A 4 és 5 vezetékes lambda-szondák közötti különbségek és működésük
Nincs korszerű motorvezérlő rendszer lambda szonda (oxigén szenzor) nélkül. Mivel benzines modellekben a benzin-levegő keverék összetételére jelentős ráhatása van, a motorvezérlő rendszerben kiemelt jelentőséggel bír. A lambda-szonda vagy kevésbé ismert nevén oxigénszenzor a kipufogó rendszer elengedhetetlenül fontos alkatrésze.
Mi az a lambda-szonda (oxigénérzékelő)?
A lambda-szonda vagy oxigénérzékelő a gépjárművekben található alkatrész. Feladata a levegő és üzemanyag arányának szabályozása. Kettős feladatot lát el: egyrészről garantálja, hogy a katalizátor elegendő oxigént kapjon a működéshez, más részt, méri a kipufogógáz oxigéntartalmát, amely elengedhetetlen a levegő és üzemanyag arányának kontrollálásához. Az eszköz képes mérni az autó által kibocsátott gáz és a környezeti levegő oxigénkoncentrációja közötti különbséget, amelyet kommunikál a vezérlőegység (engine control unit, ECU) részére. A jelzés befolyásolja, hogy mekkora gázmennyiséget kap a motor, ez pedig elengedhetetlen a károsanyag redukció és a megfelelő motor működéshez.
A lambda-szonda működési elve
Feszültségugrás-szondák (Nernst és planár)
Alapértelmezésben un. "feszültségugrás-szondákról" beszélünk. A szonda a kipufogógázok oxigéntartalmának függvényében változtatja a feszültségét, pontosabban feszültséget generál. Szegény keveréknél 0-0,3V, dúsnál 0,7-0,9V körüli ez az érték. Ez a hagyományos, ún. Nernst szondára, és a planár szondára igaz. Az ideális, sztöchiometrikus, lambda=1 értékű keverékösszetételhez közelítésre, illetve ebből a tartományból történő kilépésre - nagyon szűk mezőn, az ún. lambda ablakon belül - nagy feszültségváltozással válaszol. Ez teszi alkalmassá a motorvezérlő rendszerben betöltött kiemelt szerepére. A keverék változására rendkívül gyorsan reagál: a szakirodalom a szonda reakcióidejét 100ms alatti értékben határozza meg. A vezérlőegység ennek alapján ha dús a keverék, szegényíti, ha szegény, akkor dúsítja azt, a befecskendező szelepek nyitási idejét változtatva. A szokásos szabályozási sáv lambda értéke 0,97-1,03, ezt a tartományt nevezzük lambda ablaknak. Ilyenkor a szabályozás visszacsatolásos (closed loop).
A Nernst-szonda belső felépítésében a cirkondioxid kerámia tulajdonsága, hogy kb. 300 Celsius fok fölött átereszti az oxigénionokat. A belül üreges szondakerámia külső és belső oldalát is egy vékony rétegben felvitt platinaréteg borítja, ez tölti be az elektróda szerepét. A szondakerámia külső felülete érintkezik a kipufogógázzal, míg a belső, üreges részbe külső levegő van vezetve. A kipufogógázban, illetve környezeti levegőben eltérő az oxigéntartalom, a kerámia már említett tulajdonságából adódóan oxigénion vándorlás jön létre, aminek következtében feszültség generálódik a két elektróda között. A kerámia külső, tehát a kipufogó gázzal érintkező részén egy vékony kerámiaréteg védi a platinát a kipufogógáz esetleges szilárd részecskéitől.
Bonyolultabb szerkezet a Bosch által kifejlesztett lapos mérőcellás (az autós köztudatban inkább a planár megnevezés ismert) szonda. A generált feszülség értéke itt is 0 és 1 Volt közötti. A kerámia egység magában foglalja a mérőcellát és a fűtőegységet is. Már 150 Celsius fokos kipufogógáz hőmérsékleten működik, így a "megszólalási ideje" rendkívül kicsi, 3-5 másodperc. Akár 930 fokos hőmérsékletet is elvisel, várható élettartama hosszú. A planár szonda mára teljesen kiszorította a Nerst-szondát a gyári, első beépítés tekintetében.
Teljes útmutató az 5 pólusú ablakemelő kapcsoló bekötéséhez
Fűtés és vezeték-konfigurációk
Mivel korrekt működése viszonylag magas hőmérsékleten indul el ("megszólalási hőmérséklet", kb. 350 Celsius fok), legtöbbször fűtőelemet is alkalmaznak. Az 1, vagy 2 vezetékesben nincs fűtőelem, a 3, 4, ill. több vezetékesben viszont igen.
- 1 vezetékes szonda: A tévedés lehetősége itt kizárva, csak jelvezeték van, a jel test maga a kocsiszekrény. Az ilyen szonda nem tartalmaz fűtőelemet.
- 3 vezetékes szonda: Itt is egyszerű eligazodni a vezetékek között, pl: egy jelvezeték (fekete) két fehér színű fűtésszál, ezek akár fel is cserélhetők.
A 4 vezetékes lambda-szonda
A 4 vezetékes szondákon külön jel és jel testvezeték van, két fűtőszállal. A szokványos kábelszínek feszültség-ugrás szondáknál például: fekete: jelvezeték, szürke: jel test, két fehér: fűtés. Természetesen, szerencsésebb, ha a jel testvezeték adott.
A katalizátor előtti szonda funkciója változatlan, ez a szabályzószonda. A katalizátor után megjelent viszont a monitorszonda, aminek a feladata a katalizátor korrekt működésének ellenőrzése. Ha a monitorszonda amplitúdója adott körülmények között egy kritikus határt elér, az a katalizátor hatékonyságának csökkent állapotát jelzi.
Az 5 vezetékes (szélessávú) lambda-szonda
A legújabb: az 5 ill. 6 vezetékes (ún. szélessávú) lambdaszonda. Extra széles működési tartományban dolgozik, 0,7-4 lambda érték között. A kábelek száma, és a csatlakozó az első pillantásra egyértelművé teszi: szélessávú szondáról van szó. Mivel ezt a szondatípust egyre több gépkocsinál alkalmazzák, előbb-utóbb minden érdeklődő találkozik vele, nem is beszélve a szakmát gyakorló kollégákról. Szegény keverékes közvetlen befecskendezésű rendszereknél csakis ez jöhet számításba. Egyes autógyártók (pl. VW-Audi csoport) előszeretettel alkalmazza hagyományos, külső keverékképzésű motorjainál is, de a legtöbb részecskeszűrős dízelmotornál is megtaláljuk.
A tág szabályzási sáv miatt a szonda működési módja meglehetősen bonyolult. A szonda lelke a szivattyúcella, amely oxigén-ionokat "pumpál" a szenzor "hagyományos" (Nernst) cellájához. A szivattyúzáshoz szükséges áram arányos a két cella közötti oxigénkoncentráció-különbséggel. Azaz, ha a Nernst cellában fenntartjuk a "lambda=1" légviszonyt, akkor a szivattyúzó áram arányos lesz a pillanatnyi légviszonnyal. A nagyméretű szondacsatlakozó rejt még egy kalibráló ellenállást is, mely az ECU felé külön kivezetést kapott. Ez a magyarázat arra, hogy a szonda ugyan csak 5 vezetékes, a csatlakozótól az ECU-ig már 6 kábel fut. A mindennapi diagnosztikában ezek közül három vezeték érdemel kiemelt figyelmet.
Suzuki Swift jeladó hibaelhárítás
Szélessávú lambda szondát nagy tételben két gyártó készít: a Bosch (pl. LSU 4.2 és LSU 4.9). A Bosch 0 258 007 200 és 0 258 007 057 cikkszámú lambda-szondái, melyeket a 7200 és 7057 típusszámmal láttak el, a katalizátor előtt helyezkednek el. A Bosch a referencialevegőt igénylő LSU szondát, annak üzemidővel bekövetkező működési problémái miatt továbbfejlesztette, ez lett az LSU 4.9 jelű szélessávú lambda-szonda. Az LSU 4.2 planár szerkezeti kialakítású, szélessávú szondáról van szó, melyet kifejezetten benzinmotoroknál alkalmaznak. 930 °C üzemi hőmérsékletig működik, rövid ideig 1030 °C-ot is elvisel.
Egyéb lambdaszonda típusok: az 5 Voltos, négyvezetékes ("ellenállás-ugrás") szonda
Az eddig említettektől teljesen eltérő az ún. "ellenállás-ugrás" szondák működési módja. Ezen a néven kevesen ismerik, beleértve a legtöbb alkatrész forgalmazót is. Az "5 Voltos, négyvezetékes szonda" jobban elterjedt megjelölés. Itt a kerámiaelem titándioxidból készül, ennek a tulajdonsága, hogy az ellenállását az oxigénkoncentráció függvényében változtatja. Itt az ECU által előállított feszültség csökkenésének a mértéke a szonda ellenállásától függ, ezt használja fel az ECU a keverék pillanatnyi összetételének pontos megállapításához. Meglehetősen magas a megszólalási hőmérséklete, ezen részben segít a szonda fűtés. Nagyon kevés motornál találkozhatunk ezzel a szondatípussal, pl. a BMW, az Opel, a Volvo néhány típusánál. A kábelszínekre tekintve tudjuk leggyorsabban azonosítani a titándioxid ("ellenállás-ugrás") szondákat.
4 és 5 vezetékes lambda-szondák összehasonlítása
| Jellemző | 4 vezetékes (feszültségugrás-szonda, Nernst/Planár) | 5 vezetékes (szélessávú) |
|---|---|---|
| Működési elv | Oxigénkoncentráció alapján generált feszültség (0-1V) | Szivattyúcella által pumpált ionok árama a Nernst cella λ=1 állapotának fenntartásához |
| Vezetékek funkciója | Jelvezeték, jel testvezeték, 2 fűtőszál | 2 fűtőszál, szivattyúcella áram (+/-), virtuális referencia, kalibráló ellenállás kivezetés |
| Működési tartomány | Szűk tartomány a λ=1 körül (lambda ablak 0,97-1,03) | Extra széles tartomány (0,7-4 lambda érték között) |
| ECU jel feldolgozás | Feszültségváltozások figyelése | Szivattyúáram mérése, mely arányos a pillanatnyi légviszonnyal |
| Alkalmazás | Hagyományos benzinmotorok, szikragyújtású motorok | Szegény keverékes közvetlen befecskendezésű rendszerek, részecskeszűrős dízelmotorok |
| Komplexitás | Egyszerűbb szerkezet és működés | Bonyolultabb felépítés (szivattyúcella, kalibráló ellenállás) |
Miért fontos a lambda-szonda megfelelő működése?
A lambda-szonda megfelelő műszaki állapota kiemelten fontos, hiszen a meghibásodás következtében: fokozódhat az üzemanyag-felhasználás, növekedhet a környezetszennyezés, csökkenhet a motorteljesítmény, extra költségek jelentkezhetnek. Otto-motor esetében a működésképtelen lambda szonda jelentős túlfogyasztást okozhat, a benzinben túl dús keverék ráadásul lemossa a hengerfalról az olajfilmet, ami rendellenes motorkopáshoz vezet. A benzinnel felhígult motorolaj kenési problémákat okozhat. A dús keverék miatt a katalizátor hatékonysága drasztikusan leesik, a környezetet feleslegesen terheljük. A környezeti terhelés csökkentése mellett, pénzügyi megfontolás miatt is érdemes extra figyelmet fordítani az oxigén érzékelőre.
A lambda-szonda hiba jelei
A lambda-szonda hiba súlyos konzekvenciákkal járhat. Fokozhatja az üzemanyag használatot, amely nem csupán költséges, de környezetszennyező is. Továbbá növelheti a károsanyag kibocsátást. Az alábbiakban összefoglaltuk azokat a jeleket, amelyekről felismerhető a lambda-szonda meghibásodás.
- Csökkenő motorteljesítmény gyorsulást követően: Azt tapasztalja, hogy csökken a motorteljesítmény gyorsulást követően? Könnyen lehet, hogy a lambda-szonda hiba a felelős a romló motorteljesítményért. Ilyen esetben érdemes professzionális diagnosztikai szolgáltatást igénybe venni a hiba kiszűréséhez.
- Fokozott káros gázemisszió: Sajnos, a megemelkedett káros gázkibocsátás nem észlelhető otthoni körülmények között. Így az oxigénérzékelőt érintő hibák kizárólag speciális eszközökkel ismerhetőek fel.
- Hibajelzés a műszerfalon: A műszerfalon felvillanó hibajelzés az egyik leggyakoribb árulkodó jel a lambda-szonda hiba kapcsán. A check engine hibajelzés egyéb hibára is utalhat. Ha megjelent az aggasztó jelző fény, forduljon szervizhez mielőbb! A motor diagnosztika segíthet a probléma pontos és szakszerű azonosításában.
- Megemelkedett üzemanyag fogyasztás: Indokolatlanul magas az üzemanyag fogyasztás? A hibás oxigénérzékelő téves jeleket adhat az ECU-nak, amely fokozhatja az üzemanyag felhasználást.
- Rándulás induláskor: Sok oka lehet annak, hogy az autó induláskor megrándul. Azonban az egyik leggyakoribb a lambda-szonda szenzort érintő meghibásodás.
Lambda-szonda diagnosztika és csere
A hagyományos lambdaszondák szakszerű ellenőrzése kizárólag oszcilloszkóppal lehetséges. A mindennapi gyakorlatban a legtöbb szerviz természetesen diagnosztikai készülékkel vizsgálja a lambdaszondákat, keverékkorrekciós értékeket. A lambda-szonda hiba kiszűrése általában motor diagnosztikával és műszaki inspekcióval történik. Ezt kizárólag a megfelelő eszközök és szakértelem birtokában lehet elvégezni. Így a lambda-szonda hiba kiszűrése otthoni körülmények között nem lehetséges.
Kétpólusú lambda szonda: részletes elemzés
lambdaszonda fűtés kimérése
Egy szonda általában 150-180 ezer km után kiöregszik, lelassul, a csúcstól-csúcsig feszültség értéke erősen lecsökken. Ilyenkor csak a csere segít. A lambda-szonda csere általában 140-150000 kilométerenként szükséges. Azonban előfordulhat, hogy a csereperiódust megelőzően szükséges új alkatrészt beszerezni. Ennek gyakori oka a motorhiba miatti kipufogógáz szivárgás. Ez kárt tehet az érzékeny szenzorban.
A lambda szonda cseréje nem minden esetben problémamentes. Már akár 8-10 éves autóknál is gyakran kell a csere során menetet javítani, és sokszor mindezt elképesztően rossz hozzáférési körülmények között. A válasz sok tényezőtől függ, azonban a tapasztalt szakemberek körülbelül 30-45 perc alatt képesek beszerelni az új szenzort. Amire külön felhívnánk a figyelmet, az a gyártó cikkszám pontos betartása: ha a lambdaszonda cseréjére kerül sor, az első lépés alvázszám alapján a megfelelő cikkszámú termék azonosítása, esetleges cseretermék vagy továbbfejlesztett alkatrész kinyomozása. Az olcsó, "utángyártott" szondákkal rossz tapasztalataink vannak. A boltok kínálatában már néhány ezer forinttól találunk szondát. Élettartamuk nem egy esetben csak napokban mérhető, az is előfordul, hogy az új szonda beépítése után azonnal kiderül: kidobott pénz volt. A mindössze néhány, garantáltan jó minőséget nyújtó gyártó hosszú élettartamú (180-220e km), rövid felmelegedési idejű (5-6 mp) csúcskategóriás szondái nem olcsók.