CUADERNO DE ANALISIS

SONDA LAMBDA DE BANDA ANCHA
VEHICULO: SEAT – VW – AUDI – SKODA - OTROS
INTRODUCCION:
Este articulo es sobre pruebas que se han realizado en dos tipos de sondas lambdas de banda
ancha, tipo BOSCH y tipo NTK. Dependiendo del vehículo tratado, incorpora un tipo u otro.
Este tipo de sonda lambda, se utiliza en vehículos de gasolina para poder determinar con
precisión el funcionamiento del motor con una mezcla muy pobre, con el objetivo de cumplir un
nivel de homologación por anticontaminación cada vez mas exigentes.
EL PORQUE DE LA SONDA LAMBDA DE BANDA ANCHA
La sonda lambda de banda ancha es utilizada para poder determinar con una cierta precisión
mezclas que oscilan entre 11:1 a 22:1, o factores lambda de 0.9 (rica) a 2.2 (pobre).
Para el correcto funcionamiento de un sonda lambda de banda ancha, el sistema consta de dos
etapas, una de medida y otra generadora de oxígeno. Con un circuito de control se determina el
factor lambda resultante de los gases de escape.
SONDA LAMBDA CONVENCIONAL
Se puede encontrar dos tipos de sondas lambda
convencionales, siendo su principal diferencia el
material.
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Sonda lambda de zirconio (ZrO2).
Sonda lambda de titanio (O2Ti)
Sonda lambda de zirconio (ZrO2)
Este tipo de sonda, genera una tensión entre la
cápsula de medida, que corresponde a la generada
por la diferencia de oxígeno existente entre el
interior del colector de escape y el exterior.
Cuando la mezcla es rica (lambda inferior a 1), la
tensión generada es máxima (0,9 V).
tensión generada es mínima (0.1 V)
Cuando la mezcla es pobre (lambda superior a 1), la
Señal sonda lambda funcionamiento a ralentí
Señal sonda lambda funcionamiento a 2000 r.p.m.
El ciclo de corrección es mas rápido debido a la respuesta inmediata de la compensación.
Al realizar la medida a un régimen acelerado, se observa la velocidad de respuesta de la sonda.
En caso de que esta no tenga suficiente velocidad, la frecuencia de la señal sería muy lenta y a
su vez los gases de escape muy variable en factor lambda.
Sonda lambda de titanio (O2Ti)
Este tipo de sonda están constituidas por un elemento cerámico de bióxido de titanio. La
conductividad del bióxido de titanio (O2Ti), está alterada con la presión parcial de la parte de
oxígeno presente en los gases de la combustión.
Un exceso de oxígeno en los gases de la combustión, mezcla pobre, interactúa con la solución de
O2Ti, haciéndola menos conductiva, es decir, más
resistiva.
En caso de que los gases de escape tenga menos
oxígeno, mezcla rica, la solución de O2Ti se hace
mas conductor, es decir, menos resistiva.
La UEC le aplica una tensión de referencia en el
terminal de señal, que reaccionará como un
divisor de tensión variable con la composición de
la mezcla.
La velocidad de respuesta de esta sonda lambda,
es muy rápida. Esto no quiere decir que tenga
precisión de para mezcla pobre, ya que una vez
supera el valor lambda 1, su valor es constante
en resistencia alta.
SONDA LAMBDA DE BANDA ANCHA
En la actualidad nos podemos encontrar tipo
BOSCH y tipo NTK, diferenciándose una de otra en la presencia del amplificador operacional, una
integrado en el conector lado sonda lambda y otra integrado en la unidad de motor.
FUNCIONAMIENTO
La base de funcionamiento de la sonda lambda de banda ancha, hace que la zona de
funcionamiento de la célula de medida trabaje siempre en una zona de lambda 1. Para ello
utiliza la célula de oxígeno, que se encarga de hacer variar el oxígeno medido para mantener la
condicion anterior.
La unidad de control determina el valor lambda en función del trabajo de la célula de oxígeno
para mantener el valor lambda 1 en la cámara de medida.
Para ver mas claro su funcionamiento, vamos a dividir la sonda lambda en dos etapas, una la
CELULA DE MEDIDA y otra la CELULA DE oxígeno.
Célula de medida
Esta parte es la encargada de medir el porcentaje de oxígeno que contiene los gases de escape.
Ofrece una tensión de 0 a 1 voltios en función del oxígeno. La tensión es mas elevada cuando
aumenta la diferencia de oxígeno entre el contenido en los gases de escape y el que hay en el
exterior.
Célula de oxígeno
Esta etapa es la encargada de modificar la cantidad de oxígeno que tiene los gases de escape en
la cámara de medida de la sonda lambda.
Para realizar esta modificación de oxígeno, desvía el mismo desde el exterior (aire de referencia)
hacia la cámara de medida o a la inversa, en función de una corriente eléctrica que se le hace
atravesar a la célula. La intensidad y el sentido de la corriente, determina la cantidad de oxígeno
y si se extrae o añade a la cámara de medida.
Con esta modificación del porcentaje de oxígeno en la cámara de medida, se consigue modificar
también el valor lambda de la misma. Con el circuito electrónico, controla la intensidad de la
célula de oxígeno hasta que se obtiene en la cámara de medida un valor lambda 1,
evidentemente esto indica que el valor lambda real de los gases de escape puede ser diferente
de 1, como se verá justificado mas adelante.
Para determinar exactamente el valor lambda de los gases de escape, la unidad procesa el valor
de tensión recibido por la célula de medida (en condiciones normales constante) y el valor de
intensidad que le aplica a la célula de oxígeno (en condiciones normales variable).
El funcionamiento en conjunto
La sonda lambda de banda ancha, se compone de la unión de la CELULA DE MEDIDA Y LA
CELULA DE oxígeno y está controlada por un amplificador operacional que dependiendo del tipo
de sonda (marca o modelo), éste se encuentra integrado en el conector o en la unidad de
control de motor.
Amplificador incorporado en el conector
Amplificador incorporado en la unidad de control de motor
El funcionamiento que se describe corresponde al sistema que
tiene integrado el amplificador operacional en el conector.
La CAMARA DE MEDIDA se encuentra alojada entre la CELULA
DE oxígeno y la CELULA DE REFERENCIA.
Cuando los gases de escape entran en la CAMARA DE MEDIDA,
se compara el oxigeno presente en ellos con el del aire
exterior, la diferencia entre ellos hace que se genere una
corriente en bornes de la CELULA DE MEDIDA. Eléctricamente,
la CELULA DE MEDIDA está sobre una tensión de referencia
Vref (en borne 5), 2,5 voltios. La diferencia anterior de oxigeno
convertida en voltaje se le suma a esta Vref consiguiendose el voltaje (Vs).
El valor de tensión que nos encontramos en Vs es 2,5 + V-lambda, que llega a valer entre 2,5 y
3,5 V si trabajara en los dos extremos.
El amplificador operacional, funciona a un voltaje de refrencia Vref (en borne 1) de 3v. Cuando
Vs cambia y es mayor o menor de esos 3v, el amplificador operacional actua en el circuito de
control.
MEZCLA (RICA) Si Vs > Vref (1), la salida del operacional es mas pequeña que Vref(5), haciendo
pasar una intensidad por la CELULA DE oxígeno con un sentido de forma que aumenta el % de
oxígeno en la cámara de medida.
MEZCLA (POBRE) Si Vs < Vref (1), la salida del operacional es mas grande que Vref(5), haciendo
pasar una intensidad por la CELULA DE oxígeno con un sentido de forma que disminuye el % de
oxígeno en la cámara de medida.
Con esta corrección, la mezcla en la CAMARA DE MEDIDA SE va modificando para que su valor
lambda sea 1, que es el valor de tensión en el que la CELULA DE MEDIDA ofrece una tensión de
450 mV, valor que se mantendrá constante durante la fase de funcionamiento.
Mezcla con tendencia rica
Al tender el valor lambda por debajo de 1, la mezcla
resultante rica, en la cámara de medida se obtiene una
tensión que tiene tendencia a subir su tensión de 450 mV.
Este efecto hace que el amplificador haga pasar una
intensidad en un sentido determinado (como el
representado en la imagen) a través de la célula de
oxígeno. De esta forma se hace que el circule el oxígeno y
se aumente el porcentaje en la cámara de medida, hasta
que el valor es igual a 450 mV. A medida que se va
aproximando a los 450 mV, el valor de intensidad va
disminuyendo.
Mezcla con tendencia pobre
Cuando la mezcla tiende a ser pobre, el valor lambda de la cámara de medida, tiende a
aumentar, con la consecuente disminución de la tensión de la misma. Cuando ésta disminuye
por debajo de los 450 mV, el circuito del amplificador se
encarga de aplicar una intensidad a la célula de oxígeno en
sentido opuesto al anterior (según está indicado), para poder
disminuir el oxígeno de la cámara de medida y poder obtener
un valor lambda 1 nuevamente.
CAMARA
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DE
Por tanto el amplificador ofrece una intensidad de valor y
sentido proporcional a la mezcla que tiene como misión
compensar el oxígeno en la cámara de medida para que ésta
sea lambda 1, es decir, conseguir que la célula de medida
ofrezca una tensión constante de 450 mV. En la gráfica se
observa que cuando mayor sea la intensidad en sentido
positivo, mayor lambda corresponde a los gases (no a la
MEDIDA,
que
será
constante).
Vref Pin 1 (3V) (entrada amplificador)
Vref Pin 5 (2,5V) (cámara de medida)
Vout Pin 6 (Valor proporcional a la intensidad)
Vout Pin 2 (Valor directo amplificador)
Ih Pin 3 Tensión 12v
Ih Pin 4 Señal modulada
Estructura sonda lambda con amplificador en unidad
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V1: Tensión aplicada a la CELULA DE oxígeno. Oscilando +/- 40 mV. Cuando es + la
mezcla en pobre y cuando es la mezcla es rica.
V2: Tensión de la sonda lambda (CELULA DE MEDIDA). Su valor está comprendido entre
425 y 475 mV.
V3: Tensión de la resistencia de compensación. Su valor depende de la construcción de la
sonda y le sirve a la unidad para compensar sus tolerancias.
Curva de intensidad
La intensidad aplicada a la célula de oxígeno, está relacionada con el valor lambda tal y como
indica en la gráfica.
SEÑALES TOMADAS SOBRE SEAT LEON (TIPO MOTOR APG)
Conector lado sonda lambda
Conector lado instalación
Las medidas son realizadas en los terminales del conector lado instalación, con
el conector conectado.
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Vref Pin 1 (3V) (entrada amplificador)
Vref Pin 5 (2,5V) (cámara de medida)
Vout Pin 6 (Valor proporcional a la intensidad)
Vout Pin 2 (Valor directo amplificador)
Ih Pin 3 Tensión 12v
Ih Pin 4 Señal modulada
Medidas obtenidas con el osciloscopio.
Medida realizada con el motor a ralentí en los terminales indicados:
Canal A terminal 6
Canal B terminal 2
Se observa la variación de tensión que produce la sonda a la salida del
amplificador. Aunque es poco apreciable, la diferencia entre las dos señales es
pequeña.
Primeras pruebas de simulación
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Simulando una mezcla RICA con un aumente de presión de gasolina.
Simulando una mezcla POBRE con una pequeña toma de aire.
Mezcla pobre
Canal A terminal 6
Canal B terminal 2
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Funcionamiento con el motor a ralentí.
Señales solapadas (aunque no se diferencien).
El final de la señal indica el momento en que se produce la entrada de aire
por la admisión.
Mezcla rica
Canal A terminal 6
Canal B terminal 2
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Funcionamiento con el motor a ralentí.
Señales solapadas (aunque no se diferencien).
La tensión baja mientras se produce el enriquecimiento.
Prueba a 1500 r.p.m.
Se mantiene el motor a un régimen constante.
Canal A terminal 6
Canal B terminal 2
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Se observa que la corrección es constante, aunque el régimen aumente.
En este tipo de sonda lambda no aumenta la frecuencia de corrección al
aumentar el régimen de motor.
Mezcla rica
Canal A terminal 6
Canal B terminal 2
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Al simular mezcla rica o pobre, se observa una respuesta igual que a
ralentí.
Mezcla pobre
Calefacción de la sonda
Canal A terminal 4
Canal B terminal 6
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Se observa la señal cuadrada modulada para la resistencia de calefacción
de la sonda.
Comparativa con la tensión de referencia del amplificador
Canal A
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Terminal amarillo lado lambda. 2,5 voltios de referencia.
Canal B terminal 6
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La señal oscila sobre el valor de referencia de 2,5v.
Canal A
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Terminal cable negro lado lambda (3 v de referencia).
Canal B
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Terminal 6. El valor de tensión no supera los 3 voltios en condiciones de
trabajo.
Ponemos en marcha
Canal A terminal 6
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Señal en el momento de poner en marcha.
Se observa que la tensión en reposo es de 5v, una vez gira el motor la
tensión disminuye hasta que empieza a corregir.
Inicialmente pasa muy por debajo de los 2,5 v, debido a que la mezcla es
rica.
Paramos el motor
Canal A terminal 6

Cuando se para el motor, en este terminal sube la tensión hasta los 5 v.
Medida de la tensión entre los terminales 6 y 2. Corresponde a la
proporción de intensidad que circula por la célula de oxígeno.
Canal A
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Terminal 6 Masa (osciloscopio)
Terminal 2. Esta tensión corresponde en bornes de la resistencia, hace
referencia a la intensidad que pasa por la célula de oxígeno.
El motor funciona a ralentí y se acelera de golpe.
El nivel mas bajo es en el momento de acelerar. La curva superior es el
momento de soltar el acelerador.
Simulando una mezcla pobre y rica, se observa la respuesta de la intensidad de
la célula de oxígeno.
Mezcla pobre
Canal A
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Terminal 6 Masa (osciloscopio)
Terminal 2
Con el motor funcionando a un régimen estable, no se produce casi
variación de tensión, ya que la intensidad es pequeña para compensar la
variación del valor lambda.

Observar que al aplicar una pobreza o riqueza se produce una
compensación mayor y por tanto se ha de aplicar mas intensidad.
Según sea riqueza o pobreza, la tensión será en un sentido o en otro.
Observar que el valor de tensión es muy pequeño (40 mV) de corrección.
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Mezcla rica
Al poner en marcha el motor y al parar el mismo, se observa la compensación
inmediata de la célula de oxígeno.
Puesta en marcha
Parada del motor