A Keskenysávú Lambdaszonda Működése és Jelentősége

A gépjármű motorjának zavartalan működése többféle alkatrész és elem hibátlan összjátékán múlik. Ezek egyike a lambdaszonda, ami segít a motorvezérlő egységnek optimalizálni az üzemanyag-levegő keveréket, így csökkentve a károsanyag-kibocsátást és javítva a motor hatékonyságát. A Lambda szonda olyan eszköz, amelyet minden benzinmotorban használnak elektronikus benzin befecskendezéssel. Néhány évvel ezelőtt a lambda csak benzinmotorokat használt, de ma már néhány dízelmotorral is rendelkezik.

A Lambda szonda egy olyan érzékelő a kipufogócsőben, amely összehasonlítja a kipufogócsőben lévő levegőt a motor körül lévő levegővel, elektromos jelet generál egy kémiai reakció segítségével, amelyet a motorvezérlő egységnek küld. Feladata a kipufogógázban található oxigéntartalom mérése, amely alapján az üzemanyag-levegő keverék aránya optimalizálható. Miután a vezérlőegység jelet kap a lambda-érzékelőtől, a motorhengerben a gáz és a befecskendező szelepek segítségével beállítja az üzemanyag és a levegő arányát. A szenzorok magyarázata, a szondát arra használják, hogy a jármű motorját gazdaságossá tegye, miközben a lehető legkisebb mennyiségű káros kibocsátást biztosítja.

A lambdaszonda vagy más néven az oxigénérzékelő funkciója az üzemanyag-égés állapotának elemzése és a motor kipufogógázainak oxigénszintjének észlelése, a levegő / üzemanyag keverék minőségének a jármű vezérlőegységére történő beszámolása (ECU). 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. 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 Lambdaszonda Története és Fejlődése

Több mint ötven éve kezdtek a környezetvédelmi szabályozások a gépjárműmotorok fejlesztésében is fontos szemponttá válni. Los Angeles városában a kutatók ugyanis ekkortájt azonosították először a légkörben a barnás színű fotokémiai füstködöt - ismertebb nevén a szmogot -, amelynek létrejöttében a gépjárművek által kibocsátott kipufogógáz-alkotók játszottak meghatározó szerepet. Ez késztette arra a kaliforniai törvényalkotókat 1970-ben, hogy a világ legszigorúbb - belsőégésű motorokkal szemben támasztott - károsanyag-kibocsátást korlátozó intézkedéseit létrehozzák, és ennek legelső elemévé tegyék a környezetvédelmi előírásokat.

A lambdatechnológia gyökerei 1889-ig nyúlnak vissza, amikor a későbbi kémiai Nobel-díjas Walther Nernst professzor termodinamikai kapcsolatokat fedezett fel a „Nernst egyenlet” formulájában, amely a mai technológia létfontosságú kulcsa. A Robert Bosch GmbH 1968-ban kezdte használni a szenzorokat az akkumulátorok előállításához használt ólomtartályok oxigéntartalmának mérésére. Az előkészítő folyamatok a harmadik fél termékeinek tesztelésével indultak, ám ezek sikertelenségét követően 1971-ben a Bosch elkezdte kifejleszteni a saját érzékelőjét.

E36 316i Compact üzemanyag szivattyú relé hibajelei

Bár a legelső eredmények a mindössze kétórás élettartam miatt kudarcnak bizonyultak, a szenzoroknak - és persze a kitartó mérnököknek - 1975-re végre sikerült elérniük a 250 órás üzemidőt, amely nagyjából 20 000 kilométeres távolság megtételének felel meg közúton. Ez az apró, de annál fontosabb áttörés végre ajtót nyithatott a tömeges termelésnek. Az első komoly megrendelő a svéd Volvo volt, amely 1976-ban a legendás 240/260 modellek észak-amerikai piacra szánt változataiba szerelte be a Bosch oxigénszenzorait, emellett névadóként (Lambda Sond) és partnerként is részt vett a fejlesztésben. Az új háromutas katalizátor hozzáadott egy visszacsatoló kört a már meglévő K-Jetronic üzemanyag-befecskendező rendszerhez, amely lehetővé tette a levegő és az üzemanyag keverék finomhangolását. A német-svéd kooperáció sikere a többi gyártóra is hatást gyakorolt, az amerikai Ford például 1977-ben már évi 3 millió egység előállítására írt alá szerződést a Robert Bosch GmbH vállalattal.

A termékfejlesztés eközben gőzerővel zajlott, amelynek eredményeként 1982-re a lambdaszondák egy teljesen új generációja került piacra, amely már fűthető volt. Ez a gyakorlatban azt jelentette, hogy a szenzor a hidegindítást követően azonnal 400 Celsius-fokra melegedett fel, és 30 másodperc után már megbízhatóan szabályozta a keverékképzést. E nagyszerű fejlesztés az alkatrész élettartamát már 160 000 kilométerre növelte. 1988-ra egyébként az újonnan értékesített Volvo személygépkocsik 70 százaléka már rendelkezett katalizátorral, és a beépített szenzorok száma addigra elérte az 1 milliót. Ezen innovációnak köszönhetően a Bosch nagymértékben tudta bővíteni piaci pozícióját az autóipari beszállítók között.

1986-ban hagyta el a vállalat gyártósorait a 10 milliomodik érzékelő, 1993 januárjában már 50 milliósra nőtt az elkészült lambdaszondák száma. Az egymilliárdos történelmi mérföldkövet pedig 2016-ban, éppen a találmány 40. évfordulóján ünnepelhette meg a gyártó. Az autóipar környezetvédelmi fejlesztéseinek köszönhetően 1963 és 1993 között 90 százalékkal csökkent a nitrogén-oxidok kibocsátása, és ebben a Bosch-lambdaszondák is elévülhetetlen érdemet szereztek.

A Keskenysávú Lambdaszonda Felépítése és Típusai

A lambda szonda hasonló a platina és kerámia anyagból készült gyújtógyertya alakjához. A lambda szonda mindig a kipufogócsőben van, a kalibrátor előtt vagy mögött, ami a vezetéket a szondából vezeti, így könnyen megtalálható. A szonda a kipufogórendszerben a motor és a katalizátor között (illetve utána is) található. Az 1, vagy 2 vezetékesben nincs fűtőelem, a 3, 4, ill. több vezetékesben viszont igen.

Belső felépítés

A lambdaszondák megbontása, szétszerelése csak roncsolásos úton lehetséges. A szondakerámia a menetes fémházba kerül beszerelésre, elől furatokkal ellátott vagy felhasított védőcső takarja. 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.

Útmutató a Peugeot 308 SW lambda szonda hibáinak felismeréséhez

Fűtött és fűtetlen szondák

Alapértelmezésben un. "feszültségugrás-szondákról" beszélünk. Egy egyszerű szonda az egyik legrégebbi gyártott lambda szondatípus. Ez a lambda szonda csak akkor működik, ha a kipufogógázok segítségével üzemi hőmérsékletre melegszik, ami néhány percig is eltarthat. A fűtött szonda elektromos fűtéssel rendelkezik, így néhány másodperc alatt eléri a működési hőmérsékletet, így nem kell abszorbeálni a kipufogógáz hőt az üzemi hőmérséklet eléréséhez. A sík szonda kerámia fóliákból áll, amelyekbe fűtés van beépítve. Ezt a szondát 10 másodpercen belül üzemi hőmérsékletre melegítjük.

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. A planár szonda lényegesen jobb tulajdonságokkal bír, mint a fentebb említett Nernst-szonda. 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. A bemutatott két szondatípus fordul elő a hazai járműállomány döntő többségében.

A szondatípus azonosítása vezetékek alapján

Ha a szondának egy vagy két vezetéke van, azt jelenti, hogy nem fűtött. Ha azonban a szondának három vagy négy vezetéke van, azt jelenti, hogy melegszik. Az általánosan alkalmazott feszültség-ugrás szondák szokványos kábelszínei:

• 1 vezetékes szonda: Csak jelvezeték van, a jel test maga a kocsiszekrény. Nem tartalmaz fűtőelemet.
• 3 vezetékes szonda: Egy jelvezeték (fekete) és két fehér színű fűtésszál, ezek akár fel is cserélhetők.
• 4 vezetékes szonda: Külön jel és jel testvezeték van, két fűtőszállal. Fekete: jelvezeték, szürke: jel test, két fehér: fűtés.

A huzalok színétől függően meg lehet határozni, hogy melyik szonda van. Ha a vezeték lila, fekete, szürke vagy fehér, akkor egy cirkónium-szonda, ha piros, titán-dioxid-szonda.

Titán-dioxid szondák ("Ellenállás-ugrás szondák")

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 típusán.

Lambda szonda csere

A Keskenysávú Lambdaszonda Működési Elve

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. 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 fedélzeti számítógép egy periodikusan változó jelet vár, melynek értéke megközelítőleg nulla és plusz egy volt között váltakozik. A szenzor jele nem négyszög alakú, hanem inkább egy elsimított háromszöghöz hasonlítható.

Vannak a motornak olyan működési körülményei, amikor a keverékképzés - átmenetileg - eltér az ideálistól, a keverékképzés elhagyja a lambda ablakot. Ilyen a hidegindítás, a motor ilyenkor dúsabb keveréket igényel (és még a szonda sem érte el a megszólalási hőmérsékletet), ilyen a teljes terhelés állapota és a tolóüzem (motorfék). Nem felmelegedett szonda, vagy vezetékszakadás esetén az ECU hardveresen egy alapértékkel (általában 0,45V körül) helyettesíti be a kiesett jelet. Ilyenkor a motor open loop üzemmódban működik.

A Két Lambdaszonda Szerepe a Kipufogórendszerben

Egyes autók azonban két lambda szondával vannak felszerelve, az egyik lambda szonda helyett, így szerepük kissé eltérő, mint maga a lambda szonda szerepe. A modern autók két lambda szondát tartalmaznak a kipufogócsőben egy lambda-érzékelő helyett. Az első lambda szonda a katalizátor előtt van, és megfelel a klasszikus funkciójának. A második lambda szonda a katalizátor mögött helyezkedik el, és szerepe a katalizátor hatékonyságának ellenőrzése. Alapvetően csak egy kontroll lambda-nátrium.

A kettes lambdaszondát a jármű kipufogórendszerébe telepítik a katalizátor után, ezért hívják katalizátor utáni lambdaszondának, vagy monitor szondának is. Feladatuk, hogy kiértékeljék a gázokat, amelyek a katalizátoron áthaladnak. Ha a második oxigénérzékelő ugyanaz, mint az első, akkor a katalizátor nem működik, és nem bomlik le a szennyező anyagokat. Így a lambda szonda úgy reagál, hogy a motort vészhelyzeti üzemmódba kapcsolja, vagy megvilágítja a motort. Ha a monitorszonda amplitúdója adott körülmények között egy kritikus határt elér, az a katalizátor hatékonyságának csökkent állapotát jelzi.

A hátsó lambda szonda az autó kipufogórendszerének egyik legfontosabb eleme, amely a katalizátor után helyezkedik el és folyamatosan monitorozza a kipufogógázok oxigéntartalmát. Feladata elsősorban a katalizátor hatékonyságának ellenőrzése és az első lambda szonda által szolgáltatott adatok validálása. Az első és a hátsó lambda szonda közötti különbség abban rejlik, hogy míg az első szonda az égés optimalizálását szolgálja, addig a hátsó szonda a katalizátor működését ellenőrzi.

Lambdaszonda Hibák: Tünetek és Okok

A lambdaszondák kopó alkatrészek, és idővel meghibásodnak. 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. Azt is szem előtt kell tartani, hogy a katalizátor élettartama jelentősen csökken, ha a lambda szonda nem működik. A rossz vagy hibás érzékelő cseréje csökkenti a jármű kibocsátásának szintjét a légkörben, miközben a motor zökkenőmentesen és megfelelően működik.

Tipikus tünetek

• Check Engine lámpa: A motor hiba jelzőfény kigyullad, ha rossz vagy hibás lambdaszonda van a rendszerben. Ez a leggyakoribb árulkodó jel a lambda-szonda hiba kapcsán.
• Megnövekedett üzemanyag-fogyasztás: Ha az érzékelő rosszul működik, akkor az üzemanyag-szállító és -égető rendszerekre is hatással van, ami megnövekedett fogyasztáshoz vezethet.
• Egyenetlen alapjárat: A lambdaszonda hiba a jármű alapjáratára is hatással bír, mivel az oxigénérzékelő segíti a motor időzítésének, az égési intervallumoknak és a levegő / üzemanyag aránynak a szabályozását.
• Csökkenő motorteljesítmény gyorsulást követően: Romló motorteljesítményt tapasztalhatunk.
• Rándulás induláskor: Az egyik leggyakoribb ok a lambda-szonda szenzort érintő meghibásodás lehet.
• Fokozott káros gázemisszió: Sajnos, a megemelkedett káros gázkibocsátás nem észlelhető otthoni körülmények között.
• Benzinszag a kipufogógázból és rossz indítás.

Gyakori hibakódok

• P0135: oxigénérzékelő az 1. (érzékelő, fűtőkör hibás működése)
• P0171: a rendszer túl sovány (1. bank)
• P0175: a rendszer túl gazdag (2. bank)
• P0162: Az O2 érzékelő áramkörének hibás működése (2. bank, 3. érzékelő)

A meghibásodás okai

Számos tényező hozzájárulhat a lambdaszonda meghibásodásához. A kipufogógázok vegyi hatásainak való kitettség, a szennyeződések lerakódása a lambdaszonda felületén, valamint a víz bejutása a kipufogórendszerbe károsíthatja az alkatrészt és mérési hibákhoz, vagy akár a szenzor teljes működésképtelenségéhez is vezethet. Ha a motor alacsony minőségű üzemanyagot éget vagy motorolajat éget, a lambda-érzékelő élettartama jelentősen csökken.

Élettartam, Diagnosztika és Csere

A lambda szonda élettartamát befolyásolja a szerkezet és a minőség. Egy szonda általában 150-180 ezer km után kiöregszik, lelassul, a csúcstól-csúcsig feszültség értéke erősen lecsökken. Ilyenkor csak a csere segít. A lambdaszonda 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 hátsó lambda szonda élettartamának maximalizálásához megfelelő karbantartásra és körültekintő használatra van szükség. Az egyik legfontosabb szabály a minőségi üzemanyag használata. Rendszeres olajcsere elengedhetetlen, mivel a leégett olaj lerakódásai eljuthatnak a kipufogórendszerbe és károsíthatják a szondákat. A motor hideg indítása után érdemes néhány percet várni az intenzív terhelés előtt.

Diagnosztika és csere

A lambdaszonda javítása nem mindig lehetséges, gyakran cserére van szükség. Az első lépés a hibakódok kiolvasása egy diagnosztikai készülék segítségével, ami pontos információkat nyújt az érzékelő állapotáról. Fontos, hogy a csere előtt meggyőződjünk a hiba okáról és szükségességéről. 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.

A lambdaszonda általában a katalizátor előtt vagy után található, így a cseréhez szakember segítsége javasolt. 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. 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. Mennyi idő a lambda-szonda csere? A válasz sok tényezőtől függ, azonban a tapasztalt szakemberek körülbelül 30-45 perc alatt képesek beszerelni az új szenzort.

Gyakran felmerülő kérdés: ha tönkrement a "mezei" szonda, lehetséges-e a lényegesen jobb paraméterekkel bíró planár szondára kicserélni? A műszaki jellemzőket szem előtt tartva ez a csere mindenképpen csak ajánlható. A planár szondát "mezeire" cserélni viszont semmiképp sem ajánlott, a lambda-szabályozás sínylené meg a gyengébb műszaki jellemzőket. Az olcsó, "utángyártott" szondákkal rossz tapasztalataink vannak. Élettartamuk nem egy esetben csak napokban mérhető, az is előfordul, hogy az új szonda beépítése után azonnal kiderül: kidobott pénz volt. Ilyen szondákat nem vásárolunk, ezt ügyfeleinknek sem ajánljuk - persze mindenki maga dönt. A mindössze néhány, garantáltan jó minőséget nyújtó gyártó hosszú élettartamú (180-220e km), rövid felmelegedési idejű (5-6 mp) csúcskategóriás szondái nem olcsók.

A vezérlőegységek fejlődésével a lambda szondák jelének feldolgozása, hibadiagnosztikájuk is jelentős fejlesztésen ment át. Egy korszerű motorirányítás általában el tudja dönteni, hogy egy szonda működik-e, és ha hiba lép fel, az a szonda hibája, vagy esetleg más probléma merül fel. Ennek ellenére még mindig napi szinten találkozunk olyan esetekkel, amikor az ECU lambdaszonda hibának véli ha például a tartósan szegény keverék miatt a szonda kimenő feszültsége 0V körüli marad. Ez azért veszélyes, mert a letárolt hibaüzenet ilyenkor a lambda szondára vonatkozik: a P0130-as kódcsoport tagjaival nagyon gyakran találkozunk akkor is, amikor a P0170-es hibakódoknak kellene megjelenni. Ha a lambdaszonda meghibásodásának jeleit észleljük, mielőbb szakemberhez fordulni a legbiztonságosabb megoldás.

tags: #keskenysávú #lambdaszonda #működése

• Gyári minőségű Polcar javító panel E36-hoz
• Az állami visszavásárlás folyamata
• 95Ah AGM akkumulátor teszt Mercedeshez
• Turbófeltöltő működése Dusterben
• A Turanza T005 jellemzői és előnyei