Cos'è una sonda lambda. In che modo il sensore di ossigeno regola il funzionamento del motore a combustione interna

Le auto di oggi sono letteralmente piene di ogni sorta di sensori che controllano la pressione dei pneumatici e dei freni, l'antigelo e la temperatura dell'olio nel sistema di lubrificazione, il livello del carburante, la velocità delle ruote, l'angolo di sterzata e molto altro. Una serie di sensori viene utilizzata per regolare le modalità di funzionamento del motore a combustione interna. Tra questi c'è un dispositivo con il misterioso nome sonda lambda, di cui parleremo in questo articolo.

La lettera greca lambda (λ) indica un coefficiente che caratterizza lo scostamento della composizione della miscela aria-carburante fornita ai cilindri dei motori a combustione interna da quella ottimale. Si noti che nella letteratura tecnica in lingua russa per questo coefficiente viene spesso utilizzata un'altra lettera greca: alfa (α).

La massima efficienza del motore a combustione interna si ottiene con un certo rapporto tra i volumi di aria e carburante che entrano nei cilindri. In una tale miscela di aria, esattamente quanto necessario per la completa combustione del carburante. Ne più ne meno. Questo rapporto tra aria e carburante è chiamato stechiometrico. 

Per le unità di potenza alimentate a benzina, il rapporto stechiometrico è 14,7, per le unità diesel - 14,6, per il gas liquefatto (miscela propano-butano) - 15,5, per il gas compresso (metano) - 17,2.

Per una miscela stechiometrica, λ = 1. Se λ è maggiore di 1, allora c'è più aria del necessario, e quindi parlano di una miscela magra. Se λ è minore di 1, la miscela si dice arricchita.

Una miscela magra ridurrà la potenza del motore a combustione interna e peggiorerà il risparmio di carburante. E ad una certa proporzione, il motore a combustione interna si bloccherà semplicemente.

Nel caso di funzionamento su miscela arricchita, la potenza aumenterà. Il prezzo di tale potenza è un grande spreco di carburante. Un ulteriore aumento della proporzione di carburante nella miscela causerà problemi di accensione e funzionamento instabile dell'unità. La mancanza di ossigeno non consentirà al carburante di bruciare completamente, il che aumenterà notevolmente la concentrazione di sostanze nocive nello scarico. La benzina si brucerà parzialmente nel sistema di scarico, causando un difetto nella marmitta e nel catalizzatore. Questo sarà indicato da scoppi e fumo scuro dal tubo di scarico. Se compaiono questi sintomi, è necessario diagnosticare prima il filtro dell'aria. Forse è semplicemente intasato e non lascia entrare aria nel motore a combustione interna.

La centralina del motore monitora costantemente la composizione della miscela nei cilindri e regola la quantità di carburante iniettato, mantenendo dinamicamente il valore del coefficiente λ il più vicino possibile a 1. È vero, nella possibilità viene solitamente utilizzata una miscela leggermente magra, in cui λ = 1,03 ... Questa è la modalità più economica, inoltre riduce al minimo le emissioni nocive, poiché la presenza di una piccola quantità di ossigeno consente di bruciare monossido di carbonio e idrocarburi nel convertitore catalitico.

La sonda lambda è proprio il dispositivo che monitora la composizione della miscela aria-carburante, dando un segnale corrispondente alla centralina motore. 



Di solito è installato all'ingresso del catalizzatore e reagisce alla presenza di ossigeno nei gas di scarico. Pertanto, la sonda lambda è anche chiamata sensore di ossigeno residuo o semplicemente sensore di ossigeno. 

Il sensore si basa su un elemento ceramico (1) in biossido di zirconio con l'aggiunta di ossido di ittrio, che funge da elettrolita allo stato solido. Il rivestimento in platino forma elettrodi: esterni (2) e interni (3). Dai contatti (5 e 4) viene rimossa la tensione, che viene fornita attraverso i fili al computer.



L'elettrodo esterno viene soffiato con gas di scarico riscaldati che passano attraverso il tubo di scarico e l'elettrodo interno è a contatto con l'aria atmosferica. La differenza nella quantità di ossigeno sull'elettrodo esterno ed interno provoca la comparsa di una tensione sui contatti di segnale della sonda e la corrispondente reazione della ECU.

In assenza di ossigeno all'elettrodo esterno del sensore, la centralina riceve in ingresso una tensione di circa 0,9 V. Di conseguenza, il computer riduce l'alimentazione di carburante agli iniettori, appoggiando la miscela e l'ossigeno appare sul elettrodo esterno della sonda lambda. Ciò si traduce in una diminuzione della tensione di uscita generata dal sensore di ossigeno. 

Se la quantità di ossigeno che passa attraverso l'elettrodo esterno sale a un certo valore, la tensione all'uscita del sensore scende a circa 0,1 V. La ECU la percepisce come una miscela magra e la corregge aumentando l'iniezione di carburante. 

In questo modo la composizione della miscela è controllata dinamicamente, ed il valore del coefficiente λ oscilla costantemente intorno a 1. Se colleghiamo l'oscilloscopio ai contatti di una sonda lambda correttamente funzionante, vedremo un segnale vicino ad una sinusoide pura . 

Una correzione più accurata con minori fluttuazioni di lambda è possibile se all'uscita del convertitore catalitico è installato un sensore di ossigeno aggiuntivo. Allo stesso tempo, viene monitorato il funzionamento del catalizzatore.

1. collettore di aspirazione;
2. GHIACCIO;
3. ECU;
4. iniettori di carburante;
5. sensore di ossigeno principale;
6. sensore di ossigeno aggiuntivo;
7. catalizzatore.

L'elettrolita allo stato solido acquisisce conduttività solo se riscaldato a circa 300...400 °C. Ciò significa che la sonda lambda rimane inattiva per un certo tempo dopo l'avviamento del motore a combustione interna, fino a quando i gas di scarico non lo riscaldano a sufficienza. In questo caso la miscela viene regolata sulla base di segnali provenienti da altri sensori e dati di fabbrica nella memoria del computer. Per velocizzare l'inserimento del sensore di ossigeno in funzione, viene spesso fornito di riscaldamento elettrico incorporando un elemento riscaldante all'interno della ceramica.

ogni sensore prima o poi inizia a funzionare e richiede la riparazione o la sostituzione. La sonda lambda non fa eccezione. In condizioni reali ucraine, funziona correttamente per una media di 60 ... 100 mila chilometri. Una serie di motivi può accorciarne la vita.

1. Carburante di scarsa qualità e additivi discutibili. Le impurità possono contaminare gli elementi sensibili del sensore. 
2. Contaminazione con olio che entra nei gas di scarico a causa di problemi nel gruppo pistone.
3. La sonda lambda è progettata per funzionare ad alte temperature, ma solo fino ad un certo limite (circa 900...1000°C). Il surriscaldamento dovuto al funzionamento errato del motore a combustione interna o del sistema di accensione può danneggiare il sensore di ossigeno.
4. Problemi elettrici: ossidazione dei contatti, fili aperti o in corto e così via.
5. difetti meccanici.

Tranne nel caso di difetti di impatto, il sensore di ossigeno residuo di solito muore lentamente e i segni di guasto compaiono gradualmente, diventando più pronunciati solo nel tempo. I sintomi di una sonda lambda difettosa sono i seguenti:

• Aumento del consumo di carburante.
• Diminuzione della potenza del motore.
• Deterioramento in dinamica.
• Sussulti durante il movimento dell'auto.
• Inattivo fluttuante.
• Aumento della tossicità dei gas di scarico. È determinato principalmente con l'aiuto di una diagnostica appropriata, meno spesso manifestata da un odore pungente o fumo nero.
• Surriscaldamento del catalizzatore.

Va tenuto presente che questi sintomi non sono sempre associati a un malfunzionamento del sensore di ossigeno, pertanto è necessaria una diagnostica aggiuntiva per determinare la causa esatta del problema. 

è possibile diagnosticare l'integrità del cablaggio componendo il numero con un multimetro. Dovresti anche assicurarti che non ci siano cortocircuiti tra i cavi verso la custodia e tra di loro. 

diagnosticare la resistenza dell'elemento riscaldante, dovrebbe essere di circa 5 ... 15 ohm. 

La tensione di alimentazione del riscaldatore deve essere prossima alla tensione della rete di bordo. 

È del tutto possibile risolvere i problemi associati ai fili o alla mancanza di contatto nel connettore, ma in generale il sensore di ossigeno non può essere riparato.

La pulizia del sensore dalla contaminazione è molto problematica e in molti casi è semplicemente impossibile. Soprattutto quando si tratta di un rivestimento argentato lucido causato dalla presenza di piombo nella benzina. L'uso di materiali abrasivi e detergenti estinguerà il dispositivo in modo completo e irrevocabile. Molte sostanze chimicamente attive possono anche danneggiarlo.

Le raccomandazioni trovate in rete per pulire la sonda lambda con acido fosforico danno l'effetto desiderato in un caso su cento. Chi lo desidera può provare.

La disabilitazione di una sonda lambda difettosa commuterà il sistema di iniezione del carburante alla modalità media di fabbrica registrata nella memoria della ECU. Potrebbe rivelarsi tutt'altro che ottimale, quindi quello guasto dovrebbe essere sostituito con uno nuovo il prima possibile.

Lo svitamento del sensore richiede attenzione per non danneggiare le filettature nel tubo di scarico. Prima di installare un nuovo dispositivo, le filettature devono essere pulite e lubrificate con grasso termico o grasso alla grafite (assicurarsi che non vada sull'elemento sensibile del sensore). Avvitare la sonda lambda con una chiave dinamometrica alla coppia corretta.

Non utilizzare silicone o altri sigillanti durante il montaggio del sensore di ossigeno. 

Il rispetto di determinate condizioni consentirà alla sonda lambda di rimanere in buone condizioni più a lungo.

• Fai rifornimento con carburante di qualità.
• Evita gli additivi per carburanti discutibili.
• Controllare la temperatura del sistema di scarico, evitare che si surriscaldi
• Evitare avviamenti multipli del motore a combustione interna in un breve periodo di tempo.
• Non utilizzare abrasivi o prodotti chimici per pulire le punte del sensore di ossigeno.