Sonda Lambda - czy znasz jej historię?

I nagle przyszedł przełom: Spojrzeliśmy na zestawienie z badań i stało się jasne, że pozbyliśmy się jednocześnie trzech szkodliwych związków: tlenków węgla, węglowodorów oraz tlenków azotu. Team Wallmana stworzył sondę lambda 1 – urządzenie, dzięki któremu katalizator mógł w najefektywniejszy możliwy sposób spełniać swoje zadanie. Sonda lambda znajduje się dziś w każdym nowym aucie, niezależnie od tego, czy pod maską pracuje silnik benzynowy czy diesla. Jej premiera miała miejsce w 1976 roku w USA. Pierwsze auto, wyposażono w sondę lambda, to Volvo 244.

Początek lat 70. to ciekawy okres. Ochrona środowiska była jeszcze pojęciem prawie nieznanym w przemyśle samochodowym. Właśnie wtedy kalifornijski urząd ds. środowiska EPA po raz pierwszy ustanowił normy emisji spalin dla samochodów. Kto jako importer chciał nadal sprzedawać auta w USA, musiał się dostosować. Trujące trio – tlenki węgla, węglowodory i tlenki azotu – musiało zostać mocno ograniczone. Volvo zaczęło pracować nad tym w 1972 roku. Grupą roboczą kierował młody inżynier Stephen Wallman, który zajmował się tematyką oczyszczania spalin. Nasza komórka liczyła 60 osób. Dziś byłoby to śmiesznie mało.

To, czego potrzebował team, jeśli chodzi o hardware, było dostępne: katalizatory, ale bez żadnych urządzeń regulujących skład mieszanki, pracowały już w eksportowych autach Volvo wyposażonych we wtrysk paliwa. Sonda lambda przyszła z Boscha – podobne urządzenie było stosowane do pomiaru ilości tlenu w akumulatorach, a dzięki długoletniej tradycji w produkcji świec zapłonowych firma miał również doświadczenie z odporną na wysokie temperatury ceramiką. Musieliśmy to wszystko zgrać ze sobą, tak by prawidłowo pracowało w aucie – opowiada dziś Stephen Wallman. Kluczem do sukcesu była sonda lambda: czujnik wielkości świecy zapłonowej, który swój czuły "nos" wtyka w gorący strumień gazów spalinowych i wyczuwa, czy mieszanka jest zbyt bogata (za dużo paliwa) czy zbyt uboga (za dużo tlenu).

Współpracowaliśmy z kilkoma zespołami, m.in. z Engelhardem z New Jersey i z Boschem, którym daliśmy do dyspozycji nasze auta. Użyczenie samochodów firmom zewnętrznym i wspólna, zespołowa praca w tamtym okresie było całkowitą nowością. Volvo zdecydowało się na ten odważny krok, bo było w kropce. Zarząd postawił sobie ochronę środowiska jako priorytetowy cel, ale droga do uzyskania odpowiednich wyników była bardzo trudna – firma miała bogate doświadczenie w budowaniu niezawodnych aut, które dawały swoim użytkownikom wysoki poziom bezpieczeństwa w razie kolizji, ale czyste spaliny? Także dla Volvo był to nieznany teren.

Do tego doszły jeszcze początkowe problemy z nowym Volvo 244: choć dziś trudno w to uwierzyć model rozpoczął swoje rynkowe życie z łatką auta średnio wykonanego i image solidnego pojazdu z północnej Europy zaczął kuleć. Sprzedaż spadała, a w Göteborgu rozbrzmiały dzwonki alarmowe. Volvo potrzebowało dobrych wieści, i to szybko!

Pojawiły się one w 1975 roku, gdy zespół Wallmana razem z Boschem opracował układ regulacji składu mieszanki, którego zasadniczym elementem była sonda lambda. Urządzenie informowało sterownik silnika, czy mieszanka paliwowo-powietrzna jest w optymalnej proporcji, by można było ją jak najczyściej spalić: na kilogram paliwa musi przypadać 14,7 kg powietrza. Przy takim składzie powstające spaliny mogą być oczyszczone w katalizatorze nawet w 90 procentach, a nie jak do tej pory w 50. Inżynierowie zaczęli wkrótce mówić o tzw. oknie lambda.

Gdy prace laboratoryjne zaowocowały opracowaniem sondy lambda, rozpoczął się etap dostosowywania go do pracy w samochodzie. Katalizator musi spełniać swoją funkcję także w zimne dni, na dużych wysokościach, a także z gorszej jakości paliwem. Aby utrzymać spalanie w optymalnym zakresiem, czyli w oknie lambda, dawkowanie paliwa musi być dostosowywane w czasie milisekund. Wszystko według informacji z sondy. Jeśli coś pójdzie nie tak, katalizator będzie albo zbyt zimny (i wtedy nie będzie pracował prawidłowo) albo zbyt gorący (co może skutkować rozgrzaniem jego obudowy do czerwoności).

W maju 1976 roku gotowe auta z sondą lambda przedstawiono do badań EPA. Amerykański urząd ds. Środowiska przeżył dokładnie taką samą euforię jak team Wallmana. Gdy urzędnicy po raz pierwszy zmierzyli emisję naszych aut, myśleli, że ich aparatura się zepsuła – opowiada inżynier.

Pierwsze Volvo z sondą lambda pojawiło się na rynku jesienią 1976 roku. Na grillu umieszczono sporej wielkości emblemat z grecką literą. Ekologiczne Volvo 244 przejechało wzdłuż całych Stanów, aż pod waszyngtoński Capitol – z tego Szwedzi dumni są po dziś dzień. Podróż ta stała się przepustką do sukcesu firmy w USA. Krajowi producenci zaczęli stawiać sobie pytanie: dlaczego małe Volvo potrafi dokonać rzeczy, których my nie potrafimy?

Także Bosch niechętnie dziś przyznaje, że początkowo nie doszacował potencjału sondy lambda. Pół roku po Volvo z wynalazku zaczęli korzystać Saab i Porsche, później także Mercedes i firmy z USA. Biznes z sondami lambda zaczął się kręcić, choć wtedy czujnik nie był jeszcze tak wytrzymały jak obecnie. Wallman: Na sondę dawaliśmy gwarancję na 30 tys. mil, później należało ją wymienić.

Do Europy sonda lambda trafiła z opóźnieniem, bo benzyna bezołowiowa pojawiła się w połowie lat 80. – w Polsce jej sprzedaż ruszyła w 1986 roku, ale początkowo nie była ona dostępna na wszystkich stacjach. Pierwszym Volvo, które nosiło znaczek lambda w Szwecji był model 760 – dobrą dekadę po debiucie w USA.

Stephen Wallman, w ramach uznania zasług, cały czas awansował w strukturach firmy, aż został wiceprezesem ds. rozwoju napędów. Swoją funkcję sprawował do 2003 roku, gdy firma została przejęta przez Forda. Pionier sondy lambda jeszcze przez kilka lat pracował dla firmy jako doradca. Dziś emeryturę najchętniej spędza w południowej Francji. Jego sonda stała się takim samym elementem silnika spalinowego jak tłok czy cylinder. Mimo to Wallman widzi jej schyłek: silniki elektryczne nie potrzebują katalizatorów. Inżynier mówi to bez entuzjazmu w głosie…