FAE fabrica tres tipos de Sondas Lambda para el control de la combustión: Sondas Lambda binarias de titanio, Sondas Lambda binarias de circona y Sondas de Banda Ancha. Estos tres tipos de Sondas Lambda no son intercambiables entre sí pues trabajan de forma distinta.
Sondas Lambda Planares
Las Sondas Lambda de FAE se basan en la más moderna tecnología Cerámica Multicapa Planar, que las distingue de las Sondas Lambda convencionales de tipo “dedal” o thimble. Gracias a la tecnología Cerámica Multicapa Planar de FAE, se han conseguido integrar en un único sólido tanto el elemento sensor como su calefactor y reducir su tamaño respecto a las Sondas Lambda convencionales. Estas mejoras nos permiten reducir la potencia de calefacción y el tiempo necesario para alcanzar la temperatura operativa (700 ºC).
Tanto la aplicación de legislaciones cada vez más restrictivas de las emisiones, como nuevas estrategias de gestión del motor, motores de mezcla pobre, de inyección directa, etc., han evidenciado algunas de las limitaciones de las Sondas Lambda convencionales. Para alcanzar límites de emisiones más reducidos se necesitan Sondas Lambda inicialmente de respuesta “ultra rápida”, y así evitar la contaminación en el instante de arranque del motor. Estas mejoras se han conseguido con la aplicación de la tecnología Cerámica Multicapa Planar que FAE aplica para la fabricación de sus Sondas Lambda Planares.
El tiempo de encendido o Light-off es el tiempo que la Sonda Lambda tarda en alcanzar la temperatura de funcionamiento necesaria para poder informar a la ECU de la composición de los gases de escape. Con el uso de una Sonda Lambda en perfecto estado, nos aseguraremos de tener:
- Menos contaminación
- Mejor funcionamiento y rendimiento del motor
- Un consumo de combustible menor (las Sondas Lambda en mal estado pueden causar hasta un 15 % de incremento del consumo)
- No dañar el catalizador.
*Revise el correcto funcionamiento de la Sonda Lambda al menos cada 30.000 km.
Mediante la señal de la Sonda Lambda, la unidad de control reconoce la composición de la mezcla. La Sonda Lambda controla el ratio de la mezcla de combustible-aire y asegura que el motor trabaja en la mezcla óptima, Lambda igual a 1. En mezclas con exceso de combustible o ricas, Lambda <1, se reduce la inyección de combustible, mientras que mezclas con defecto o pobres, Lambda >1, la cantidad de combustible inyectada se aumenta hasta alcanzar el óptimo.
Todos los vehículos con catalizador llevan al menos una Sonda Lambda, la Sonda Lambda de regulación, situada antes del catalizador. Sin embargo, los vehículos que aplican el OBD-II (on-board diagnostic), la segunda versión del estándar de diagnóstico, equipan una segunda Sonda Lambda, Sonda Lambda de diagnóstico, ubicada en la parte posterior del catalizador. Su función es informar del correcto funcionamiento de la Sonda Lambda de regulación, corrigiendo cualquier desviación, avisando en el momento en que este se encuentra agotado y ha de ser sustituido.
Funcionamiento y tipos de Sonda Lambda
Existen varios tipos de Sondas Lambda, que podemos clasificar en función de su material sensible y su principio de funcionamiento: Sondas Lambda binarias de circona (Zr), Sondas Lambda de titanio (Ti) y Sondas de Banda Ancha.
Cómo funcionan la Sondas Lambda binaria con elemento sensor de CIRCONA:
Las Sondas Lambda binarias de circona están basadas en Dióxido de Circonio y contienen un electrolito sólido que proporciona una tensión eléctrica. Esta tensión eléctrica se obtiene por comparación de dos atmósferas (los gases de escape por un lado y el aire exterior por el otro) y es sensible a la concentración de oxígeno en los gases de escape. Las mezclas ricas en combustible producen una tensión alta y las mezclas pobres producen una tensión baja, una respuesta on-off o 0-1 fácil de interpretar por la electrónica. El material sensor se activa siempre que se encuentre a una temperatura superior a 350 °C. Entre las Sondas Lambda binarias de circona, podemos distinguir diferentes evoluciones:
Sondas Lambda sin calefactor: Estas Sondas Lambda fueron las primeras en equiparse en los vehículos. Alcanzan la temperatura de trabajo (>350 ºC) gracias al calor de los gases de escape. Por este motivo, van ubicadas junto al motor. El tiempo de encendido o Light-off es superior a 2 minutos. Pueden ser de uno o dos cables, con la carcasa aislada o no de masa en función de la aplicación. El intervalo de cambio está entorno a los 50.000-80.000 km.
Sondas Lambda con calefactor: Estas Sondas Lambda ya incorporan un elemento calefactor que las permite alcanzar la temperatura de trabajo con independencia de los gases de escape. Pueden ser de tres o cuatro cables (dos cables para el calefactor, más uno o dos cables para la tensión de salida, con la carcasa aislada o no de masa en función de la aplicación). El intervalo de cambio es de 100.000-160.000 km. Las Sondas Lambda de FAE poseen el elemento calefactor integrado en el componente sensor, reduciendo su tamaño y consiguiendo alcanzar las temperaturas de trabajo en unos 10 segundos. Consiguen reducir a la mitad las emisiones de la fase crítica de arranque en frío. El intervalo de cambio es cada 160.000 km.
Cómo funciona la Sonda Lambda binaria de TITANIO:
Esta Sonda Lambda está constituida, básicamente, por un elemento cerámico de Dióxido de Titanio. A diferencia de las Sondas Lambda binarias basadas en Dióxido de Circonio, su principio de funcionamiento no es electroquímico sino resistivo. Por este motivo, el material sensor se encuentra sumergido en los gases de escape, sin necesitar la presencia de aire exterior para proporcionar una señal por comparación. Las Sondas Lambda de titanio siempre incluyen un calefactor. A alta temperatura, la resistencia de este material es sensible a la variación de la concentración de oxígeno en los gases de escape. Para una mezcla rica, la resistencia baja a valores mínimos y para una mezcla pobre, sube a valores máximos. La ECU alimenta la Sonda Lambda con una tensión fija y lee la respuesta de la Sonda Lambda a través de un circuito divisor de tensión.
Cómo funciona la Sonda Lambda de BANDA ANCHA:
A diferencia de las Sondas Lambda de circona, las Sondas Lambda de Banda Ancha proporcionan una respuesta continua, y no binaria, frente al valor de lambda detectado. Por este motivo, miden con gran exactitud la composición de los gases de escape, lo que las hace aptas también para motores diesel y de gasolina.
Las Sondas Lambda de Banda Ancha contienen dos celdas electroquímicas que trabajan de manera concurrente. Una de ellas mide el carácter rico o pobre de la mezcla de gases, de forma similar a las Sondas Lambda binarias. La otra celda electroquímica reacciona condicionada por la señal de la primera celda y por la cantidad de oxígeno en el gas de combustión. El funcionamiento conjunto de ambas celdas proporciona una corriente eléctrica positiva para mezclas pobres, negativa para mezclas ricas y nula para el caso de mezcla estequiométrica.
A diferencia de lo que ocurre con las Sondas Lambda binarias, la corriente generada por cada Sonda Lambda de Banda Ancha es diferente. En consecuencia, es necesario escalar o calibrar esta corriente.
Existen tres estrategias para calibrar la corriente de estos dispositivos:
– Sondas de Banda Ancha con resistencia de calibración en el conector. En función del valor de corriente total bombeada por la Sonda, se incorpora una resistencia entre dos de sus terminales de salida. Esta resistencia está ajustada para cada Sonda y su valor modula la corriente realmente leída por la ECU. Al conectar la Sonda al vehículo, se cierra un circuito eléctrico que incluye dos resistencias en paralelo, siendo una de ellas fija y la otra la resistencia incorporada por la Sonda. El valor de la resistencia de calibración suele estar comprendido entre 30 y 300 Ω.
– Sondas de Banda Ancha con resistencia de identificación. En contraste con las Sondas con resistencia de calibración, en este caso las resistencias no pueden tomar cualquier valor de manera continua sino que están discretizadas de acuerdo con 23 rangos distintos de corrientes bombeadas permitidas. Al conectar la Sonda al vehículo, esa resistencia incluida en la Sonda no cierra ningún circuito ni modula la corriente del elemento sensor, sino que simplemente es leída por la ECU. Al identificar el valor de la resistencia, la ECU conoce la escala a la que debe trabajar para leer correctamente las corrientes bombeadas por la Sonda. El valor de resistencia de identificación puede tomar órdenes de magnitud muy diversos, desde cientos de ohms hasta decenas de kΩ.
-Sondas de Banda Ancha sin resistencia. Durante los primeros segundos de operación, la ECU es capaz de calibrar la corriente bombeada mediante procedimientos electrónicos. Tanto en el caso de resistencias de calibración como en el de resistencias de identificación, la función de este componente es posibilitar la lectura de la corriente bombeada, por lo que, en general, dos Sondas de una misma referencia no tienen por qué incluir la misma resistencia.
TIPOS DE SONDA LAMBDA DE BANDA ANCHA
Al margen de la resistencia incluida en el conector de las Sondas Lambda, podemos clasificarlas también atendiendo a la presencia o no de canal de referencia:
- Las Sondas de Banda Ancha de primera generación contienen un canal de referencia de aire exterior similar al de la Sondas Lambda binarias de circona. Todas las Sondas de primera generación incorporan una resistencia de calibración en el conector.
- Las Sondas de Banda Ancha de segunda generación no precisan de ese canal de referencia para funcionar. En comparación con las de primera generación, la ausencia de canal permite un ahorro la potencia consumida por estas sondas, el tiempo de calentamiento inicial es menor y la estabilidad de la señal a lo largo de su vida útil es mayor. Las Sondas de segunda generación pueden incluir resistencias de calibración o de identificación en el conector, o no incorporar ninguna.
En función de la aplicación de cada vehículo es necesaria una Sonda de Banda Ancha de primera o de segunda generación, con o sin resistencia en el conector, sin que puedan ser intercambiables entre sí. El intervalo de cambio es cada 160.000 km.
SONDAS LAMBDA AIR FUEL RATIO A/F
Son sondas de Banda Ancha de 4 cables, que proporcionan señal proporcional frente al valor lambda detectado, pero con una única celda electroquímica. Esta celda es regulada por la electrónica del vehículo y reacciona condicionada por la cantidad de oxígeno presente en el gas de combustión de manera simultánea. El funcionamiento en conjunto proporciona una corriente característica correspondiente a las diferentes composiciones de gas en el tubo de escape sin necesidad de calibración individual previa. La corriente generada es positiva para mezclas pobres donde es capaz de medir con gran exactitud la composición del gas y, a su vez, debido a su canal de referencia no limitante, es sensible a mezclas ricas, sin oxígeno, al ser capaz de generar corriente en el sentido contrario; esto las hace aptas no sólo para motores diésel, sino también para motores de gasolina.
Este sensor es equivalente en cuanto a respuesta a un Banda Ancha de 5 cables, porque la señal que da es proporcional a la lambda, lo que conlleva un control más eficiente de las emisiones, pero a diferencia de las de 5, cables este sensor requiere de una sola celda electródica.
Recordemos que el trimado de la señal es una resistencia que ajusta la señal de corriente que da el sensor en banda ancha para que las variaciones en la producción sean corregidas para que todos los sensores fabricados den la misma señal. Posee solo una celda electroquímica, lo que implica menos uso de platino y, a su vez, una canal de referencia muy voluminoso para que no sea un factor limitante en la señal de mezclas ricas. Por ejemplo, para un diésel esto no sería necesario, ya que con este tipo de combustible no se pueden leer lambdas ricas. Los materiales son un elemento muy importante, ya que en FAE diseñamos y fabricamos nuestros propios materiales, y en la fabricación de este nuevo sensor hemos necesitado incorporar nuevos materiales, por lo que es imprescindible replicar los mismos materiales lote tras lote sin variar ninguna de sus características.
Tras ajustar el diseño del sensor y con un diseño robusto y fiable, sometemos a los sensores a unas pruebas muy exigentes, como el choque térmico con cambios drásticos de temperatura, fatiga del calefactor con continuos encendidos y apagados y test de vida con condiciones de funcionamiento extremas. Ensayo funcional, de corriente y señal, de aislamiento eléctrico, estabilidad de la señal, etc. Hacemos una caracterización de resistencia térmica, con y sin condensación de agua, ensayos de vida de los diferentes componentes del sensor, replicando el funcionamiento del sensor en un automóvil, así como ensayos de contaminación, ya sea por algún agente químico como por estar en un ambiente salino, ensayos de estanqueidad, etc.
Posteriormente, y una vez el sensor está montado en una sonda completa, hacemos test de vida en un banco motor, donde las sondas están funcionando durante miles de horas, como también en vehículos reales que van acumulando miles de kilómetros. Los test de laboratorio son más de 2.000 horas. El kilometraje en aplicaciones reales ronda los más de 200.000 Km en diferentes vehículos para asegurar la compatibilidad del sensor con las aplicaciones de vehículos, para ofrecer al mercado un producto 100% fiable y de gran resistencia.
Causa de fallos de una sonda lambda
Debe verificarse el conector y el cable asegurándose de su buen estado. Compruebe también si el cuerpo de la Sonda Lambda muestra alguna abolladura o señal de algún golpe que pudieran haberla deteriorado.
Hay que tener en cuenta que, como norma general, una inspección visual no es suficiente para poder asegurarse del buen o mal funcionamiento de nuestra Sonda Lambda, pero de todas formas, además de las recomendaciones comentadas con anterioridad, también podemos fijarnos en el aspecto del tubo protector del elemento sensor, para tener alguna indicación del posible problema.
- Sonda Lambda dañada por un exceso de plomo en las emisiones de gases
- Sonda Lambda dañada por contaminación con anticongelante
- Sonda Lambda dañada por una mezcla aire-combustible excesivamente rica
- Sonda Lambda dañada por un elevado consumo de aceite
- Sonda Lambda dañada por contaminación de silicio de las emisiones de gases
Recuerde que, siempre que se encuentre con cualquiera de estas situaciones, debe reemplazar la Sonda Lambda.
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Instalación de una Sondas Lambda FAE
La instalación de las Sondas Lambda FAE resulta muy sencilla y rápida. Recuerde que para realizar esta operación, o bien espere a que el motor este completamente frío o bien tome precauciones, ya que las Sondas Lambda alcanzan elevadas temperaturas y corre el riesgo de sufrir quemaduras. La instalación requiere el impregnado de la rosca con grasa especial. Esta grasa facilitará el desmontaje e impedirá que la Sonda Lambda quede soldada al tubo de escape debido a las condiciones extremas de trabajo. Las Sondas Lambda FAE ya incorporan esta grasa distribuida por la rosca listas para su montaje, no obstante es conveniente asegurarse.
El apriete de la Sonda Lambda es otro aspecto importante, hágalo siguiendo las siguientes directrices, excederse en el apriete puede deformar la rosca.
- Sonda Lambda M18: Monte la Sonda Lambda manualmente, hasta el final, para apretar después, con la llave adecuada. Apretar 1/2 – 3/4 de vuelta (35-45 Nm).
- Sonda Lambda M12: Monte la Sonda Lambda manualmente, hasta el final, para apretar después, con la llave adecuada. Apretar 1/2 – 1 de vuelta (18-23 Nm).
¿Cómo se instala una Sonda Lambda Universal?
Está recomendado que después de una colisión importante revisen las Sondas Lambda o las sustituyan. Para instalar la Sonda Lambda Universal FAE debe seguir los siguientes pasos:
- Antes de instalar la Sonda Lambda, asegúrese de que está utilizando la referencia apropiada para su vehículo.
- No instale la Sonda Lambda si se ha golpeado.
- Desconecte la batería. Desconecte el conector de la Sonda Lambda que quiere sustituir (la que esta situada en el vehículo).
- Desmonte la Sonda Lambda del vehículo. Asegurándose de dejar suficiente cable para realizar el empalme, posteriormente corte los cables de la Sonda Lambda retirada, separando así el conector del resto de la Sonda Lambda.
- Quite el aislante, según la longitud indicada y procurando no dañar el núcleo metálico del cable.
- Introduzca los cables pelados del conector, dentro de los casquillos que monta la nueva Sonda Lambda FAE, prestando atención en respetar los colores de los cables.
- Aplaste los casquillos. Aplique calor sobre la funda termo-retráctil que lleva el casquillo, para conseguir que la unión realizada entre el conector recuperado y la sonda nueva, quede correctamente fijada y estanca.
- Una vez terminado el proceso anteriormente descrito, usted ya puede instalar la Sonda Lambda FAE en su vehículo.
¿Cómo se instala una Sonda Lambda Específica?
Está recomendado que después de una colisión importante revisen las Sondas Lambda o las sustituyan. Para instalar la Sonda Lambda Específica FAE debe seguir los siguientes pasos:
- Antes de instalar la Sonda Lambda, asegúrese de que está utilizando la referencia apropiada para su vehículo.
- No instale la Sonda Lambda si se ha golpeado.
- Desconecte la batería.
- Retire la Sonda Lambda antigua.
- Sitúe en primer lugar la Sonda Lambda en su emplazamiento, asegurándose de que el cable no queda torcido, doblado o atrapado.
- Apriete la Sonda Lambda siguiendo las siguientes directrices:
- Sonda M18: Monte la Sonda Lambda manualmente, hasta el final, para apretar después, con la llave adecuada. Apretar 1/2-3/4 de vuelta (35-45 Nm).
- Sonda M12: Monte la Sonda Lambda manualmente, hasta el final, para apretar después, con la llave adecuada. Apretar 1/2-1 de vuelta (18-23 Nm).
- Conecte y aloje el cable, tal y como estaba instalado originalmente, teniendo especial cuidado en asegurarse de que el cable no quede situado sobre el colector de escape u otro componente caliente del motor.
¿Cómo se prueban las Sondas Lambda?
Para verificar el correcto funcionamiento de una Sonda Lambda, sin desmontarla de nuestro vehículo, necesitamos disponer de un osciloscopio. Teniendo en cuenta que el motor debe encontrarse ajustado dentro de las indicaciones del fabricante, se procede al calentamiento del motor. Conecte, mediante el sistema de conexión adecuado y específico, la salida del sensor a la entrada del osciloscopio, siempre sin desconectar la Sonda Lambda de la ECU del coche. Una vez realizadas estas conexiones, mantenga el motor a unas 2.000 rpm. En estas condiciones, si la Sonda Lambda funciona correctamente, la señal que nos mostrará el osciloscopio, variará rápida y constantemente entre 0,2 voltios (mezcla pobre) y 0,8 voltios (mezcla rica).
Otro dato muy importante y que es necesario tener en cuenta es el tiempo empleado en variar de una tensión a otra, que debe ser de unos 300 milisegundos. El tiempo transcurrido en pasar de mezcla pobre a rica y en pasar de mezcla rica a pobre debe ser el mismo o muy similar. Si la señal generada por el sensor es constante o el tiempo de reacción al cambio de riqueza en la mezcla, es demasiado lento, debe sustituirse la Sonda Lambda. Es aconsejable revisar el funcionamiento de la Sonda Lambda cada vez que se realice un reglaje del motor y siempre antes de las pruebas de emisiones. Recordemos que un funcionamiento lento de la Sonda Lambda, afecta directamente al consumo de nuestro vehículo, por lo que, el coste producido por la sustitución de la Sonda Lambda, se verá rápidamente amortizado.
