Sonda lambda: Funcionamiento
Revisión de la sonda lambda
La sonda lambda registra el contenido de oxígeno residual de los gases de escape y envía a la unidad de control del motor una señal eléctrica para regular la composición de la mezcla. Eche un vistazo a esta página e infórmese sobre los modelos de sonda lambda, su funcionamiento, los métodos de comprobación, así como importantes instrucciones para sustituirla de manera profesional.
Indicación de seguridad importante
La siguiente información técnica y consejos prácticos han sido elaborados por HELLA con el fin de ayudar de forma profesional a los talleres de vehículos en su trabajo diario. La información facilitada en esta página web está pensada solamente para personal debidamente cualificado y con formación específica.
ÍNDICE DE CONTENIDO
SONDA LAMBDA: FUNCIONAMIENTO: PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Para garantizar la mejor tasa de conversión posible del catalizador se necesita una combustión óptima. En un motor de gasolina, ésta se alcanza con una composición de la mezcla de 14,7 kg de aire y 1 kg de combustible (mezcla estoquiométrica). Esta mezcla óptima recibe el nombre de la letra griega λ (Lambda). Con Lambda se expresa la proporción de aire que resulta de la necesidad teórica de aire y la cantidad de aire realmente suministrada.
λ = cantidad de aire suministrada : cantidad de aire teórica = 14,7 kg : 14,7 kg = 1
El principio de la sonda lambda se basa en un una medición de referencia del oxígeno. En dicha medición se contrasta el contenido de oxígeno residual de los gases de escape (aprox. 0,3 – 3 %) con el contenido de oxígeno del aire exterior (aprox. 20,8 %).
Si el contenido de oxígeno residual de los gases de escape alcanza el 3% (mezcla pobre), surge una tensión de 0,1 V debido a la diferencia con respecto al contenido de oxígeno del aire exterior.
Si el contenido de oxígeno residual de los gases de escape se sitúa por debajo del 3% (mezcla rica), sube la tensión de la sonda a 0,9 V debido al aumento en la diferencia. El contenido de oxígeno residual se mide con distintas sondas lambda.
Por regla general, el funcionamiento de la sonda lambda es revisado en la comprobación rutinaria de los gases de escape. Dado que existe un cierto desgaste deberá revisarse cada cierto tiempo (aprox. cada 30.000 km) para asegurarse de que funcione correctamente, p.ej. cuando se realice una inspección.
Debido al endurecimiento de las leyes para la reducción de los gases de escape de los automóviles, las técnicas para el tratamiento de estos gases también han experimentado una importante mejora.
Sonda lambda de salto
Esta sonda se compone de un elemento cerámico, de forma alargada, con un interior hueco de dióxido de circonio. La característica especial de este electrolito sólido radica en que se vuelve permeable para los iones del oxígeno a partir de una temperatura aproximada de 300°C. Las dos partes de la cerámica van recubiertas de una capa de platino, muy fina y porosa, que sirve como electrodo. Por la parte exterior de la cerámica pasan los gases de escape, y la parte interior se ha llenado con el aire de referencia.
Mediante la diferente concentración de oxígeno en las dos zonas se produce, debido a las propiedades de la cerámica, una migración de los iones del oxígeno que, a su vez, produce tensión. La unidad de control utiliza esta tensión como señal que cambia la composición de la mezcla, dependiendo de la cantidad de oxígeno residual de los gases de escape.
Este proceso (medición del contenido de oxígeno residual y enriquecimiento o empobrecimiento de la mezcla) se repite varias veces en espacio de un segundo, de modo que se crea una mezcla estequiométrica dependiendo de las necesidades ( λ = 1).
Sonda lambda de salto
Sonda lambda de salto
En este tipo de sonda, el elemento de cerámica se fabrica con dióxido de titanio con una técnica multicapa de grueso recubrimiento. El dióxido de titanio tiene la propiedad de poder cambiar su resistencia de modo proporcional a la concentración de oxígeno de los gases de escape. Con una elevada proporción de oxígeno (mezcla pobre λ > 1) es menos conductor; con una baja proporción de oxígeno (mezcla rica λ < 1) aumenta su capacidad de conducción. Esta sonda no precisa de un aire de referencia, aunque la unidad de control debe proporcionarle una combinación de resistencia con tensión de 5 V. A través de la caída de la tensión que sufren las resistencias surge la señal que necesita la unidad de control.
Estas dos unidades de medición van montadas en una carcasa parecida. Un tubo de protección evita que sufran daños las células de medición que sobresalen en la corriente de los gases de escape.
Sonda de salto con resistencia
Calefacción de la sonda lambda
Las primera sondas lambda no llevaban calefacción, y por ello debían montarse cerca del motor, con el fin de poder alcanzar lo antes posible su temperatura de servicio. Hoy en día, las sondas lambda ya vienen equipadas con un elemento calefactor. Por este motivo, ya no es necesario que vayan montadas cerca del motor.
Ventaja:
Ya no están sometidas a elevadas cargas térmicas. Gracias a la calefacción, la sonda lambda puede alcanzar en menos tiempo su temperatura de servicio, por lo que es muy breve el espacio de tiempo en el que la regulación lambda no está activa. Así se evita una refrigeración demasiado elevada durante el funcionamiento del ralentí, ya que la temperatura de los gases de escape no es tan alta. Una sonda lambda calefactada necesita menos tiempo de reacción, lo que influye positivamente en la velocidad de regulación.
Sonda lambda de banda ancha
La sonda lambda indica una mezcla pobre o rica en un rango de λ = 1. La sonda lambda de banda ancha ofrece la posibilidad de medir con precisión la cantidad de aire, tanto en el rango de mezcla pobre (λ > 1) como en el rango de mezcla rica (λ < 1). De esta manera proporciona una señal eléctrica exacta y pueden regularse los valores nominales que se deseen, p.ej. en motores diésel, en motores Otto con conceptos de mezcla pobre, en motores a gas y en GLP. La sonda de banda ancha es una sonda convencional con aire de referencia. Posee, además, una segunda célula electroquímica: La célula de bombeo.
A través de un pequeño orificio en la célula de bombeo, el gas de escape llega hasta la cámara de medición (ranura de difusión). Para ajustar la cantidad de aire (λ), la concentración de oxígeno se compara con la concentración de oxígeno del aire de referencia. La unidad de control precisa de una señal medible; para lograrlo se aplica tensión a la célula de bombeo. A través de esta tensión, el oxígeno de los gases de escape puede bombearse hacia dentro o hacia afuera en la ranura de difusión. La unidad de control regula la tensión de la bomba, de manera que la composición del gas en la ranura de difusión se mantiene constante: λ = 1 Si la mezcla es pobre, se bombea oxígeno hacia afuera a través de la célula de bombeo. De ello resulta una corriente de bombeo positiva. Si la mezcla es rica, se bombea oxígeno hacia adentro procedente del aire de referencia. De ello resulta una corriente de bombeo negativa. Si λ = 1, no se transporta oxígeno dentro de la ranura de difusión; la corriente de bombeo es cero. Dicha corriente de bombeo es evaluada por la unidad de control; la cantidad de aire registrada es necesaria para la unidad de control como información acerca de la composición de la mezcla.
Utilización de varias sondas lambda
Desde la introducción del EOBD también debe supervisarse el funcionamiento del catalizador. Para ello, debe instalarse una sonda lambda adicional detrás del catalizador. De esta manera se registra la capacidad que tiene el catalizador de almacenar oxígeno.
La función de la sonda que se monta delante del catalizador es igual que la que se monta detrás del catalizador. En la unidad de control se comparan las amplitudes de ambas sondas lambda. Gracias a la capacidad del catalizador de almacenar oxígeno, las amplitudes de tensión de la sonda que va detrás son muy pequeñas. Si desciende la capacidad del catalizador de almacenar oxígeno, aumentan las amplitudes de la tensión de la sonda que va detrás debido a un mayor contenido de oxígeno.
El volumen de las amplitudes que surgen en la sonda que va detrás depende de la capacidad momentánea de almacenaje del catalizador, ya que ésta varía según la carga y el nº de revoluciones. Por ello, a la hora de comparar las amplitudes de las sondas se tiene en cuenta el estado de la carga y el nº de revoluciones. Si a pesar de todo las amplitudes de tensión de ambas sondas son prácticamente iguales, significa que se ha alcanzado la capacidad máxima de almacenaje del catalizador debido, por ejemplo, al envejecimiento.
SONDA LAMBDA CON FALLOS: SÍNTOMAS
Cuando falla una sonda lambda, pueden aparecer los siguientes síntomas de avería:
- Mayor consumo de combustible
- Rendimiento deficiente del motor
- Mayores emisiones de gases de escape (AU)
- Se enciende el testigo luminoso de control del motor
- Se registra un código de avería
SONDA LAMBDA CON FALLOS: CONSECUENCIAS: CAUSAS DE AVERÍA
Un fallo puede deberse a distintas causas:
- Cortocircuitos internos y externos
- Fallo en la masa / en el suministro de la tensión
- Sobrecalentamiento
- Posos / Suciedad
- Daños mecánicos
- Utilización de combustible con plomo / aditivos
Existen numerosas averías típicas de una sonda lambda, que pueden surgir con cierta frecuencia. La siguiente lista muestra qué causas pueden provocar determinados fallos:
Sonda no calefactada
| Fallo diagnosticado | Causa |
|---|---|
| Tubo de protección o elemento calefactor de la sonda dañados debido a restos de aceite | En la instalación de gases de escape ha entrado aceite no quemado, p.ej. debido a un defecto en el anillo del pistón o en la junta de la válvula |
| Admisión de aire errónea, no hay aire de referencia | La sonda no se ha montado correctamente, la abertura del aire de referencia está obstruida |
| Daños por sobrecalentamiento | Temperaturas por encima de 950°C debido a un punto de encendido erróneo o por holgura en la válvula |
| Mala unión en los contactos | Oxidación |
| Uniones de cables en mal estado | Cables mal tendidos, desgastados, roídos |
| Falla la conexión a masa | Oxidación, corrosión en la instalación de gases de escape |
| Daños mecánicos | Par de apriete demasiado elevado |
| Envejecimiento químico | Trayectos demasiado cortos |
| Posos de plomo | Uso de combustible con plomo |
SONDA LAMBDA: DIAGNOSIS DE AVERÍAS: FUNDAMENTOS
Los vehículos que van equipados con una autodiagnosis pueden detectar fallos en el circuito de regulación, y estos fallos quedarán registrados en la memoria de averías. Normalmente, el testigo luminoso de control del motor señalará este fallo. Con la máquina de diagnosis, puede consultarse la memoria de averías en la sonda lambda. Los sistemas más antiguos no son capaces de diferenciar si dicho fallo se debe a que la pieza está defectuosa o a un fallo en el cable. En tal caso, el mecánico deberá realizar más comprobaciones.
En el caso del EOBD, la supervisión de las sondas lambda se amplió en los siguientes puntos:
- Extremos del cable
- Capacidad de funcionamiento
- Cortocircuito en la unidad de control
- Cortocircuito en el polo positivo
- Rotura del cable y envejecimiento de la sonda lambda.
Para realizar una diagnosis de las señales de la sonda lambda, la unidad de control utiliza la forma de la frecuencia de la señal.
Para ello, la unidad de control evalúa los siguientes datos:
- Los valores máximo y mínimo registrados de la tensión de la sonda
- El tiempo entre el flanco positivo y el negativo
- Magnitud del regulador lambda según mezcla poble o rica
- Umbral de la regulación lambda
- Tensión de la sonda y duración del periodo.
REVISIÓN DE LA SONDA LAMBDA CON OSCILOSCOPIO, MULTÍMETRO, COMPROBADOR DE SONDAS LAMBDA, ANALIZADOR DE GASES DE ESCAPE: BÚSQUEDA DE FALLOS
Antes de realizar cualquier revisión debería llevarse a cabo una inspección visual para estar seguros de que no hay daños en el cable o en el enchufe. La instalación de gas no debe presentar ninguna fuga.
Para la conexión del medidor se recomienda usar un cable adaptador. Deberá tenerse en cuenta que la regulación lambda no está activa en todas las condiciones de servicio, p.ej. en el arranque en frío hasta que se alcanza la temperatura de servicio y una carga completa.
Revisión de la sonda lambda con un analizador de gases de escape
Analizador de gases de escape
La medición con un analizador de cuatro gases de escape, es una de las revisiones más rápidas y sencillas de la sonda lambda.
La revisión se realiza como se prescribe en la supervisión de gases de escape. En motores ya calientes por el funcionamiento, se desconecta al retirar un tubo flexible como perturbación del aire erróneo. Debido a la composición cambiante de los gases de escape cambia también el valor lambda calculado y mostrado por el analizador. A partir de un determinado valor, el sistema de preparación de la mezcla debe detectarlo y regularlo en un espacio de tiempo determinado (como en AU, 60 segundos). Si la perturbación se reduce, el valor lambda deberá regularse para que retorne al valor original.
Básicamente deberán respetarse las prescripciones del fabricante en cuanto a la desconexión de las perturbaciones y en cuanto a los valores lambda.
Con esta revisión sólo puede comprobarse si la regulación lambda funciona. No puede realizarse una comprobación eléctrica. Con este método existe el peligro de que los sistemas modernos de gestión del motor, a pesar de que la regulación lambda no funcione bien, controlen la mezcla mediante un registro exacto de la carga, de manera que λ = 1.
Revisión de la sonda lambda con un multímetro
Multímetro
Para la revisión solamente deberán utilizarse multímetros de alta impedancia con indicador digital o analógico.
Mediante un multímetro con una resistencia interna pequeña (en la mayoría de los aparatos analógicos), la señal de la sonda lambda se carga demasiado y puede interrumpirse. Debido a que la tensión cambia rápidamente, la señal se registra mejor con un aparato analógico.
El multímetro se conecta al cable de la señal de la sonda lambda (cable negro, respetar el esquema eléctrico). El rango de medición del multímetro se ajusta a 1 o 2 V. Tras haber arrancado el motor, en el indicador se muestra un valor situado entre 0,4 – 0,6 V (tensión de referencia). Si se alcanza la temperatura de servicio del motor o de la sonda lambda, comienza a cambiar la tensión fija de entre 0,1 y 0,9 V.
Para poder conseguir un resultado perfecto, el motor deberá mantenerse a 2.500 revoluciones por minuto. Con ello se garantiza que se alcanzará la temperatura de servicio de la sonda, incluso en sistemas con sonda lambda no calefactada. Con una temperatura insuficiente de los gases de escape al ralentí, existe el peligro de que se enfríe la sonda lambda no calefactada y de que no cree ninguna señal.
Revisión de la sonda lambda con un osciloscopio
Señal de la sonda lambda
Como mejor puede consultarse la señal de la sonda lambda es con un osciloscopio. Un requisito importante para esta tarea, al igual que para la medición con el multímetro, es que debe alcanzarse la temperatura de servicio del motor o de la sonda lambda.
El osciloscopio se conecta al cable de la señal. El rango de medición que debe ajustarse depende del osciloscopio que se utilice. Si el aparato dispone de una detección automática de la señal, deberá utilizarse esta función. Si el ajuste es automático, deberá determinarse un rango de tensión de 1 – 5 V y de tiempo de 1 – 2 segundos.
El nº de revoluciones del motor debe situarse en aprox. 2.500.
La tensión alterna aparece en la pantalla en forma sinusoidal. En esta señal pueden evaluarse los siguientes parámetros:
- La magnitud de la amplitud (tensión máxima y mínima: 0,1 – 0,9 V)
- El tiempo de respuesta y el periodo de duración (frecuencia aprox. 0,5 – 4 Hz).
Revisión de la sonda lambda con un comprobador de sondas lambda
Comprobador de sondas lambda
Para esta revisión existen distintos comprobadores de sondas lambda ofrecidos por distintos fabricantes. Con este aparato se muestra el funcionamiento de la sonda lambda por medio de LEDs.
La conexión se realiza al cable de la señal por medio de un multímetro o un osciloscopio. Tan pronto como la sonda lambda alcanza su temperatura de servicio, los LEDs empiezan a encenderse, dependiendo de la composición de la mezcla y del desarrollo de la tensión de la sonda (0,1 – 0,9 V).
Todos los datos para ajustar el aparato que se utiliza para medir la tensión hacen aquí referencia a la sonda de dióxido de circonio (sonda de salto de tensión). En sondas de dióxido de titanio, el rango de medición de la tensión que debe ajustarse cambia a 0 – 10 V, la tensión medida cambia entre 0,1 – 5 V.
Comprobar el estado del tubo de protección
Como medida básica, deberán respetarse las indicaciones del fabricante. Además de una revisión eléctrica, el estado del tubo de protección de la sonda puede dar idea sobre su capacidad de funcionamiento.
REVISIÓN DE LA CALEFACCIÓN DE LA SONDA LAMBDA: BÚSQUEDA DE FALLOS
Puede revisarse la resistencia interna y el suministro de tensión.
Para ello deberá retirarse el enchufe de la sonda lambda. Medir la resistencia de la sonda con el ohmímetro en los dos cables del elemento calefactor. El valor debería situarse entre 2 y 14 Ohm. Medir con un voltímetro el suministro de tensión del vehículo. Deberá haber una tensión de > 10,5 V (tensión de a bordo).
Distintas posibilidades de conexión y colores de los cables
Sonda no calefactada
| Número de cables | Color de los cables | Conexión |
|---|---|---|
| 1 | Negro | Señal (masa a través de la carcasa) |
| 2 | Negro | transpondedor Masa |
Sonda calefactada
| Número de cables | Color de los cables | Conexión |
|---|---|---|
| 3 | Negro 2 en blanco | Señal (masa a través de la carcasa) elemento calefactor |
| 4 | Negro 2 en blanco Gris | Señal elemento calefactor masa |
Sonda de dióxido de titanio
| Número de cables | Color de los cables | Conexión |
|---|---|---|
| 4 | Rojo Blanco Negro Ámbar | Elemento calefactor (+) Elemento calefactor (-) Señal (-) Señal (+) |
| 4 | Negro 2 en blanco Gris | Elemento calefactor (+) Elemento calefactor (-) Señal (-) Señal (+) |
(Deberán respetarse las indicaciones específicas del fabricante.)
SUSTITUCIÓN DE LA SONDA LAMBDA: VÍDEO
Sustitución de la sonda lambda
Sustitución de la sonda lambda, incluyendo el montaje y el desmontaje
02:42 min.
A la hora de sustituir la sonda lambda hay que tener en cuenta lo siguiente:
Cuando se sustituya la sonda lambda, deberá tenerse en cuenta lo siguiente en el montaje de la nueva sonda:
- Para el montaje y el desmontaje solo deberán utilizarse las herramientas prescritas para esta tarea.
- Compruebe si la rosca de la instalación de los gases de escape presenta algún daño.
- Utilice exclusivamente la grasa que se suministra junto con la sonda lambda o una especial para sondas lambda.
- Evite que la unidad de medición de la sonda entre en contacto con agua, aceite, grasa, productos de limpieza o productos para eliminar el óxido.
- Deberá respetarse siempre el correspondiente par de apriete que indique el fabricante de la sonda lambda y el fabricante del vehículo.
- A la hora de colocar el cable de conexión tenga en cuenta que no deberá entrar en contacto con objetos calientes o móviles, ni deberá colocarse sobre cantos afilados.
- El cable de conexión de la nueva sonda lambda deberá colocarse del modo más parecido posible al de la sonda lambda montada originalmente.
- Compruebe que hay suficiente espacio cerca del cable de conexión para que no se desconecte debido a las vibraciones y a los movimientos del vehículo.
- Indique a su cliente que no deberá utilizar combustibles con plomo ni combustibles que lleven aditivos metálicos.
- Si la sonda lambda se ha caído al suelo o está dañada, no la utilice.
¿Qué tan útil es este artículo para usted?
No ayuda en absoluto
Muy útil