Ing. Jozef Klus
Úlohou systémov pre tvorbu zmesi je pripraviť z paliva a vzduchu
horľavú zmes v dostatočnom množstve (kvantita) a v pomere
(kvalita), ktorá sa v motore dokonale spáli.

Ideálne spaľovanie
◦ všetok uhlík a vodík v palive so vzdušným kyslíkom
zoxiduje na oxid uhličitý (CO2) a vodu (H2O) za
vývinu tepla;
◦ k tomu je potrebné presné množstvo vzduchu;
 ak je vzduchu málo - bohatá zmes,
 alebo veľa chudobná zmes – spaľovanie sa zhoršuje,
 ak sa pomer príliš prekročí – spaľovanie prestane

Pri ideálnom spaľovaní potrebujeme:
◦ vzduch, ktorý je zložený hlavne z dusíka a kyslíka
(len veľmi málo zbytkových plynov)
◦ vzduch sa zmiešava s palivom, ktoré je tvorené
uhlíkom a vodíkom
◦ výsledkom sú emisie, ktoré sa skladajú z produktov
vzduchu a paliva

Ideálne spaľovanie je len pri presnom pomere
vzduchu a paliva.

Reálne neexistuje úplné ideálne spaľovanie
◦ motory pracujú blízko tomuto spaľovaniu

Vznikajú látky, ktoré sa delia na:
◦ neškodlivé
 dusík N2
 vodná para H2O
 oxid uhličitý CO2
◦ škodlivé




oxid uhoľnatý CO
uhľovodíky HC
oxidy dusíka NOx
pevné sadze a oxid siričitý SO2

Zmiešavací pomer
◦ určuje pomer zmesi paliva a vzduchu

Stechiometrický (teoretický) zmiešavací
pomer
◦ udáva koľko vzduchu je potrebné na dokonalé
spálenie 1 kg paliva;
◦ 1 kg paliva – 14,7 kg alebo asi 10 000 litrov
vzduchu.

Skutočný zmiešavací pomer
◦ závisí od prevádzkových pomerov motora
(čiastočná záťaž, studený štart, akcelerácia,
voľnobeh, plná záťaž)
• Súčiniteľ prebytku vzduchu λ (lambda)
◦ pomer medzi skutočným a teoretickým množstvom
vzduchu pri spaľovaní
ž éℎ ℎ  
=
á  ℎ  
◦ λ je odchýlka skutočného pomeru od ideálneho
pomeru (14,7 : 1) - bezrozmerné číslo
• Súčiniteľ prebytku vzduchu λ (lambda)
◦ pri pomere (palivo – vzduch) 1:14,7 je λ = 1
◦ pri pomere 1:16 je λ = 1,08 – chudobná zmes (o 8%
viac vzduchu ako je potrebné)
◦ pri pomere 1:12 je λ = 0,81 – bohatá zmes (o 19%
menej vzduchu ako je potrebné)

V konkrétnom prevádzkovom stave
zážihového motora závisí spotreba, výkon,
výfukové splodiny na súčiniteli prebytku
vzduchu λ:
◦ najvyššie výkony pri 5 až 15 % prebytku paliva –
bohatá zmes (λ = 0,95 až 0,85);
◦ najnižšia spotreba je pri 10 až 20 % prebytku
vzduchu - chudobná zmes (λ = 1,1 až 1,2);
◦ bezproblémový voľnobeh pri λ = 1.

Ak sa v motore používa katalyzátor, musí sa
pokiaľ je to možné dodržiavať λ = 1
(dobré hodnoty výfukových plynov, životnosť
katalyzátora).




λ = 1 sú škodlivé zložky CO
a HC minimálne, nepriaznivá
je hodnota Nox
hodnota kyslíka O2 je pri
chudobnej zmesi nízka, čo
znamená nedostatok
vzduchu, pri chudobnej
zmesi je kyslíka prebytok
pri bohatej zmesi je obsah
škodlivých látok vysoký zvyšuje sa podiel
uhľovodíkov a oxidu
uhoľnatého (nedostatok
kyslíka)
pri chudobnej zmesy sa
zvyšuje množstvo oxidu
dusíka
Oxid uhoľnatý CO
 bezfarebný jedovatý plyn, ktorý je bez zápachu
 je veľmi nebezpečný v montážnych jamách
 vzniká predovšetkým pri bohatej zmesi (λ < 1) v
dôsledku nedostatočného obsahu kyslíka
potrebného pre oxidáciu uhlíka na neškodlivý
oxid uhličitý CO2
◦ v oblasti prebytku paliva (bohatej zmesi) narastá obsah
CO
◦ v oblasti prebytku vzduchu t.j. chudobnej zmesi je obsah
CO nízky
◦ v oblasti ideálneho pomeru λ = 1 je obsah CO asi
0,3-0,5 %
Uhľovodíky HC
 stúpanie množstva HC je dôvodom prebytku
paliva a neúplného spaľovania, čím sa zvyšuje
hodnota emisií nespálených a čiastočne
spálených uhľovodíkov
 minimum hodnoty HC leží v oblasti λ = 1,1
až 1,2
 príčiny vysokej hodnoty HC:
◦ vynechávanie zapaľovania pri veľmi vysokých
otáčkach;
◦ celkový stav motora a jeho nastavenie
Oxidy dusíka NOX
 tvoria sa pri vysokých teplotách a vysokom
tlaku v spaľovacom priestore
 v oblasti chudobnej zmesi emisie NOx klesajú
so zvyšujúcou sa hodnotou λ, pretože s
chudobnejšou zmesou klesá aj teplota v
spaľovacom priestore
 maximum hodnoty NOx leží v oblasti
mierneho prebytku vzduchu s hodnotou λ =
1,05 až 1,1
Oxid siričitý SiO2 a olovo
 v palive obsiahnutá síra reaguje so vzdušným
kyslíkom na oxid siričitý (SO2)
 zlúčeniny olova sú veľmi jedovaté látky
dostávajúce sa do krvi, kostnej drene a
nervového systému
 používanie bezolovnatého benzínu znižuje
škodlivé látky na minimálnu hodnotu
◦ pre porovnanie, olovnatý benzín obsahuje 0,4 g Pb
na liter, bezolovnatý 0,013g Pb na liter paliva
Oxid uhličitý CO2
 oxid uhličitý je nejedovatý produkt
spaľovania
 pri stechiometrickom zmiešavacom pomere je
hodnota CO2 maximálna a dosahuje hodnoty
približne 14,7 obj. % to zodpovedá
dokonalému spaľovaniu
 hodnota CO2 veľmi presne poukazuje na stav
motora a jeho častí

najúčinnejšia metóda zníženia škodlivých
emisií je kombinácia regulácie lambda sondy
s katalyzátormi
◦ lambda sonda nepretržite sleduje zloženie zmesí
paliva v optimálnej oblasti
◦ RJ motora v závislosti na výsledkoch okamžite
koriguje privádzané množstvo paliva

Lambda sonda je snímač množstva kyslíka vo
výfukových plynoch.
◦ Sonda slúži vo vozidle nato, aby motor pracoval
hospodárne a produkoval minimálne množstvo
škodlivých plynov.
◦ Prvý krát bola použitá od firmy Bosch vo vozidlách
Volvo 240/260 v roku 1976.
◦ V moderných benzínových automobiloch
sa dokonca používajú lambda sondy dve, načo
slúži tá druhá si popíšeme na konci článku.

Skladá sa z elektrochemického člena, ktorý na
základe chemickej reakcie vytvára elektrický
signál.
◦ Elektrochemický člen pozostáva z keramického
materiálu (oxidu zirkónia Zr02), ktorý je z vonku
pokrytý pórovitou vrstvou platiny, ktorá slúži aj ako
elektróda.

Výstupná hodnota napätia lambda sondy sa
mení v závislosti na prítomnosti kyslíka vo
výfukových plynoch.
◦ hodnota napätia sa mení od 0,1 do 0,9V
◦ pracovná teplota od 500 °C (niektoré lambda sondy
obsahujú aj výhrevné teliesko na skrátenie času
zahriatia sondy)
◦ frekvencia lambda sondy je 1 až 10 Hz



Signál vychádzajúci z lambda sondy závisí od
rozdielu úrovni kyslíka O2, vo výfukových
plynoch a okolitého prostredia.
Čím vyšší je rozdiel O2, tým vyššie je napätie.
Napätie na lambda sonde sa pohybuje od 0,1
do 0,9 V.
◦ V prípade bohatej zmesi je napätie vysoké.
◦ Ak je zmes chudobná potom napätie na lambda
sonde klesne až na 0,1 V.
◦ Pri vyváženom množstve zmesi na optimálnu
hodnotu 14,7:1, lambda sa rovná 1, sonda bude
generovať signál 0,45 V.



Ak RJ dostane z lambda sondy napätie vyššie
ako 0,5 V, tak zmes ochudobní.
Ak RJ dostane z lambda sondy signál nižší
ako je 0,45 V tak zmes obohatí.
Funguje to ako spätná väzba, RJ sa snaží, aby
napätie na lambda sonde bolo 0,45 V, to
znamená lambda = 1.

vonkajšia elektróda lambda sondy zasahuje do
prúdu výfukových plynov

vnútorná elektróda je v kontakte s vonkajším
vzduchom


elektrolyt prepúšťa kyslíkové ióny, ktoré
prechádzajú z vnútornej kladnej elektródy na
vonkajšiu zápornú elektródu a tým vzniká
napätie medzi elektródami
napätie na lambda sonde pri:
◦ bohatej zmesi je 0,9 V
◦ pri chudobnej zmesi je 0,1 V

najstabilnejšie hodnoty dosahuje lambda
sonda pri prevádzkovej teplote 600 °C
◦ na teplote závisí reakčná doba zmeny napätia
◦ pri teplote 350 °C je reakcia rádovo v sekundách
a pri 600 °C je to cca 50 ms

životnosť je asi 150 000 km

Dvojbodová regulácia
◦ je umiestnená pred katalyzátorom
◦ v oblasti okolo λ = 1 dochádza k prudkému
napäťovému skoku (0,1V – 0,9V)
◦ dokáže rozlišovať len medzi bohatou a chudobnou
zmesou
◦ pri bohatej zmesi dodáva vysoké napätie, pri
chudobnej zmesi nízke napätie

Dvojbodová regulácia

Spojitá regulácia
◦ širokopásmová lambda dodáva spojitý napäťový
signál, možno s ňou merať nielen oblasť lambda,
ale aj odchýlky od λ = 1
◦ rýchlejšie reaguje na odchýlky v zložení zmesi
◦ regulačná oblasť leží medzi hodnotami λ = 0,7 –
3,0
◦ spojitá regulácia je vhodná na prevádzku s
chudobnou a bohatou zmesou pri motoroch s
priamym vstrekovaním benzínu

Regulácia s dvomi sondami
◦ lambda sonda pred katalyzátorom má obmedzenú
presnosť, pretože je vystavená silným vplyvom
svojho okolia
◦ lambda sonda za katalyzátorom je vplyvom okolia
vystavená v podstatne menšej miere
◦ princíp regulácie je založený na tom, že výsledok
regulácie pred katalyzátorom, ktorý udáva posun k
bohatšej alebo chudobnejšej zmesi je upravovaný
pomalou korekčnou regulačnou slučkou

Regulácia s dvomi sondami

Vyhrievaná lambda sonda
◦ keramika sondy je zvnútra vyhrievaná výhrevným
telieskom, takže je dostatočná pracovná teplota
keramiky sondy dosiahnutá aj pri nízkej teplote spalín
◦ vyhrievaná sonda má ochrannú rúrku s minimálnymi
škárami, ktoré zabraňujú ochladzovaniu pri studených
spalinách
◦ vyhrievanie sondy skracuje čas od naštartovania motora
do začiatku lambda regulácie
◦ majú kratší reakčný čas, čo vylepšuje rýchlosť regulácie

Vyhrievaná lambda sonda

Rôzne zhotovenia lambda sond
Download

2 - Elektrický rozvod - 4.cast - emisie a lambda sonda.pdf