Sonde Lambda a banda larga
Grazie all'impegno continuo e costante delle autorità di tutto il mondo è stato possibile ridurre le emissioni inquinanti del settore dei trasporti. Inoltre, i sistemi per il controllo delle emissioni delle automobili con motore a combustione si sono evoluti, introducendo nuovi convertitori catalitici, sonde lambda a monte e a valle che lavorano con tali convertitori, sistemi di ricircolo dei gas di scarico (EGR), sensori di temperatura, sensori di NOx e catalizzatori per la riduzione delle emissioni di NOx (SCR). L'interazione mutua tra i sistemi ha portato il motore termico a lavorare al di fuori del rapporto stechiometrico (λ=1) e ha causato la necessità di controllare come lavorano i motori al di fuori di tale punto di funzionamento. Per questo sono nate le sonde lambda a banda larga.
Principio di funzionamento
Una sonda lambda a banda larga (chiamata anche ‘lineare’) misura la concentrazione residua di ossigeno nel gas di scarico e, in confronto alle sonde tradizionali al biossido di zirconio e al titanio, che possono rilevare solo il lambda 1, è adeguata alla misurazione di un intervallo più ampio del rapporto tra aria e carburante. Il funzionamento interno è differente rispetto a quello di una sonda tradizionale. Le sonde lambda a banda larga sono dotate internamente di due celle di base: una per la misurazione e l'altra per il pompaggio. Nella prima, il tenore di ossigeno viene misurato e poi convertito in un segnale volt che, a sua volta, viene confrontato con una tensione di riferimento di 450 mV; tale tensione rappresenta il valore nominale associato al rapporto stechiometrico λ=1. In caso di divergenza di questo valore rispetto al valore di riferimento, la cella di pompaggio pompa ioni di ossigeno in entrata o in uscita della camera di rilevazione, in modo da poter mantenere la tensione di riferimento di 450 mV. Il valore e la polarità della corrente richiesti dalla cella di pompaggio per mantenere costante la concentrazione, rappresenta il valore equivalente della concentrazione di ossigeno nella miscela.
Veicoli esaminati:
VW PASSAT VII 1.6 TDI 88 kW
Ubicazione: Per il veicolo scelto per l'esempio, la sonda lambda è montata dietro il motore, dopo il turbocompressore e prima del convertitore catalitico (posizione generalmente indicata come 'pre-cat' o ' anteriore'). Il connettore è situato nel vano a motore, a sinistra, vicino al serbatoio del liquido dei freni. La sonda dispone di 5 cavi mentre i cavi del veicolo sono 6.
Nota: La sonda dispone di 5 cavi nonostante il connettore della sonda disponga, al suo interno, di 6 terminali. Due pin sono collegati internamente da un resistore integrato all'interno del connettore stesso. In questo esempio, i pin sono mostrati di seguito come 1 e 2 (nota: le posizioni dei cavi all'interno del connettore possono essere diverse a seconda del modello del veicolo o del pezzo di ricambio, ma i colori dei cavi e il loro uso sono gli stessi).
| 1 | / | / |
| 2 | Bianco | Corrente della cella di pompaggio |
| 3 | Giallo | Comando del circuito del riscaldatore |
| 4 | Grigio | Alimentazione della cella di misurazione |
| 5 | Blu | Alimentazione del circuito del riscaldatore |
| 6 | Nero | Riferimento negativo per le celle |
Controllo dell'alimentazione del circuito del riscaldatore
Per controllare se il circuito del riscaldatore è alimentato, collegare il connettore del sensore ai cavi del veicolo e impostare il multimetro su Volt DC con il quadro acceso e il motore spento. Collegando il terminale nero del multimetro alla terra e il terminale rosso al pin 5, dovrebbe leggersi la tensione normale della batteria.
| Quadro | Acceso |
| Motore | Spento |
| Connettore | Collegato |
| Impostazione del multimetro | Vdc |
| Terminale rosso del multimetro | Pin 5 |
| Terminale nero del multimetro | Terra |
| Valore misurato | 12,14 Volt |
Controllo della resistenza del riscaldatore
Per controllare la resistenza del riscaldatore all'interno della sonda, con il quadro e il motore spenti, scollegare il connettore della sonda ed impostare il multimetro sui 200 Ohm. Per eseguire la misurazione, collegare il terminale nero al pin 3 e il terminale rosso al pin 5 del connettore, dal lato della sonda. Qualora non si conosca il valore corretto, in generale si può dire che la maggior parte dei riscaldatori delle sonde a banda larga hanno una resistenza di circa 2,5 Ohm - 4 Ohm.
Controllo del circuito di comando del riscaldatore
Per visualizzare il comando elettrico del circuito del riscaldatore, collegare il terminale positivo dell'oscilloscopio al pin 3 e il riferimento dell'oscilloscopio alla terra, con il quadro acceso e il motore al minimo
| Quadro | Acceso |
| Motore | Al minimo |
| Connettore | collegato |
| Impostazione dell'oscilloscopio | Vdc |
| Terminale positivo dell'oscilloscopio | Pin 3 (cavo giallo) |
| Tempo/Div | 5 ms/Div |
| V/Div | 4 V/Div |
Come si vede, il comando del circuito del riscaldatore mostra un ciclo di funzionamento caratteristico negativo, corrispondente approssimativamente al 2%, con una frequenza di 100 Hz (il tracciato dell'oscilloscopio mostra un valore diverso: 98,1%, poiché lo strumento è impostato di default per calcolare il valore positivo del segnale.
Monitoraggio del segnale della sonda
Come si è detto in precedenza, le sonde a banda larga possono misurare un intervallo del rapporto tra aria e carburante da molto povero a molto ricco, questa caratteristica le rende ideali per i motori diesel e per i motori a benzina a iniezione diretta a combustione magra Per realizzare il test di questi tipi di sonda è necessario un approccio diverso. Le sonde a banda larga devono essere monitorate con uno strumento di diagnosi. In molti casi non è possibile misurare la corrente di pompaggio con un multimetro in un'officina standard, sono necessari invece degli strumenti particolari, in grado di misurare valori di corrente molto bassi (i multimetri standard non possono misurare valori pari a uno o due milliampere!) È pertanto necessario uno strumento di diagnosi. Non è comune monitorare sonde a banda larga in motori diesel perché funzionano sempre con un intervallo ampio della miscela. Tuttavia, questo tipo di test è molto comune ed utile per i motori a benzina a iniezione diretta, nei quali l'indice lambda può variare in un intervallo tra 0,8 e 2,5!
Osservazione della corrente della pompa con uno strumento di scansione
Nei “dati seriali” possiamo monitorare la corrente della pompa come valore positivo o negativo. Allo stesso tempo, alcuni strumenti di scansione mostreranno un grafico con il "Rapporto di equivalenza uguale a Lambda". Dalla sua polarità (negativa o positiva) possiamo capire se il motore sta funzionando con una miscela ricca o povera. In questo esempio, basta riferirsi alle caratteristiche mostrate nel grafico “Rapporto di equivalenza uguale a Lambda”, nel quale viene mostrata la corrente di pompaggio dell'indice lambda. Corrente di pompaggio NEGATIVA = miscela ricca. Corrente di pompaggio POSITIVA = miscela povera. In pratica, durante l'arricchimento dovuto all'accelerazione (quando viene premuto l'acceleratore), la sonda lambda (e la corrente della pompa) si sposta rapidamente verso la zona negativa del grafico (miscela ricca), in condizioni di sovraccarico del motore (rilasciando l'acceleratore), la sonda lambda (e la corrente della pompa) si sposta rapidamente verso la zona positiva del grafico (miscela povera).
Cause originarie di segnali errati della sonda lambda
Un segnale negativo o anormale proveniente da una sonda lambda può essere dovuto a molte cause, e non necessariamente a un difetto della sonda lambda. Il segnale potrebbe essere interpretato come anormale a causa della 'compensazione' del sensore per difetti presenti altrove. Di seguito si riportano alcune cause:
- Misurazione non corretta del flusso della massa d'aria che porta a tempi di iniezione insufficienti;
- Problemi di pompa del carburante, iniettori, ecc.
- Perdite d'aria (nel sistema di scarico o nel circuito di aspirazione dell'aria);
- Problemi del sistema di accensione;
- Cattivo stato del motore;
- Valvola EGR difettosa.
