מכונית היא מערכת מורכבת עם רכיבים רבים שכל אחד מהם ממלא תפקיד אחר. אחד מהם הוא חיישן חמצן, הידוע גם בשם בדיקה למבדה.
תכנון חיישן חמצן
חיישן חמצן או בדיקת למבדה (מהאות היוונית λ, המציינת תערובת של בנזין ואוויר) הם מרכיב מיוחד במנוע מכונית להערכת כמות החמצן החופשי שנותר בגזי הפליטה. על פי עקרון הפעולה, המכשיר הוא תא גלווני עם אלקטרוליט קרמי מוצק עשוי דו-חמצני של זירקוניום. אלקטרודות פלטינה מוליכות מופקדות על גבי הקרמיקה המסוממת בתחמוצת אטריום. גזי פליטה נכנסים לאחת האלקטרודות, ואוויר מהאטמוספירה נכנס לשנייה. במהלך הפעולה מתחלף החללית למבדה עד 300-400 מעלות, מה שמאפשר למדוד את החמצן הנותר. בטמפרטורה זו, אלקטרוליט הזירקוניום הופך למוליך, וההפרש בכמות החמצן בגז הפליטה ובחמצן האטמוספרי גורם למתח יציאה באלקטרודות.
אם ריכוז החמצן זהה משני הצדדים, חיישן האלקטרוליט נמצא בשיווי משקל והפרש הפוטנציאל שלו הוא אפס. כאשר ריכוז החמצן משתנה באחת האלקטרודות, נוצר הפרש פוטנציאלי, שהוא פרופורציונאלי ללוגריתם של ריכוז החמצן בצד העבודה של החיישן. ברגע שהתערובת הדליקה מגיעה להרכב סטויוכומטרי, תכולת החמצן בגזי הפליטה פוחתת מאות אלפי פעמים, מה שמוביל לשינוי פתאומי בחיישן, המתגלה על ידי מכשיר מדידה בעל עמידות גבוהה (מחשב על גבי לוח אוטו).
פונקציית חיישן חמצן
חיישן החמצן אינו מכשיר עצמאי. הוא פועל בהשתתפות ממיר קטליטי של גז פליטה המיועד לחמצון חומרים רעילים (פחמימנים, תחמוצת חנקן ופחמן חד חמצני) לפחמן דו חמצני, מים וחנקן בתגובה קטליטית. הזרז הופך ליעיל (עם ניטרול של עד 80% מהרכיבים) בתחום צר למדי: ב- λ מ- 0.85 ל- 0.9, הספק המרבי של המערכת מסופק, וב- λ בין 1.1 ל- 1.3 (שסתום המצערת של מנוע הבנזין פתוח לחלוטין) מושגת צריכת הדלק הגבוהה ביותר. מערכת אספקת חשמל מיוחדת עם הזרקת דלק דיסקרטית (אלקטרונית), כמו גם חיישן החמצן עצמו, מעורבים בהשגת המדדים המדויקים הנחוצים להפעלה יעילה של מנוע הבעירה הפנימית. שליטה על צריכת הדלק ותכולת החמצן בו מאפשרת למנוע תקלות שונות בתפעול כל מערכות המנוע.
