Určite sa už väčšina motoristov stretla s pojmom lambda sonda. Na základe signálu z lambda sondy upravuje riadiaca jednotka motora zmiešavací pomer benzínu a vzduchu. Cieľom takejto regulácie je hospodárna prevádzka motora a znižovanie množstva škodlivých látok vo výfukových plynoch. Lambda sonda bola prvý krát veľkosériovo použitá vo vozidlách Volvo 240/260 v roku 1976. Z dôvodu čoraz prísnejších emisných noriem sa v moderných benzínových automobiloch používajú dve lambda sondy. Lambda sondu už obsahujú aj moderné dieslové motory, kde slúži podobne ako pri zážihových motoroch na optimalizáciu vstrekovania paliva do valcov a zníženie škodlivých emisií.

Čo je to Lambda sonda a ako funguje?

Lambda sonda je snímač prítomnosti kyslíka vo výfukových plynoch. Ide o elektrochemický člen, ktorý na základe chemickej reakcie vytvára elektrický signál. Jeho výstupná hodnota sa mení v závislosti od obsahu kyslíka vo výfukových plynoch. Lambda sonda je teda kľúčovou súčiastkou katalytickej regulácie. Pomocou Lambda sondy vytvára riadiaca elektronika čo najoptimálnejší pomer benzínovej zmesi na spaľovanie. Je podlhovastého – fľaškovitého tvaru a aktívna časť tzv. pevný elektrolyt je zhotovený vo forme keramického materiálu. Vnútorný a vonkajší povrch je pokrytý platinovou vrstvou s mikropórmi, ktorá má rozhodujúci vplyv na charakteristiku senzora a zároveň slúži aj pre kontaktné účely. Platinová vrstva, ktorá má byť v kontakte s výfukovými plynmi, je pokrytá pevne naparenou vysoko pórovitou ochrannou keramickou vrstvou, ktorá ochraňuje senzor od usadenín vo výfukových plynoch. Tie spôsobujú eróziu platinovej vrstvy. Vďaka tomu sa sondy vyznačujú dlhodobou stabilitou svojich vlastností.

Pri svojej funkcii senzor vyčnieva do prúdu výfukových plynov a jeho fľaškovitý tvar je prispôsobený pre plynulé obtekanie okolo prúdiacich plynov. Princíp činnosti sondy je založený na špecifickom správaní keramického materiálu – Zr O₂ (oxidu zirkónia) resp. Ti O₂ (oxidu titánu), ktorý sa stáva po dosiahnutí určitej teploty elektricky vodivým. Keď vrstva keramiky pri danej teplote oddeľuje od seba dve plynné zmesi s rozdielnou koncentráciou kyslíka, dôjde k pohybu kyslíkových iónov vnútri keramického materiálu a tým aj ku vzniku el. napätia, ktoré je úmerné rozdielu koncentrácií kyslíka. Citlivá časť telesa z oxidu zirkónu reaguje na kyslík vo výfukových plynoch zmenami elektrického napätia a podľa týchto zmien, ktoré vyhodnocuje elektronická riadiaca jednotka motora sa upravuje zloženie zmesi, respektíve množstvo vstrekovaného paliva. Správny pomer „λ“ by mal byť rovný 1 (λ je symbol pre grécke písmeno lambda), čo je hodnota, pri ktorej je zachovaný tzv. stechiometrický (optimálny) pomer medzi množstvom vzduchu a množstvom paliva. Tento pomer je 14,7:1, čo znamená, že na ideálne spálenie jedného kilogramu paliva potrebujeme 14,7 kg vzduchu. Vyjadrené v lepšie predstaviteľných jednotkách, na spálenie jedného litra paliva sa spotrebuje približne 9 500 litrov vzduchu. Pri spomenutom stechiometrickom pomere pracuje motor najhospodárnejšie a produkuje najmenej škodlivín. Ak je hodnota lambda väčšia ako 1, znamená to, že v zmesi je prebytok vzduchu (tzv. chudobná zmes). Ak je hodnota lambda menšia ako 1, znamená to, že v zmesi je prebytok prebytok paliva. Pri nadbytku paliva v zmesi sa zvyšuje koncentrácia uhľovodíkov a oxidu uhoľnatého vo výfukových plynoch, zatiaľ čo pri nedostatku paliva sa zvyšuje tvorba oxidov dusíka. Katalyzátor, v ktorom dochádza k premene škodlivých látok na látky menej škodlivé resp. neškodné.

Činnosť lambda sondy obsahujúcej ZrO₂ si môžeme opísať aj vo fyzikálnych jednotkách nasledovne: funkčne lambda sonda teda vyrába napätie a tiež pracuje ako napäťový prepínač. Vyrobené napätie musí byť vyššie ako tzv. prahové (0,045 V). Pri nízkom obsahu O₂ vo výfukových plynoch sa jeho hodnoty pohybujú v rozmedzí 0,045-0,1 V. Pri vysokej úrovni kyslíka je napätie vyrábané sondou na úrovni min. 0,7 V a pohybuje sa v rozmedzí 0,7-1 V. Dôležitým funkčným parametrom je rýchlosť „prepnutia“ sondy a to  min. 120 ms.

V praxi existuje aj iný princíp na zisťovanie obsahu kyslíka vo výfukových plynoch. Jedná sa o odporovú lambda sondu, ktorá v závislosti od prítomnosti kyslíka nemení svoje napätie, ale odpor. V blízkosti zloženia zmesi λ = l skokovo mení svoj odpor, v prípade bohatej zmesi má vysoký odpor, rádovo v mega Ohmoch a pri prechode na chudobnú zmes jej odpor klesá až po desiatky kilo Ohmov. Riadiaca jednotka napája odporovú lambda sondu stálym napätím 5 V. Pri zložení zmesi λ =0,9 je napätie na výstupe väčšie ako 3,85 V, a pri zložení zmesi λ =1,1 je výstupné napätie menšie ako 0,4 V. Tieto zmeny ako bolo písané prebiehajú skokovo a frekvencia zmeny sa pohybuje v rozmedzí  2-10 Hz.

Svoju činnosť zahajujú lambda sondy až pri určitej teplote. Pri klasickej lambda sonde je táto teplota v rozsahu 300 – 350 ° C, odporová sonda však pracuje pri vyšších teplotách. Aktívna je až od cca 500 ° C, preto sú všetky odporové lambda sondy vybavené tiež vyhrievacím telieskom s odporom od 3 do 15 Ω. Odporové sondy dávajú riadiacej jednotke informáciu aj o teplote, takže riadiaca jednotka môže obsluhovať tiež funkciu ochrany katalyzátora.

V súčastnosti sa takmer výhradne používajú tzv. širokopásmové lambda sondy, ktoré dokážu plynule snímať množstvo kyslíka vo výfukových plynoch v celom rozsahu meraných hodnôt. Vďaka aktívnemu vyhrievaniu telesa lambda sondy trvá v súčastnosti doba aktivácie len cca 10 sekúnd – planárna širokopásmová lambda sonda.

Druhy lambda sond podľa počtu vodičov

V praxi sa môžeme stretnúť s druhmi, ktoré majú 1, 2, 3 alebo 4 vývody. V jedno-vodičovom prevedení je uzemnením samotný obal sondy. V tomto prípade musí byť dokonalý kovový kontakt medzi sondou a výfukovým potrubím. Samotný jeden vodič slúži k prenosu signálu. Sonda býva umiestnená blízko motora. Dvojvodičová sonda má kostru cez druhý káblik priamo z riadiacej jednotky. Tento typ lambda sondy sa nachádza za zberným potrubím, v časti, ktorá je k nemu pripojená cez pružné spojenie. Keď je sonda umiestnená ďaleko od motora, za zberným potrubím na spodku karosérie, musí byť vyhrievaná. Takéto sondy sú v troj alebo štvor vodičovom prevedení. Sonda je krytá plechom, ktorý má zabrániť mechanickému poškodeniu, ale aj ochladeniu samotnej lambda sondy okolo prúdiacim vzduchom. Keď by sa totiž pri jazde sonda ochladila, mohlo by to viesť k trhaniu motora a k nepravidelnému chodu. Preto sa tento plech nemá v žiadnom prípade odstraňovať a jeho absencia môže vyvolávať aj prejavy porúch. Trojvodičové prevedenie má podobne ako jednovodičová lambda sonda kostru cez obal a dvoma vodičmi je napájaný výhrevný odpor, tretí vodič slúži k prenosu signálu. Prevedenie so štyrmi elektrickými vývodmi má dva vodiče rovnako ako dvojvodičová lambda sonda a ostatné dva slúžia k napájaniu výhrevného odporu. Predpisové označenie vodičov lambda sondy by malo byť nasledovné:

• Sivý vodič = Kostra – uzemnenie.
• Čierny vodič = signálne vedenia.
• 2 biele vodiče = napájanie vyhrievania.

Vyhrievanie lambda sondy sa aktivuje automaticky na základe teploty. Pre amatérskych opravárov je dôležitá informácia, že vodiče lambda sondy sa nemôžu letovať klasickou spájkovačkou. Ich spojenie je možné len cez spojku alebo konektor. Vodiče sú totiž vystavené teplote okolo 380 ° C a cín má teplotu tavenia cca 230 °C , čo by logicky viedlo k roztaveniu spojov.

Ak sa rozhodnete pre kontrolu lambda sondy, treba mať na pamäti, že táto kontrola sa robí vždy pri motore zohriatom na prevádzkovú teplotu a otáčkach, ktoré sú vyššie o 1200 ot/min od voľnobežných. Vstup meracieho zariadenia (osciloskopu) sa pripája  k signálovému vodiču sondy (čierny), pričom sonda sa od riadiacej jednotky neodpojuje. Demontáž chybnej sondy ide najľahšie previesť (povoliť) pri teplote motora okolo 50 °C. Pred demontážou odpojíme ešte konektor riadiacej jednotky.

Zloženie lambda sondy

Dve lambda sondy

Emisný systém motora splňujúceho emisnú normu Euro 1 a Euro 2 si vystačil s jednou lambda sondou umiestnenou pred trojcestným katalyzátorom. Motory splňujúce Euro 3 a viac už obsahujú dve lambda sondy. Lambda sonda, na základe ktorej sa reguluje spaľovanie (zloženie zmesi) je umiestnená pred trojcestným katalyzátorom. Druhá tzv. kontrolná lambda sonda je umiestnená za katalyzátorom. Táto lambda sonda nemá v systéme úlohu regulovať zloženie zmesi (to robí lambda prvá), ale jej úlohou je kontrolovať účinnosť katalyzátora, teda de facto sledovať zostatkový kyslík, ktorý sa prípadne dostal za katalyzátor. Pokiaľ je totiž katalyzátor nefunkčný (zapchatý, rozpadnutý atď.), nedochádza v ňom ku katalytickému rozkladu škodlivín a percento zostatkového kyslíka v splodinách je vyššie, prakticky rovnaké ako meria lambda sonda pred katalyzátorom. Pokiaľ sa takéto niečo vyskytne, táto „kontrolná“ lambda sonda zareaguje a systém pomocou riadiacej jednotky motora ECU vyhlási chybu resp. pri niektorých motoroch prepne riadiaca jednotka motor do núdzového režimu.

Lambda sonda pre dieselové motory

Čoraz prísnejšie emisné normy si vyžiadali zavedenie dovtedy výhradne „benzínových“ lambda sond aj do dieselových motorov. V spolupráci s riadiacou elektronikou obmedzujú dymivosť, zabraňujú neželanému samovznieteniu, pomáhajú znižovať obsah škodlivých emisií vo výfukových plynoch a spolupracujú aj na optimalizácii spotreby. Pre moderné dieselové motory sa používajú špeciálne lambda sondy napr. Bosch LSU ADV. Dôraz sa kladie nielen na presnosť merania, či široko-pásmovosť (λ =0,6 až vzduch), ale aj na čo najrýchlejšie uvedenie do prevádzky (5-20 sekúnd), aby mal motor už krátko po studenom štarte optimalizované spaľovanie.

Možné príčiny poruchy lambda sondy a ich prejavy

Funkčnosť prvých lambda sond sa odporúča preverovať cca každých 30 000 km, keďže pomerne rýchlo podliehajú starnutiu a materiálovému opotrebovaniu. Životnosť prvých – nevyhrievaných lambda sond sa pohybuje okolo 60 – 100 000 km. Moderné – vyhrievané lambda sondy väčšinou bez problémov zvládajú 150 000 – 200 000 km, a tak je ich kontrola viac menej sporadická. Ako však najazdené km pribúdajú, lambda sondy postupne starnú/opotrebovávajú sa a menia sa aj hodnoty signálu. Ak už je opotrebovanie lambda sondy značné, klesá postupne výkon motora a rastie spotreba. Výrazne skrátiť životnosť lambda sondy môžu aj znečistené palivo či zvyšky nespáleného oleja  resp. nekvalitných aditív v benzíne. Navonok sa je takáto lambda sonda pokrytá výraznejšími usadeninami šedej alebo bielej farby. Preto je dôležité udržiavať motor v dobrej kondícii a prípadné problémy nepodceňovať. Treba mať na pamäti, že zle fungujúca lambda sonda môže pri dlhodobejšom prevádzke spôsobiť aj poškodenie drahého katalyzátora z dôvodu spaľovania príliš bohatej zmesi a teda zvýšenej teploty výfukových plynov aj v režime čiastočného zaťaženia.

Okrem prirodzeného starnutia/opotrebenia môže mať porucha lambda sondy aj iné príčiny. V prípade chybového hlásenia je tak dôležité skontrolovať:

• prípadné mechanické poškodenie lambda sondy – pri montáži alebo poškodenie pri jazde mimo spevnené vozovky
• preveriť treba konektor, ktorý môže byť poškodený od sálajúceho tepla alebo môžu byť zoxidované kontakty od prenikajúcej vlhkosti
• dôležité je aj preveriť kabeláž vedúcu do lambda sondy, ktorá môže byť poškodená
• pri preverovaní funkčnosti lambda sondy je potrebné pozrieť sa aj na riadiacu jednotku a kabeláž okolo nej. Vizuálne treba skontrolovať všetky spojovacie vedenia, konektory a rovnako ochranný kryt, pokiaľ je poškodený môže napovedať aj poškodenie samotnej lambda sondy.

Zvyčajné prejavy nefunkčnej resp. zle fungujúcej lambda sondy

• svietiaca kontrolka emisného systému, prípadne elektroniky motora – v prípade úplne nefunkčnej lambda sondy aj prechod do núdzového režimu motora
• problémy so štartovaním
• nerovnomerný chod motora
• kolísanie výkonu/ťahu motora
•  svietiaca kontrolka emisného systému, prípadne elektroniky motora pričom motor beží aj ťahá normálne – porucha druhej lambda sondy (za katalyzátorom) resp. výrazný rozdiel/nesúlad referenčných hodnôt medzi oboma sondami
• opotrebovanie/starnutie lambda sondy spôsobuje výraznejšiu odchýlku v signále do ECU motora. ECU na zmenu zvyčajne reaguje obohatením zmesi a tak motor navonok beží normálne a kontrolka emisného systému nesvieti. Iba pozornejší motoristi si môžu všimnúť postupný pokles výkonu, resp. mierny nárast spotreby paliva až do rozsahu cca 15% za nejaké časové obdobie. Sprievodným javom zle fungujúcej lambda sondy býva aj výraznejší zápach benzínu šíriaci sa z výfukového potrubia pri zohriatom motore. V prípade týchto podozrení sa teda urýchlene odporúča kvalitná diagnostika – zmeranie hodnoty signálu/napätia, ktorá presne zistí skutočný stav lambda sondy.