A Lambda Szonda Részletes Bemutatása: Feszültségugrásos, Titán-dioxid és Szélessávú Érzékelők

A lambda-szonda vagy kevésbé ismert nevén oxigénszenzor a kipufogó rendszer elengedhetetlenül fontos alkatrésze. Fontos szerepet játszik abban, hogy az autó szén-dioxid (CO2) és egyéb szennyező anyag kibocsátása megfeleljen az Európai Uniós előírásoknak. 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. A szenzor kiviteli formájában a gyújtógyertyára emlékeztet és a kipufogócsonkba építve, a katalizátor előtt helyezik el. A lambda szonda az oxigéntartalmát méri a kipufogó gáznak. Motorvezérlőnek küldi a mért jelet, és a motorvezérlő pedig eldönti, hogy milyen mértékben és milyen irányba kell beavatkozni a keverék összetételébe. Több ok miatt is előnyös ha ideális a motorban levegő-üzemanyag összetétel, de legfőképp a katalizátor hatékonysága miatt.

A Lambda Szonda Eredete és Alapműködése

A nevét a tüzeléstechnikában is használatos légfeleslegtényező általánosan használt jelének, a lambda (λ) görög betű nevéből kapta. A légfeleslegtényező egy dimenziómentes szám, ami megadja a tüzelőanyag (üzemanyag) egységnyi mennyiségének tökéletes elégetéséhez szükséges, a gyakorlati és az elméleti levegőmennyiség hányadosát. A gépkocsik kipufogórendszerébe épített lambda-szondáknak kettős szerepük van.

A Nernst-szonda belső felépítése

A lambda-szonda alkatrészei: 1. szilárd elektrolit, 2. ház (negatív elektród, mérőelektród), 3. belső elektród-kivezetés (pozitív elektród, referencia-elektród), 4. A szilárd elektrolit segítségével tehát egy ún. oxigén elektród-koncentrációs galváncella alakul ki. A kerámia külső, tehát a kipufogó gázzal érintkező részén egy vékony kerámiaréteg védi a platinát a kipufogógáz esetleges szilárd részecskéitől. A Nernst-szonda belső felépítése.

Különböző Lambdaszonda Típusok

Feszültségugrás szondák (Cirkon-dioxid)

Alapértelmezésben un. "feszültségugrás-szondákról" beszélünk. Cirkon-dioxid (feszültség ugrás szonda) Kb. 300 C-tól kezd el működni. Feszültséget hoz létre. 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. E két tér oxigénkoncentrációja közötti eltérés a lambda-szonda két elektródja között feszültséget kelt, melynek nagysága a kipufogógáz oxigéntartalmának függvényében - 300 oC-os üzemi hőmérsékletet feltételezve - a gyakorlatban néhány tíz mV. 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 ugrás kevesebb vagy max. 0.1s alatt megy végbe. Jel frekvenciája kb. 1Hz ( 1 másodpercenként van 1 feszültség csúcs).

Ellenállás-ugrás szondák (Titán-dioxid)

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. Titán dioxid (ellenállás ugrás szonda). Kb. 500 C-on válik üzemképessé. 5V-os referencia áramkörre van szüksége, amit a motorvezérléstől kap. Nem feszültséget hoz létre, hanem az ellenállása változik. Értékelése a feszültség esés mérésén alapul. 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. BMW némelyik modellje és OPEL némelyik modellje alkalmazta ezt a típusú lambda szondát. Nagyon kevés motornál találkozhatunk ezzel a szondatípussal, pl. a BMW, az Opel, a Volvo néhány típusán. Bár a mérőcellát burkoló védőcső mérete és kialakítása is eltérő, az egyéb méretarányok is árulkodóak, a kábelszínekre tekintve tudjuk leggyorsabban azonosítani a titándioxid ("ellenállás-ugrás") szondákat.

Lambda szonda cseréje

Szélessávú lambdaszondák

Szélessávú lambda szonda. Rendkívül széles lambda tartományban képes érzékelni a keverék összetételét. Szegény keverék = Pozitív szivattyú áram. Dús keverék = Negatív szivattyú áram. Extraszéles működési tartományban dolgozik, 0,7-4 lambda érték között. A közvetlen befecskedezésű rendszereknél csak ez jöhet számításba. Egyes autógyártók ( pl. VW-Audi) előszeretettel alkalmazza. Szélessávú lambda-szondát nagy tételben két gyártó készít: a Bosch illetve a japán NGK/NTK. 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.

Lambdaszonda Típusok Összehasonlítása

Az alábbi táblázatban összefoglaljuk a legfontosabb lambdaszonda típusok főbb jellemzőit:

A Lambdaszonda Felmelegedése és Fűtése

A szonda működésének elengedhetetlen feltétele, hogy üzemmeleg állapotba kerüljön, mintegy 300 °C-ra melegedjen fel. Amíg ez nem következik be, a gépkocsi elektromos vezérlőegysége "szabályozatlanul" üzemel, és az üzemanyag/levegő keveréket előre meghatározott értékek szerint állítja be. Ezek a hideg motorüzemnek megfelelő, kissé dús keveréket biztosítanak. Az üzemi hőmérséklet mielőbbi elérése érdekében a modernebb lambda-szondákat beépített fűtőszál melegíti. Régi szondákat nem fűtötték, ezért nagyon közel kellett helyezni a motorhoz, hogy minél előbb felmelegedjen. Fűtött szondának sokkal rövidebb a felmelegedési ideje. Mivel korrekt működése viszonylag magas hőmérsékleten indul el ("megszólalási hőmérséklet", kb. 350 Celsius fok), legtöbbször fűtőelemet is alkalmaznak.

A szondákat a vezetékeik számáról lehet megismerni: a három vezetékeseknél az egyik a szabályozó jel, a másik kettő a fűtést biztosítja; négy vezeték esetén a negyedik a fűtőszál által keltett esetleges zavaró jeleket vezeti el (árnyékolás). Az 1, vagy 2 vezetékesben nincs fűtőelem, a 3, 4, ill. több vezetékesben viszont igen. Újabban 5 ill. az Ecu felé 6 vezetékes (ún. szélessávú) lambdaszonda is megjelent. A fűtőbetét ellenállása szonda típusonként változó lehet. A motorvezérlő rendszerek egy része érzékeny a fűtőbetét ellenállására: ha az eredetitől eltérő ellenállással bír a kicserélt lambda szonda, hibaüzenetet generálhat.

Keverékszabályozás és Diagnosztika

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). 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).

Lambda szonda csere útmutató

Adaptációs (tanult) értékek. Azt mutatja meg, hogy a lambda szonda jele alapján a pillanatnyi üzemi állapotban milyen mértékben kell korrigálni a befecskendezett üzemanyag mennyiséget. Amit a vezérlőegység jelen pillanatban módosít a keverék összetételén (befecskendezett mennyiségen) Normális ha +- 10% körüli értéken mozog. Gyorsan változó érték. Hosszú távú üzemanyag korrekció: (angolul: Long term fuel trim, LTFT) Megközelítőleg egy kalkulált átlagérték a sok rövidtávú üzemanyag korrekciókból. Az üzemanyag korrekciók előnye, hogy a rendszer rugalmas lesz. Lesz neki alkalmazkodó képessége. Megjegyzés: +-20-25% körüli értékeknél a motorvezérlőegység (egy bizonyos idő után, motorvezérlésétől függően), hibakódot ír be rá.

A mai modern autók kipufogógáz-kezelő rendszerében legalább két lambdaszonda található. A szabályzó szonda a katalizátor előtt, míg a diagnosztizáló szonda a katalizátor után helyezkedik el. A szabályzó szonda a megfelelő keverékképzést biztosítja, míg a diagnosztizáló szonda elsősorban a katalizátor hatékonyságát ellenőrzi. 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 Lambdaszonda Meghibásodásának Jelei és Következményei

Miért fontos a megfelelő működés?

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 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.

Hibás működésre utaló jelek

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. Amennyiben induláskor jelentkező hirtelen rándulást tapasztal, keresse fel országos lefedettségű AKH szervizhálózatunk bármelyik állomását.

Hibásan működő légtömegmérő = alacsonyabb jel = rövidebb a befecskendezési idő mert kevesebb levegőt érzékel. Viszont valóságban meg több levegő ment be, tehát szegényebb lesz a keverék. Ez gyakori probléma, légtömegmérő elkoszolódás miatt. Kevés levegő: Dugulás a levegő ellátó rendszerben. Sok üzemanyag: Túl magas benzinnyomás, ritka. Fontos, hogy nincs kipufogó oldalon tömítetlenség, mechanikus motor problémákra nincsenek, a motor terhelést érzékelő szenzorok tökéletesen működnek, és a befecskendező rendszer is hibátlanul üzemel, nincsen keveset szállító injektor / behugyozó injektor.

Mit tegyél, ha a Mazda 3 lambda szonda hibát jelez?

Lambdaszonda Diagnosztika és Csere

A lambda-szonda hiba kiszűrése általában motor diagnosztikával és műszaki inspekcióval történik. Ezt kizárólag a megfelelő eszközök és szakértelem birtokában lehet elvégezni. A mindennapi gyakorlatban a legtöbb szerviz természetesen diagnosztikai készülékkel vizsgálja a lambdaszondákat, keverékkorrekciós értékeket. A hagyományos lambdaszondák szakszerű ellenőrzése kizárólag oszcilloszkóppal lehetséges.

Tapasztalataink szerint az Otto-motorral szerelt autók egy része csökkent működőképességű, vagy rosszabb esetben teljesen működésképtelen szondával üzemel, ugyanakkor legalább ekkora a száma azoknak az eseteknek, amikor téves hibabehatárolás miatt, vagy kósza ötletnek engedve tökéletesen működő szondát cserélnek le és dobnak ki. Élettartama körülbelül 150000 kilométer, azonban meghibásodások és egyéb tényezők miatt ennél gyakrabban is szükséges lehet a lambda-szonda csere. A lambda-szonda csere általában 140-150000 kilométerenként szükséges. Egy szonda általában 150-180 ezer km után kiöregszik, lelassul, a csúcstól-csúcsig feszültség értéke erősen lecsökken. Ilyenkor csak a csere segít. (Találkozni lehet 220ezer km-t futott, de még kielégítően működő szondával is.)

Az olcsó, "utángyártott" szondákkal rossz tapasztalataink vannak. A mindössze néhány, garantáltan jó minőséget nyújtó gyártó hosszú élettartamú (180-220e km), rövid felmelegedési idejű (5-6 mp) csúcskategóriás szondái nem olcsók. 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. A szonda rögzítése - néhány, főleg japán kivételtől eltekintve - csavarmenettel történik (M18x1,5). Előírt meghúzási nyomaték: 35 - 55 Nm, típusfüggő. Az új szondák meneteit a gyártó rendszerint hőálló grafitos zsírral látja el, esélyt adva a szonda későbbi roncsolásmentes eltávolításának.

Fejlesztések és Jövőbeli Irányok

A fejlődés a lambda-szabályozásban (is) jól követhető. Először új kivitelű szondák jelentek meg (pl. planár). A bonyolultabb szerkezet a Bosch által kifejlesztett lapos mérőcellás (az autós köztudatban inkább a planár megnevezés ismert) szonda. 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 Nernst-szondát a gyári, első beépítés tekintetében.

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. A katalizátor előtti szondának a 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.

tags: #lambda #szonda #titanium #információ

• Olajszűrő csere útmutató Golf 5-höz
• Autókölcsönzés külföldön: tudnivalók
• Álláslehetőségek a Fonógyári úti autókereskedésben
• Atego fülke tisztaságáért
• E46 díszléctípusok és anyagaik