Zasada pracy układu sterującego szerokopasmowego czujnika tlenu

Aby poznać pracę szerokopasmowego czujnika tlenu, rozpoczniemy od prezentacji zasady pracy jego układu sterującego 13 (Rys. 58.). Jego podstawowym elementem jest układ regulacyjny. Wielkość,
która jest regulowana, to zawartość tlenu w spalinach wypełniających przestrzeń dyfuzyjną 5. Celem układu regulacyjnego jest utrzymywanie w przestrzeni dyfuzyjnej 5 spalin o zawartości tlenu równej
zawartości tego gazu w spalinach pochodzących ze spalenia mieszanki stechiometrycznej
(λ = 1). Spaliny w przestrzeni dyfuzyjnej tym różnią się tym od spalin 1, płynących układem wylotowym, że
zawartość tlenu w spalinach w przestrzeni dyfuzyjnej może być zwiększana lub zmniejszana, odpowiednio przez:

1) wpompowywanie tlenu do przestrzeni dyfuzyjnej 5 przez pompę tlenu 4, jeśli zawartość tlenu w spalinach w przestrzeni dyfuzyjnej 5 jest niższa od zawartości tego gazu w spalinach pochodzących
ze spalenia mieszanki stechiometrycznej (λ = 1);

2) wypompowywanie tlenu z przestrzeni dyfuzyjnej 5 przez pompę tlenu 4, jeśli zawartość tlenu w spalinach w przestrzeni dyfuzyjnej 5 jest wyższa od zawartości tego gazu w spalinach pochodzących
ze spalenia mieszanki stechiometrycznej (λ = 1).

Bariera dyfuzyjna 6 powoduje, że zawartości tlenu i innych składników spalin w spalinach 1 płynących układem wylotowym i spalinach wypełniających przestrzeń dyfuzyjnej 5 mogą być różne. Bariera dyfuzyjna spowalnia bowiem przepływ tlenu i innych składników spalin pomiędzy spalinami
w przestrzeni dyfuzyjnej 5 a spalinami w układzie wylotowym silnika - mówiąc inaczej, bariera dyfuzyjna 6 spowalnia wyrównywanie się składów spalin po obu jej stronach.

Kierunek (umowny) i wartość mierzonego natężenia prądu IPM, zasilającego pompę tlenu 4, mierzonego miernikiem 11, jest tzw. wielkością nastawczą (terminologia z teorii układów regulacji).
Kierunek prądu jest informacją o tym, czy tlen jest:

1) wypompowywany z przestrzeni dyfuzyjnej 5 - prąd IPM ma kierunek dodatni;
2) wpompowywany do przestrzeni dyfuzyjnej 5 - prąd IPM ma kierunek ujemny;

Wartość prądu jest informacją o ilości tlenu pompowanego przez pompę tlenu 4. Kierunek i wartość mierzonego natężenia prądu IPM to dla układu sterującego 13 szerokopasmowego czujnika
tlenu miara braku lub naddatku tlenu w spalinach wypełniających przestrzeń dyfuzyjną 5, w stosunku
do zawartości tego gazu w spalinach pochodzących ze spalenia mieszanki stechiometrycznej (λ = 1). Na tej podstawie oblicza on wartość współczynnika lambda (λ) składu spalonej mieszanki.

Układ sterujący 13 szerokopasmowego czujnika tlenu otrzymuje informację o zawartości tego gazu w spalinach w przestrzeni dyfuzyjnej 5, od ogniwa Nernsta. Ogniwo Nernsta, które składa się z elektrod 7 i 9 oraz ceramiki specjalnej 8, generuje napięcie ogniwa Nernsta UN, o wartości zależnej od stosunku
zawartości tlenu w spalinach znajdujących się w przestrzeni dyfuzyjnej 5, do stałej zawartości tego gazu w kanale powietrza odniesienia 10.

Wartość napięcia ogniwa Nernsta N, mierzona miernikiem 12, jest dla układu sterującego 13 szerokopasmowego czujnika tlenu miarą zawartości tlenu w spalinach w przestrzeni dyfuzyjnej
5. Jeśli wartość napięcia ogniwa Nernsta:

a) UN = 0,45 V - to znaczy w przestrzeni dyfuzyjnej 5 są spaliny o zawartości tlenu równej zawartości tlenu w spalinach pochodzących ze spalenia mieszanki stechiometrycznej (λ = 1);

b) UN > 0,45 V - to znaczy w przestrzeni dyfuzyjnej 5 są spaliny o zawartości tlenu mniejszej niż zawartość tlenu w spalinach pochodzących ze spalenia mieszanki stechiometrycznej (λ = 1);

c) UN < 0,45 V - to znaczy w przestrzeni dyfuzyjnej 5 są spaliny o zawartości tlenu większej niż zawartość tlenu w spalinach pochodzących ze spalenia mieszanki stechiometrycznej (λ = 1).

Celem układu regulacji układu sterującego 13 szerokopasmowego czujnika tlenu jest więc utrzymywanie napięcia ogniwa Nernsta UN = 0,45

Praca szerokopasmowego czujnika tlenu w sytuacji, gdy przez układ wylotowy silnika przepływają
spaliny pochodzące ze spalenia mieszanki o składzie stechiometrycznym (λ = 1,00)

Układem wylotowym płyną spaliny 1, pochodzące ze spalenia mieszanki o składzie stechiometrycznym (λ = 1,00) - rys. 58. Wpływają one przez barierę dyfuzyjną 6 do przestrzeni dyfuzyjnej 5. Ponieważ w przestrzeni dyfuzyjnej 5 są spaliny pochodzące ze spalenia mieszanki stechiometrycznej (λ = 1,00), to
napięcie ogniwa Nernsta UN = 0,45 V - miernik 12.

Układ sterujący 13 szerokopasmowego czujnika tlenu mierzy wartość napięcia ogniwa Nernsta. Napięcie o wartości UN = 0,45 V interpretuje on tak, że w przestrzeni dyfuzyjnej 5 są w danej
chwili spaliny charakteryzowane współczynnikiem składu mieszanki λ = 1. Ta wartość napięcia ogniwa Nernsta UN oznacza, że układ sterujący 13 szerokopasmowego czujnika tlenu osiągnął swój cel bez konieczności wpompowywania lub wypompowywania tlenu pompą 4 z przestrzeni dyfuzyjnej 5. Wartość
natężenia prądu IPM, mierzona miernikiem 11, jest równa 0 mA. Ta wartość natężenia prądu IPM jest tak interpretowana przez sterownik silnika oraz przez diagnostę (jeśli odczytuje ją ze sterownika),
że w danej chwili przez układ wylotowy silnika płyną spaliny pochodzące ze spalenia mieszanki stechiometrycznej (λ = 1) - patrz charakterystyka szerokopasmowego
czujnika tlenu na rys. 63.