Sonda lambda
La sonda lambda è necessaria per rilevare la presenza di ossigeno nei gas di scarico e per mantenere il rapporto di miscela (kg aria/kg combustibile) entro l'intervallo di efficienza ottimale del catalizzatore.
Principio di funzionamento
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[1][2].
Con la lettera greca λ (lambda) viene indicato il rapporto tra l'aria e il combustibile rispetto al rapporto stechiometrico del combustibile utilizzato, dove:
- λ = 1, quando la combustione è stechiometrica;
- λ < 1, quando c'è un eccesso di combustibile (miscela grassa);
- λ > 1, quando c'è un eccesso d'aria (miscela magra).
La sonda trasmette poi l'informazione, tramite segnale elettrico, alla centralina (unità di controllo motore) che misura l'errore su lambda e regola l'immissione di carburante e aria all'interno della camera di combustione.
Vi sono due tipi di sonde in commercio, che si differenziano per il tipo di risposta che danno alla ECU:
Sonda lambda HEGO (heated exhaust gas oxygen sensor)
L'uscita della sonda è di tipo boolenao (1 o 0) per indicare 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 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.
Sonda lambda UEGO
L'uscita della sonda è un valore variabile a seconda del valore di lambda e può essere linearizzato per aggredire lambda target diversi da 1. Per alcuni punti di funzionamento motore potremmo volere un lambda grasso per ottenere un effetto indicato come "protezione componenti" in cui il calore latente di vaporizzazione della benzina raffredda parte della componentistica del motore; queste situazioni si trovano spesso ad altro carico ed a alto numero di giri. L'informazione riguardante il valore di lambda non è ottenibile con la sonda HEGO, ma solo con quella UEGO. 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 lenta in relazione a variazioni repentine di miscela introdotta, arrivando fino a 300 millisecondi circa.
Tipi di sonde
Le sonde si differenziano in base al tipo di materiale ceramico utilizzato: diossido di zirconio e diossido di titanio. 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 Biossido 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 di connessione in uscita dal sensore.
L'elemento in biossido di zirconio diventa permeabile agli ioni di ossigeno alla temperatura di circa 300 °C. Quando la concentrazione dell'ossigeno è diversa sulle due superfici del sensore, viene generata una 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).
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 diossido 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.
Applicando un opportuno valore di tensione alla sonda al titanio si può misurare una corrente in uscita che è in relazione con la concentrazione di ossigeno nei gas di scarico. A differenza del tipo allo zirconio, quello al titanio non richiede aria di riferimento e quindi le dimensioni dell'elemento sensibile sono più piccole.
Note
- ^ Tutto sulle sonde lambda (PDF), su beru.com, BERU. URL consultato il 26 settembre 2013.
- ^ Fai da te: sensore lambda, diagnosi e sostituzione (PDF), su xoomer.virgilio.it, Shark Racing Club. URL consultato il 26 settembre 2013.
Voci correlate
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