Sonda lambda: differenze tra le versioni
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[[Immagine:LambdasondeRB.jpg|right|thumb|Una sonda lambda]]
La '''sonda lambda''' è necessaria per rilevare la presenza di ossigeno nei gas di scarico e per mantenere il [[Rapporto stechiometrico|rapporto di miscela]] ([[chilogrammo|kg]] [[aria]]/kg combustibile) entro l'intervallo di [[efficienza]] ottimale del [[Convertitore catalitico|catalizzatore]] dei veicoli.
La sonda può essere utilizzata su tutti i mezzi con motore ad accensione comandata (con alimentazione a benzina, etanolo, gas) per assicurare la stechiometria della miscela (tramite una sonda di regolazione, posta a monte del catalizzatore) e per effettuare, tramite un sensore distinto (sonda di diagnosi), posto a valle del catalizzatore, il controllo
== Principio di funzionamento ==
[[Immagine:02-sensor-vs-Voltage.jpg|right|thumb|Schema del segnale ''λ HEGO'' di un motore a benzina]]
La sonda lambda è in grado di rilevare la concentrazione di [[ossigeno]] all'interno dei gas di scarico. Tramite la misura di confronto dell'ossigeno presente nell'aria ambientale, rilevata all'altra estremità della sonda, viene indirettamente ricavata la quantità di ossigeno nei gas di scarico<ref>{{Cita web|url = http://www.beru.com/download/produkte/TI03_it.pdf|titolo = Tutto sulle sonde lambda|editore = BERU|accesso = 26 settembre 2013|urlarchivio = https://web.archive.org/web/20130927161412/http://www.beru.com/download/produkte/TI03_it.pdf|dataarchivio = 27 settembre 2013|urlmorto = sì}}</ref><ref>{{Cita web|url = http://xoomer.virgilio.it/bigmasterpc/CoupeHyundai/Fai-Da-Te/Lambda-Sensor/Lambda-Sensor.pdf|titolo = Fai da te: sensore lambda, diagnosi e sostituzione|editore = Shark Racing Club|accesso = 26 settembre 2013}}</ref>.
Con la lettera greca ''λ'' (lambda) viene indicato il rapporto tra l'aria e il combustibile rispetto al rapporto stechiometrico del combustibile utilizzato, dove:
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=== Sonda lambda HEGO (heated exhaust gas oxygen sensor) ===
L'uscita della sonda è di tipo
Il funzionamento ideale del motore è quello con il valore di output oscillante ad altissima frequenza tra zero e uno. La sonda HEGO viene utilizzata per il [[Controllo PID|controllo]] in closed loop, per centrarsi il più possibile su un lambda stechiometrico.
=== Sonda lambda UEGO (universal exhaust gas oxygen sensor) ===
L'uscita della sonda UEGO è un valore variabile in corrente a seconda del valore di lambda e può essere utilizzato per aggredire lambda target diversi da 1. L'uscita reale del sensore è una curva esponenziale aperiodica, che ci indica una dinamica lenta associabile a un sistema del primo ordine; la risposta della sonda sarà quindi in ritardo in relazione a variazioni repentine di miscela introdotta, arrivando fino a 300 millisecondi circa. Il sistema, se non subisce variazioni repentine, è adatto a centrare il valore di lambda in maniera precisa, su quello che è il lambda target.
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*Se vi sono ioni ossigeno in eccesso la miscela è magra e bisogna estrarli dalla camera per riportare il lambda a 1. Se, viceversa, la miscela è grassa bisognerà pomparli all'interno della camera.
*Si misura il segno della corrente che può essere relativa al pompaggio, quindi negativa, o all'estrazione, quindi positiva.
*Dal confronto con una corrente di riferimento possiamo sapere qual
== Utilizzo della sonda ==
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=== Diagnosi catalizzatore ===
Il [[convertitore catalitico]] come ogni dispositivo a bordo del veicolo è soggetto a invecchiamento e alla tendenza a non riuscire più a immagazzinare la giusta quantità di ossigeno per ossidare HC (idrocarburi incombusti) e CO (monossido di carbonio).
*Durante *Durante gli sbandamenti in grasso riduco gli NOx ma lascio passare gli HC e i CO
Gli ossidi di cerio, durante le brevi oscillazioni in grasso dovute alla sonda HEGO, intrappolano l'ossigeno che servirà poi per ossidare gli HC e i CO durante gli sbandamenti in magro. Una oscillazione ad alta frequenza assicura il minimo degli agenti inquinanti.
Per misurare la capacità residua del catalizzatore di immagazzinare ossigeno effettuo la seguente procedura:
*'''Fase 1:''' forzo un ingrassamento della miscela fino a 0.98, svuotando il catalizzatore completamente di ossigeno.
*'''Fase 2:''' il modello matematico di svuotamento del catalizzatore in centralina calcola il tempo a cui devo rimanere a λ=0.98 per consumare completamente l'ossigeno.
*'''Fase 3:''' forzo uno sbandamento in magro con λ=1.02 e faccio partire un cronometro in centralina. Il cronometro verrà fermato una volta misurato effettivamente il passaggio in magro con λ=1.02.
Dato il tempo di riempimento possiamo ricavare, rispetto al tempo di riempimento iniziale, la capacità residua di immagazzinare ossigeno.
== Tipi di sonde ==
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I sensori all'ossido di zirconio e all'ossido di titanio non sono intercambiabili, sia per le dimensioni, sia per le differenti strategie di controllo che vengono utilizzate per valutare il segnale del sensore.
=== Sonda lambda al
La superficie esterna dell'elemento in [[diossido di zirconio]] è a diretto contatto con i gas di scarico, mentre la superficie interna lo è con l'[[atmosfera]]. Entrambe le superfici sono rivestite di un sottile strato di [[platino]]. L'ossigeno in forma ionica attraversa lo strato ceramico e carica elettricamente lo strato di platino che quindi si comporta come un [[elettrodo]]: il segnale elettrico che viene generato è raccolto dal [[cavo elettrico|cavo]] di connessione in uscita dal [[sensore]]. L'aria di riferimento richiesta per il funzionamento di questo tipo di sonda era prelevata, nelle prime sonde, attraverso fori ricavati nel corpo della sonda; mentre nei sensori più recenti, la stessa è solitamente fornita attraverso i cavi elettrici della sonda. È dunque di fondamentale importanza che i cavi della sonda non siano piegati e che il connettore della sonda venga mantenuto libero da ogni impurità (per evitare danni alla sonda, è quindi assolutamente da evitare lo spruzzare o altrimenti depositare sul suo connettore qualunque tipo di lubrificante, detergente o dielettrico).
L'elemento in biossido di zirconio diventa permeabile agli ioni di ossigeno alla [[temperatura]] di circa 300 °C. Quando la [[concentrazione (chimica)|concentrazione]] dell'ossigeno è diversa sulle due superfici del sensore, viene generata una [[potenziale elettrico|tensione]] grazie alle particolari proprietà fisiche del biossido di zirconio. Con una miscela povera la tensione del segnale è bassa mentre con una miscela ricca è alta.
Il tipico cambiamento dell'intensità del segnale avviene quando il rapporto [[aria]]-[[benzina]] è di 14,7 a 1 (14,7 parti di aria verso 1 parte di benzina) e viene chiamato ''lambda 1''. Questo rapporto è considerato anche indice di completa combustione (da qui il nome di ''sonda lambda'').
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Il sistema di controllo della miscela aria-benzina viene pilotato dalla sonda lambda che inizia ad operare sopra i 300 °C. L'elemento sensibile richiede un certo tempo di riscaldamento e per questo motivo la maggior parte delle sonde lambda hanno al loro interno una resistenza in ceramica che, riscaldandosi, riduce sensibilmente il tempo di attivazione.
=== Sonda lambda al
L'elemento in [[diossido di titanio]] non genera una tensione come quello allo zirconio. Nell'elemento in diossido di titanio la [[resistenza elettrica]] varia in rapporto alla concentrazione di ossigeno. A lambda 1 ([[rapporto stechiometrico]]) si verifica una significativa variazione della resistenza.
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{{interprogetto}}
{{Portale|chimica|controlli automatici|ingegneria|trasporti}}
[[Categoria:Componenti meccanici]]
[[Categoria:Inquinamento atmosferico]]
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