A Katalizátor Utáni Lambdaszonda: Működés, Szerep és Diagnosztika
Nincs korszerű motorvezérlő rendszer lambda szonda (oxigén szenzor) nélkül. A modern gépjárművek egyik legfontosabb alkatrésze a lambdaszonda, más néven oxigénérzékelő. Mivel benzines modellekben a benzin-levegő keverék összetételére jelentős ráhatása van, a motorvezérlő rendszerben kiemelt jelentőséggel bír.
A Lambdaszonda Alapvető Szerepe a Modern Járművekben
Az oxigénérzékelő tájékoztatja a motor számítógépét (ECU) a kipufogógázok oxigéntartalmáról. Ennek alapján a számítógép meghatározza az injektorok által a hengerekbe befecskendezett üzemanyag mennyiségét úgy, hogy a levegő-üzemanyag arány tökéletesen vagy pontosan 14,7 rész levegő és 1 rész üzemanyag legyen. A Lambda vezérlése garantálja a gazdaságos üzemanyag-fogyasztást és csökkenti az emissziót.
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.
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.
A Két Lambdaszonda Rendszer: Szabályzó és Monitorszonda
A mai modern autók kipufogógáz-kezelő rendszerében legalább két lambdaszonda található. A szabályzó szonda a motor és a katalizátor közé van beépítve, míg a diagnosztizáló szonda a katalizátor után helyezkedik el. Az új környezetvédelmi szabványok egy második, a katalizátor után elhelyezett lambdaszondát írnak elő, hogy biztosítsák annak hatékonyságát.
E36 316i Compact üzemanyag szivattyú relé hibajelei
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. Ebben a cikkünkben a második lambda-érzékelővel foglalkozunk, avagy a monitor lambdaszondával, ami a katalizátor után található.
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. Tehát a katalizátor utáni lambdaszonda fő feladata a szennyezőanyag-kibocsátás és az üzemanyag-fogyasztás hatékonyabb szabályozása a gépjármű vezérlőegység használatával. Ha a monitorszonda amplitúdója adott körülmények között egy kritikus határt elér, az a katalizátor hatékonyságának csökkent állapotát jelzi.
Lambdaszondák Típusai és Működési Elvük
Alapértelmezésben un. "feszültségugrás-szondákról" beszélünk. Ez a hagyományos, ún. Nernst szondára, és a planár szondára igaz.
A Nernst-szonda (Cirkónium-dioxid szonda)
A Nernst-szonda belső felépítése: 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
A Planár Szonda
Bonyolultabb szerkezet a Bosch által kifejlesztett lapos mérőcellás (az autós köztudatban inkább a planár megnevezés ismert) szonda. A generált feszültség 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.
Szélessávú Lambdaszonda
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. Szegény keverékes közvetlen befecskendezésű rendszereknél csakis ez jöhet számításba.
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.
Titán-dioxid (Ellenállás-ugrás) Szonda
Az eddig említettektől teljesen eltérő az ún. "ellenállás-ugrás" szondák működési módja. 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. Nagyon kevés motornál találkozhatunk ezzel a szondatípussal, pl. a BMW, az Opel, a Volvo néhány típusán.
Az alábbi táblázatban összefoglaljuk a főbb lambdaszonda típusok jellemzőit:
| Szonda típus | Működési elv | Működési hőmérséklet | Reakcióidő | Élettartam (kb.) |
|---|---|---|---|---|
| Nernst (Cirkónium-dioxid) | Feszültség-ugrás | ~350°C felett | Lassabb | Rövidebb |
| Planár | Feszültség-ugrás | ~150°C felett | 3-5 mp | Hosszú (akár 930°C-ig) |
| Szélessávú | Szivattyúcella, áram alapú | Alacsonyabb | Nagyon gyors | Hosszú |
| Titán-dioxid (Ellenállás-ugrás) | Ellenállás változás | Magasabb | Gyors | Változó |
A Monitorszonda Hibájának Jelei és Következményei
A lambdaszondák kopó alkatrészek, és idővel meghibásodnak. A rossz vagy hibás érzékelő cseréje csökkenti a jármű kibocsátásának szintjét a légkörben, miközben a motor zökkenőmentesen és megfelelően működik.
- Check Engine lámpa: Az első védelmi vonal a Check Engine lámpa. A motor hiba jelzőfény kigyullad, ha rossz vagy hibás lambdaszonda van a rendszerben. Amint ez a lámpa kigyullad, vegyük fel a kapcsolatot egy szakemberrel, hogy ellenőrizze a hibát.
- Üzemanyag-szállító és -égető rendszerek problémái: Ha az érzékelő rosszul működik, akkor az üzemanyag-szállító és -égető rendszerekre is hatással van. Ezért több vagy kevesebb üzemanyag befecskendezését okozza.
- Alapjárat ingadozása: 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.
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.
Mi a teendő, ha kigyullad a motorellenőrző check engine lámpa | AUTODOC tippek
Élettartam és Meghibásodást Okoztató Tényezők
Egy szonda általában 150-180 ezer km után kiöregszik, lelassul, a csúcstól-csúcsig feszültség értéke erősen lecsökken. Általában kb. 100-150 ezer futásteljesítmény után cserélni kell a lambdaszondát, mert hibás értékeket kezd mérni. Találkozni lehet 220ezer km-t futott, de még kielégítően működő szondával is.
A lambdaszonda élettartamát több tényező is befolyásolja:
- Keverékösszetétel: Abban az esetben, ha a keverék túl gazdag, a lambdaszonda beszennyeződik és eltéréseket mutat. A benzines oldalon a gyantás lerakódás az állandó dúsítás miatt, lambdaszonda meghibásodás, katalizátor tönkre menetel is gyakori.
- Üzemeltetési körülmények: A városban vezetés vagy a rossz minőségű üzemanyagok szintén károsítják a szondát.
- Hőterhelés: A 850 fok feletti tartós hőterhelés a szonda gyors tönkremeneteléhez vezet.
- Rövid távú autózás: Az alapelv az, ha nincs 22-24 fok környezeti hőmérséklet, akkor a hideg motor, bizony sokáig üzemel olyan körülmények között, mely nem optimális semelyik alkatrészére. Amíg nem melegszik fel a rendszer, addig a tökéletlen égés körülményeiből eredő káros anyagokat szűri és kezeli, rendszeren belül. Ez viszont több százszor hideg reggel ismételve nem egészséges!
Diagnosztika és Csere
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. A hagyományos lambdaszondák szakszerű ellenőrzése kizárólag oszcilloszkóppal lehetséges.
A mindennapi gyakorlatban a legtöbb szerviz természetesen diagnosztikai készülékkel vizsgálja a lambdaszondákat, keverékkorrekciós értékeket. 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.
Ilyenkor csak a csere segít, ha a szonda már elöregedett. 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. 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 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. A lambdaszonda cseréje előtt javasoljuk a hidrogénkarbon tisztítást. A lambdaszonda élettartamának meghosszabbítása érdekében javasoljuk, hogy a motort és ennek megfelelően a szondát legalább minden megtett 15.000 km után Carbon Cleaner berendezéssel tisztítsa meg.
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.
tags: #lambdaszonda #katalizator #utan