Sonda lambda nei veicoli: che cos’è e a cosa serve

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Per il buon funzionamento del catalizzatore, è di fondamentale importanza la corretta calibrazione del rapporto aria-carburante all’interno della camera di combustione attraverso la sonda lambda:è così infatti che si consente la drastica riduzione delle emissioni inquinanti del motore.

A cosa serve la sonda lambda

La sonda lambda è una componente che ha il ruolo fondamentale di rilevare con la dovuta precisione la concentrazione di ossigeno affinché il dosaggio aria-carburante sia corretto. Quasi tutti i veicoli in circolazione hanno almeno due sonde lambda: una posizionata prima del catalizzatore, l’altra dopo il catalizzatore.

La sonda di regolazione serve per misurare l’ossigeno presente nel gas di scarico prima che entri nel catalizzatore. Una volta rilevata la concentrazione dell’ossigeno, il sensore dialoga con la centralina del motore (ECU) che, a seconda di quanto rilevato dal sensore lambda, varia la proporzione aria/combustibile della miscela. La sonda di diagnosi, invece, misura l’ossigeno residuo nel gas di scarico dopo la procedura nel catalizzatore.

Il corretto rapporto aria/carburante nei motori a benzina 

La sonda in questione, prende il nome dalla lettera greca lambda (λ), che indica il rapporto corretto tra aria e carburante in un motore a benzina, ossia 14,7 kg di aria per 1 kg di carburante. Tale rapporto identifica la cosiddetta “miscela stechiometrica”: la quantità d’aria introdotta per la combustione corrisponde esattamente al fabbisogno d’aria teorico per avere una combustione completa.

In queste condizioni il catalizzatore funziona in maniera ottimale, convertendo i gas di scarico nocivi in gas non pericolosi per l’ambiente. Solamente una minima parte delle emissioni di un motore moderno (circa l’1,1% nel motore a benzina e lo 0,2% nel motore a Diesel) è costituita da sostanze nocive. I catalizzatori consentono di abbattere anche questi quantitativi di emissioni nocive.

I diversi tipi di sonda lambda

Le sonde lambda sono sostanzialmente di tre tipi: al biossido di zirconio e al biossido di titanio sono dette anche a salto o binarie, in quanto il segnale della sonda oscilla tra due valori in base al tipo di miscela. Il terzo tipo è costituito dalle sonde lambda a banda larga, anche dette lineari poiché possono rilevare la concentrazione di ossigeno residuo nei gas di scarico in modo continuo.

Sonde lambda al biossido di zirconio

In base al tipo di veicolo, queste sonde vengono utilizzate come metodo di regolazione e di diagnosi. Al suo interno, questo tipo di sonda ha un materiale ceramico cavo, la cui forma è simile a un ditale. Tale materiale è permeabile agli ioni di ossigeno a partire da una temperatura di 350° e per arrivare alla temperatura di esercizio desiderata viene attivato l’elemento riscaldante inserito al suo interno.

Il lato interno dell’elemento ceramico è a contatto con l’aria dell’ambiente, mentre il lato esterno viene attraversato dal gas di scarico. Tutti e due i lati sono rivestiti da un sottile strato in platino che funge da elettrodo. Quando la sonda lambda raggiunge la temperatura di esercizio, gli ioni di ossigeno si spostano nell’elettrolita dalla zona a concentrazione maggiore di ossigeno e quella con una concentrazione minore, cercando di raggiungere uno stato di equilibrio.

Le sonde lambda al biossido di zirconio presentano un numero da 1 a 4 cavi. Le sonde non riscaldate con contatto di massa tramite la filettatura hanno un cavo del segnale di colore nero, mentre le sonde non riscaldate che hanno un proprio contatto con l’impianto elettrico hanno anche un cavo di massa grigio. Le sonde riscaldate dispongono invece di tre o quattro cavi. Il cavo nero porta sempre il segnale della sonda, mentre i due cavi bianchi sono responsabili dell’alimentazione elettrica del riscaldatore. Può essere presente anche un cavo di massa grigio collegato all’impianto elettrico del veicolo.

Sonde lambda al biossido di titanio 

Le sonde lambda al biossido di titanio si differenziano da quelle al biossido di zirconio per il fatto di non generare una tensione. L’elemento ceramico è un semiconduttore e la resistenza elettrica varia proporzionalmente alla concentrazione di ossigeno presente nel gas di scarico. Questa tipologia di sonda lambda è più compatta avendo un elemento riscaldante integrato e non necessita di rilevazione dell’aria esterna dell’area di riferimento.

L’elemento ceramico è prodotto con una tecnologia multi-strato con biossido di titanio, il quale varia la sua resistenza elettrica proporzionalmente alla pressione dell’ossigeno e quindi alla concentrazione di ossigeno nella miscela di gas. Questo tipo di sonda lambda funziona ad una temperatura di esercizio di 700°, e temperature superiori a 850° possono danneggiarle.

Sonde lambda a banda larga per motori diesel

Per avere performance adeguate nelle partenze a freddo, può essere richiesta una miscela magra più ricca d’aria (lambda inferiore ad 1). Ciò richiede una continua regolazione del rapporto aria-combustibile, ed è questa la fondamentale funzione assolta delle sonde a banda larga, che sono in grado di dare un segnale d’uscita proporzionale al rapporto tra aria e carburante. Con un funzionamento più rapido e preciso, queste sonde lambda trovano applicazioni anche nei moderni motori diesel, che in larga parte operano in una condizione di eccesso di aria.

L’elemento planare di una sonda lambda a banda larga è composto da più strati e presenta al suo interno una cella di pompaggio, una cella di misurazione e generalmente anche un riscaldatore integrato. Nella cella di misurazione viene misurata la concentrazione dell’ossigeno dei gas di scarico presenti nella camera di rilevamento: tale misura viene confrontata con un valore di 450 mV. In caso di miscela grassa cioè con una minore concentrazione di ossigeno, viene generata una corrente negativa per inviare l’ossigeno all’interno della cella di misura. Quando la miscela è magra viene invece prodotta nella cella di pompaggio una corrente positiva è prodotta nella cella di pompaggio per rimuovere l’ossigeno eccedente dalla cella di misura.

Le sonde lambda a banda larga presentano generalmente 5 cavi di collegamento. I cavi giallo e blu alimentano. Attraverso il cavo bianco passa il segnale della corrente di pompaggio, mentre il segnale della cella di misurazione passa attraverso il cavo grigio. Il cavo nero è il collegamento a massa per la cella di pompaggio e di misurazione.

Ultima modifica: 14 Febbraio 2022