Pomiar ilości tlenu w spalinach to tylko pozornie pomysł dziwny i nie dający żadnych przydatnych informacji. W praktyce jednak jest on prowadzony w każdym silniku od wielu już lat, bo pierwsze sondy lambda w silnikach benzynowych pojawiły się już w roku 1979. Od roku 1992 są stałym elementem wyposażenia samochodów i jest ich na ogół więcej niż jedna, a dodatkowymi miejscami montażu stają się wlot i wylot katalizatora. Czemu służy to niepozorne urządzenie jakim jest sonda paliwowa?
Zasada działania
Sonda lambda, lub też sonda paliwowa to ogniwo galwaniczne zbudowane z dwutlenku cyrkonu, na który napylone zostają obustronnie cienkie warstwy platyny. Jest ono montowane w układzie wydechowym w taki sposób by jeden koniec znajdował się w gorącym ciągu spalinowym i nagrzewał do temperatury ok. 300 st. C, drugi zaś stykał z powietrzem otoczenia. W temperaturze 300 st. C spiek cyrkonowy staje się zdolny do przewodnictwa jonowego, a pełniące funkcję elektrod warstwy platyny po obu jego stronach zaczynają generować siłę elektromotoryczną na skutek dużych różnic w ilości tlenu w spalinach (jeden koniec) i powietrzu otoczenia (drugi koniec).
Co to daje?
Sonda paliwowa ma za zadanie mierzyć ilość tlenu w spalinach, pytanie tylko po co? Otóż pomiar taki pozwala określić efektywność spalania mieszanki paliwowej w silniku. Na podstawie sygnału odebranego przez sondę lambda, sterownik silnika wprowadza korekty, które regulują skład mieszanki paliwowo-powietrznej i poprawiają pracę silnika w zależności od warunków obciążenia. Ideą jest takie dobranie ilości powietrza, aby możliwe było spalenie całego paliwa, co oznacza uzyskanie tak zwanej mieszanki stechiometrycznej, czyli około 14,7 masy powietrza na jednostkę masy paliwa. Konieczne oczywiście jest dodanie nieco większej ilości powietrza, gdyż zachodzące w katalizatorze procesy również wymagają tlenu. Stąd też termin "współczynnik nadmiaru powietrza". Wracając jednak do sondy lambda, istotne dla jej funkcjonowania jest to, aby miała ona wysoką temperaturę, dlatego też wiele z nich do nagrzewu wykorzystuje własną grzałkę.
Słowo dopełnienia
Wzrastające wymogi prawne w kontekście emisji związków toksycznych w spalinach spowodowały, że konieczne jest stosowanie urządzeń takich jak sondy paliwowe zarówno w silnikach z zapłonem iskrowym jak i samoczynnym (od roku 2000). Na świecie istnieje czterech producentów sond lambda i są to: Bosch, Denso, Delphi oraz NGK. Wynalazcą urządzenia jest Robert Bosch, a swojego odkrycia dokonał pod koniec lat 60 XX wieku.