Czujnik temperatury spalin

Funkcja

Silniki stają się coraz bardziej przyjazne dla środowiska i oszczędne, a jednocześnie osiągają większą moc. Osiąga się to głównie dzięki tzw. downsizingowi, polegającemu na zmniejszeniu pojemności skokowej silników, przy czym odpowiednie straty mocy są kompensowane przez doładowanie turbosprężarką lub sprężarką.

W związku z tymi zmianami technologia czujników temperatury spalin stawała się w ciągu ostatnich dziesięcioleci coraz bardziej złożona. Pierwotnie głównym zadaniem czujników było monitorowanie katalizatorów, jednak obecnie stały się one niezbędne do ochrony podzespołów.

Element czujnika jest umieszczony na szczycie obudowy. Element ten jest rezystorem półprzewodnikowym („typu NTC”) o tzw. ujemnym współczynniku temperaturowym. Oznacza to, że charakteryzuje się on wysoką rezystancją w niskiej temperaturze i niską rezystancją w wysokiej temperaturze. Rezystancja maleje zatem wraz ze wzrostem temperatury. Każdej zmierzonej rezystancji przypisana jest w module sterującym określona temperatura.

Możliwy zakres pomiarowy oraz dokładne wartości rezystancji przypisane do poszczególnych temperatur różnią się w zależności od wersji czujnika. 

Materiał elementu opiera się na strukturze perowskitowej, czyli strukturze mineralnej. Struktura ta powstaje dzięki stopom tritlenku tytanu (TiO₃), związku chemicznego z grupy tytanianów. Struktura perowskitowa jest zatem strukturą mineralną zawierającą tytan.

Miejsca montażu czujników temperatury spalin

Z wyżej wymienionych zadań wynikają miejsca montażu czujników temperatury: montuje się je przed lub za turbosprężarką, przed lub za katalizatorem, przed i za filtrem cząstek stałych (DPF), a także na elementach układu redukcji emisji NOx.

Poniższy film przedstawia różne pozycje montażowe czujników temperatury spalin.

Czujniki temperatury spalin w silnikach benzynowych i wysokoprężnych

Czujniki temperatury spalin są obecnie stosowane w samochodach z silnikami wysokoprężnymi i benzynowymi.  

Czujniki temperatury spalin w silnikach benzynowych

W silnikach benzynowych czujniki temperatury spalin służą przede wszystkim do ochrony podzespołów (zabezpieczenie przed przegrzaniem). Kluczowymi podzespołami, które należy monitorować, są tutaj w szczególności turbosprężarka i katalizator. Jeśli czujnik temperatury zgłosi do sterownika silnika zbyt wysoką temperaturę tych elementów, sterownik zareaguje odpowiednio, aby obniżyć temperaturę, np. poprzez zmniejszenie ciśnienia doładowania (a tym samym mocy). 

W celu ochrony katalizatora, w zależności od ustawień układu sterowania silnikiem, zwiększa się dawkę wtrysku (a tym samym zużycie paliwa), aby schłodzić katalizator. Szczególnie nowoczesne silniki z bezpośrednim wtryskiem paliwa i częściową pracą na mieszance ubogiej są w tym zakresie krytyczne i wymagają odpowiedniego monitorowania.

Czujniki temperatury spalin w silnikach wysokoprężnych

W silnikach wysokoprężnych czujniki temperatury spalin są wykorzystywane dodatkowo do monitorowania temperatury filtra cząstek stałych (DPF). Nie chodzi tu tak bardzo o ochronę przed przegrzaniem. Chodzi raczej o stwierdzenie, czy osiągnięto temperaturę niezbędną do swobodnego spalania (regeneracji) filtra cząstek stałych. 

Inne obszary zastosowania czujników temperatury spalin

Ponadto również podzespoły służące do redukcji tlenków azotu (redukcja NOx) są wyposażone w czujniki temperatury spalin. Są to katalizator akumulacyjny _NOx w silnikach benzynowych oraz katalizator SCR lub LNT w silnikach wysokoprężnych. W tym przypadku monitorowanie temperatury służy do sprawdzania, czy osiągnięto minimalną temperaturę niezbędną do działania katalizatorów, oraz do ochrony ich przed przegrzaniem.

Najnowsze generacje czujników temperatury spalin mają zakres pomiarowy od -40 °C do +900 °C.

Obecnie również układy recyrkulacji spalin są częściowo wyposażone w czujniki temperatury. Wartość pomiarowa jest wykorzystywana do diagnostyki (OBD) układu EGR. Czujniki te pełnią zasadniczo tę samą funkcję co pozostałe czujniki temperatury spalin, jednak mają bardziej kompaktową budowę, a maksymalna mierzalna temperatura jest niższa i wynosi 400 °C.

Bezpieczeństwo

Jeśli konieczna jest wymiana, specjalistyczne warsztaty zalecają stosowanie markowych części zamiennych przeznaczonych konkretnie do danego modelu pojazdu. Tylko w ten sposób można zagwarantować, że czujnik dostarczy dokładne wartości pomiarowe, których moduł sterujący silnikiem potrzebuje do optymalnej regulacji emisji spalin.