viernes, 29 de julio de 2016

¿Sonda Lambda o Sensor de oxígeno?. La Sonda Lambda de banda ancha

Tras 40 años de producción, Robert Bosch Automotive superó recientemente los  mil millones de sondas lambda en su cadena de producción.

Llegados a este punto queremos dar a conocer desde nuestro blog la historia y situación  actual de las “sondas lambda”, que muy probablemente son el avance tecnológico más ecológico de la historia de la automoción.

La aplicación de la primera sonda Lambda en un automóvil de serie data del año 1976, año en que Volvo inició la comercialización para el mercado americano de su modelo 240/260.


Las estrictas normas antipolución anunciadas en 1970 por la EPA del estado de California, requerían a todas luces la utilización de un catalizador de gases de escape, y por consiguiente la necesidad de un control activo en la proporción de la mezcla aire combustible, el factor Lambda.

A tal efecto Robert Bosch Automotive desarrolló un sensor específico basándose en el estudio de los electrolitos sólidos y la ecuación de Nernst.

Tras 6 años de investigación, experimentación y desarrollo, el sensor destinado a medir la correcta proporción y combustión de la mezcla recibiría el nombre de sonda Lambda

Su señal eléctrica permitía por primera vez la corrección activa de la mezcla, reduciendo en un 90% las emisiones de gases tóxicos y rebajando los consumos de modo sustancial. 





La proporción correcta de la mezcla determina cierta proporcionalidad en los gases de escape en condiciones de combustión correctas, que asegura la capacidad la depuración de los gases de escape llevada a cabo por los catalizadores y su duración.

Básicamente la sonda lambda cambia de estado cuando la proporción de O2 presente en los gases de escape, difiere de la cantidad resultante cuando la proporción de la masa de aire /combustible es perfecta, 14.7 gr de aire para 1 gr.de gasolina (lambda=1).

El comportamiento inverso del CO frente al O2 resultantes del proceso de combustión condiciona el comportamiento no lineal de la sonda y su característico salto de tensión.


La sonda lambda informa a la unidad electrónica de control del motor  del exceso o falta de combustible, permitiendo de este modo el correctivo empobrecimiento / enriquecimiento hasta nuevo cambio en la señal recibida. 

De este modo, en un proceso de  corrección continua en torno a Lambda 1 (0.98 – 1.02) la mayor  parte del tiempo la dosificación de combustible es casi perfecta, y el pequeño margen de error  de corrección  y la producción de Monóxido de carbono que conlleva, lo soluciona un sistema catalizador de dos o tres vías sin dificultad.

La progresiva evolución  hacia vehículos cada vez más eficientes y limpios, junto a la reducción de consumos ha supuesto la generalización de los sistemas de inyección directa y en muchos casos el trabajo con mezclas pobres o estratificadas, cuya proporción de gases de escape requirió el desarrollo de un nuevo sensor por parte de Robert Bosch hacia finales de los años 90.



La limitada vida útil de los sensores electroquímicos  basados en pilas de oxigeno utilizados en otros sectores impide  su utilización  en los motores para automóviles, cuyas exigencias térmicas, de duración y velocidad de respuesta son mucho más elevadas que en otras aplicaciones.

Para poder trabajar con mezclas pobres y alto contenido de oxígeno en el escape se adoptó  un nuevo concepto de medición y se desarrolló un nuevo sensor. La medición activa y la sonda lambda de banda ancha.

Los sensores de oxígeno o sondas de banda ancha son la parte externa de un circuito activo de medición. La medición obtenida es fruto del trabajo de la sonda, colocada en el conducto de escape y de un circuito electrónico especifico en la Unidad de control.


Sección Lambda-Microprocesador
Su funcionamiento se basa en la combinación de dos células de Nernst de dióxido de circonio separadas por una pequeña cámara de gas. La primera de ellas actúa como elemento de medición y la segunda como bomba electroquímica.


La medición activa se basa en tomar como valor indicador de medida el trabajo necesario para alcanzar un valor predeterminado  partiendo de una base desconocida. 

Conociendo el resultado final y el trabajo necesario para alcanzarlo  se puede fácilmente deducir cual era la situación inicial.


El gas de escape ingresa en la cámara de medición de la sonda a través de un orificio calibrado. 

La célula de Nernst de medición informa mediante un valor de tensión de la concentración de oxígeno en la cámara  () al circuito de control CJ125, que  alimenta  a la bomba química de Oxigeno para modificar la concentración de oxígeno en la cámara de medición hasta obtener el valor de tensión objetivo / ideal (450mv )  = Lambda 1. 

El “trabajo” eléctrico necesario resulta pues proporcional a la concentración de Oxigeno inicial.

En función de la polarización  aplicada a la cédula de bombeo se puede extraer o introducir oxígeno en el interior de la cámara de medición, a mayor o menor velocidad dependiendo de la intensidad de la corriente aplicada. 


Reduciendo el diámetro del orificio de entrada de gases y la capacidad  de la cámara de medición a la mínima expresión y aplicándole a todo el proceso las velocidades de la electrónica ( muestreo de medición de 3 Khz y continua corrección ), se obtiene un sistema de medición de oxígeno  con gran amplitud de medición ( lambda 0.65 – infinito ), la sonda lambda de banda ancha. 


En la actualidad la capacidad de medición de las sondas de banda ancha fabricadas por Robert Bosch Automotive supera con creces las exigencias de los fabricantes de automóviles y de los motores térmicos. 

Tras más de 15 años en el mercado se utilizan en vehículos de gasolina, diésel, gas y etanol, con amplia aplicación en la industria y prácticamente en cualquier lugar o proceso donde se requiera una medición rápida y precisa de concentración de oxígeno en gases y control de combustión.

40 años de sondas lambda y más de 1.000. 000.000 de unidades producidas. Resulta imposible calcular la cantidad de gases tóxicos que gracias a las sondas  lambda se ha evitado producir y la cantidad que gracias a las sondas lambda se ha logrado transformar.
Ningún otro sensor en el mundo del automóvil  se puede considerar más ecológico. 



Cuentan los libros de historia que el Premio Nobel de Química del año 1919 quedó desierto por no existir figura relevante ni investigación  meritoria. 

Probablemente, Walther Nernst (1864-1941) , galardonado con dicho premio en 1920 y creador de la célula y ecuación química que lleva su nombre nunca llegó a imaginarse lo que medio siglo después, basándose en sus investigaciones, Robert Bosch llegaría a desarrollar. 


Por nuestra parte, no podemos menos que darles las gracias. Hay cosas que si no existieran, se tendrían que inventar.


2 comentarios:

  1. Sencillamente un benefactor de la humanidad

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  2. Sencillamente un benefactor de la humanidad

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