Lambdasonde, funktion
Lambdasonde, kontrol
Her får du nyttig viden og vigtige tips om lambdasonder i biler.
Lambdasonden måler indholdet af ilt i udstødningsgassen og sender et elektrisk signal til motorstyreenheden, som den benytter til at styre blandingsforholdet. Scroll gennem denne side, og få mere at vide om de forskellige varianter, deres virkemåde, kontrolmetoder og vigtige informationer om fagmæssig korrekt udskiftning af lambdasonder.
Vigtig sikkerhedsanvisning
De følgende tekniske informationer og praktiske tips er udarbejdet af HELLA for at hjælpe autoværkstederne med deres arbejde. De informationer, der gives på denne hjemmeside, må kun benyttes af brancheuddannede fagfolk.
INDHOLDSFORTEGNELSE
LAMBDASONDE, FUNKTION: FUNKTIONSPRINCIP
For at opnå den bedst mulige omdannelse af de forurenende stoffer i katalysatoren kræves der en optimal forbrænding. Den opnås for en benzinmotor ved et blandingsforhold på 14,7 kg luft til 1 kg benzin (støkiometrisk blandingsforhold). Som betegnelse for denne optimale blanding bruges det græske bogstav λ (lambda). Lambda-tallet angiver forholdet mellem det teoretiske luftbehov og den faktisk tilførte luftmængde:
λ = Tilført luftmængde : teoretisk luftmængde = 14,7 kg : 14,7 kg = 1
Princippet i en lambdasonde er en sammenlignende måling af iltindholdet. Det vil sige, at det resterende iltindhold i udstødningsgassen (ca. 0,3 – 3 %) sammenlignes med iltindholdet i den omgivende luft (ca. 20,8 %).
Hvis det resterende iltindhold i udstødningsgassen er 3 % (mager blanding), dannes der som følge af forskellen til iltindholdet i den omgivende luft en spænding på 0,1 V.
Hvis det resterende iltindhold er under 3 % (fed blanding), stiger sondens spænding proportionalt med den forøgede forskel til 0,9 V. Indholdet af ilt kan måles med forskellige typer af lambdasonder.
Som regel kontrolleres lambdasondens funktion ved de rutinemæssige emissionstests. Da lambdasonden imidlertid udsættes for et vist slid, bør den kontrolleres regelmæssigt (for hver ca. 30.000 km), at den fungerer korrekt - f.eks. ved serviceeftersynene.
På grund af den strenge lovgivning om reduktion af bilernes emissioner, er teknikkerne til efterbehandling af udstødningsgasserne også blevet forbedret.
Spændingsspring-sonde
Denne sonde består af et fingerformet zirkondioxid-keramikelement, der er hult. Det særlige ved denne faststof-elektrolyt er, at den over en temperatur på ca. 300°C er gennemtrængelig for ilt-ioner. Begge sider af dette keramikelement er overtrukket med et tyndt, porøst lag af platin, der tjener som elektrode. På ydersiden af keramikelementet strømmer udstødningsgassen forbi, indersiden er fyldt med referenceluft.
På grund af de forskellige iltkoncentrationer på de to sider sker der som følge af keramikkens egenskaber en vandring af ilt-ioner, som igen frembringer en spænding. Denne spænding benyttes som signal til styreenheden, som ændrer blandingen alt efter det resterende iltindhold i udstødningsgassen.
Denne proces – måling af det resterende iltindhold og styring af blandingsforholdet til federe hhv. magrere blanding – sker flere gange i sekundet, således at der opnås en korrekt, støkiometrisk blanding ( λ = 1).
Spændingsspring-sonde
Modstandsspring-sonde
I denne type sonde er keramikelementet fremstillet af titandioxid i en flerlags-tykfilmsteknik. Titandioxid har den egenskab, at den ændrer sin modstand proportionalt med iltkoncentrationen i udstødningsgassen. Når iltindholdet er højt (mager blanding λ > 1) er ledningsevnen lav, når iltindholdet er lavt (fed blanding λ < 1) vokser ledningsevnen. Denne sonde kræver ingen referenceluft, men skal tilføres en spænding på 5 V fra styreenheden via en kombination af modstande. Det krævede signal til styreenheden dannes via spændingsfaldet over modstandene.
Begge måleceller er monteret i huse, der ligner hinanden. Et beskyttelsesrør forhindrer skader på målecellerne, der stikker ind i udstødningsgasstrømmen.
Modstandsspring-sonde
Lambdasonde-opvarmning
De første lambdasonder var ikke opvarmede, og de skulle derfor monteres tæt på motoren for at opnå deres arbejdstemperatur hurtigst muligt. I dag er lambdasonderne udstyret med opvarmning. Dermed kan sonderne også monteres et stykke fra motoren.
Fordel:
De er ikke længere udsat for høje termiske belastninger. I kraft af opvarmningen kommer lambdasonderne meget hurtigt op på driftstemperatur, hvorved det tidsrum, hvor lambdareguleringen ikke er aktiv, kan holdes meget kort. Det forhindres også, at lambdasonden afkøles for meget ved tomgang, hvor udstødningsgassens temperatur ikke er så høj. Opvarmede lambdasonder har kortere reaktionstid, hvilket virker positivt på reguleringshastigheden.
Bredbånds-lambdasonde
Lambdasonden indikerer en fed eller mager blanding i området ved λ = 1. Bredbåndslambdasonden har mulighed for at måle det præcise luftoverskudstal i både det magre område (λ > 1) og i det fede område (λ < 1). Den leverer et eksakt elektrisk signal, og den kan dermed regulere vilkårlige, ønskede værdier, f.eks. for dieselmotorer, ottomotorer med magerkoncept, gasmotorer og gaskedler. Bredbåndslambdasonden er opbygget med referenceluft som en normal sonde. Den har desuden en ekstra, elektrokemisk celle, pumpecellen.
Gennem et lille hul i pumpecellen trænger der udstødningsgas ind i målekammeret, diffusionsspalten. Luftoverskudstallet (λ) fremkommer ved at sammenligne iltkoncentrationen med iltkoncentrationen i referenceluften. Styreenheden kræver et måleligt signal, og for at få det, påtrykkes der en spænding over pumpecellen. Ved hjælp af denne spænding kan ilten i udstødningsgassen pumpes ind i eller ud af diffusionsspalten. Styreenheden regulerer pumpespændingen således, at gaskoncentrationen i diffusionsspalten ligger konstant på λ = 1. Hvis blandingen er mager, pumpes der ilt ud gennem pumpecellen. Det resulterer i en positiv pumpestrøm. Hvis blandingen er fed, pumpes der ilt ind fra referenceluften. Det resulterer i en negativ pumpestrøm. Ved λ = 1 i diffusionsspalten pumpes der ingen ilt, pumpestrømmen er nul. Denne pumpestrøm bearbejdes i styreenheden og giver den luftoverskudstallet og dermed information om sammensætningen af blandingen.
Brug af flere lambdasonder
Efter indførelsen af EOBD skal også katalysatorens funktion overvåges. Det sker ved at installere endnu en lambdasonde efter katalysatoren. Den måler katalysatorens evne til at lagre ilt.
Sonden efter katalysatoren fungerer på samme måde som sonden foran katalysatoren. Styreenheden sammenligner amplituderne fra lambdasonderne. Som følge af katalysatorens evne til at lagre ilt, er spændingsamplituderne for sonden efter katalysatoren meget små. Hvis katalysatorens lagringsevne falder, stiger spændingsamplituderne for katalysatoren efter katalysatoren i kraft af det større iltindhold.
Størrelsen af de amplituder, der genereres i sonden efter katalysatoren, afhænger af katalysatorens øjeblikkelige lagringskapacitet, der varierer med motorens belastning og omdrejningstal. Derfor tages der højde for belastningen og omdrejningstallet ved sammenligningen af sondeamplituderne. Hvis spændingsamplituderne fra de to sonder alligevel er næsten ens, er grænsen for katalysatorens lagringsevne nået, f.eks. som følge af ældning.
LAMBDASONDE DEFEKT: SYMPTOMER
Hvis lambdasonden bliver defekt, kan der forekomme følgende symptomer:
- Højt brændstofforbrug
- Nedsat motoreffekt
- Høje udstødningsemissioner
- Motorkontrollampen lyser
- Der lagres en fejlkode
LAMBDASONDE DEFEKT, KONSEKVENSER: FEJLÅRSAG
En defekt kan skyldes forskellige årsager:
- Indre og ydre kortslutninger
- Manglende stel / spændingsforsyning
- Overophedning
- Aflejringer / tilsmudsning
- Mekanisk beskadigelse
- Brug af blyholdig benzin / additiver
Der er en række typiske defekter ved lambdasonder, der forekommer meget hyppigt. Den følgende opremsning viser, hvilke årsager der er til diagnosticerede fejl:
Ikke opvarmede sonder
| Diagnosticerede fejl | Årsag |
|---|---|
| Beskyttelsesrør hhv. beskyttelseselement tilstoppet af olierester | Der er kommet uforbrændt olie ud i udstødningssystemet, f.eks. som følge af defekte stempelringe eller ventilstammepakninger |
| Indsugning af falsk luft, manglende referenceluft | Sonde forkert monteret, referenceluftåbning tilstoppet |
| Skader på grund af overophedning | Temperaturer over 950 °C som følge af forkert tændingstidspunkt hhv. ventilspillerum |
| Dårlig forbindelse i stikkene | Oxidering |
| Brud på ledningsforbindelserne | Forkert placerede ledninger, gnavede steder, mårbid |
| Manglende stelforbindelse | Oxidering, korrosion i udstødningssystemet |
| Mekaniske beskadigelser | For stort tilspændingsmoment |
| Kemisk ældning | Meget hyppig kortturskørsel |
| Blyaflejringer | Brug af blyholdig benzin |
FEJLDIAGNOSE FOR LAMBDASONDE: GRUNDPRINCIPPER
Biler, der har egendiagnose, kan registrere fejl, der forekommer i reguleringskredsløbet og lægge dem i fejlhukommelsen. Det indikeres som regel med motorkontrollampen. Ved diagnose med et diagnoseapparat udlæses fejlhukommelsen. Ældre systemer kan dog ikke konstatere, om denne fejl skyldes en defekt komponent eller f.eks. en fejl i ledningerne. I så fald skal mekanikeren foretage flere kontroller.
I forbindelse med EOBD er overvågningen af lambdasonderne udvidet med følgende punkter:
- ledningsforbindelser,
- funktionsdygtighed,
- kortslutning til styrenheds-stel,
- kortslutning til plus,
- ledningsbrud og ældning af lambdasonde.
Styreenheden benytter formen af frekvenssignalet til at diagnosticere lambdasondesignalerne.
Hertil beregner styreenheden følgende data:
- den maksimale og minimale målte sondespænding,
- tiden mellem positiv og negativ variationsbredde,
- lambdaregulerings-værdi mod fed og mager,
- regulatortærskel for lambdareguleringen,
- sondespænding og periodevarighed.
LAMBDASONDE, KONTROL MED MULTIMETER, OSCILLOSKOP, LAMBDASONDETESTER, UDSTØDNINGSTESTER: FEJLFINDING
Inden en kontrolmåling skal der altid foretages en visuel kontrol for at sikre, at der ikke er skader på ledninger eller stik. Udstødningssystemet må ikke være utæt.
Det anbefales at bruge et adapterkabel til tilslutning af måleapparatet. Man skal huske, at lambdareguleringen ikke er aktiv under visse driftsforhold som f.eks. ved koldstart og indtil driftstemperaturen er nået, samt ved fuld gas.
Lambdasonde, kontrol med udstødningstester
Udstødningstester
En af de hurtigste og enkleste kontroller er måling med firegas-udstødningstester.
Kontroller foretages på samme måde som den tvungne emissionstest. Ved varm motor tilføres der falsk luft som fejl ved at trække en slange af. Da udstødningsgassens sammensætning ændres herved, ændres også den lambdaværdi, som udstødningstesteren beregner. Fra en bestemt værdi skal blandingssystemet registrere dette og kompensere for det inden for et bestemt tidsrum (ved emissionstesten 60 sekunder). Hvis fejlen forsvinder, skal lambdaværdien blive reguleret tilbage til den oprindelige værdi.
Fabrikantens anvisninger om frembringelse af fejl og lambdaværdierne skal altid følges.
Denne kontrol kan dog kun vise, om lambdareguleringen fungerer. En elektrisk kontrol er ikke mulig. Ved denne procedure er der risiko for, at moderne motorstyringssystemer i kraft af præcis registrering af belastningen kan styre blandingen, så λ = 1, selv om lambdareguleringen ikke virker.
Lambdasonde, kontrol med multimeter
Multimeter
Denne kontrol bør kun foretages med et højohms multimeter med digital eller analog visning.
Multimetre med lille indre modstand (oftest analoge instrumenter) belaster lambdasondesignalet for kraftigt, så signalet kan svigte. Som følge af den hurtigt skiftende spænding kan signalet bedst vises med et analogt instrument.
Multimetret tilsluttes i parallel med signalledningen (sort ledning, se diagrammet) fra lambdasonden. Multimetrets måleområde indstilles til 1 eller 2 volt. Når motoren er startet, viser instrumentet en værdi på 0,4 – 0,6 volt (referencespænding). Når motorens hhv. lambdasondens driftstemperatur nås, begynder spændingen at variere mellem 0,1 og 0,9 volt.
For at få et korrekt måleresultat bør motoren holdes på et omdrejningstal på ca. 2.500 o/min. Dermed sikres det, at sondens driftstemperatur nås, også i systemer med ikke-opvarmet lambdasonde. Da udstødningsgassen ikke er varm nok i tomgang, er der risiko for, at en ikke-opvarmet sonde køler af og ikke genererer et signal.
Lambdasonde, kontrol med oscilloskop
Signalbillede for lambdasonde
Lambdasondens signal kan bedst vises med et oscilloskop. En betingelse er, lige som ved måling med multimeter, at motoren hhv. lambdasondens driftstemperatur er nået.
Oscilloskopet forbindes til signalledningen. Det måleområde, der skal indstilles, afhænger af det benyttede oscilloskop. Hvis måleapparatet har automatisk signalregistrering, skal den benyttes. Ved manuel indstilling benyttes et spændingsområde på 1 – 5 volt og en tidsindstilling på 1 – 2 sekunder.
Motorens omdrejningstal skal også her være ca. 2.500 o/min.
Vekselspændingen vises som en sinuskurve på skærmen. Dette signal viser følgende parametre:
- amplitudehøjde (maksimal og minimal spænding 0,1 – 0,9 volt),
- reaktionstid og periodelængde (frekvens ca. 0,5 – 4 Hz).
Lambdasonde, kontrol med lambdasondetester
Lambdasondetester
Flere fabrikater tilbyder specielle lambdasondetestere. Med et sådant apparat vises lambdasondens funktion med et antal LEDer.
Tilslutningen sker som for multimeter og oscilloskop til sondens signalledning. Når sonden har nået sin driftstemperatur og begynder at arbejde, begynder LEDerne at lyse skiftevis – alt efter blandingsforholdet og sondens spændingsforløb (0,1 – 0,9 volt).
Alle angivelser om indstilling af måleapparater til spændingsmålingen gælder her for zirkondioxidsonder (spændingsspringsonder). For titandioxidsonder skal der indstilles et måleområde for spænding på 0 – 10 volt, og de målte spændinger varierer fra 0,1 – 5 volt.
Kontrol af tilstanden af beskyttelsesrøret
Producentens anvisninger skal altid følges. Ud over den elektroniske kontrol kan tilstanden af sondeelementets beskyttelsesrør give informationer om funktionsdygtigheden:
LAMBDASONDE-OPVARMNING, KONTROL: FEJLFINDING
Varmeelementets indre modstand og spændingsforsyningen til det kan kontrolleres.
Tag stikket til lambdasonden af. Mål modstanden mellem de to ledninger til lambdasondens varmelegeme med et ohmmeter. Den skal være mellem 2 og 14 ohm. Mål spændingsforsyningen fra bilen med et voltmeter. Der skal være en spænding på > 10,5 volt (ledningsnettets spænding).
Forskellige tilslutningsvarianter og ledningsfarver
Ikke-opvarmede sonder
| Antal ledninger | Ledningsfarve | Tilslutning |
|---|---|---|
| 1 | Sort | Signal (stel via huset) |
| 2 | Sort | Signal Stel |
Opvarmede sonder
| Antal ledninger | Ledningsfarve | Tilslutning |
|---|---|---|
| 3 | Sort 2 x hvid | Signal (stel via huset) for varmelegeme |
| 4 | Sort 2 x hvid Grå | Varmelegeme stel |
Titandioxidsonder
| Antal ledninger | Ledningsfarve | Tilslutning |
|---|---|---|
| 4 | Rød Hvid Sort Gul | Varmelegeme (+) Varmelegeme (-) Signal (-) Signal (+) |
| 4 | Sort 2 x hvid Grå | Varmelegeme (+) Varmelegeme (-) Signal (-) Signal (+) |
(Fabrikantens angivelser skal følges).
LAMBDASONDE, UDSKIFTNING: VIDEO
Udskiftning af lambdasonde
Udskiftning af lambdasonde inkl. vejledning for af- og påmontering
02:42 min
Man skal være opmærksom på følgende ved udskiftning af lambdasonde
Når en lambdasonde udskiftes, skal man være opmærksom på følgende ved montering af den nye sonde:
- Brug kun det korrekte værktøj til af- og påmontering.
- Kontroller gevindet i udstødningssystemet for skader.
- Brug kun det medfølgende fedt eller fedt, der er specielt beregnet til lambdasonder.
- Undgå, at sondens måleelement kommer i kontakt med vand, olie, fedt, rensemidler og rustopløsende midler.
- Det tilspændingsmoment, der er foreskrevet af fabrikanterne af lambdasonden og bilen, skal overholdes.
- Pas på, at tilslutningsledningerne ikke kommer i kontakt med varme eller bevægelige komponenter og ikke lægges over skarpe kanter.
- Placer så vidt muligt ledningerne til den nye lambdasonde på samme måde som til den originalmonterede sonde.
- Sørg for, at de nye ledninger har tilstrækkelig bevægelsesfrihed, således at de ikke rives over som følge af svingninger og bevægelser af udstødningssystemet.
- Gør kunden opmærksom på, at der ikke må benyttes metalbaserede additiver eller blyholdig benzin.
- Brug ikke en lambdasonde, hvis den er beskadiget eller har været faldet på gulvet.