Sonda lambda

Volvo 240, primer automòvil equipat en sonda lambda.

La sonda lambda (Sonda-λ), és un sensor que està situat en el conducte d'escap, immediatament abans del catalisador, de manera que pot medir la concentració de dioxigen en els gasos d'escap ans que sofrixquen alguna alteració. La mesura del dioxigen és representativa del grau de riquea de la mescla, magnitut que la sonda transforma en un valor de tensió i que comunica a l'unitat de control del motor.

Gasos de l'escap

Els gasos d'escap d'un motor de cicle Otto estan formats en un 80 % per dinitrogen, que no participa pràcticament en la reacció química de combustió, un 14-16 % de diòxit de carbono o CO₂, i el restant aigua (vapor) ademés d'una chicoteta proporció de contaminants, sent els principals els hidrocarburs (HC) i el monòxit de carbono (CO). El dioxigen residual és d'un 0,3 % aproximadament. La seua proporció varia prou en funció del factor lambda.

Constitució

La sonda en sí està constituïda per una banda ceràmica i uns electrodos de zirconi o titani. Els gasos d'escap estan en contacte en la sonda i esta pren informació de la proporció de dioxigeno residual despuix de la combustió.

Funcionament en cicle tancat: 1 medidor de cabal d'aire; 2 i 3 catalisador; 4 injectors; 5 sonda lambda davantera; 6 sonda lambda atrassera; 7 arribada de gasolina; 8 entrada d'aire des del filtre; 9 escap

Funcionament: el cicle tancat

Eixa informació es transmet a la central de la injecció electrònica i aixina esta central pot regular la cantitat de combustible que injecta en el cilindre per a mantindre la relació lo més pròxima a 1/14,7 nomenada relació estequiomètrica.

La medició es basa en la cantitat de dioxigen restant en el gas evacuat pel tubo d'escap. La sonda lambda és un dels sensors de correcció principals en la electrònica de control, conegut com regulació de lambda per a la neteja catalítica del gas emés (popularment denominat catalisador regulat). El sensor es basa en dos principis diferents per a les medicions: el voltage d'un electrolit (sonda de Walther Nernst) i una variació de la resistència elèctrica d'una resistència de ceràmica (sonda de resistència).

El seu camp principal d'aplicació és el motor de combustió interna, de cicle Otto principalment de injecció de combustible, pero també s'usa per a regular el gas emés per calderes de condensació i motors diésel.

La primera versió de la sonda lambda va ser desenrollada en 1976 per l'empresa alemana Bosch i aplicada al Volvo 240.

Funció de la sonda Nernst

Un costat del sensor de ceràmica està expost a la corrent de gas evacuat, mentres que l'atre es basa en una referència sobre el nivell de dioxigen. En la majoria de les ocasions s'usa l'aire de l'entorn, per mig d'una apertura en la sonda o sobre una guia per a l'aire. En això s'impedix que el valor de referència es veja influït per una possible contaminació de vapors d'aigua, oli o combustible. Si la sonda es contaminara es reduiria la cantitat de dioxigen en la referència, i per això es reduiria el voltage de la sonda. En el cas d'una referència bombejada, l'aire de l'entorn no és necessari, sino que la referència del dioxigen es basa en una corrent de ióés a partir del gas evacuat.

En temperatures superiors a uns 300 °C la ceràmica de la sonda, composta de diòxit de zirconi i de itri, es torna conductora d'ions negatius d'oxigen. La diferència de concentració dona lloc a una difusió d'ions del gas evacuat. Els àtoms d'oxigen poden moure's en la ceràmica com a ions de càrrega negativa doble. Els electrons necessaris per a l'ionisació dels àtoms d'oxigen són suministrats pels electrodos, que són conductors electrònics. D'esta forma pot prendre's el voltage de la sonda entre els electrodos de platí situats dins i fòra. Esta informació es transmet per mig del cablejat a la centralita electrònica del motor.El valor se situa per a λ>1 (mescla pobra, falta de combustible o excés d'aire) entre 0 i 150 mV, per a λ<1 (mescla rica), excés de combustible o falta d'aire) entre 800 i 1000 mV. El voltage medit es descriu en la equació de Nernst. En un ranc molt estret entorn a λ=1, denominada la finestra λ, la curva característica és extremadament empinada. El voltage s'altera en la finestra en relació en la mescla combustible-aire d'una manera molt repentina , en lo que estes oscilacions fan que la mescla siga estequiomètrica o pràcticament estequiomètrica. En esta zona els valors de CO i HC són relativament baixos, aixina com els de NOx, permetent aixina que el catalisador treballe en les condicions més favorables.

Funció de la sonda de resistència

La sonda de resistència s'usa de forma molt freqüent.

El sensor està compost d'una ceràmica *semiconductora de diòxit de titani. Els portadors de càrrega es creen gràcies a posicions sense oxigen que fan les voltes de donants. Quan l'oxigen s'aproxima, les posicions buides s'ocupen reduint aixina la cantitat de portadors lliures. Els ions d'oxigen no són els qui proveïxen conductivitat, sino l'oxigen.

La conductivitat elèctrica σ en el ranc de treball es descriu per mig de la equació de Arrhenius en una energia d'activació E_A:

<math>\sigma=A\cdot e^{-\frac{E_A}{k\cdot T}}\cdot p(O)^{-1/4}</math>

La senyal es genera en un divisor de tensió en una resistència elèctrica invariable.

Sonda lambda en calefacció

.