kahjuliku gaasi, HC, CO ja NOx heitmeid, siis tuntakse neid kolmetoimeliste katalüsaatoritena. Katalüsaatorid on seest kaetud järgmiste väärismetallidega: plaatina, roodium ja pallaadium. Nendel kihtidel toimuvad mitmed keerulised keemilised reaktsioonid: süsinikmonooksiid (CO) ja süsivesinikud (HC) muudetakse veeks (H2O), sellal kui süsinikdioksiid oksüdeeritakse. Lämmastikoksiidid (NOx) redutseeritakse lämmastikuks (N2), hapnikuks (O2) ja süsinikdioksiidiks (CO2). Lambdaandurid tagavad nende reaktsioonide toimumise optimeeritud tingimustel, sest nende mürgiste gaaside kõige tõhusam muundamine saab toimuda ainult kindla seguvahekorra ehk õhu-kütusesuhte korral. Seega tagavad need peaaegu kogu heitgaaside koguse muundamise.
Kaasaegsetel autodel on tavaliselt vähemalt kaks lambdaandurit: katalüsaatorist ülesvoolu paigaldatud eesmine ehk juhtandur ja pärast katalüsaatorit ehk sellest allavoolu paigaldatud tagumine ehk diagnostikaandur. Need mõõdavad heitgaasi hapnikusisaldust. Mootori juhtsüsteem saab sellele infole tuginedes reguleerida õhukütusesuhet.
Joonis 1
Joonis 2
Bensiinimootoriga sõidukite heitgaaside piirmäärad
Diiselmootoriga sõidukite heitgaaside piirmäärad
Uute autode heitgaaside piirmäärad Kehtiv CO HC NOx alates (g/km) (g/km) (g/km) Euro I 12/92 2.72 – – Euro II 01/97 2.20 – – Euro III 01/00 2.30 0.20 0.15 Euro IV 01/05 1.00 0.10 0.08 Euro V 09/09 1.00 0.10 0.06 Euro VI 09/14 1.00 0.10 0.06 * otsepritse korral 2
Lisaks sellele on juba üha rohkemate mootorrataste standardvarustuses katalüsaator, sest ka nende heitgaasid on nüüd piirmääradega reguleeritud ning neid tuleb testida korrapäraste ajavahemike järel.
HC+NOx (g/km) 0.97 0.50 – – – –
PM – – – – 0.005* 0.005*
Uute autode heitgaaside piirmäärad Kehtiv CO HC NOx alates (g/km) (g/km) (g/km) Euro I 01/92 3.16 – – Euro II 01/96 1.00 0.15 0.55 Euro III 01/00 0.64 0.06 0.50 Euro IV 01/05 0.50 0.05 0.25 Euro V 09/09 0.50 0.05 0.18 Euro VI 09/14 0.50 0.09 0.08
HC+NOx (g/km) 1.13 0.70 0.56 0.30 0.23 0.17
PM 0.14 0.08 0.05 0.025 0.005 0.005
Seire pardadiagnostika abil Et tagada vastavus heitgaaside standarditele sõiduki kogu kasutusea jooksul, võeti kasutusele uus mõõtesüsteemi standard, mida tuntakse pardadiagnostika nime all. Sõidukite heitgaase mõjutavad vead ja probleemid on näha armatuurlaual ning salvestatakse veameerikuga.
Näidiku süttides peaks sõiduki omanik viima auto töökotta.
Seda tüüpi lambdaandurit kasutatakse ka kütuse otsesissepritsega bensiinimootorites.
Muud lambdaanduri rakendused Lisaks bensiinimootoritele kasutatakse lambdaandureid ka diiselmootorites. Kaasaegsed diiselsõidukid toetuvad lairiba-lambdaanduritele vastavuse tagamisel kehtivatele heitgaaside piirmääradele.
Joonis 3
Joonis 4
Bensiinimootorite heitgaasi koostis
Diiselmootorite heitgaasi koostis
N2 72.1% O2 ja väärisgaasid 0,7%
N2 73.8%
H 2O 9%
H2O 13.8% O2 9%
CO2 12.3%
Mürgised gaasid 1,1%
Süsinikmonooksiid CO Süsivesinikud HC Lämmastikoksiidid NOx Osakesed PM
CO2 8%
Mürgised gaasid 0,2%
Lämmastikoksiidid NOx Süsinikmonooksiid CO Süsivesinikud HC Osakesed PM Vääveldioksiid SO2
3
Kõik sõltub õhu-kütusesuhtest
Klaaskiuga isoleeritud juhe Kaitsetoru
Kuuskant 22,0 mm Tihend M 18x1,5 keere
Heitgaaside hulk suureneb, kui õhu-kütusesuhet ei kontrollita täpselt. Bensiinimootoritel on ideaalseks õhu-kütusesuhteks 14,7 kg õhku 1 kg kütuse kohta. Seda suhet nimetatakse ka stöhhiomeetriliseks seguks. Peaaegu kõik kaasaegsed bensiinimootorid töötavad selle ideaalse õhu-kütusesuhtega. Selle tagamisel mängib lambdaandur otsustavat rolli. Kogu kütus põleb nõuetekohaselt ära ainult selle suhte saavutamisel. Selle suhte korral suudab katalüsaator muundada peaaegu kõik mürgised gaasid, nimelt süsivesinikud (HC), süsinikmonooksiidi (CO) ja lämmastikoksiidid (NOx) vähem kahjulikeks aineteks. Õhu-kütusesegu tähistatakse ka kreeka tähega lambda, kusjuures λ = 1 tähistab ideaalset suhet.
Kuidas seda saavutada? Mootori juhtseade kontrollib õhukütusesegu. See kontrollib kütusesüsteemi, mis tagab põlemisprotsessi täpselt reguleeritud õhu-kütusesuhtega. Õhu-kütusesuhte reguleerimiseks peab mootori juhtseade suutma siiski tuvastada, kas mootorit varustatakse rikka segu (õhupuudus, λ<1) või lahja seguga (liigõhk, λ>1).
Lambdaanduriga tuvastamise ja kontrollimise edulugu Eespool kirjeldatud põhimõttele tuginedes on lambdaanduri tehnoloogia tohutult arenenud. Kaasaegsed süsteemid vähendavad drastiliselt kahjulikke heitgaase, optimeerivad kütusekulu ja tagavad katalüsaatori pika kasutusea.
Seda infot annab lambdaandur. See mõõdab jääkhapnikku heitgaasis ja saadab andurisignaali juhtseadmele, mis omakorda kasutab seda signaali kütusesüsteemi kontrollimiseks.
Joonis 1
Joonis 2
Stöhhiomeetriline õhu-kütusesegu
Lambda
1 kg kütust Rikas segu (õhupuudus) 0,9
14,7 kg õhku
4
Stöhhiomeetriline segu 1,0
λ
Lahja segu (liigõhk) 1,1
Adapter
Anduri maandusjuht (hall juhe) Soojendi (valge juhe) Anduri signaal (must juhe)
NTK lambdaandurid toodi turule 1980ndatel, kusjuures NGK on selles valdkonnas oluline teerajaja. Sellest ajast saadik on kahjulike heitgaaside vähendamisel tehtud tohutuid edusamme ja seda eriti tänu uuenduslike tehnoloogiate arendamisele ja laiaulatuslikele uuringutele. Näiteks praegusel ajal
tagavad lambdaanduris äärmiselt tõhusad keraamilised soojendid selle, et lambdaandurid suudavad hakata tööle ja reageerida kiiremini. Et saavutada täpsemaid mõõtetulemusi vastavuse tagamiseks üha rangematele Euro-
standarditele, tehakse suuri pingutusi keraamiliste komponentide pideval täiustamisel. Lisaks sellele on töötatud välja mitu spetsiaalset anduri tüüpi spetsiifiliste rakenduste tarvis. Nende hulka kuuluvad lairibaandurid ja lambdaandurid, mille elektritakistus varieerub õhu-kütusesuhtest sõltuvalt.
Joonis 3
Joonis 4
Lambda aken
Lambdaanduri tööpõhimõte
Katalüsaatori muundamismäär (%)
Et katalüsaator saaks nõuetekohaselt töötada, tuleb õhukütusesegu hoida ideaalsel õhu-kütusesuhtel. See saavutatakse lambdaanduriga. See mõõdab pidevalt heitgaasi jääkhapniku kontsentratsiooni. Väljundsignaal saadetakse mootori juhtseadmele, mis seejärel reguleerib õhu-kütusesuhet.
100
HC
NOx
50
Mootori juhtseade
Juhtandur
CO
Kolmetoimeline katalüsaator 0 0,9 rikas
1,0 stöhhiomeetriline
λ
1,1 lahja
Diagnostiline andur
Heitgaas
5
Tsirkooniumdioksiidandur (OZAS-S1 diskreetse taseme andur)
Metallist kuuskantkere Soojendi juhe (valge juhe)
Soojendi Kaitsetoru
Anduri maandusjuhe (hall juhe)
Tihend
Tsirkooniumdioksiidelement Rõngastihend
Anduri signaalijuhe (must juhe)
Keraamiline hoidik
Leiate kaabli kirjelduse leheküljelt 14.
Tsirkooniumdioksiidandur on tänapäeval enimkasutatud tüüpi andur. See on binaarandur ning tekitab iseloomulikku umbes 0,8 V pingemuutust, kui õhukütusesegu muutub lahjast rikkaks.
Anduri elemendi konstruktsioon Tsirkooniumdioksiid (ZrO2, tuntud ka tsirkooniumoksiidina) on järgmiste iseloomulike omadustega keraamiline materjal: Alates 300 °C kraadist on see hapniku ioone läbilaskev. Tsirkooniumlambdaanduri element on õõnsa sõrme kujuline. See õõnsus sisaldab välis- ehk võrdlusõhku, sellal kui metalltoruga kaitstud välispinda mõjutab kuum heitgaasivool. Keraamilise elemendi mõlemad küljed on kaetud õhukese poorse plaatinakihiga, mis toimib elektroodina.
Anduri signaali genereerimine Kui lambdaandur saavutab oma töötemperatuuri, siis hakkavad hapniku ioonid liikuma läbi selle kere. Kuna välisõhu hapnikukontsentratsioon on umbes 20,8%, siis liiguvad hapniku ioonid anduri seest ümbritseva heitõhu poole (vt joonist 1).
Joonis 1
Tsirkooniumdioksiidanduri tööpõhimõte
Heitgaas
Välimine plaatinaelektrood (kokkupuutes heitõhuga) Anduri element Korpus Võrdlusõhk
O2
Võrdlusõhk O2
O2
O2
O Tsirkooniumelement
O
O2
O2
O2
e-
Plaatinaelektrood
2-
2-
O
U
2-
ePoorne keraamiline kiht
Väljalasketoru
Heitgaas
O2 O2
O2
Plaatinaelektrood
O2
O2
O2
Pinge (U) on proportsionaalne hapnikukontsentratsiooni suhtes. Sisemine plaatinaelektrood (kokkupuutes võrdlusõhuga) Avad kaitsetorus
6
Kaitsetoru
Anduri välisküljel on hapnikukontsentratsioon palju madalam ning ioonid liiguvad selles suunas tasakaalu saavutamiseks. Selle tulemuseks on potentsiaalne erinevus, kuna esineb erinevus elektronide arvus kahel küljel. Selle tulemusel tekib pinge (U) plaatinaelektroodidel, mis edastatakse seejärel mootori juhtseadmele.
anduri signaal pingele 0,9 V. Signaal kõigub nende kahe väärtuse vahel sagedusega 1-2 Hz (see tähendab 1-2 korda sekundis). See informeerib mootori juhtseadet pidevalt kõrvalekaldest ideaalsest stöhhiomeetrilisest suhtest ning järelikult säilitab õhu-kütusesuhet λ=1. Hea teada õli ja kütuseaur võivad saastada võrdlusõhu ja põhjustada vääraid mõõtetulemusi. NTK on töötanud välja "hingava" anduri struktuuri, mille puhul võrdlusõhk vahetub läbi spetsiaalse membraani. See kaitseb võrdlusõhku saastumise eest ja parandab anduri töökindlust.
● Vesi,
Signaalid Kui õhu-kütusesegu on lahja, siis on heitõhus umbes 2% jääkhapnikku. Selle tulemuseks on umbes 0,1 V anduri signaal. Kui heitõhus on vähem jääkhapnikku, mis tähendab, et õhukütusesegu on rikas, siis hüppab
● Metallist
kaitsetoru kaitseb anduri elementi kondenseerumise ja heitgaasis sisalduvate tahkete osakeste eest. Väljalasketorus olev vesi võib termolöögiga kahjustada kuuma keraamilist elementi. ● Sisseehitatud soojendi tagab, et anduri element saavutab töötemperatuuri kiiresti, nii et heitgaase kontrollitakse rangelt juba auto esimeste sõidumeetrite jooksul. Seda reaktsiooniaega nimetatakse ka anduri töövalmiduse saavutamise ajaks.
Joonis 2
Joonis 3
Anduri pinge: amplituud
Anduri pinge: anduri töövalmiduse saavutamise aeg
V 0.9
V 0.9
0.6
Uus andur Defektne andur
0.6
0.3
0.3
0.1 0
0 t Defektse anduri puhul on pingehüpe väiksem. Seetõttu ei saa õhu-kütusesuhet täpselt mõõta.
t Defektsed andurid reageerivad viitega. Mootori juhtseade ei saa vajalikke signaale nõutud aja jooksul.
7
Lairiba-lambdaandur Kaitsetoru
Kuuskantkere
Ühendusjuhtmed
Keraamiline elemendi hoidik
Silikoontihend
Soojendiga tasapinnaline element
Leiate kaabli kirjelduse leheküljelt 14.
Kuna kasvas nõudmine suurema kütusesäästu ja heitgaaside vähendamise järele, oli vaja teatud mootoreid kontrollida stöhhiomeetrilise seguvahemiku väliselt. Põhiprobleemiks on see, et õhukütusesegusid on vaja rikastada külmalt käivitamise ajal ja kui mootor töötab täiskoormusel, kuigi paljud
kaasaegsed mootorid on konstrueeritud töötama lahja seguga kogu tööulatuses. Mõlemat režiimi tuleb vastavalt kontrollida. Sel otstarbel kasutamiseks arendati tööstusharus välja lairibaandurid, mis genereerivad spetsiifilise õhukütusesuhte suhtes proportsionaalset väljundsignaali.
Mõõtmispõhimõte Heitgaas siseneb mõõteelementi läbi poorsete difusioonkanalite. Elemendis mõõdetakse elektroodidega hapniku tihedust ning võrreldakse seda stöhhiomeetrilise kontsentratsiooni tihedusega. Selle võrdleva mõõtmise tulemuseks on pumba vool (lp), mis tegelikult püüab viia elemendis hapniku kontsentratsiooni tagasi stöhhiomeetrilise segu kontsentratsioonile.
Joonis 1
Joonis 2
Lairibaanduri elemendi diagramm
Lairibaanduri tasapinnalise elemendi ristlõige
Soojendi A
Keraamiline soojendi (Al2O3) Anduri element (ZrO2)
Element
Tuvastuselement
Heitgaas
A’
Heitgaas
Ristlõige A–A’ Soojendi
Element Ip element
Poorne difusioonkanal
Poorne difusioonkanal
Poorne difusioonkanal
O 2Ip
Vs element
O 2Icp Etalon 450 mV O2 võrdluselement (pumbatud)
8
Tuvastuselement
Juhtahela jaoks vastab standardne võrdlusväljund stöhhiomeetrilisel suhtel pingele 450 mV. Anduri pumba voolu põhjal määratakse kindlaks lambda väärtus ja edastatakse juhtseadmele. Järelikult on saadud pumba vool proportsionaalne heigaasi jääkhapniku kontsentratsiooni suhtes. Kui tuvastuselementi sisenev heitgaas on stöhhiomeetrilisel tasemel, siis on pumba vool null (hapnikku ei pumbata), kuna hapniku osarõhk mõõteelemendis juba vastab stöhhiomeetrilisele väärtusele ning eespool nimetatud väärtusele 450 mV. Lahja segu puhul on mõõteelemendis liigselt hapnikku,
mille tulemuseks on positiivne pumba vool, sellal kui rikas segu viib negatiivse pumba vooluni. Lairibaandur suudab seega tekitada väljundsignaali, mis on proportsionaalne tegeliku õhukütusesuhte suhtes. Stöhhiomeetrilist nagu ka lahjat ja rikast segu tuvastatakse väga täpselt ning õhukütusesuhet saab optimeerida, et tagada mootori vastamine kehtestatud rangetele heitgaaside piirmääradele.
Hea teada ● NTK lairibaandurid tulid müügile 1990ndate lõpus. ● Need tagavad kombineeritult suurepärase täpsuse ja töökindluse koos lühikeste töövalmiduse saavutamise aegadega. ● Lairiba-lambdaandurid ei vaja võrdlusõhku, mistõttu need saab sulgeda hermeetilisse keresse. ● Tänu kompaktsetele anduri elementidele on nende reaktsiooniaeg äärmiselt lühike.
Joonis 3
Joonis 4
Joonis 5
Väljundsignaal: Vs
Väljundsignaal: Ip
ASIC-element (ASIC – rakendusotstarbeline integraallülitus)
1000
(+) Ip [mA]
Vs [mV]
0
450
0
(-) rich
λ=1
lean
rich
λ=1
lean
9
Titaandioksiidandur (takistuseandur)
Kandursubstraat
Kaitsetoru
Keraamiline hoidik
Anduri signaalijuhe
Tihend Väline metallkere Rõngastihend
Klaasjoode Metallist kuuskantkere
Titaandioksiidelement
Leiate kaabli kirjelduse leheküljelt 14.
Liigse hapniku (λ>1) korral väheneb titaandioksiidi juhtivus. Kui hapniku kontsentratsioon on ideaalsest tasemest madalam, siis selle juhtivus suureneb.
Seda tüüpi lambdaanduri keraamiline anduri element on valmistatud mitmekihilisest titaandioksiidmaterjalist, mida saadakse paksu kihi tehnoloogiat rakendades.
Elektritakistus näitab seega mootori juhtseadmele, kas mootor töötab rikkas või lahjas vahemikus. Kõrgetel temperatuuridel muutub elektritakistus eriti kiiresti. Nende lambdaandurite töötemperatuur jääb seetõttu vahemikku 200-700 °C.
Titaandioksiidandurid erinevad nii tsirkooniumdioksiidanduritest kui lairiba-lambdaanduritest ühel põhimõttelisel viisil: nende keraamilise elemendi elektritakistus muutub proportsionaalselt heitgaasi hapnikusisalduse suhtes.
Joonis 1
Titaandioksiidanduri tööpõhimõte
R
Plaatinaelektrood
O Ti
2-
4+
O
2-
O 2-
Heitgaas
Mida rikkam on heitgaas, seda väiksem on takistus (R).
10
Plaatinaelektrood
Titaandioksiidlambdaandurite eelised: ● Tugev ja kompaktne konstruktsioon ● Lühike töövalmiduse saavutamise aeg ● Võrdlusõhku ei ole vaja kasutada ● Kiire soojenemine töötemperatuurini
NOx-andur
Spetsialist lahjade segude jaoks Tõusvad kütusehinnad nagu ka keskkonnaküsimused jäävad lähitulevikus põhiprobleemideks. Et muuta bensiinimootorid keskkonnasõbralikumaks, keskenduvad tootjad otsesissepritsega bensiinimootoritele, mida saab osalise koormuse puhul käitada lahjas vahemikus. See vähendab kütusekulu 12-20%, ent eeldab NOx-anduri kasutamist.
Funktsioon Stratifitseeritud laadimisrežiimis jääb tööpunkt kaugele välja normaalsest lambda aknast. Selles punktis ei suuda katalüsaator täielikult muundada põlemisel tekkivaid lämmastikoksiide. Seetõttu on töötatud välja spetsiaalne NOx akumuleeriv katalüsaator, milles hoitakse ajutiselt lämmastikoksiide. Säilitusvõime ammendumisel käivitub NOx-andur.
See annab mootori juhtseadmele märku, et süsteem tuleb lülitada ümber rikkale talitlusele (λ<1) umbes 2 sekundiks. Rikka segu põletamisel NOx vabastatakse ning redutseeritakse keemiliselt kahjutuks lämmastikuks. Seda protsessi tuntakse regenereerimisfaasina ning seda korratakse lahja talitluse korral umbes iga 60 sekundi järel.
Joonis 1
NOx-anduri tööpõhimõte
Stratifitseeritud laadimistoiming Mootori juhtseade
Lairibalambdaandur
Regenereerimistoiming 60 s 2s
Kolmetoimeline katalüsaator NOx-andur Diagnostiline andur Stratifitseeritud laadimistoiming NOx-katalüsaator = CO
= NOx
H 20 Co2 N2 O2
= HC
11
Lambdatehnoloogia sportautodes Paljud juhtivad vormel 1 meeskonnad ei vali ainult NGK küünlaid, vaid otsustavad ka NTK lambdaandurite kasuks.
NTK lambdaandurid on muutunud asendamatuks isegi juhtivatele vormel 1 meeskondadele. See ei ole üllatav, sest NTK lambdaanduritega kontrollitud optimeeritud mootori väljund otsustab tihti selle, kes võidab ja kes jääb viimaseks. Kui iga sekund loeb, siis peab mootor töötama optimaalselt. NTK lambdaandurid ei taga ainult madalaid heitgaase, vaid need tagavad ka efektiivsuse kütuse kasutamisel ja mootori maksimaalse jõudluse.
12
Sportautode lambdaandurid peavad suutma tulla toime eriti karmidel tingimustel nagu äärmiselt kõrged heitgaasi temperatuurid. Lisaks peavad need suutma taluda kõrgeid vibratsioonitasemeid ja pingeid ning tagama, et need tingimused ei mõjuta mõõtetulemusi. See kehtib ka motospordi tipus võistlevate MotoGP mootorrataste lambdaandurite puhul. NGK ei tarni ainult küünlaid selle kategooria tippmeeskondadele, vaid varustab neid ka täiustatud lambdaanduri tehnoloogiaga.
Lambdaandurid mootorratastele Ka mootorrataste tootjad on kohustatud järgima üha rangemaid heitgaaside standardeid ning peavad tootma üha tõhusamaid mootoreid. Tähelepanu keskpunktis on siiski selgelt heitgaasid, sest peaaegu kõik värskelt registreeritavad mootorrattad peavad vastama Euro 3 piirmääradele.
Uute mootorite arendamisel on kõik juhtivad mootorrataste tootjad otsustanud NGK toodete kasuks. Nendeks tootjateks, kelle mootorratastel kuuluvad NTK lambdaandurid standardvarustusse on Aprilia, BMW, Ducati, Honda, Kawasaki, KTM, Moto Guzzi, Suzuki ja Triumph.
Seetõttu on mootorrataste tootjad teinud aastaid suuri pingutusi oma toodete heitgaaside vähendamiseks. Üha rohkematel ja rohkematel mootorratastel kuuluvad nüüd katalüsaatorid ja seega ka lambdaandurid standardvarustusse.
Mudeliga OZAS-S3 töötas NTK tegelikult välja spetsiaalselt mootorratastele konstrueeritud lambdaanduri. See on tõenäoliselt kõige väiksem selline seade maailmas ning see on kujult ja suuruselt küünla sarnane. See saavutab koguni ilma soojendita kiiresti oma töötemperatuuri
Joonis 1
Joonis 2
Suuruse võrdlus
ZFAS-S2
OZAS-S3
ZFAS-S2
ning puudub vajadus välise toite järele, mistõttu on see konstruktsioonilt äärmiselt kompaktne. Genereeritud pingesignaal edastatakse läbi eraldi adapteri. Joonis 3
OZAS S3
OZAS-S1
13
Kaabli kirjeldus Tsirkooniumdioksiidlambdaandur (binaarandur) Soojenduseta 1 juhe must => signaal
2 juhet must => signaal hall => maandus
Soojendusega 3 juhet must => signaal 2x valge => soojenduselement
4 juhet must => signaal hall => maandus 2x valge => soojenduselement
Titaandioksiidlambdaandur (takistuseandur) T端端p I punane => soojenduselement ( + ) valge => soojenduselement ( - ) must => signaal ( - ) kollane => signaal ( + )
Lairibaandur
NOx-andur kollane => soojenduselement ( - ) sinine => soojenduselement ( + ) valge => Ip ( + ) hall => Vs ( + ) must => Ip ( - ), Vs ( - )
14
T端端p II hall => soojenduselement ( + ) valge => soojenduselement ( - ) must => signaal ( - ) kollane => signaal ( + )
kollane => soojenduselement ( - ) sinine => soojenduselement ( + ) valge => Ip I ( + ) roheline => Ip II ( + ) hall => Vs ( + ) must => Ip ( - ), Vs ( - )
Hooldus Kuna lambdaandurid kuluvad ja vananevad mõnevõrra, siis soovitame kontrollida nende talitlust iga 30 000 km läbimise järel ja/või iga heitgaasitesti käigus. Võimalikele talitlushäiretele viitavad: ● mootori ebaühtlane töötamine, ● heitgaaside piirväärtuste ületamine, ● suurenenud bensiinikulu. Probleemide korral kasutamiseks ettenähtud hooldusjuhised ● Liigse vibratsiooni korral => kontrollige paigaldust. ● Mehaaniliste kahjustuste korral => asendage andur.
● Suure
kütusekulu korral => kontrollige anduri talitlust. ● Saastunud võrdlusõhu korral => asendage andur. ● Lõdva pistikühenduse korral => kontrollige pistikühendust. Praktilised juhised Ettevaatust! Mitme pistiku konnektor peab sobima kõnealusele sõidukile. Iga sõiduk nõuab spetsiaalset anduri tüüpi – ärge otsige väljapääsu ajutistest lahendustest!
Soojendi testimine Lülitage süüde välja, eemaldage konnektor ja mõõtke kahe valge juhtme (OZA tsirkooniumdioksiidandurid) või valge ja punase juhtme (OTA titaandioksiidandurid) vahelist takistust. Kui takistus on üle 30 Ω , siis asendage lambdaandur. Ettevaatust! Anduri pinge otse mõõtmine võib kahjustada juhtmeid.
Lambdaanduri defektid
Probleem: Kaabel ja adapter on sulanud kokkupuute tõttu heitgaasitorustikuga. Abinõu: Asendage andur ja paigutage kaabel nii, et see ei saa puutuda vastu heitgaasitorustikku.
Probleem: Anduri kere on paindunud.
Probleem: Kulunud või katkised juhtmed. Abinõu: Asendage andur ja hoolitsege, et kaabel ei ole pingul.
Probleem: Kaablitihend on nihkunud. Vesi võib tungida andurisse. Abinõu: Asendage andur ja hoolitsege, et kaabel ei ole pingul.
Probleem: Vesi adapteris, kontaktid korrodeerunud.
Abinõu: Asendage andur. Abinõu: Asendage andur. Kontrollige anduri ja mootori juhtseadme vahelisi elektriühendusi.
Probleem: Kaitsetoru avasid katavad süsinikujäägid. Nii võib juhtuda rikka õhu-kütusesegu korral või kui mootori ja klappide kulumine põhjustab liigset õlikulu või kui heitgaasitorustik lekib.
Abinõu: Tuvastage ja kõrvaldage põhjus. Tähelepanu! Andur ei põhjusta liigseid tahma- ja õlijääke kaitsetorul.
15
Diagnostilised nõuanded töökodadele Lambdaandureid saab katsetada mitmel erineval viisil. Visuaalne kontroll Pardadiagnostika/Euroopa Visuaalne kontroll on esmaseks pardadiagnostika vealogi vahendiks hindamisel, kas Pardadiagnostikasüsteemidega lambdaandur on defektne. Enne autodel tuvastatakse lambdaanduri talitluskatse tegemist kontrollige kõiki probleeme automaatselt. Riketest ühendusjuhtmeid, adaptereid ja antakse juhile märku armatuurlaual anduri keret nähtavate kahjustuste ning need registreeritakse suhtes (vt lk 15). veameerikuga. Spetsialiseerunud töökojas saab veameerikut lugeda läbi Testimine heitgaaside tööstusharu standardse liidesepordi, et kontrollmõõtevahendiga viga edasi analüüsida ja viimaks See meetod põhineb standardsel kõrvaldada. heitgaasitestil. ● Kui mootor on töötemperatuuril, Pardadiagnostika/Euroopa siis antakse ette värsket õhku. pardadiagnostika jälgib: ● Kuna see muudab heitgaasi ● lambdaanduri talitlust, koostist, siis muutub heitgaaside ● katalüsaatori tõhusust, kontrollmõõtevahendi näidatud ● tõrkeid põlemisel. lambda väärtus. ● Sõiduk peab reguleerima segu 60 sekundi jooksul. ● Lisaõhuga varustamise katkestamisel peab süsteemis taastuma esialgne lambda väärtus. ● Ettevaatust! Tänu koormuse täpsele tuvastamisele võivad kaasaegsed mootorid suuta reguleerida segu väärtusele lambda = 1 isegi juhul, kui lambdaandur on defektne.
Testimine multimeetriga Kasutage kõrge impedantsiga multimeetrit. Pinge kiire muutumise tõttu on signaali kõige parem analüüsida analoogseadmega. Madala sisemise impedantsiga multimeetrid võivad häirida anduri signaali, nii et see võib täielikult katkeda.
Joonis 1
Binaaranduri väljundsignaal
Anduri pinge (U) Pinge (V)
1.0
0.2
0.9
16
1.0
1.1 Õhu-kütusesuhe
Tehke anduri testimiseks nii: ● Seadke mõõtepiirkonnaks 1 või 2 V. ● Ühendage multimeeter paralleelselt signaalijuhtmega (must juhe). ● Pärast mootori käivitamist näitab multimeeter etalonpinget 0,4 kuni 0,6 V. ● Laske mootoril töötada 2500 pöördel minutis, nii et lambdaandurid saavad ilma soojendita oma töötemperatuuri saavutada. Tühikäigul ei pruugi andurid suuta saavutada vajalikku temperatuuri ja jahtuda maha liiga kiiresti. ● Kui nõuetekohaselt töötav andur saavutab töötemperatuuri, siis hakkab pinge kõikuma vahemikus 0,1 kuni 0,9 V.
Testimine ostsillograafiga Testimine ostsillograafiga on kõikidest meetoditest kõige täpsem. See näitab minimaalset ja maksimaalset pinget, töövalmiduse saavutamiseks kuluvat aega ja sagedust.
Tehke ostsillograafiga testimiseks nii: ● Laske mootoril töötada 2000 pöördel minutis kuni töötemperatuuri saavutamiseni. Ühendage ostsillograaf signaalijuhtmega ilma andurit mootori juhtseadme küljest lahti ühendamata. ● Seadke mõõtepiirkonnaks 1-5 V ja ajaks 5-10 sekundit (järgige tootja juhiseid). Valige vajadusel signaali automaatne tuvastamine. ● Reguleeriv andur peaks ostsilleerima sagedusega 0,5 kuni 4 Hz vahemikus 0,0 kuni 0,9 V.
Joonis 2
Joonis 3
Joonis 4
Lairibaanduri väljundsignaal: Vs signaal
Lairibaanduri väljundsignaal: Ip signaal
Katalüsaatori seire
1000 (+) Vs [mV]
Ip [mA]
450
0
Juhtseade
Diagnostiline andur
Juhtandur
(-)
0 rikas
λ=1
lahja
rikas
λ=1
lahja
Katalüsaator
17
Müügiinfo Rohkem kui 90% kõikidest turulolevatest sõidukitest on juba varustatud katalüsaatoriga ning seega ka vähemalt ühe lambdaanduriga. Ja see arv suureneb pidevalt. Kuna lambdaandurid peavad taluma tohutut termilist, keemilist ja mehaanilist pinget, siis need ka kuluvad. Vananenud lambdaandurid reageerivad liiga aeglaselt muutustele õhu-kütusesuhtes. Nende kontrollifunktsioon on seetõttu liiga aeglane ning need ei suuda saavutada normaalset pingevahemikku. Sellel on negatiivsed tagajärjed nii auto omanikule kui keskkonnale.
Defektsete lambdaandurite tagajärjeks on suurem kütusekulu ja kahjulikumad heitgaasid. See on nii järgmise ahelreaktsiooni tõttu: ● Kui mootori juhtseadmeni jõuab ebatäpne anduri signaal või kui andur reageerib liiga aeglaselt, siis lülitub mootor hädarežiimi. ● Komponentide kaitseks ja vajaliku väljundi tagamiseks lisatakse õhukütusesegule rohkem kütust. ● Kütusekulu suureneb seetõttu kuni 15% võrra. ● Katalüsaator ei saa töötada optimaalsetel tingimustel. Selle tagajärjel paisatakse õhku rohkem kahjulikke gaase. NTK saab pakkuda parimat andurit igat tüüpi sõidukitele tänu oma laialdastele kogemustele lambdaandurite arendamisel ja tootmisel. See on võimaldanud firmal saavutada suure turuosa. Lambdaandurite kataloog: kõikehõlmav viitedokument ● Sisaldab rohkem kui 500 erinevat lambdaanduri mudelit. ● Sisaldab lambdaandureid umbes 5600 sõidukirakenduse jaoks.
18
● Uus:
sisaldab nüüd lambdaandureid ka mootorrataste jaoks. ● Kõik lambdaandurid vastavad autotootjate spetsifikatsioonidele. ● Leiate kiiresti sobiva lambdaanduri peaaegu iga sõiduki jaoks koos rohke tehnilise lisainfoga. ● Adapterite 1:1 mõõtkavas joonised aitavad leida oma vajadustele sobiva anduri. ● NGK laiendab ja värskendab pidevalt oma tootevalikut. Kasutage ära meie teadmusbaasi! NGK pakub kauplejaile ja töökodadele algallikast saadud kogemusi. Näiteks sisaldab interaktiivne veebisait www.ngk-elearning.de kõikide tähtsate NGK toodete talitluse ja konstruktsiooni üksikasjalikku kirjeldust koos 3D animatsioonide ja diagrammidega. Lisaks leidub suur hulk meie tooteid puudutavaid koolitusmaterjale veebisaidil www.ngk-europe.com.
Nr 1 kogu maailmas Rahvusvaheline autotööstus märkas juba ammu lambdaandurite tähtsust. Ilma nendeta ei oleks võimalik tagada vastavust üha rangematele heitgaaside standarditele. Autotootjad on seetõttu otsustanud võrreldamatu oskusteabega NTK kasuks.
Firma on tootnud lambdaandureid alates aastast 1982. Aastaks 2007 oli NTK tarninud umbes 400 miljonit lambdaandurit autotootjatele ja järelturule. NTK tooteid soovitavate klientide nimekiri on nagu rahvusvahelise autotööstuse "Kes on kes" kataloog. Järgmiste kaubamärkide autod on hetkel varustatud NTK lambdaanduritega: Aston Martin, Audi, BMW, Chevrolet, Citroen, Daewoo, Daihatsu, DaimlerChrysler, Fiat, Ford,
General Motors, Honda, Hyundai, Isuzu, Jaguar, Kia, Lancia, Mazda, Mitsubishi, Nissan, Opel, Peugeot, Renault, Rover, Seat, Skoda, Subaru, Suzuki, Toyota, TVR, Vauxhall, Volvo ja VW. NGK on pühendunud sellele, et jätkuvalt tagada, et autotootjad leiavad ideaalse lambdaanduri oma mootoritele NGK tootevalikust.
19
NGK SPARK PLUG EUROPE GMBH Harkortstr. 41 D-40880 Ratingen Saksamaa Tootejuht: Oliver Posati Telefon +49(0)2102/974-104 Faks +49(0)2102/974-147 www.ngk-europe.com
Maaletooja AS KG Knutsson www.kgk.ee