Lambda-anturi

Lambda-anturi on happitunnistin, joka on sijoitettu pakoputken alkuun. Se on yksi moottorinohjausjärjestelmän keskeinen osa. Se mittaa pakokaasun jäännöshapen määrää ja välittää siitä tiedon moottorinohjausjärjestelmälle, joka osaa muuttaa ilman ja polttoaineen seoksen moottorille sopivaksi. Toimiakseen oikein anturi vaatii korkean lämpötilan. Lambda-anturi on yleistynyt katalysaattorin mukana, ja se on tärkeä esimerkiksi typen oksidien määrän vähentämisessä. Lambda-anturi parantaa myös moottorin hyötysuhdetta. Kapeakaistaiset lambda-anturit perustuvat joko zirkoniumdioksidin ZrO2 tai titaanidioksidin TiO2 sähköisiin puolijohteisiin. Nämä anturityypit toimivat kuitenkin eri tavalla, eivätkä ne ole keskenään vaihtokelpoisia. On myös laajakaistaisia lambda-antureita, jotka niinikään perustuvat zirkoniumdioksidin käyttöön.
Lambda-anturia käytetään myös mm. voimalaitoksissa ja pienemmissäkin lämminvesi- ja höyrykattiloissa palamisilman määrän säätöön. Savukaasujen poistoon sijoitettu anturi antaa polttimen tai polttimien ohjaukselle jatkuvasti tiedon palamisprosessin todellisesta ilmakertoimesta jolloin automatiikka osaa korjata sen oikealle tasolle. Perinteisesti polton ilmakerroin on nostettu säätöjä tehtäessä "varmasti riittäväksi", lambdaa jatkuvasti tarkkailemalla voidaan ilmamäärää pienentää jolloin kattilan häviöt pienenevät ja hyötysuhde paranee kattilan läpi menevän ilmamäärän pienetessä ja vähentäessä savukaasuhäviöitä.
Lambda.
Kreikkalaista kirjainta "lambda" (λ) käytetään merkitsemään normalisoitua ilman ja polttoaineen seoksen suhdetta.
Lambda-anturin tyyppejä.
Lambda-antureita on nykyään monen tyyppisiä eri käyttötarkoitusten mukaan. Enimmäkseen ne pohjautuvat zirkoniumdioksidiin, mutta niitäkin on monen tyyppisiä. Zirkoniumdioksidiin pohjautuvat lambda-anturit ovat itsessään korkean impedanssin (heikkovirtaisia) jännitelähteitä. Titaanidioksidia hyödyntävät lambda-anturit ovat harvinaisia.
Pakokaasulämmitteinen ZrO2-anturi mallia "sormustin".
Boschin alkuperäinen lambda-anturi vuodelta 1976 muistuttaa muodoltaan sormustinta suojaputken sisällä. Siinä on lämmittämätön zirkoniumdioksidielementti. Toimiakseen oikein sen tulee lämmetä vähintään 300 °C lämpötilaan.
Vastuslämmitteinen ZrO2-anturi.
Tämä lambda-anturi muistuttaa rakenteeltaan pakokaasulämmitteistä anturia, mutta lisäksi siinä on lämmitysvastus, jonka avulla huolehditaan anturin pysymisestä oikeassa käyttölämpötilassa. Vastuslämmityksen ansiosta päästöt kylmäkäynnistyksen ja tyhjäkäynnin aikana vähenevät.
Vastuslämmitteinen TiO2-anturi.
Titaanidioksidiin perustuva lambda-anturi on myös vastuslämmitteinen. Se näkyy moottorinohjauselektroniikalle muuttuvana resistanssina. Pakokaasun happipitoisuus lisää titaanidioksidielementin resistanssia jyrkästi. Titaanidioksidianturilla on joitain erityisiä ominaisuuksia, jotka erottavat sen muista. Se sietää hyvin lyijyttymistä, millä oli merkitystä lyijyllisen bensiinin aikana. Se on myös nopeampi kuin zirkoniumdioksidiin pohjautuva anturi. Mielenkiinto tämäntyyppisiin lambda-antureihin ei ole laantunut.
Litteä ZrO2-anturi.
Tämäntyyppinen litteä anturi on kevyempi ja lämpenee nopeammin kuin aikaisemmat zirkoniumdioksidianturit. Se on myös aiempiin malleihin verrattuna vähemmän herkkä likaantumiselle.
Laajakaistainen ZrO2-anturi.
Aiemmat lambda-anturien mallit ovat jyrkkiä toiminnaltaan pisteen λ = 1 ympäristössä, mistä syystä niitä onkin luonnehdittu digitaalisiksi. Ne ilmaisevat seoksen olevan joko rikas tai laiha. Moottorin säädössä on enemmän hyötyä anturista, joka mittaa pakokaasun happipitoisuutta laajemmalla alueella, mistä syystä sellaista anturia kutsutaan laajakaistaiseksi. Laajakaistainen anturi on rakenteeltaan monimutkaisempi kuin aiemmat anturimallit, mutta perustuu edelleen zirkoniumdioksidiin. Tämäntyyppiset lambda-anturit ovat tulleet välttämättömiksi pakokaasunormien tiukentuessa.