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 motore.dello stato funzionale di quest'ultimo.

== 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 boolenaobooleano (1 o 0) per indicare se siamo nella zona a miscela grassa o in quella a miscela magra. Il passaggio da una situazione all'altra avviene in un arco molto ristretto e, non fornendo però alcuna effettiva informazione sul reale valore di lambda, ma solo una indicazione sulla stechiometria. Queste sonde sono state le prime ad essere usate per il controllo motore e danno un input alla ECU di arricchire la miscela quando trovano il valore relativo alla miscela magra e smagrire quando trovano il valore per la miscela grassa.

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) ===

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*Durante gli sbandamenti in magro ossido gli HC e i CO, ma faccio passare gli NOx inalterati

*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 magrograsso dovute alla sonda HEGO, intrappolano l'ossigeno che servirà poi per ossidare gli HC e i CO durante gli sbandamenti in grassomagro. 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:

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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 diossidobiossido di zirconio ===

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 diossidobiossido di titanio ===

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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[[Categoria:Componenti meccanici]]

[[Categoria:Inquinamento atmosferico]]

[[Categoria:IngegneriaSensori]]