A feszültség-ugrás

Az egyszerű lambda-szondák nem tudtak pontos oxigén-tartalmat mutatni, csak feszültség-ugrással jelezték, ha dús vagy szegény keverék közötti váltás történt.

A szondafej alapját képező cirkónium-dioxid kerámia szilárd elektrolitként 300 °C felett (Nernst-szonda esetében) átengedi az oxigén-ionokat A felületére mind kívül, mind belül porózus platinát visznek fel, mely az elektróda funkcióját tölti be. A külső felületnél halad el a kipufogógáz, a belső térben referencia-levegő van. A két oldali oxigéntartalom-különbség az oxigén-ionok vándorlását indítja el, ami feszültséget generál a két elektróda között. A feszültség-jelből lehet megállapítani, hogy a keverék szegény vagy dús. Szegény keveréknél 0-0,3V, dúsnál 0,7-0,9V körüli értéket mérhetünk. Ezt az ellenőrzést a pontos szabályozás érdekében a motorvezérlő másodpercenként többször is elvégzi.

Az általánosan alkalmazott feszültség-ugrás szondák szokványos kábelszínei: 

1 vezetékes szonda - csak jelvezeték van, a jel test maga a kocsiszekrény. Az ilyen szonda nem tartalmaz fűtőelemet. 

3 vezetékes szonda - egy jelvezeték (fekete) két fehér színű fűtésszál. 

4 vezetékes szonda - külön jel és jel testvezeték van, két fűtőszállal. Denso esetében Kék: jelvezeték, fehér: jel test, két fekete: fűtés. Bosch esetében Fekete: jelvezeték, szürke: jel test, két fehér: fűtés. 

Ellenállás-változás

Ha a kerámiát titán-dioxidból készítik többrétegű, vékony-bevonatolásos technológiával, akkor egy ellenállás-mérésen alapuló szenzort kapunk, ugyanis az oxigén-koncentráció függvényében változik a titán-dioxid vezetőképessége.

 Nagy oxigéntartalom esetében (lambda>1) kevésbé vezetőképes, míg szegény keveréknél jobb a vezetőképessége. Az ilyen típusú szonda előnye, hogy nem szükséges referencia-levegő, kell viszont 5 V-os tápfeszültség és különböző ellenállások, melyeken a feszültséget mérve tudjuk megállapítani a keverék milyenségét.

A 4 vezetékes, ellenállás-változás elvén működő lamda-szondák nem cserélhetők fel a szintén 4 vezetékes Nernst-cella alapú szondákkal!

Szenzorfűtés

Az első lambda-szondák még nem rendelkeztek fűtéssel, így a motorhoz közel kellett elhelyezni őket, hogy gyorsan elérjék üzemi hőmérsékletüket. Ma már a fűtésnek köszönhetően távolabb lehetnek a motortól, így csökken a termikus terhelésük és gyorsabban elérik az üzemi hőmérsékletüket. A fűtésnek köszönhetően tehát megnőtt a lambda-szondák élettartama és csökkent a válaszidő.

Szélessávú lambda-szondák

A károsanyag-kibocsátási előírások és a tüzelőanyagfogyasztás-csökkentési törekvések a lambda-szondára is kihatottak, mivel a szikragyújtású motorok körében megjelentek a hígkeverékes, közvetlen befecskendezésű motorok, melyek akár 2,5-ös légviszony-tényezővel is üzemeltek, a dízelmotoroknál pedig szükség volt a kipufogógáz-visszavezetés pontos szabályozására, melyhez a feszültség- és az ellenállás-ugrás elven működő szondák nem megfelelőek.

A szonda és csatlakozó között 5, a csatlakozó és a motorvezérlő között 6 vezetékes szélessávú lambda-szondák működése a feszültség-ugrás elven működő szondákon alapszik, ugyanis referencia-levegő található benne, ráadásul egy Nernst-cella is, mely kiegészül egy szivattyúzó cellával.

A szivattyúzó cella feladata, hogy mindig annyi oxigén-iont juttasson a Nernst-cellára, hogy annak a lambdája 1 legyen. Az oxigén-ion szivattyúzásához szükséges áram nagysága és iránya fogja meghatározni a kipufogógázban található oxigén mennyiségét, így a pontos lambda értéket. Ha sok oxigén van a kipufogógázban, akkor a szivattyúzásnál nagyobb az áramerősség, így arányosítható a Nernst-cella lambda=1 állapotával. Ha dús keverékünk van, akkor a szivattyúzási áram iránya megfordul. Ha nincs oxigén-ion vándorlás, akkor az áramerősség 0, vagyis a lambda értéke pontosan 1. A légviszony tényező mérésére egy ilyen szonda 0,65-től gyakorlatilag a végtelen értékig (tiszta levegő) alkalmas.

Következő alkalommal a meghibásodások fajtáit és lehetséges okait vesszük górcső alá.

Források: Bosch, Hella, NGK-NTK