UNIVERSITATEA DIN PITETIFACULTATEA DE MECANIC I TEHNOLOGIE

Tem de cas FiabilitateSonda Lambda

Cuprins

Sonda Lambda11.Prezentarea general a echipamentului22.Analiza funcionala a echipamentului33.Schema constructiv a echipamentului44.Prezentarea defectiunilor majore si procesele de defectare ce conduc la aceste defectiuni55.Prezentarea Pentru un lot de marime (30+i), unde i este numarul de ordin din grupa studentului, sa se imagineze, cat mai realist , in cadrul unei incercari complete, valori pentru timpii de defectare76.Determinarea statistic a principalilor indicatori de fiabilitate77.Identificarea modelului matematic pentru fiabilitatea echipamentului148.Formularea de propuneri pentru mbuntirea fiabilitii sondei Lambda15

1. Prezentarea general a echipamentului

Sonda Lambda este un senzor amplasat pe tubulatura de evacuare, dupa galeria de evacuare si este conectat la ECU, care in esenta consta intr-un conductor de curent electric a carui intensitate variaza in functie de cantitatea de oxigen care traverseaza sonda. In interiorul acesteia exista un material ceramic poros, din dioxid de zirconiu (ZrO2). Intensitatea curentului prin placa de zirconiu variaza in functie de numarul de molecule de oxigen care traverseaza materialul ceramic. Deoarece sonda functioneaza optim doar la temperaturi mari, "la rece", pina cind gazele de esapament ating temperaturi de 4-500 oC, sonda este incalzita de o rezistenta din interiorul ei, dupa care caldura ii va fi furnizata chiar de temperatura gazelor de esapament. Autoturismele cu motorizari euro 3 si 4 au chiar 2 sonde, una amplasata inaintea catalizatorului pentru optimizarea amestecului aer/combustibil, si una dupa catalizator, pentru verificarea eficientei acestuia. Constructorii recomanda verificarea sondei la fiecare 30 000 de kilometri sau la fiecare doi-trei ani de functionare a masinii si schimbarea sondei in cazul cind apar probleme in functionarea acesteia.Sonda Lambda are rolul de a regla amestecul aer/combustibil - prin comanda asupra injectiei de benzina - astfel incit acest amestec sa fie convenabil regimului de moment al motorului. Daca sonda detecteaza prea mult oxigen in gazul evacuat, inseamna ca motorul merge cu un amestec prea sarac (in combustibil); prin urmare, este marita cantitatea de benzina. Daca, dimpotriva, este prea putin oxigen in evacuare, inseamna ca amestecul este prea bogat si ECU reduce cantitatea de benzina din admisie.

2. Analiza funcionala a echipamentului

n principal sonda masoara in mod constant cantitatea de oxigen din gazele evacuate si trimite semnalul sub forma de voltaj catre unitatea de comanda a motorului. ECU (calculatorul central al masinii) foloseste semnalele primite de la sonda pentru a ajusta amestecul in vederea obtinerii amestecului ideal: 14,7kg aer cu 1kg benzina, pentru care asa-numitul factor Lambda este egal cu 1. Valorile de iesire ale senzorului variaza intre aproximativ 0.1V (amestec sarac) si 0.9 V(amestec bogat), variatia ideala fiind in jurul valorii de 0.45 V. Realizarea optima a amestecului asigura o eficienta si o durata de viata maxime ale catalizatorului. O sonda lambda uzata poate cauza un consum excesiv de benzina, emisii de noxe crescute, uzura excesiva a catalizatorului si scaderea performantei motorului.

Fig nr. 1 - Caracteristica de tensiune a sondei de oxigen

3. Schema constructiv a echipamentului

Acestea sunt primele tipuri de sonde lambda utilizate n industria automobilelor. Principiul de funcionare se bazeaz pe modul de funcionare al unei celule de combustie (fuel cell), numita celul Nernst. Acest tip de sond lambda este de tipul senzorului generator, senzor care produce o tensiune electric fr s fie alimentat la o sursa de tensiune exterioar. Tensiunea electric generat de sond este produs de diferena de molecule de oxigen din gazele de eapament i aerul atmosferic.

Fig nr. 2 - Seciune longitudinala printr-o sond lambda

Sonda lambda se conecteaz pe galeria de evacuare (1) prin intermediul carcasei cu filet (2). n interiorul tubului de protecie (3) se gsete corpul ceramic din dioxid de zirconiu (4). Acesta este nvelit cu doi electrozi (5), unul n contact cu gazele de evacuare iar cel de-al doilea cu aerul atmosferic. De reinut c electrodul care este n contact cu gazele de evacuare este acoperit de un material ceramic poros care permite ptrunderea gazelor i n acelai timp protejeaz suprafaa electrodului de coroziune. Carcasa de protecie (6) conine orificii (8) care au rolul de a permite aerului atmosferic s intre n contact cu unul dintre electrozi. Arcul (7) asigura contactul ntre conectorul (9) i electrod.

4. Prezentarea defectiunilor majore si procesele de defectare ce conduc la aceste defectiuni

Din pcate, simptomele unui senzor lent sau defect nu sunt ntotdeauna evidente si masurabile. Printre simptomele sondelor lambda defecte sunt:- Eec la testul emisiilor (caracteristic, o concentraie mare de CO i/sau HC)- Catalizator deteriorat (cauzat de o concentraie mare de carburant)- Consum crescut de carburant (cauzat de o concentraie mare de carburant)- Motorul funcioneaz neregulat Sonda lambda se poate defecta prematur dac este contaminat cu fosfor rezultat din consumul excesiv de ulei, silicon din scurgerile sistemului de rcire, utilizarea produselor de etanare din silicon n motor i unii aditivi pentru carburant. Chiar i o cantitate redus de benzin slab rafinat poate defecta o sond lambda. Factorii de mediu, precum stropii de pe osea, sarea, uleiul i murdria pot cauza defectarea senzorului, ca i ocurile termice, tensiunea mecanic sau manevrarea incorect. Testarea nu este complicat dar se face obligatoriu n service i de ctre personal calificat. O sond defect poate fi detectat rapid i uor cu un volt-ohm-metru digital, dar una lent poate fi diagnosticat numai cu un osciloscop sau un scopmetru profesional. In ilustratiile de mai jos sunt evidentiate cele mai intalnite efecte ale contaminarii sondelor Lambda cu diferite fluide:

A Contaminare cu lichid de racireLichidul de racire prezent in galeria de evacuare va ataca elementul activ. Cea mai intalnita cauza se identifica a fi o garnitura de chiulasa defecta sau o chiulasa fisurata.

B Amestec foarte bogatAmestecul bogat cauzeaza depunerea unei pulberi foarte fine de culoare neagra ce este in principal compusa din hidrocarburi nearse. Amestecul bogat este o consecinta a defectarii sistemului de alimentare cu combustibil.

C Contaminare uleiUleiul va favoriza depunerea unui strat zgrunturos si maroniu pe suprafata elementului activ. Cauzele unui consum ridicat de combustibil pot fi segmenti uzati, ghiduri de supape uzate sau alte astfel de probleme.

D Contaminare fluide siliconateRamaste ale fluizilor siliconati odata ajunsi pe suprafata activa o distrug rapid. Se recomanda ca la montare sa se evite aceasta contaminare.

5. Prezentarea Pentru un lot de marime (30+i), unde i este numarul de ordin din grupa studentului, sa se imagineze, cat mai realist , in cadrul unei incercari complete, valori pentru timpii de defectare

Numr de ordine I=10Marimea lotului 30+10=40

6. Determinarea statistic a principalilor indicatori de fiabilitate

a) Funcia de fiabilitate R(t)

R(t) - numit i sperana de funcionare a produsului exprim probabilitatea ca la momentul t produsul s se afle n stare de funcionare (s nu se fi ajuns la momentul defectrii T)R(t)= P(t