Lambdatunnistimen toimintaperiaatteet

Lamdbatunnistimen päätyyppejä on kaksi. Niiden keraamiset elementit poikkeavat toisistaan, sillä ne mittaavat pakokaasun koostumusta toisistaan poikkeavalla tavalla.

Zirkondioksidi-tunnistimet: 

Zirkondioksidielementin ulkopinta on suorassa kontaktissa pakokaasun kanssa. Elementin sisäosa on kosketuksissa ulkoilman kanssa. Elementin sisä-ja ulkopinta on päällystetty ohuella platinakerroksella. Happi-ionit kulkeutuvat elementin lävitse ja luovuttavat sähköisen varauksen platinakerrokseen. Platinakerros toimii kuten elektrodi ja signaali johdetaan elementtiin kytketyn liittimen kautta edelleen ohjausyksikölle.

Zirkondioksidielementti alkaa johtaa happi-ioneilta saatua varausta 300°C lämpötilasta alkaen. Jos elementin ulkopuolella olevan pakokaasun ja sisäpuolella olevan ilman välisessä happitoisuudessa on poikkeamaa, syntyy elementin ominaisuuksien ansiosta jännite. Laihalla seoksella jännite on alhainen ja rikkaalla seoksella korkeampi.

Tyypillinen jännite syntyy, kun palotilaan syötetyn polttoaine-ilmaseoksen massojen suhde on 1:14,5. Tätä tilannetta voidaan kuvata myös ilmamäärän lambda-arvolla. Yllämainitussa tilanteessa lambda-arvo λ=1 ja tällöin tapahtuu täydellinen palaminen. Tähän perustuu nimi lambdatunnistin.

Moottorin ohjauselektroniikka säätelee lambdatunnistimesta saadun arvon perusteella polttoaine-ilmaseoksen seossuhdetta. Tunnistin alkaa tuottaa mittauskelpoista signaalia, kun se on saavuttanut käyttölämpötilansa, yli 300°C. Tämän vuoksi tunnistimen elementti vaatii käynnistyksen jälkeen tietyn lämpenemisajan.

Useimmissa tunnistimissa on nykyään sisäänrakennettu keraaminen lämmitin, mikä lyhentää lämpenemiseen vaadittavaa aikaa.

Titaanidioksiditunnistimet:

Titaanidioksidista valmistettu tunnistinelementti ei synnytä jännitettä kuten zirkondioksidielementti, vaan sen sähköinen vastus muuttuu pakokaasujen happipitoisuuden muuttuessa. Lambda-arvon 1 kohdalla vastusarvo muuttuu voimakkaasti. Kun elementti asetetaan jännitteiseksi, muuttuu elementin jälkeen mitattu jännite pakokaasun happipitoisuuden muuttuessa. Titaanidioksiditunnistin ei tarvitse pakokaasuvirtauksen vastakkaiselle puolelle vertailtavaa ilmaa, koska sen toimintaperiaate on erilainen. Tämän vuoksi titaanidioksiditunnisimen ulkomitat voivat olla pienemmät.

Tunnistinelementti, sen platinaelektrodit ja lämmitinelementti valmistetaan NTK:n ns. monikerrosteknologialla keraamisen rungon päälle. NTK:n lämmitettävät tunnistimet ovat yksi esimerkki konsernin pitkäaikaisesta kokemuksesta tämän erikoismateriaalien kerrosrakenteiden valmistusteknologian alueella. Tämä osaaminen mahdollistaa erittäin korkean laadun ja riittävät valmistusmäärät ja sitä kautta tehokkaan tuotannon. Titaani- ja zirkontunnistimet ovat toimintaperiaatteiltaan toisistaan poikkeavia, joten ne eivät ole keskenään vaihtokelpoisia.