Czujniki liniowe (A/F) i czujniki tlenu – czym się różnią?

Pomimo wzrostu popularności w pełni elektrycznych układów napędowych, producenci pojazdów nadal znajdują się pod silną presją, aby poprawiać osiągi silników spalinowych, tak by spełniały one coraz bardziej rygorystyczne normy emisji. W rezultacie monitorowanie emisji spalin z silnika zajmuje bardzo istotne miejsce. Czujnik liniowy A/F – specjalny rodzaj czujnika tlenu – mierzy stosunek powietrza do paliwa i umożliwia obsługę bardziej zaawansowanych procesów kontroli emisji.
Denso O2 sensor Graphics 1

Rys. 1: typowy sygnał czujnika tlenu

Aby zachować zgodność z obecnymi i przyszłymi normami emisji, technologia sterowania silnikiem cały czas się zmienia – wiodący producenci części oryginalnego wyposażenia (OE), tacy jak DENSO, opracowują coraz bardziej zaawansowane czujniki, które wychodzą naprzeciw potrzebom producentów pojazdów. W rezultacie doskonale znany czujnik tlenu, częściej określany jako sonda lambda, zaczął być wspierany wieloma innymi czujnikami. W nowoczesnych silnikach jest zastępowany czujnikiem stosunku powietrza do paliwa (A/F).

Chociaż oba te czujniki mają podobne zadania – monitorowanie składu spalin i przekazywanie zebranych danych do systemu sterowania silnikiem (EMS), optymalizację mieszanki paliwowo-powietrznej w komorze spalania silnika, regulację kąta wyprzedzenia zapłonu itp. – czujnik liniowy A/F jest bardziej czuły niż tradycyjna sonda lambda. Dzięki temu system EMS może z większą dokładnością reagować na potrzeby silnika, co umożliwia bardziej efektywne spalanie paliwa, a tym samym zmniejszenie emisji i większą oszczędność paliwa.

Różnica w czułości polega na tym, że czujnik tlenu wytwarza sygnał w postaci napięcia, którego wartość gwałtownie zmienia się w momencie, gdy stosunek powietrza do paliwa przestaje wynosić „lambda” – czyli 14,7kg powietrza do 1kg paliwa, co jest najbardziej wydajną mieszanką paliwa i powietrza (mieszkanką stechiometryczną) dla silnika spalinowego. Standardowy czujnik tlenu przesyła sygnał 0,8 V, gdy mieszanka jest zbyt bogata i 0,2 V, gdy mamy do czynienia z mieszanką ubogą.

Denso O2 sensor Graphics 2

Rys. 2: typowy sygnał czujnika A/F

W przeciwieństwie do zwykłego czujnika tlenu, sygnał wyjściowy czujnika liniowego A/F to prąd o zmiennym natężeniu. Jego wartość mierzona jest w miliamperach (mA) i zmienia się proporcjonalnie do ilości tlenu znajdującego się w spalinach. Innymi słowy, ECU silnika otrzymuje informację nie tylko o tym, czy mieszanka jest bogata czy uboga, ale może również dokładnie określić rozbieżność w składzie mieszanki.

Denso O2 sensor Graphics 3

Rys. 3 i 4: bardziej efektywne wykorzystanie katalizatora

Pomiar ilościowy umożliwia systemowi EMS szybsze i dokładniejsze reagowanie na bieżące wymagania silnika w zakresie mieszanki paliwowo-powietrznej. Zapewnia to większą kontrolę nad procesem spalania, a co za tym idzie, może znacznie poprawić wydajność działania katalizatora. Co więcej, w przypadku rozruchu zimnego silnika, można znacznie szybciej osiągnąć stan kontroli w pętli zamkniętej, co zmniejsza emisję niespalonych węglowodorów.

Denso O2 sensor Graphics 4

Rys. 3 i 4: bardziej efektywne wykorzystanie katalizatora

Denso O2 sensor Graphics 5

Rys. 5: szybkie gaśnięcie lampki oznacza znaczną redukcję emisji podczas rozruchu zimnego silnika

Jak widać, sygnały wytwarzane przez te dwa typy czujników bardzo się od siebie różnią, dlatego nie można ich traktować wymiennie. Istnieje wiele różnych rodzajów czujników liniowych A/F. Niektóre różnice są widoczne z zewnątrz, inne sprowadzają się do różnic w elektronice, ale większość różnic kryje się w składzie ceramiki lub powłok ochronnych na elementach czujnika. Dlatego bardzo ważne jest, aby podczas wymiany czujnika liniowego A/F zawsze wybierać czujnik o dokładnie takiej samej specyfikacji jak oryginał.

Na rynku pojawiło się niedawno kilka przykładów tanich zamienników takich czujników. Testy laboratoryjne i samochodowe tych części, które przeprowadziło DENSO, wykazały ich bardzo słabą wydajność i żywotność, a także nadmierną konsolidację zastosowań dla pojazdów, co z pewnością będzie prowadzić do przedwczesnych awarii i powtarzających się kodów błędów DTC po ich zamontowaniu w pojeździe klienta.