En este artículo online vamos a explicar cual es el funcionamiento de la sonda lambda en el vehículo, de que forma actúa, como se pueden diferenciar según el número de cables que disponga, así como la comprobación paso a paso de su correcto funcionamiento o como detectar una posible avería. En este documento también se explican brevemente otros sensores del motor y de diversos sistemas, como son el caudalímetro, el sensor de lluvia, el sensor de posición de mariposa de aceleración, inductivo RPM de posición del cigüeñal, el sensor de picado, etc.
Sonda Lambda.
Es un dispositivo capaz de medir la relación Lambda de los gases de escape en función de la cantidad de oxigeno que posean. La medida de la sonda Lambda es una señal de voltaje de entre 0 y 1 v.
La sonda Lambda esta formada interiormente por dos electrodos de platino separados por un electrolito de cerámica porosa. Uno de los electrodos esta en contacto con la atmósfera y el otro con los gases de escape. Además la sonda esta dispuesta de una sonda interna de caldeo para llegar fácilmente a los 300 grados centígrados, su temperatura óptima de funcionamiento.
Funcionamiento.
Al estar cada uno de los electrodos de platino en entornos diferentes adquieren cantidades diferentes de iones de oxigeno. De esta manera uno de ellos queda eléctricamente mas cargado que el otro, creando entre ellos una diferencia de voltaje o diferencia de potencial.
Tipos de sonda lambda.
SONDA LAMBDA DE ZIRCONIO
La sonda de oxígeno de Zirconio es la más utilizada, el elemento activo es una cerámica de óxido de zirconio recubierto interna y externamente por capas de platino que hacen de electrodos. El electrodo interno está en contacto con el oxígeno atmosférico exento de gases de escape y el electrodo externo está en contacto con los gases de escape.
A temperaturas inferiores a 300 ºC el sensor se comporta como un circuito abierto (resistencia infinita).
A temperaturas mayores de 300 ºC la cerámica se transforma en una pila cuya tensión depende de la diferencia de concentración de oxígeno entre los dos electrodos.
Si la concentración de oxígeno en el escape es inferior a 0,3% la tensión es mayor que 0,8 volt, esto ocurre para factores lambda inferiores a 0,95.
Si la concentración de oxígeno en el escape es mayor que 0,5% la tensión es menor que 0,2 volt, esto ocurre para factores lambda superiores a 1,05.
La variación de tensión es brusca para una relación lambda de 1.
Las sondas de oxígeno de zirconio pueden tener un calefactor interno para lograr un funcionamiento independientemente de la temperatura de los gases del escape, este calefactor es una resistencia tipo PTC.
Estas sondas pueden tener tres cables, dos para alimentación de la resistencia calefactora, y uno para la salida de tensión (señal). El retorno se realiza a través del chasis.
También hay sondas de zirconio de cuatro cables, dos para alimentación del calefactor, y otros dos parasalida de tensión (señal) y retorno de la misma. En algunos modelos los cables de tensión y retorno están aislados de chasis por medio de una malla, para disminuir la interferencia por ruidos eléctricos. Las sondas que no tienen calefactor solo tienen un cable para salida de tensión.
Cuando la sonda conectada a la unidad de control electrónico está fria, se pueden presentar las siguientes situaciones:
a) la salida de tensión (señal) de la sonda es de 0 volt
b) la unidad de control impone una tensión de 0,45 volt
Si estas tensiones son permanentes indican que la sonda no está trabajando.
SONDA LAMBDA DE TITANIO
Este sensor está construido con óxido de titanio depositado sobre un soporte de cerámica calefaccionada,y presenta una variación de resistencia interna que depende de la concentración de oxígeno en los gases del escape después de ser calefaccionada durante solo 15 segundos. Este tipo de sonda no entrega tensión, solamente varía su resistencia interna. Tampoco necesita una referencia del oxígeno atmosférico. Es más frágil y tiene menos precisión que la sonda de zirconio.
En ausencia de oxígeno (mezcla rica) su resistencia es inferior a 1000 ohms.
En presencia de oxígeno (mezcla pobre) su resistencia es superior a 20000 ohms.
El cambio de resistencia es brusco para una relación lambda de 1.
La unidad de control electrónico alimenta a la sonda con una tensión de 1 volt (En algunos vehículos Jeeps de Toyota y Nissan la alimentación es de 5 volt).
El circuito de entrada a la unidad de control electrónico es similar al utilizado por los sensores de temperatura, y la tensión medida es similar a la que entrega la sonda de zirconio:
tensión baja indica mezcla pobre
tensión alta indica mezcla rica
Pero con algunas unidades de control electrónico es exactamente al revés, según su conexión interna.
SENSOR UNIVERSAL DE OXIGENO DE RELACION AIRE-COMBUSTIBLE
Se trata de un sensor de relación aire-combustible, debidamente calefaccionado es un generador de tensión que presenta una respuesta casi lineal para mezclas con un factor lambda entre 0,75 a 1,3 También es conocido como sensor LAF (Lean Air Fuel sensor) que significa sensor de relación airecombustible pobre. Es utilizado en automotores Honda y alcanzará gran difusión en el futuro.
Este tipo de sensor no presenta variaciones bruscas de tensión para un factor lambda igual a 1. La salida de tensión es proporcional a la concentración de oxígeno.
La utilización de esta sonda permite un control más exacto y más gradual de la mezcla, y una reacción más rápida a los cambios de la misma en cualquier condición de carga. Por ejemplo durante una aceleración brusca un sistema con sonda lambda no tiene una rápida respuesta de la sonda, y como solución el sistema pasa a trabajar temporalmente como circuito abierto, poniendo la unidad de control electrónico un valor alternativo.
El sensor de universal de oxígeno es indispensable para controlar la relación aire-combustible en los motores modernos que funcionan con mezcla pobre y con un factor lambda superior a 1,15.
El sensor Universal de Oxigeno está realizado con dos sensores de oxígeno que trabajan en conjunto.
Se compone de una célula de tensión (sensor 1) y una célula de inyección de oxígeno (sensor 2) separadas por una cámara cerrada y aislada de la atmósfera llamada cámara de difusión.
El sensor Universal de Oxígeno tiene 5 cables, dos para calefacción, uno para recibir tensión de la célula de tensión, otro para aplicar tensión a la célula de inyección de oxígeno, y el quinto para aplicar una tensión de referencia a la cámara de difusión.
La unidad de control electrónico puede variar el contenido de oxígeno de la cámara de difusión aplicando tensión a la célula de inyección de oxígeno. (fenómeno inverso a la tensión que aparece debido a una diferencia de concentración de oxígeno)
El electrodo externo de la célula de tensión (sensor 1) está en contacto con los gases del escape. El electrodo interno de este sensor está en contacto con la cámara de difusión.
El electrodo externo de la célula de inyección de oxígeno (sensor 2) está en contacto con la cámara de difusión, y el electrodo interno de este sensor está en contacto con la atmósfera.
La unidad de control electrónico monitorea la salida de tensión de la célula de tensión (sensor 1, que funciona como una sonda lambda de zirconio comparando la diferencia de oxígeno entre los gases del escape y la cámara de difusión) y trata de mantener esa tensión en 0,45 volt. Para lograrlo varía la concentración de oxígeno de la cámara de difusión aplicando tensión a la célula de inyección de oxígeno (sensor 2, que funciona como una sonda lambda de zirconio pero al revés) que inyecta o retira moléculas de oxígeno de la cámara de difusión según la tensión que recibe.
A partir de un voltaje de referencia aplicado a la cámara de difusión la unidad de control determina la concentración de oxígeno en los gases de escape.
En funcionamiento normal los valores de tensión en los terminales activos son:
la tensión de salida de la célula de tensión es de 0,45 volt
la tensión de referencia aplicada a la cámara de difusión es de 2,7 volt
la tensión aplicada a la célula de inyección de oxígeno varía entre 1,7 volt para
mezcla rica, y 3,3 volt para mezcla pobre.
Clasificación de la sonda según sus cables.
- Un cable: este será de color negro y es el que da alimentación a la sonda siendo la carcasa la masa de la misma.
- Dos cables: Negro positivo, gris negativo o negro positivo, blanco positivo resistencia de caldeo.
- Tres cables: Negro positivo, blanco resistencia de caldeo, dos blancos positivo y resistencia de caldeo.
- Cuatro cables: Negro positivo, gris masa, uno blanco positivo resistencia de caldeo, segundo negativo resistencia de caldeo.
Una relación Lambda = 0,6 indica que hay mezcla RICA.
Una relación de lambda = 1,3 indica por el contrario que se trata de una mezcla POBRE.
Comprobaciones en la sonda.
PRIMER PASO:
Se desmontará la Sonda Lambda y se observará lo siguiente: Si la Cubierta Metálica con rendijas que recubre la cápsula cerámica está blanquecina (similar a las Bujías cuando queman bien), la Sonda Lambda no funciona correctamente y debe comprobarse en primer lugar la masa que recibe, o en caso de que la tome a través de su unión roscada al Escape, se limpiará la rosca con un cepillo de alambres para conseguir una Masa correcta. Una toma de aire en tramo de Escape produce el mismo síntoma. Una Sonda Lambda que trabaje bien debe presentar un aspecto como una BUJIA cuando se engrasa (recubierta con carbonilla negra húmeda).
SEGUNDO PASO:
Debe verificarse la continuidad del Cable (si tiene uno sólo), o de los cables (caso de tener 3 ó 4) desde el conector de la Sonda Lambda hasta la UCE mediante un tester (DC Ohmios = W, escala 200, y deben dar perfecta continuidad. Dicha comprobación se hace observando el Color o Colores de los Cables que salen del conector y que llegan a la UCE.
TERCER PASO:
Si la Sonda Lambda tiene resistencia calefactora (estas Sondas tienen 3 ó 4 Cables), se mide el valor de los dos cables de la Resistencia con el tester (DC en W, escala 200), y su valor deberá estar comprendido entre 5 y 15 W. La tensión que llegue a la Resistencia será la de Batería. La Resistencia de la Sonda es para elevación rápida de la Temperatura sin necesitar que el motor esté totalmente caliente para la corrección Lambda.
CUARTO PASO:
Se monta la Sonda Lambda engrasando la rosca con un poco de GRASA de Bisulfuro de Molibdeno (MoS2), apretándola a 50 Nm (5 m-Kg). Se enchufa el conector; se arranca el coche y se pone a temperatura normal de funcionamiento (mínimo 80ºC). Se pone al ralentí y se mide la tensión con el tester (DC en V, escala 200m), conectando el Cable Negro del tester a Masa del motor, y el Rojo al cable de Señal de Tensión. El valor de la tensión deberá ser de entre 0,1 y 0,5 Voltios oscilante.
Esquemas Eléctricos de Sondas Lambda.
Si el coche no rinde y hecha mucho humo blanco, lo más probable es que la Sonda Lambda no funcione bien, lo que no quiere decir que esté mal, sino que simplemente puede tener una masa insuficiente, y por tal motivo no funciona correctamente. Casi el 90% de Sondas Lambda se sustituyen por estos motivos que se podrían resolver sin sustituciones, pero con profundos conocimientos sobre el funcionamiento de la regulación Lambda.
PRIMER PASO:
Se desmonta la Sonda Lambda y se observa el estado de la cubierta metálica con rendijas que recubre la cápsula cerámica. Si la Cubierta Metálica está blanquecina (similar a las Bujías cuando queman bien), la Sonda Lambda no funciona correctamente y debe comprobarse la masa que recibe, o en caso de que la tome de su unión roscada al Escape, se limpiará la rosca con un cepillo de alambres para conseguir una Masa correcta. Una toma de aire en tramo de Escape produce el mismo síntoma. Una Sonda Lambda que trabaje bien debe presentar un aspecto como una bujia cuando se engrasa (recubierta con carbonilla negra húmeda). Es muy importante un cierre hermético de la arandela Sonda Lambda.
SEGUNDO PASO:
Debe verificarse la continuidad del cable desde el conector de la Sonda Lambda hasta la UCE mediante un tester (DC Ohmios = W, escala 200, y deben dar perfecta continuidad. Dicha comprobación se hace observando el Color o Colores de los Cables que salen del conector y que llegan a la UCE.
TERCER PASO:
Si la Sonda Lambda tiene resistencia de caldeo (estas Sondas tienen 3 ó 4 Cables), se mide el valor de los dos cables de la Resistencia con el tester(DC en W, escala 200), y su valor deberá estar comprendido entre 5 y 15 W. La tensión que llegue a la Resistencia será la de Batería.
CUARTO PASO:
Se monta la Sonda Lambda engrasando la rosca con un poco de GRASA de Bisulfuro de Molibdeno (MoS2), apretándola a 50 Nm (5 m-Kg). Se enchufa el conector; se arranca el coche y se pone a temperatura normal de funcionamiento (mínimo 80 ºC ). Se pone al ralentí y se mide la tensión con el tester (DC en V, escala 200m), conectando el Cable Negro del tester a Masa del motor, y el Rojo al cable de Señal de Tensión. El valor de la tension deberá ser de entre 0,1 y 0,5 Voltios oscilantes.
Caudalimetro.
El Medidor Masa Aire va fijado a la caja del Filtro de Aire y, el SENSOR de medición, irá en una conducción bypass que consta de un Filamento Térmico (Hilo Platino) y un Sensor Temperatura (resistencia ntc) que será regulado por un Circuito Electrónico de manera que mantenga constante la diferencia de Temperaturas entre Filamento Térmico y Caudal Aire que entra a los Cilindros. Al aumentar entrada Aire, debe aumentarse Corriente Calefacción, regulando su variación un Circuito Electrónico.
A cuanta más velocidad fluya el aire, y cuanto mayor sea la densidad del mismo, se disipa más calor del elemento Térmico y, por tanto, disminuye la Resistencia Eléctrica. Esta variación de resistencia será registrada por la UCE como un aumento del Volumen aire aspirado por el motor, lo que implica que deberá suministrarse mayor cantidad de Combustible.
Sensor de lluvia.
Su funcionamiento es basado en un emisor que despide una luz infrarroja y un receptor encargada de recoger esta luz.
Al empezar a llover las gotas atraviesan esta luz impidiendo que llegue correctamente al receptor y de esta manera activando el limpiaparabrisas.
Para evitar que una película de hielo active siempre el sistema se equipa al sensor con un sistema calefactor que se activa al dar el contacto así se evita que el hielo rompa el haz de luz infrarroja, este sistema automático se puede desactivar a voluntad del conductor para así dejar el sistema en sus manos.
Sensor posición mariposa aceleración.
Este sensor se encarga de informar a la unidad electrónica de control del vehículo sobre la apertura de la mariposa de aceleración.
Su funcionamiento es muy sencillo se basa en un potenciómetro, el conductor al pisar el pedal diríamos que mueve el cursor del potenciómetro.
Si este sensor no funciona correctamente el vehículo nos puede dar problemas tales como falta de estabilidad en RPM, rateo o una perdida de potencia acompañada de un aumento del consumo de combustible.
Inductivo RPM posición cigüeñal.
Le da información a la UCE sobre la posición del cilindro numero uno en PMS.
Es un inductivo puesto cerca del volante de inercia o en cualquier corona dentada.
Este da la capacidad a la unidad de decidir el momento justo en que los inyectores han de abrir el paso de combustible.
Es sencillo el sensor inductivo va sufriendo una variación del campo magnético con el paso de cada diente que siempre es el mismo hasta el momento en que falta un diente i su variación se altera con eso se sabe que el motor a dado una vuelta.
Sensor de picado.
Este sensor es un piezoeléctrico que colocado sobre el bloque motor es capaz gracias al frotamiento de sus cristales informar mediante una señal a la UCE que se a producido una detonación es decir una explosión que no tocaba en ese momento, a partir de este momento la UCE modifica el encendido unos 20 grados.
NTC.
Son resistencias de coeficiente de temperatura negativo, constituidas por un cuerpo semiconductor cuyo coeficiente de temperatura sea elevado, es decir, su conductividad crece muy rápidamente con la temperatura.
Se emplean en su fabricación óxidos semiconductores de níquel, zinc, cobalto, étc.
La relación entre la resistencia y la temperatura no es lineal sino exponencial (no cumple la ley de Ohm). Dicha relación cumple con la fórmula siguiente:
R = A . e B/T
donde A y B son constantes que dependen del resistor. La curva nos muestra esa variación
La característica tensión-intensidad (V/I) de un resistor NTC presenta un carácter peculiar, ya que cuando las corrientes que lo atraviesan son pequeñas, el consumo de potencia (R I2) será demasiado pequeño para registrar aumentos apreciables de temperatura, o lo que es igual, descensos en su resistencia óhmica; en esta parte de la característica la relación tensión-intensidad será prácticamente lineal y en consecuencia cumplirá la ley de Ohm.
Si seguimos aumentando la tensión aplicada al termistor, se llegará a un valor de intensidad en que la potencia consumida provocará aumentos de temperatura suficientemente grandes como para que la resistencia del termistor NTC disminuya apreciablemente, incrementándose la intensidad hasta que se establezca el equilibrio térmico.
Ahora nos encontramos pues, en una zona de resistencia negativa en la que disminuciones de tensión corresponden aumentos de intensidad.
Aplicaciones
Hay tres grupos:
- 1.Aplicaciones en las que la corriente que circula por ellos, no es capaz de producirles aumentos apreciables de temperatura y por tanto la resistencia del termistor depende únicamente de la temperatura del medio ambiente en que se encuentra.
- 2.Aplicaciones en las que su resistencia depende de las corrientes que lo atraviesan.
- 3.Aplicaciones en las que se aprovecha la inercia térmica, es decir, el tiempo que tarda el termistor en calentarse o enfriarse cuando se le somete a variaciones de tensión
