Befecskendezős Motorok Szervize - A lambdaszonda
  


A lambdaszonda

 

Nincs korszerű motorvezérlő rendszer lambda szonda (oxigén szenzor) nélkül. Mivel benzines modellekben a benzin-levegő keverék összetételére jelentős ráhatása van, a motorvezérlő rendszerben kiemelt jelentőséggel bír. 
A V elrendezésű motoroknál akár négy ilyen szondát is találhatunk. (Mi több: egyes tizenkét hengeres V motorok esetében nyolcat.) Tapasztalataink szerint az Otto-motorral szerelt autók egy része csökkent működőképességű, vagy rosszabb esetben teljesen működésképtelen szondával üzemel, ugyanakkor legalább ekkora a száma azoknak az eseteknek, amikor téves hibabehatárolás miatt, vagy kósza ötletnek engedve tökéletesen működő szondát cserélnek le és dobnak ki. Időnk pedig vastagon lett volna megismerni a lambda szondát - idestova majdnem negyven év. 
Az e témakörben feltett kérdések száma miatt járjuk körbe ezt a témát kicsit részletesebben, bár tudjuk, hogy a több műszaki infó miatt a cikk kevéssé olvasmányos, és talán kicsit hosszúra is sikeredett... 



Otto-motor esetében a működésképtelen lambda szonda jelentős túlfogyasztást okozhat, a benzinben túl dús keverék ráadásul lemossa a hengerfalról az olajfilmet, ami rendellenes motorkopáshoz vezet. A benzinnel felhígult motorolaj kenési problémákat okozhat. A dús keverék miatt a katalizátor hatékonysága drasztikusan leesik, a környezetet feleslegesen terheljük. A hibás, időben le nem cserélt szonda tehát jelentős kárt okoz. 
(Ebben jelentős különbségek vannak: az értékelhető lambda jel kiesése gyakran egészen magas CO értéket, fekete füst eregetését okozza ennek minden következményével, más rendszerek tűrhetően elboldogulnak hibás szondával is, és természetesen előfordul, hogy a lambda szonda hibája bizonyos esetekben szegény keveréket okoz.)

A tévedésből lecserélt, hibátlan szonda pedig veszteség, felesleges pénzkidobás. 

Célszerű tehát "képben lenni" ezzel az alkatrésszel. 


Alapértelmezésben un. "feszültségugrás-szondákról" beszélünk. A legtöbb járműben ilyen szondát találunk. 

 



ls001.jpg
 



szabályzószonda a motor és a katalizátor közé van beépítve. Mivel korrekt működése viszonylag magas hőmérsékleten indul el ("megszólalási hőmérséklet", kb. 350 Celsius fok), gyakran fűtőelemet is alkalmaznak. Az 1, vagy 2 vezetékesben nincs fűtőelem, a 3, 4, ill. több vezetékesben viszont igen. A 850 fok feletti tartós hőterhelés a szonda gyors tönkremeneteléhez vezet. 

 

A szonda rögzítése - néhány, főleg japán kivételtől eltekintve - csavarmenettel történik (M18x1,5). 
Előírt meghúzási nyomaték: 35 - 55 Nm, típusfüggő. 
Az új szondák meneteit a gyártó rendszerint hőálló grafitos zsírral látja el, esélyt adva a szonda későbbi roncsolásmentes eltávolításának. 

 

Az általánosan alkalmazott feszültség-ugrás szondák szokványos kábelszínei: 

1 vezetékes szonda. A tévedés lehetősége itt kizárva, csak jelvezeték van, a jel test maga a kocsiszekrény. Az ilyen szonda nem tartalmaz fűtőelemet. 

3 vezetékes szonda, a képen alul. Itt is egyszerű eligazodni a vezetékek között, pl: egy jelvezeték (fekete) két fehér színű fűtésszál, ezek akár fel is cserélhetők. 

4 vezetékes szonda. Ezeken külön jel és jel testvezeték van, két fűtőszállal. A képen felül egy Denso gyártmányú szonda látható. Kék: jelvezeték, fehér: jel test, két fekete: fűtés. 


Középen egy Bosch planár szonda. Fekete: jelvezeték, szürke: jel test, két fehér: fűtés. 
Természetesen, szerencsésebb, ha a jel testvezeték adott. Egy korrodált kipufogórendszer nem biztos, hogy tökéletesen alkalmas a jel testvezeték kiváltására. 

 


A lambda szabályozás elve


A szonda a kipufogógázok oxigéntartalmának függvényében változtatja a feszültségét, pontosabban feszültséget generál. Szegény keveréknél 0-0,3V, dúsnál 0,7-0,9V körüli ez az érték. (Ez a hagyományos, ún. Nernst szondára, és a planár szondára igaz). Az ideális, sztöchiometrikus, lambda=1 értékű keverékösszetételhez közelítésre, illetve ebből a tartományból történő kilépésre - nagyon szűk mezőn, az ún. lambda ablakon belül - nagy feszültségváltozással válaszol. Ez teszi alkalmassá a motorvezérlő rendszerben betöltött kiemelt szerepére. A keverék változására rendkívül gyorsan reagál: a szakirodalom a szonda reakcióidejét 100ms alatti értékben határozza meg. A vezérlőegység ennek alapján ha dús a keverék, szegényíti, ha szegény, akkor dúsítja azt, a befecskendező szelepek nyitási idejét változtatva. A szokásos szabályozási sáv lambda értéke 0,97-1,03, ezt a tartományt nevezzük lambda ablaknak. Ilyenkor a szabályozás visszacsatolásos (closed loop). Vannak a motornak olyan működési körülményei, amikor a keverékképzés - átmenetileg - eltér az ideálistól, a keverékképzés elhagyja a lambda ablakot. Ilyen a hidegindítás, a motor ilyenkor dúsabb keveréket igényel (és még a szonda sem érte el a megszólalási hőmérsékletet), ilyen a teljes terhelés állapota és a tolóüzem (motorfék). Ilyenkor nincs lambda szabályzás (open loop). 

 

Nem felmelegedett szonda, vagy vezetékszakadás esetén az ECU hardveresen egy alapértékkel (általában 0,45V körül) helyettesíti be a kiesett jelet. Ilyenkor a motor open loop üzemmódban működik. 



 

A Nernst-szonda belső felépítése. A lambda szondák megbontása, szétszerelése csak roncsolásos úton lehetséges. 

A szondakerámia a menetes fémházba kerül beszerelésre, elől furatokkal ellátott vagy felhasított védőcső takarja, amint az a felső képen látható. Fotónkon a már burkolatától megfosztott szonda látható.

 
A cirkondioxid kerámia tulajdonsága, hogy kb. 300 Celsius fok fölött átereszti az oxigénionokat. A belül üreges szondakerámia külső és belső oldalát is egy vékony rétegben felvitt platinaréteg borítja, ez tölti be az elektróda szerepét. A szondakerámia külső felülete érintkezik a kipufogógázzal, míg a belső, üreges részbe külső levegő van vezetve. A kipufogógázban, illetve környezeti levegőben eltérő az oxigéntartalom, a kerámia már említett tulajdonságából adódóan oxigénion vándorlás jön létre, aminek következtében feszültség generálódik a két elektróda között. 


 

A kerámia külső, tehát a kipufogó gázzal érintkező részén egy vékony kerámiaréteg védi a platinát a kipufogógáz esetleges szilárd részecskéitől. A fotón a helyéről leemelt kerámián megfigyelhető a belső (a külső levegővel érintkező) platinaelektróda kivezetése, ami beépített helyzetben a piros téglalappal jelölt érintkezőhöz csatlakozik, az pedig a szonda jelvezetékéhez. A külső, kipufogógázzal találkozó elektródának hasonló kivezetése van, ami - ebben az esetben, lévén ez egy háromvezetékes szonda - egy fémgyűrű közvetítésével a menetes házhoz csatlakozik. A négyzettel jelölt helyen láthatjuk a három elektromos csatlakozás (egy jelvezeték, két vezeték a fűtőelem táplálására) részére kialakított kis csatornákat. 


Bonyolultabb szerkezet a Bosch által kifejlesztett lapos mérőcellás (az autós köztudatban inkább a planár megnevezés ismert) szonda. A generált feszülség értéke itt is 0 és 1 Volt közötti. 

 

A kerámia egység magában foglalja a mérőcellát és a fűtőegységet is. Mint a kép jobb oldala is mutatja a mérőcella védelmére egy kettősfalú cső szolgál. A mérőcella egymásra helyezett vékony kerámialapokból áll. 
A planár szonda lényegesen jobb tulajdonságokkal bír, mint a fentebb említett Nernst-szonda. Már 150 Celsius fokos kipufogógáz hőmérsékleten működik, így a "megszólalási ideje" rendkívül kicsi, 3-5 másodperc. Akár 930 fokos hőmérsékletet is elvisel, várható élettartama hosszú. A planár szonda mára teljesen kiszorította a Nerst-szondát a gyári, első beépítés tekintetében. 

A bemutatott két szondatípus fordul elő a hazai járműállomány döntő többségében. Gyakran felmerülő kérdés: ha tönkrement a "mezei" szonda, lehetséges-e a lényegesen jobb paraméterekkel bíró planár szondára kicserélni? A műszaki jellemzőket szem előtt tartva ez a csere mindenképpen csak ajánlható. Az esetek túlnyomó részében a gyakorlatban is gond nélkül megoldható, alig egy-két esetben találkoztunk nehézséggel. Egy alkalommal a fűtőbetét eltérő ellenállása aktivizálta a MIL lámpát, nagyon ritkán a planár szonda kettős védőcsövének nagyobb átmérője miatt a kipufogóban a menet alatti szakasz átmérőjét jelentéktelen mértékben meg kellett emelni. 
A planár szondát "mezeire" cserélni viszont semmiképp sem ajánlott, a lambda-szabályozás sínylené meg a gyengébb műszaki jellemzőket. Ne felejtsük el: a két, egymástól paramétereiben jelentősen eltérő szondatípus bevezetése között bő két évtized telt el. 



 

Az ábrán egy fűtött, 4 vezetékes szonda feszültségviszonyai láthatók. 
Felül, pirossal a szonda által generált feszültséget jelenítettük meg. Egy másik csatornán kékkel a szondafűtést vizsgálhatjuk. A bemelegedett szonda már nem igényli a folyamatos fűtést. Esetünkben a kb. 180 ms-os árammentes szakaszokat a kb. 80 ms-os fűtési szakaszok követik. 


A fűtőbetét ellenállása szonda típusonként változó lehet. A fűtőbetét ellenállása a hőmérséklet növekedésével jelentősen változik. 

A motorvezérlő rendszerek egy része érzékeny a fűtőbetét ellenállására: ha az eredetitől eltérő ellenállással bír a kicserélt lambda szonda, hibaüzenetet generálhat. A Saab B204L motorjain pl. a fűtőkörben folyó áram 500 mA és 2300 mA között kell, hogy maradjon. Ha ez a feltétel legalább 5 másodpercig nem teljesül, akkor világítani kezd a Check Engine lámpa. 


 

Egy V6 motor két, katalizátor előtti (szabályzó) lambda szondájának a vizsgálatáról készült kép. 
Mint látható, a lambda-szabályzás mindkét hengersoron rendben van. (Ne tévesszen meg bennünket az előző oszcilloszkóp ábrától eltérő időalap választás.) Ha ilyen esetben felmelegedett katalizátornál mégis rossz, határértéken kívüli CO értéket mérünk, akkor fáradt a katalizátor. 



A hagyományos, "Nernst"-szonda korrekt, szakszerű ellenőrzése (majdnem) kizárólag oszcilloszkóppal lehetséges. Vizsgáljuk a jelformát, a "csúcstól-csúcsig" feszültséget és a jelalak frekvenciáját. A lambda szonda minősítése körüli gyakori bizonytalanságnak véleményünk szerint részben a megfelelő műszerezettség hiánya, másrészt a nem elég mély szakmai tudás az oka. 


 

Ínyenceknek létezik még vizsgálati módszer. A svájci székhelyű Gutmann Messtechnik AG jónéhány éve megjelent a piacon a pocket-compaa nevű készülékével. A (majdnem) zsebméretű készülék az egyszerű méréstől a programozott méréssorozat lefuttatásáig szinte mindent tud, amire a hagyományos lambda szonda vizsgálata során szükség lehet. A méréssorozat során nyert diagramokat összehasonlítja a memóriájában tárolt referencia adatokkal, majd az eredményt kijelzi. 


Egyes gyártók kínálatában rendszeresen megjelennek "megfizethető árú" lambda szonda teszterek. A szonda működése közben a feszültség függvényében a LED diódák váltakozva világítanak. Kicsit is komolyabb vizsgálat céljára ezek az egyszerű eszközök alkalmatlanok. 


Élettartam. Egy szonda általában 120-150 ezer km után kiöregszik, lelassul, a csúcstól-csúcsig feszültség értéke erősen lecsökken. Ilyenkor csak a csere segít. (Találkozni lehet 220ezer km-t futott, de még kielégítően működő szondával is.) Az olcsó, "utángyártott" szondákkal rossz tapasztalataink vannak. A boltok kínálatában már néhány ezer forinttól találunk szondát. Élettartamuk nem egy esetben csak napokban mérhető, az is előfordul, hogy az új szonda beépítése után azonnal kiderül: kidobott pénz volt. Ilyen szondákat nem vásárolunk, ezt ügyfeleinknek sem ajánljuk - persze mindenki maga dönt. 

A mindössze néhány, garantáltan jó minőséget nyújtó gyártó hosszú élettartamú (180-220e km), rövid felmelegedési idejű (5-6 mp) csúcskategóriás szondái nem olcsók. De hosszabb távon sokkal olcsóbbak, mintha kéthavonta kellene cserélni. 



 
Gyenge minőségű utángyártott szonda dicstelen vége: a szondafűtés zárlatba került a szonda házával. Ilyen hiba szerencsére ritkán fordul elő. 

 


A fejlődés a lambda-szabályozásban (is) jól követhető. Először új kivitelű szondák jelentek meg (pl. planár). Jöttek a kocsitest független beépítési módok, majd egyes típusokba 5 Voltos szondákat szereltek. Az EOBD szabvány bevezetésével a kétezres évek elején pedig megjelentek a két szondával működő rendszerek.

 
Itt a katalizátor előtti szondának a funkciója változatlan, ez a szabályzószonda. A katalizátor után megjelent viszont a monitorszonda, aminek a feladata a katalizátor korrekt működésének ellenőrzése. Ha a monitorszonda amplitúdója adott körülmények között egy kritikus határt elér, az a katalizátor hatékonyságának csökkent állapotát jelzi. 
Egy új V6 motorban ennek megfelelően 4 szonda lehet. 

Érdekességként megemlítjük az újabb, nagy hengerűrtartalmú 12 hengeres V-motorok "lambda szonda ellátottságát". 
Itt minden két hengerhez tartozik egy szabályzószonda. Hengersoronként, a katalizátorok végén található egy-egy monitorszonda. Ez mindösszesen nyolc. 



Szélessávú lambdaszonda 

A legújabb: az 5 ill. 6 vezetékes (ún. szélessávú) lambdaszonda. Extra széles működési tartományban dolgozik, 0,7-4 lambda érték között. 

 

A kábelek száma, és a csatlakozó az első pillantásra egyértelművé teszi: szélessávú szondáról van szó. 
Mivel ezt a szondatípust egyre több gépkocsinál alkalmazzák, előbb-utóbb minden érdeklődő találkozik vele, nem is beszélve a szakmát gyakorló kollégákról. 

Közvetlen befecskendezésű (belső keverékképzés) rendszereknél csakis ez jöhet számításba. Egyes autógyártók (pl. VW-Audi csoport) előszeretettel alkalmazza hagyományos, külső keverékképzésű motorjainál is, de a legtöbb részecskeszűrős dízelmotornál is megtaláljuk. Vizsgálatát mi is napi feladatként végezzük. 

Szélessávú lambda szondát nagy tételben két gyártó készít: a Bosch (pl. a képünkön) illetve a japán NGK/NTK. 
A tág szabályzási sáv miatt a szonda működési módja meglehetősen bonyolult. A szonda lelke a szivattyúcella, amely oxigén-ionokat "pumpál" a szenzor "hagyományos" (Nernst) cellájához. A szivattyúzáshoz szükséges áram arányos a két cella közötti oxigénkoncentráció-különbséggel. Azaz, ha a Nernst cellában fenntartjuk a "lambda=1" légviszonyt, akkor a szivattyúzó áram arányos lesz a pillanatnyi légviszonnyal. 


A nagyméretű szondacsatlakozó rejt még egy kalibráló ellenállást is, mely az ECU felé külön kivezetést kapott. Ez a magyarázat arra, hogy a szonda ugyan csak 5 vezetékes, a csatlakozótól az ECU-ig már 6 kábel fut. 
A mindennapi diagnosztikában ezek közül három vezeték érdemel kiemelt figyelmet. A fűtésszálak vizsgálatának (Bosch szondánál: szürke-fehér) felmelegedett szonda esetén hasonló eredményt kell hoznia, amit az oldal első oszcillogramjának alsó részén, kék színnel látunk, mivel itt is szakaszos fűtésről van szó. 
A szonda működését a "Szivattyúcella pozitív" kábel feszültségviszonyai mutatják. Megfelelő, lambda ablakon belüli keverékösszetételnél - és persze hibátlan szondánál - szinuszjelhez közeli, csúcstól-csúcsig kb. 0,6 Volt amplitúdójú jelsorozatot kapunk állandósult üzemben. (Mint a lenti ábrán is észrevehető, ezt a jelsorozatot ne a Nernst szondáknál megszokott 0 és 1 Volt közötti tartományban várjuk.) 


 

A fenti oszcilloszkóp ábrát egy Skoda Fabia 1,4 típusú, 55 kW-os teljesítményű, 2005 évjáratú (BKY motorkód) NGK gyártmányú hibátlanul működő szélessávú szonda vizsgálatánál nyertük, alapjárati fordulatszámon. Hogy a piros színű, ECU számára hasznos lambda jel áttekinthető legyen, az időalapot viszonylag nagyra (500 msec/osztás) kellett választani, így viszont a lambda fűtés szakaszos volta tisztán nem kivehető. 


 

2500/perces fordulatszámot tartás után hirtelen gázadásra a lambdafeszültség így alakul. 
Más típusoknál is hasonló vizsgálati eredményekre számíthatunk. 


Az eddig említettektől teljesen eltérő az ún. "ellenállás-ugrás" szondák működési módja. (Ezen a néven kevesen ismerik, beleértve a legtöbb alkatrész forgalmazót is. Az "5 Voltos, négyvezetékes szonda" jobban elterjedt megjelölés.) Itt a kerámiaelem titándioxidból készül, ennek a tulajdonsága, hogy az ellenállását az oxigénkoncentráció függvényében változtatja. 
Itt az ECU által előállított feszültség csökkenésének a mértéke a szonda ellenállásától függ, ezt használja fel az ECU a keverék pillanatnyi összetételének pontos megállapításához. Meglehetősen magas a megszólalási hőmérséklete, ezen részben segít a szonda fűtés. Nagyon kevés motornál találkozhatunk ezzel a szondatípussal, pl. a BMW, az Opel, a Volvo néhány típusán. 


 

Bár a mérőcellát burkoló védőcső mérete és kialakítása is eltérő, az egyéb méretarányok is árulkodóak, a kábelszínekre tekintve tudjuk leggyorsabban azonosítani a titándioxid ("ellenállás-ugrás") szondákat. Ezek az eltérő működési mód miatt egyetlen más szondatípussal sem felcserélhetők. 


Gyakori szondahibák: 

- a csúcstól csúcsig mért feszültség lecsökken (fáradás) 
- a szabályzási frekvencia lecsökken (fáradás)
- karakterisztikaeltolódás, feszültségszint eltolódás 
- a "megszólalási hőmérséklet" megemelkedik, gyakran már csak emelt fordulaton működik 
- a jelvezetékre fűtés-feszültség kerül (fűtött szondák esetén) 
- mechanikus sérülések, szerelési hibák
 

 


A lambda szonda cseréje nem minden esetben problémamentes. Gyakran nem lehet hozzáférni, még gyakrabban - minden bevethető varázsszer mellett is - sérül a menet kiszereléskor. Az egyik V12-es motor 8 szondájának háromnegyede a motor beépített helyzetében egyáltalán nem érhető el. 

 

A lambda szonda diagnosztikája az ECU által

 

A vezérlőegységek fejlődésével a lambda szondák jelének feldolgozása, hibadiagnosztikájuk is jelentős fejlesztésen ment át. Egy korszerű motorirányítás általában el tudja dönteni, hogy egy szonda működik-e, és ha hiba lép fel, az a szonda hibája, vagy esetleg más probléma merül fel. Ennek ellenére még mindig napi szinten találkozunk olyan esetekkel, amikor az ECU lambdaszonda hibának véli ha például a tartósan szegény keverék miatt a szonda kimenő feszültsége 0V körüli marad. Ez azért veszélyes, mert a letárolt hibaüzenet ilyenkor a lambda szondára vonatkozik: a P0130-as kódcsoport tagjaival nagyon gyakran találkozunk akkor is, amikor a P0170-es hibakódoknak kellene megjelenni. Más kérdés, hogy a szervizek nagy része a keverékillesztési kódok kiolvasása esetén is azonnal új szondáért nyúlna, miközben erre sokszor nem lenne szükség. 

Gyakran egyéb alkatrész, jeladó hibája aktivizálja lambdaszonda hibára utaló hibaüzenetet, ilyen esetben ezért kicserélése előtt mindig győződjünk meg róla, hogy tényleg hibás-e ez a jeladó. 

 

 

 

HOGY IS VAN EZ?

ESETLEÍRÁS

 
ELÉRHETŐSÉGEINK: 
 
BmS Motordiagnosztika - Befecskendezős Motorok Szervize 
 
2030 Érd, Rózsa u. 5. 
Tel.: 06-30-598-8006 
BmS
 
Előfordul, hogy túlterheltségünk miatt kénytelenek vagyunk a telefont átmenetileg kikapcsolni. Ilyen esetben a kapcsolatfelvétel legbiztosabb módja az email.
 
 
Email: info@injektor.hu
 
NYITVATARTÁS: 
Hétfőtől péntekig: 8-15 óráig. 
     
ÜGYFÉLFOGADÁS ELŐZETES IDŐPONTEGYEZTETÉS ALAPJÁN,
 
AUTÓ ÁTVÉTEL ÉS KIADÁS KIZÁRÓLAG NYITVATARTÁSI IDŐBEN!
 

Befecskendezős Motorok Szervize • 2030 Érd Rózsa u. 5. • 06-30-598-8006 • info@injektor.hu