todo sobre las sondas lambda
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8/12/2019 Todo Sobre Las Sondas Lambda
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Informacintcnica
nm. 03
Todo sobre lassondas Lambda
Pe r f e c c i n
i n t e g r a d a
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ndice
Introduccin
El principio de la medicin comparativa de oxgeno
Construccin y funcin de la sonda Lambda
Calentador de sonda y cableado
Principio bsico de la regulacin de Lambda
Comprobacin de la sonda LambdaEl circuito cerrado de regulacinControl de la sonda LambdaBsqueda de avera en el control LambdaComprobacin del control Lambda en el circuito abiertode regulacin
Comparacin de una sonda Lambda nueva con una envejecida
Transformacin de sustancias contaminantes
Control y anlisis del estado del catalizador
Averas corrientes en las sondas Lambda
Autoevaluacin
Soluciones
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Pg
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PgPgPgPgPg
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Corte de una
sonda Lambda
Introduccin
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Para el quemado perfecto de la gasolina en el motor Ottose necesitan por kilogramo de gasolina alrededor de 14 kg.de aire, es decir, son necesarios aproximadamente 11 metros
cbicos. La relacin de la cantidad de aire real con lanecesidad terica de aire se llama valor Lambda (signo defrmula ). El dato =1 significa, por lo tanto, que lacantidad de aire aadida, es la necesaria para una combus-tin ptima. Sin embargo, hay que tener en cuenta que elrendimiento ms alto del motor Otto se produce con unafalta de aire del 0-10 % (es decir, entre =0,9 a =1,0), yel consumo de carburante minimo se logra aproximada-mente con un 10 % de exceso de aire (es decir 1,1).
En la mezcla de carburante y aire se diferencia entre mezclarica (con una parte relativamente alta de carburante) ymezcla pobre (con una parte relativamente alta de aire).
En los gases de escape con una mezcla muy rica, la parte demonxido de carbono y de hidrocarburos es muy elevada ydisminuye notoriamente cuando los valores Lambdaaumentan. La cantidad de nitrgeno en las mezclas rica esrelativamente pequea y alcanza su valor ms alto en =1.Por el contrario, en los gases de escape con mezcla pobre, lacantidad de aire, y como consecuencia tambin la cantidadde oxgeno, es relativamente alta.
Por medio de un catalizador ptimo, la parte de monxido decarbono se transforma en dixido de carbono como conse-cuencia de la oxidacin con oxgeno. Sin embargo, quedaramuy poco CO para la transformacin de monxido de nitr-
geno en nitrgeno elemental. La limpieza cataltica de losgases escape no depende nicamente del catalizador, sinotambin de la composicin ptima de los gases de escape.
Para este objetivo, se desarroll el catalizador de tres vas.El catalizador de tres vas transforma el monxido de car-bono, los hidrocarburos y los xidos ntricos en un reactor.La composicin de gases de escape necesaria se consiguepor medio de una preparacin electrnica de la mezcla decarburante y de aire.
La condicin necesaria para un buen resultado, es unamedicin constante de la cantidad de oxgeno en los gases
de escape, la cual se realiza con la sonda Lambda.El valor resultante de la medicin muestra el grado decombustin de la mezcla de carburante y aire.
La sonda Lambda calcula la concentracin de gases deescape por una medicin comparativa de la cantidad deoxgeno. Es decir, se compara el contenido de oxgeno en elaire exterior con el oxgeno residual en el escape. Las dife-rencias resultantes de la medicin se transfieren a travs deuna seal de tensin a la centralita que es la que corrigeseguidamente la ignicin y la inyeccin.
La sonda Lambda se ve sometida a un desgaste natural
debido a la gran carga en el flujo de gases de escape.En los turnos fijos en los que se llevan a cabo la examinacinde los gases de escape, se mide el funcionamiento de la sondaLambda y se determina un eventual desgaste. La sondadebe ser reemplazada, a ms tardar, tras un rendimientocontinuado de aproximadamente 60.000 a 80.000 km.
Cable de conexin para
la tensin de sonda y del
elemento calentador
Capa electro-
conduc-tora (-)
Capa electro-
conduc-
tora (+)
Lado gases
de escape
Pieza de
contacto
para la
tensin de
la sonda
Elemento
calentador
Pieza aislante
Manguito
protector
Tubo de apoyo
cermico
Carcasa (-)
Tubo de escape
Cuerpo decermica
Tubo protector
ranurado
Gases de escape
Lado del aire
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trica, que se mueve en la zona de milivoltios. Las sondasLambda existen en diferentes formas funcionales. Las sondasde xido de titanio modifican la resistencia, mientras quelas sondas de circonio modifican la tensin. Debido a quese usan ms las sondas de circonio, a continuacin sedescribe este tipo de sondas con ms detalle.
En una carcasa de aluminio se monta una pieza de cermica(electrolito fijo). La parte exterior del cuerpo cermico seencuentra en el flujo de los gases de escape, mientras que
la parte interior est en contacto con el aire exterior.La migracin de electronosprovoca un aumento bruscode la tensin de la sonda. Estesalto de tensin es utilizadocomo regulacin Lambda.
Construccin y funcin de la sonda Lambda
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El principio de la medicin comparativa de oxgeno
La cantidad de oxgeno en el aire ambiente es, normal-mente, de 20,8 %. Este valor de referencia es comparadocon el oxgeno residual en la sonda Lambda.
Si hay un contenido de oxgeno residual del 2 % en elflujo de gases de escape (mezcla pobre), se produceuna tensin de aproximadamente 0,1 voltios debido ala diferencia con el oxgeno ambiente.
Si la cantidad de oxgeno residual contenida en el flujo degases de escape es menor al 2 % (mezcla rica), esta diferen-cia con el oxgeno ambiente se hace notoria a travs de
una tensin de sonda de aprox. 0,9 voltios.
La sonda Lambda est compuesta, bsicamente, por uncuerpo especial de cermica, cuya superficie est provistacon electrodos de platino permeables al gas. El efectode la sonda es la consecuencia de factores fsicos de dosclases diferentes. Por una parte, el material de cermicaes poroso y permite, de esta forma, una difusin deloxgeno del aire. Por otra parte, la cermica se vuelveconductora cuando est sometida a temperaturas deaprox. 300 C. El contenido de oxgeno en el aire esmedido en ambos lados de los electrodos. Si la diferencia
flucta, se produce en los electrodos una tensin elc-
La parte exterior del electrodo de la sonda Lambda llega alflujo de los gases de escape, mientras que la parte interiordel electrodo permanece en contacto con el aire exterior.
0,5
V
0,1 0,9
Electrodointerior
Aire ambiente20,8 %
Mezcla rica(falta de aire)
Mezcla pobre(exceso de aire)
Electrodoexterior
Gases de escape
Oxgeno residual aprox. 2 %
Ejemplo: O2residual = 2 %
El electrodo exterior se halla en el flujo del escape de gas(O2 residual = 2 %)El electrodo interior est ligado al aire ambiente(O2= 20,8 %)
Lambda < 1 = mezcla rica
U Lambda (tensin)
aprox. 0,9 voltios
Lambda > 1 = mezcla pobre
U Lambda (tensin) aprox.
0,1 voltios
mV
1.000
800
600
475
200
0,01
0,80 0,90 1,00 1,10 1,20 Factor de exceso de aire
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Calentador de sonda y cableado
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Para que la sonda alcance rpidamente la temperaturade funcionamiento tras arrancar el motor, se usan son-das calentadas, que presentan no slo una conexin
elctrica, sino tres o cuatro.En el caso de las sondas con tres conexiones elctricas, lamasa del elemento calentador es conducida hacia fuera.En el caso de las sondas con cuatro conexiones elctricas,las masas de seal y del elemento calentador se separan.De este modo, se evitan posibles averas que se puedenproducir como consecuencia de lacorrosin y obturaciones enlas uniones de masas.
Sonde Lambda con 1 cableColor del cable:negro = seal para la centralita
Sonda Lambda con 3 cablesColor del cables:negro = seal para la centralita2 x blanco = suministro de corriente para calentadorde sonda
Sonda Lambda con 4 cablesColor del cables:negro = seal para la centralita2 x blanco = suministro de corriente para calentadorde sondagris = masa
Principio bsico de la regulacin de LambdaCon el objetivo de que la composicin de la mezcla se muevapermanentemente en la ventana de Lambda (es decir, en la zonanecesaria para que el efecto del catalizador sea el ptimo), lasonda Lambda es montada delante del catalizador en el tubo delos gases de escape. sta proporciona informacin a la centralitasobre si el factor de exceso de aire es mayor o menor a 1 e influyeen la composicin de la mezcla a travs del formador de la mezclay con ello, en el factor de exceso de aire de Lambda.
Cuando la sonda Lambda comu-nica a la centralita la informacinmezcla pobre, este aparatoenriquece la mezcla.
Cuando la sonda Lambda comu-nica a la centralita la informacinmezcla rica, este aparatoempobrece la mezcla.
Centralita
K
Formador de mezcla Sonda Lambda
Aire
CatalizadorFlujo de gasesde escape
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Comprobacin de la sonda Lambda
Se aumentala cantidad de
inyeccin
Mezcla rica
Poco O2 en losgases de escape
La centralitaenriquece la
mezcla
l sonda(intensidad de
corriente) 0,9 VCircuito cerrado
de regulacin
l sonda(intensidad de
corriente) 0,1 V
La centralitaenpobrece la
mezcla
Mucho O2 en losgases de escape
Se reduce lacantidad de
inyeccin
Mezcla pobre
El circuito cerrado de regulacin
Para que la sonda Lambda alcance la temperatura dearranque de aprox. 250-300 C, el motor y la sonda deben
tener la temperatura de funcionamiento. Despus separarel enchufe de acoplamiento de la sonda Lambda de la cen-tralita, conectar el enchufe intermedio y volver a realizar laconexin con la centralita.
Se vuelve a medir el funcionamiento de la sonda Lambdapor medio de un voltmetro. Para la medicin, recomendamosun voltmetro anlogo, ya que permite leer ms fcilmentelos saltos de tensin.
Cuando el motor y la sonda estn a la temperatura deservicio, el voltmetro debe oscilar entre 0,1 y 0,9 voltios.
El circuito cerrado de regulacin se hace visible de la siguien-te forma: Si el voltmetro indica una tensin de 0,1 voltios,quiere decir que hay una mezcla pobre en el tubo de gasesde escape y la centralita da la seal de enriquecer. Si elvoltmetro indica una tensin de 0,9 voltios, quiere decirque hay una mezcla rica en el tubo de gases de escape y elcentralita da la seal de enpobrecer.
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Control de la sonda Lambda
Como consecuencia del desgaste qumico y trmico provocadopor el aumento del tiempo del recorrido, el recubrimiento
de platino de la sonda se inactiva. La tensin resultante semueve hacia valores de tensin ms bajos. Si no se sobrepasala tensin de referencia de 0,5 V, no se transfiere la informa-cin mezcla rica a la centralita y, por consiguiente, continarealizando la operacin de enriquecer.
Tambin puede suspenderse el calentamiento de la sonda queprovoca, como consecuencia, que se alcance la temperaturade servicio de forma mucha ms lenta y, por consiguiente, lasuspensin de la regulacin en amplias zonas de funciona-miento, como en trayectos cortos y marcha en ralent.
0,1
0,9
0,5
0,5
V
0,1 0,9
V
1 sec2 3 4
Centralita
Si la tensin oscila entre 0,1 y0,9 voltios, la sonda funcionacorrectamente.
Bsqueda de avera de la regulacin Lambda
La comprobacin elctrica de la regulacin Lambda seefecta en el circuito cerrado de regulacin. Condicinnecesaria para la comprobacin:
El motor debe tener la temperatura de servicio. La sonda debe tener la temperatura de servicio
(aprox. 250 C) y esta informcin debe estar registrada
en la centralita. (Atencin: En caso de que el sensorde temperatura del lquido refrigerante presentedaos, especialmente en una interrupcin, la centalitapuede mostrar informaciones errneas. Por ejemplo
temperatura del motor inferior a 70 C). En caso de que se disponga de un calentador de sonda,
debe estar enchufado y debe funcionar correctamente. Es necesario un voltmetro anlogo.
Procedimiento:Calentar el motor. Soltar el enchufe de acoplamiento
situada entre la sonda Lambda y la centralita. Colocar eladaptador entre ambos. (Consejo: En caso de que no tengaun adaptador, puede elaborar uno utilizando empalmadorescomunes.)
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Si se ha producido una avera durante la comprobacin de la regulacin de Lambdaen el circuito cerrado de regulacin, se debe analizar si se han cumplido todas las
condiciones, como por ejemplo, temperatura del motor, temperatura de la sonda,sensor de temperatura, etc. En caso positivo, se debe actuar una aportacin de unamagnitud perturbadora. Es decir, la centralita recibe una tensin proviniente de unafuente externa de tensin y que proporciona una informacin simulada sobre eltipo de mezcla pobre o rica. Si el centralita y la conexin elctrica de cables nopresentan averas, la centralita intentar transformar la mezcla segn la informa-cin recibida.
Este procedimiento puede comprobarse fcilmente por medio del medidor de gasesde escape o diferencindolo de forma acstica. Es decir, cuando la centralita en-riquece, el motor funciona sin problemas, si enpobrece, entonces tiende a funcionarcon tirones. Como consecuencia, la sonda Lamba con capacidad de funcionar trans-forma su tensin.
0,5
V
0,1 0,9
0,5
V
0,1 0,9
Simulacin: mezcla ricaLa centralita intenta enpobrecer.El motor no funciona de formaconstante. La tensin de la sondadebe sealar 0,1 voltios..
La marcha del motor no cambia.Compruebe el sensor de tempe-ratura, el mazo de cable y lacentralita. Proceda al recambiode las piezas defectuosas.
La tensin de la sonda no cambia.La temperatura de la sonda es
demasiado baja. Calentarla.Aparece la misma avera a pesarde que la sonda est caliente.Entonces o la sonda est defec-tuosa, o el calentador de la sondano funciona, o se ha producido unfallo en la masa. En cualquiera deestos casos, reemplazar la sonda.
Simulacin: mezcla pobreLa centralita intenta enriquecer.El motor da vueltas de forma con-stante, sin problemas. La tensinde la sonda debe sealar aprox.0,9 voltios.
La marcha del motor no cambia.
Compruebe el sensor de tempe-ratura, el mazo de cable y lacentralita. Proceda al recambiode las piezas defectuosas.
La tensin de la sonda no cambia.La temperatura de la sonda esdemasiado baja. Calentarla.
Aparece la misma avera a pesarde que la sonda est caliente.Entonces o la sonda est defec-tuosa, o el calentador de la sondano funciona, o se ha producido unfallo en la masa. En cualquiera deestos casos, reemplazar la sonda.
La sonda slo alcanza 0,7 voltiosde tensin. La sonda se ha desgas-tado y debe ser reemplazada.
Centralita
Soltar el enchufe deacoplamiento situadaentre la sonda y lacentralita. Alimentar elcentralita con 0,9 voltios.(Simulacin: mezcla rica)
Alimentar la centralitacon 0,1 voltios.(Simulacin: mezclapobre)
0,9 V
0,1 V
Centralita
Cbomprobacin de la regulacin de Lambda en el circuito abierto de regulacin
Entra aire que no debera entrar.El sistema de gases de escape noes estanco. Comprobar la estan-queidad.
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Comparacin de una sonda nueva con una envejecidateniendo en cuenta parmetros como el reconoci-miento de la mezcla, tiempo de reaccin y frecuenciade regulacin.
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No se alcanza el mximo 0,9 ni elmnimo 0,1. No es posible reconocerel tipo de mezcla (rica o pobre).
La sonda reacciona demasiado lentaa los cambios de mezcla y no muestrael estado actual puntualmente.
La frecuencia de la sonda esdemasiado lenta y no es capaz dealcanzar una regulacin ptima.
Amplitud:
V
t
t
t
V
V
Tiempo de reaccin:
Duracin de los perodos:
Sondavieja
Sondavieja
Sondanueva
Sondanueva
Sondavieja
Sondanueva
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Control y anlisis del estado del catalizador
Transformacin de sustancias contaminantes
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La transformacin de la sustancias contaminantes tienelugar en el catalizador. Un catalizador es una sustanciaque provoca y/o acelera una reaccin qumica sin par-
ticipar directamente en ella.Oxidacin = enlace con oxgenoReduccin = sustraccin del oxgeno
CO (Monxido de carbono) oxida a CO2 (dixido decarbono)
HC (Hidrocarburo) oxida a H2O y CO2(Agua y dixido de carbono)
NOx (xidos ntricos) reducen N2 y O2(xido ntrico y oxgeno)
Para que se produzcan los empujes de oxgeno, la sondaLambda tiene que enpobrecer enriquecer
El ndice de conversin, es decir, la cantidad de sustanciascontaminantes transformadas, es de 90-95 % en un cata-lizador moderno.
Detrs del catalizador se ha montado otra sonda
Lambda, llamada sonda monitora o sonda de control.Esta sonda de monitora/control no se diferencia enconstruccin y funcin de la sonda Lambda de regula-cin montada delante del catalizador. Es decir, lasdos sondas muestran una tensin, dependiente delcontenido de oxgeno residual. Ya que durante el fun-cionamiento del motor regulado por Lambda se tienenque realizar permanentemente correcciones de lacomposicin de la mezcla (enriquecer y enpobrecer),se modifica, correspondientemente, el contenido deoxgeno residual en los gases de escape (empujes deoxgeno), por lo cual se producen empujes de tensin
ininterrumpidamente en la sonda. Debido a la grancapacidad de almacenamiento de oxgeno del nuevo
catalizador, se atenua casi completamente el contenido
de oxgeno modificado detras del catalizador. Esto traecomo consecuencia que la sonda de regulacin muestre lasoscilaciones de oxgeno por medio de saltos de tensin,mientras que la tensin de la sonda de monitora es ms omenos constante.
A medida que se desgasta el catalizador la capacidad dealmacenamiento de oxgeno disminuye, de igual forma quela atenuacin de las oscilaciones de oxgeno. Este fenmenose puede medir con la sonda monitora situada detrs delcatalizador.
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U/V U/V
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U/V U/V
Catalizador cermico
Flujo delos gases
deescape
Sonda Lambda Sonda Lambda
Sonda de monitora/de controlEmpujes de oxgeno Empujes de oxgeno Sonda de monitora/de control
Flujo delos gases
deescape
Sonda Lambda
CO
HCNOx
H2O
N2CO2
El catalizador funciona correctamente Catalizador defectuoso
Si el catalizador est en una fase avanzadade desgaste, la transmisin de la seal de
la sonda de monitora es prcticamenteidntica a la transmisin de la seal de lasonda de regulacin.
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Averas corrientes de las sondas Lambda
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Causas ms frecuentes de avera de las sondas Lambda
Lo que indica el estado del tubo protector
Al comprobar los cables de conexin, los enchufes y el soporte de la sonda, tambin se debe comprobar si el tuboprotector de la sonda tiene resduos. Los indicios ms importantes:
Indicio
Tubo protector muy oxidado
Resduos brillantes sobre eltubo protector
Resduos claros sobre el tuboprotector
Causa
La mezcla de carburante y aire esdemasiado rica. El radiador de lasonda Lambda est defectuoso.
Se ha empleado carburante conplomo. Esto ha atacado y destruidolas capas de platino de la sonda
Lambda y eventualmente tambindel catalizador
Hay aceite en la cmara de combus-tin o se ha utilizado un aditivodeterminado de carburante.
Remedio
Reemplazar la sonda. De lo contrarioexiste el peligro de obstruccin ycomo consecuencia la disminucinde la velocidad de reaccin.
Cambiar urgentemente la sonda.Comprobar el catalizador.
Cambiar urgentemente la sonda.Comprobar el catalizador.Comprobar si el motor pierde aceite.
Diagnstico
Sobrecalentamiento
Desgaste qumico
Aspiracin de aire defectuosa
Mala conexin de masas
Contactos de conexin defectuosos
La cermica y la vaporizacin se han averiado
Sedimentacin de plomo
Conexin elctrica Lambda interrumpida
Obstruccin del cuerpo de la sonda por residuosde aceite
Causa
Temperaturas superiores a 950 C causadas por unaavera en la combustin, el punto de encendido otiempos de vlvulas no adecuado
Se han realizado demasiados viajes de distancias cortas
La sonda no ha sido montada correctamente
Se produce oxidacin en el tubo de gases de escape
Se producen oxidaciones en la conexin por enchufe
Par de apriete de la sonda demasiado alto
Se ha utilizado equivocadamente carburante con plomo
Mordisco de marta
Aceite no combustionado en el motor. Causado poraros de pistn o retenes de vlvula desgastados
Para evitar que se produzcan daosen la sonda Lambda durante elmontaje e instalacin, observe elpar de apriete y utilice herramien-tas adecuadas, si necesario.
Montaje inadecuadoResduos clarosTubo protectormuy oxidado
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Dibuja todas las curvas de un catalizador intacto.(La sonda y el catalizador tienen temperatura de servicio!)
Como se llaman las dos sondas
delante del catalizador? sonda
detrs del catalizador? sonda
1
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0,5
0,1
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U/V U/V
Nombre las partes de la regulacin Lambda yrelacinelas unas con otras!
3
Flujo de los gases
de escape
Autoevaluacin
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Con una tensin de sonda de 0,1 voltios eltipo de mezcla es
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Con una tensin de sonda de 0,9 voltios eltipo de mezcla es
5
6 Qu tres gases transforma el catalizador detres vas en substancias no contaminantes?,
y
.
Cul es el orden del ndice de conversinpara vehculos con elaboracin de mezcla ycatalizador normalizados?
1050 %
9095 %
6070 %
100 %
7
La centralita del motor calcula a travsde la seal de la sonda Lamba
ininterrumpidamente la composicinde los gases de escape.
si el motor trabaja con unacombustin a golpeteos.
si se debe enriquecer o enpobrecerla mezcla de carburante y aire.
9
A partir de qu temperatura garantiza lasonda Lambda un funcionamiento seguro?
aprox. 10 C
aprox. 250 C
aprox. 800 C
a partir de 900 C
8
10De qu color es el cable de seal de lasonda Lambda?
Blanco
Gris
Negro
Qu se entiende por ventana ?
El catalizador slo puede trabajar eneste campo.
En esta zona, la transformacin de lostres componentes dainos de los gasesde escape en menos dainos es la msadecuada.
12 Cules de estos gases se considerancontaminantes?CO CO2
CH NOX
N2O
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Soluciones
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1
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U/V U/V
La sonda Lambda (sonda de regulacin) Sonda monitora (sonda de control)2
3K
Formador demezclas
Centralita
Sonda Lambda
Dibuja todas las curvas de un catalizador intacto.(La sonda y el catalizador tienen temperatura de servicio!)
Como se llaman las dos sondas
Nombre las partes de la regulacin Lambda yrelacinelas unas con otras!
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... rica, ya que la canti-dad de oxgeno en el gasde escape es menor.
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6Monxido de carbono (CO),hidrocarburos (HC) yxido ntrico (NOX).
Cul es el orden del ndice de conversinpara vehculos con elaboracin de mezcla ycatalizador normalizados?
1050 %
9095 %
6070 %
100 %
7
La centralita del motor calcula a travsde la seal de la sonda Lamba
ininterrumpidamente la composicinde los gases de escape.
si el motor trabaja con unacombustin a golpeteos.
si se debe enriquecer o enpobrecerla mezcla de carburante y aire.
9
A partir de qu temperatura garantiza lasonda Lambda un funcionamiento seguro?
aprox. 10 C
aprox. 250 C
aprox. 800 C
a partir de 900 C
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10De qu color es el cable de seal de lasonda Lambda?
Blanco
Gris
Negro
Qu se entiende por ventana ?
El catalizador slo puede trabajar eneste campo.
En esta zona, la transformacin de lostres componentes dainos de los gasesde escape en menos dainos es la msadecuada.
12 Cules de estos gases se considerancontaminantes?CO CO2
CH NOX
N2O
11X
X
X
X
X
X
X X
Con una tensin de sonda de 0,1 voltios eltipo de mezcla es ... pobre, ya que la canti-
dad de oxgeno en el gas deescape es mayor.
Con una tensin de sonda de 0,9 voltios eltipo de mezcla es
Qu tres gases transforma el catalizador detres vas en substancias no contaminantes?
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