W ostatniej już części artykułu kontynuujemy opis oscyloskopowej diagnostyki tytułowego czujnika tlenu.

Pomiar napięcia ogniwa Nernsta
Ogniwo Nernsta to dobrze znany dwustanowy, napięciowy czujnik tlenu. Jego charakterystykę przedstawia rys. 28. W układzie regulacji prądu zasilającego pompę tlenu szerokopasmowego czujnika tlenu LSU4.x ogniwo Nernsta służy do określenia zawartości tlenu w spalinach wypełniających przestrzeń dyfuzyjną.
Podstawową zasadą układu regulacji prądu IP zasilającego pompę tlenu jest ciągłe ustalanie jego natężenia i kierunku przepływu, aby napięcie ogniwa Nernsta miało wartość 0,45 V. Ta wartość napięcia jest informacją dla modułu sterującego czujnika, że zawartość tlenu w przestrzeni dyfuzyjnej jest taka sama jak zawartość tlenu w spalinach pochodzących ze spalenia mieszanki stechiometrycznej.
Jeśli wartość tego napięcia jest różna od 0,45 V, oznacza to, że zawartość tlenu w przestrzeni dyfuzyjnej jest różna od zawartości tlenu w spalinach pochodzących ze spalenia mieszanki stechiometrycznej. Wówczas trzeba zmniejszyć lub zwiększyć zawartość tlenu w przestrzeni dyfuzyjnej:

• tylko przez regulację natężenia prądu zasilającego pompę tlenu;
• przez zmianę kierunku przepływu prądu zasilającego pompę tlenu i regulację jego wartości.

Dopiero gdy wartość napięcia ogniwa Nernsta osiągnie 0,45 V, to na podstawie kierunku przepływu prądu IPM – składowej prądu IP zasilającego pompę tlenu – oraz na podstawie natężenia prądu IPM można określić skład mieszanki spalonej w silniku (spaliny z procesu jej spalenia, który już się odbył, przepływają w chwili pomiaru przez układ wylotowy silnika).
Podsumowując, można stwierdzić, że układ regulacji tak zmienia kierunek i natężenie prądu zasilającego pompę tlenu lub tylko jego natężenie, by napięcie ogniwa Nernsta było równe 0,45 V. To jest cel układu regulacji. Jednak cechą każdego układu regulacji jest to, że osiągnięcie celu jest możliwe tylko przez bardzo krótką chwilę, dlatego napięcie ogniwa Nernsta stale oscyluje wokół 0,45 V. Maksymalny zakres tej oscylacji może wynosić od 0,1 V do ok. 0,9 V.
Pomiar napięcia ogniwa Nernsta, czyli mierzonego względem jego ujemnej elektrody (patrz cz. 4 artykułu, rys.11), jest możliwy z wykorzystaniem układu pomiarowego przedstawionego na rys. 29. Jego przebieg przedstawia rys. 30 (lewa skala wykresu). Widoczne są oscylacje napięcia ogniwa Nernsta, ale w bardzo małym zakresie. Przy większym zakresie pomiarowym oscyloskopu na ekranie ujrzymy tylko poziomą linię.
Jeśli natomiast układ pomiarowy połączymy tak jak na rys. 31, to będziemy mierzyć napięcie ogniwa Nernsta względem masy nadwozia. Mierzona wartość napięcia będzie wówczas wyższa o 2,5 V, ponieważ w module sterującym czujnika jest ogniwo podwyższające wartość masy dla czujnika – patrz cz. 4 artykułu, rys. 11. Wówczas mierzone napięcie ogniwa Nernsta będzie oscylować wokół wartości 2,95 V (2,5 V + 0,45 V) – rys. 30 (prawa skala wykresu).
Jeszcze ważna uwaga. Przebieg oscylacyjny napięcia ogniwa Nernsta (rys. 30) informuje tylko, że szerokopasmowy czujnik tlenu i jego moduł sterujący mierzą aktualną wartość współczynnika lambda (λ) składu mieszanki spalonej w silniku.
Nie informuje on jednak o tym, czy układ regulacji składu mieszanki pracuje prawidłowo. Tego dowiemy się z przebiegów oscyloskopowych (patrz cz. 7 artykułu):

• spadku napięcia na rezystorze pomiarowym (rys. 25 i 26);
• spadku napięcia na pompie tlenu (rys. 27).

Pomiar napięcia i prądu w obwodzie grzałki czujnika tlenu
Schemat układu pomiarowego przedstawia rys. 32. Grzałka czujnika tlenu ma stałe zasilanie (+), a obwód jest zamykany „wyłącznikiem” do masy. Mierzone są:

• spadek napięcia na grzałce – rys. 33a;
• natężenie prądu w obwodzie grzałki, z wykorzystaniem cęg pomiarowych – rys. 33b.

Prostokątny przebieg mierzonego napięcia i natężenia prądu jest następstwem cyklicznego zamykania i otwierania obwodu grzałki.
Wprawdzie oba wykresy na rys. 33 dotyczą szerokopasmowego czujnika tlenu firmy Bosch typu LSU4.x, ale analogiczne przebiegi zmierzymy w obwodzie grzałki każdego czujnika tlenu, jeśli temperatura grzałki jest regulowana z wykorzystaniem sygnału o zmiennej wartości, tzw. współczynnika wypełnienia impulsu. W tej metodzie suma czasu otwarcia obwodu i czasu jego zamknięcia jest stała. Stosunek czasu zamknięcia obwodu do sumy czasów otwarcia i zamknięcia obwodu nazywamy współczynnikiem wypełnienia impulsu. Im większa jest wartość tego współczynnika, tym większa będzie średnia wartość natężenia prądu płynącego w obwodzie, np. grzałki. Wyższa będzie więc temperatura grzałki.

mgr inż. Stefan Myszkowski