La sonda lambda mide la concentración de oxígeno en los gases de escape y envía una señal a la unidad de control del motor para regular la mezcla aire/combustible. Funciona como una sonda de dos puntos que indica si la mezcla es rica o pobre. Requiere una temperatura mínima de 350°C en los gases de escape, la cual es provista por una calefacción eléctrica integrada.

1. Regulación Lambda
Sonda lambda de dos puntos o salto.
La sonda lambda (λ) compara la concentración de oxígeno restante en los
gases de escape con la concentración de oxígeno en el aire de referencia.
Según la composición de los gases de escape, la sonda emite una
correspondiente señal a la unidad de control del motor. Seguidamente, la
unidad de control del motor regula si hay que enriquecer la mezcla (añadir
combustible) o empobrecerla (reducir la cantidad de combustible).
Esta sonda trabaja como la denominada "sonda de dos puntos" y sólo
indica si en los gases de escape se presenta mezcla rica (λ < 1) o mezcla
pobre (λ > 1).
Para un funcionamiento seguro
de la regulación de la cerámica
de la sonda se requiere una
temperatura de los gases de
escape de 350°C, como
mínimo. A fin de que la sonda
trabaje eficazmente ya con
escasa carga del motor y bajas
temperaturas de los gases de
escape, una calefacción
eléctrica integrada en la sonda
proporciona temperaturas
óptimas para la misma.

2. Es un sensor electroquímico de oxígeno que funciona según el principio de
NERNST. Este sensor emplea un material cerámico (óxido de circonio ZrO)
como electrolito.
Una superficie de la cerámica se encuentra en contacto con el gas de
escape mientras que la superficie opuesta permanece constantemente en
contacto con el aire ambiente.

3. Por encima de los 300 ºC, el material cerámico adquiere ciertas características
que le permiten transportar iones de oxígeno desde la superficie en contacto con
el aire ambiente hasta la superficie opuesta, generando un voltaje de carácter
galvánico. Este voltaje tiene una relación directa con la diferencia de
concentración de oxígeno entre las dos superficies del sensor.
Los gases de escape generados por los motores de combustión interna siempre
contienen una cantidad de oxígeno residual, incluso cuando el motor está
funcionando con mezclas excesivamente ricas. La proporción de oxígeno residual
depende directamente de la relación aire/combustible que entra en el motor es
decir, del factor λ de trabajo. Esta relación hace posible utilizar la información
suministrada por la sonda lambda para controlar la relación aire/combustible.
La tensión suministrada por la sonda en función del porcentaje de oxígeno de los
gases de escape alcanza 800 a 1000 mV para una mezcla rica (λ < 1) y solamente
100 mV para un mezcla pobre (λ > 1). La transición de la zona rica a la zona pobre
tiene lugar a una tensión de 450 a 500 mV.

5. Sonda lambda
Comprobación
con voltímetro

10. Sonda lambda de banda ancha
Esta sonda se utiliza antes del catalizador,
usándose normalmente tras el catalizador
una sonda convencional de salto.
La detección y el análisis del valor lambda
(λ) está configurado de una forma distinta
para la sonda lambda de banda ancha, en
comparación con la de señales a saltos.
En virtud de lo cual el valor lambda no se
determina a partir de una variación de la
tensión, sino que se utiliza aquí la
variación de la intensidad de corriente.

11. Entre sus ventajas está una regulación más dinámica,
pues la divergencia del valor teórico está actualizada y
es conocida como valor concreto, con las de salto solo
es posible saber si la mezcla es pobre o rica pero no en
que cantidad.
Una calefacción eléctrica
Integrada en la sonda
proporciona la necesaria
temperatura de servicio
de 600 ºC, como mínimo.

12. Supongamos que la mezcla de combustible/aire
empobrece.
Esto significa, que el contenido de oxígeno aumenta
en los gases de escape y la célula-bomba,
manteniendo un rendimiento uniforme, aporta una
mayor cantidad de oxígeno al área de medición de la
que se puede escapar por el conducto de difusión. De
esa forma se modifica la proporción del oxígeno con
respecto al aire exterior y desciende la tensión entre
los electrodos.
Para alcanzar nuevamente la tensión de 450mV entre
los electrodos, es preciso reducir el contenido de
oxígeno por el lado de los gases de escape. A esos
efectos la célula-bomba tiene que aportar una menor
cantidad de oxígeno hacia el área de medición. El
rendimiento de la bomba se reduce, por tanto, hasta
que se alcance nuevamente la tensión de 450mV. La
unidad de control del motor transforma el consumo de
corriente de la bomba miniatura en un valor de
regulación lambda y modifica correspondientemente
la composición de la mezcla.

13. El contenido de oxigeno en los gases de escape se
reduce en cuanto la mezcla de combustible y aire se
enriquece excesivamente. Debido a ello, la célula-
bomba aporta una menor cantidad de oxígeno al área
de medición al mantener un caudal invariable, con lo
cual aumenta la tensión entre los electrodos.
A través del conducto de difusión escapa en este caso
una gran cantidad de oxígeno, en comparación con la
aportada por la célula-bomba
Resulta necesario aumentar el caudal de la célula-
bomba para que aumente el contenido de oxigeno el
área de medición. Debido a ello se ajusta de nuevo el
valor de los electrodos a 450mV, y la unidad de
control del motor transforma la corriente absorbida
por la célula-bomba en un valor de regulación
lambda.

15. Clavija sonda lambda
De salto
Clavija sonda lambda
De banda ancha

16. 1. Célula de medición (combinación de célula 7. Portacontactos
de concentración de Nernst y célula de 8. Grapa de contacto
bombeo de oxígeno) 9. Manguito PTFE (teflón)
2. Tubo doble de protección 10. Tubo flexible PTFE
3. Anillo obturador 11. Cinco líneas de conexión
4. Paquete de juntas 12. Juntas
5. Cuerpo de la sonda
6. Manguito de protección

17. 1. Gases de escape 8. Célula de bombeo de oxígeno Uh. Tensión de caldeo
2. Tubo de escape con electrodos interior y exterior Uref. Tensión de referencia
3. Calentador 9. Capa porosa de protección (450 mV, corresponde a
4. Sistema electrónico de regulación 10. Agujero de acceso de gases λ=1)
5. Célula con vacío de referencia 11. Barrera porosa de difusión
6. Ranura de difusión Ip. Corriente de bombeo Us. Tensión de sonda
7. Célula de concentración de Nernst Up. Tensión de bombeo