Lambdasonde werking
Lambdasonde kapot - uitvaloorzaak, symptomen, foutopsporing & vervanging
De lambdasonde bepaalt het resterende zuurstofgehalte in het uitlaatgas en geeft de motorbesturing een elektrisch signaal voor het regelen van de mengselsamenstelling. Scrol door deze pagina en informeer uzelf over de varianten, hun werkingsprincipe, testmethodes en belangrijke aanwijzingen voor het vakkundig vervangen van lambdasondes.
Belangrijke veiligheidsinstructie
De volgende technische informatie en praktische tips zijn door HELLA ontwikkeld om autogarages bij hun werkzaamheden professioneel te ondersteunen. De op deze website beschikbare informatie mag alleen worden gebruikt door vakmensen die in de desbetreffende materie zijn opgeleid.
INHOUDSOPGAVE
LAMBDASONDE WERKING: WERKINGSPRINCIPE
Voor een ideaal rendement van de katalysator is een optimale verbranding nodig. Deze wordt bij een benzinemotor bereikt bij een mengselsamenstelling van 14,7 kg lucht op 1 kg brandstof (stoichiometrisch mengsel). Dit optimale mengsel wordt met de Griekse letter λ (lambda) aangeduid. Met lambda wordt de luchtverhouding tussen de theoretische luchtbehoefte en de daadwerkelijk toegevoerde hoeveelheid lucht uitgedrukt:
λ = toegevoerde luchthoeveelheid : theoretische luchthoeveelheid = 14,7 kg : 14,7 kg = 1
Het principe van de lambdasonde berust op een zuurstofvergelijking. Dit houdt in dat het resterende zuurstofgehalte van het uitlaatgas (ca. 0,3 - 3 %) met het zuurstofgehalte van de omgevingslucht (ca. 20,8 %) wordt vergeleken.
Als het resterende zuurstofgehalte van het uitlaatgas 3 % (mager mengsel) bedraagt, ontstaat er op basis van het verschil met het zuurstofgehalte van de omgevingslucht een spanning van 0,1 V.
Als het resterende zuurstofgehalte minder dan 3 % (vet mengsel) bedraagt, stijgt de sondespanning op basis van het grotere verschil tot 0,9 V. Het resterende zuurstofgehalte wordt met verschillende lambdasondes gemeten.
In de regel wordt de werking van de lambdasonde bij het normale uitlaatgasonderzoek gecontroleerd. Omdat de sonde echter onderhevig is aan slijtage moet deze regelmatig (ca. om de 30.000 km) worden gecontroleerd, bijvoorbeeld in het kader van servicebeurten.
Vanwege de strengere wetgeving ter reductie van de uitstoot van motorvoertuigen zijn ook de technieken op het vlak van de uitlaatgasnabehandeling verbeterd.
Spanningssprong-sonde
Deze sonde bestaat uit vingervormige, binnenin holle zirkoniumdioxidekeramiek. Het bijzondere aan deze vaste-stof-elektrolyt is, dat deze vanaf een temperatuur van ca. 300°C doorlaatbaar is voor zuurstofionen. Beide zijden van deze keramiek zijn voorzien van een dunne, poreuze laag platine die dient als elektrode. Langs de buitenkant van de keramiek stroomt het uitlaatgas, de binnenkant is gevuld met referentielucht.
Door de verschillende zuurstofconcentraties aan beide zijden ontstaat er op basis van de eigenschappen van de keramiek zuurstofionenmigratie, die wederom spanning genereert. Deze spanning wordt gebruikt als signaal voor het regelapparaat, dat het mengsel afhankelijk van het resterende zuurstofgehalte van de uitlaatgassen verandert.
Dit proces – het meten van het resterende zuurstofgehalte en het vetter dan wel magerder maken van het mengsel - wordt meermaals per seconde herhaald, zodat er een passend mengsel ( λ = 1) ontstaat.
Spanningssprong-sonde
Weerstandssprong-sonde
Bij deze sonde wordt het keramiekelement gemaakt van titaandioxide, in een meerlagige dikke-filmtechniek. Titaandioxide heeft de eigenschap dat het zijn weerstand proportioneel aan de zuurstofconcentratie in het uitlaatgas verandert. Bij een hoog zuurstofgehalte (mager mengsel λ > 1) is het minder geleidend, bij een gering zuurstofgehalte (vet mengsel λ < 1) wordt het meer geleidend. Deze sonde heeft geen referentielucht nodig, maar moet door het regelapparaat via een weerstandscombinatie worden voorzien van een spanning van 5 V. Via een spanningsdaling aan de weerstanden ontstaat het voor het regelapparaat benodigde signaal.
Beide meetcellen zijn in een soortgelijke behuizing gemonteerd. Een beschermende buis voorkomt beschadigingen aan de in de uitlaatgasstroom uitstekende meetcellen.
Weerstandssprong-sonde
Lambdasondeverwarming
De eerste lambdasondes waren niet verwarmd en moesten daarom dichtbij de motor worden geplaatst om zo snel mogelijk hun werktemperatuur te kunnen bereiken. Tegenwoordig worden lambdasondes voorzien van een sondeverwarming. Daardoor kunnen de sondes ook verder van de motor worden ingebouwd.
Voordeel:
Ze worden niet meer blootgesteld aan de hoge thermische belasting. Door de sondeverwarming komen ze snel op bedrijfstemperatuur, waardoor de periode waarin de lambdaregeling niet actief is zeer kort blijft. Een te sterke afkoeling tijdens stationair draaien, waarbij de uitlaatgastemperatuur niet zo hoog is, wordt voorkomen. Verwarmde lambdasondes hebben een kortere reactietijd, wat een positief effect heeft op de regelsnelheid.
Breedbandlambdasonde
De lambdasonde toont een vet of mager mengsel in het bereik λ = 1. De brredbandlambdasonde biedt de mogelijkheid zowel in het magere (λ > 1) als in het vette (λ < 1) bereik een nauwkeurige luchtfactor te meten. De sonde levert een exact elektrisch signaal en kan daarom willekeurige gewenste waarden regelen bij bijvoorbeeld dieselmotoren, benzinemotoren met magerconcepten, gasmotoren en CV-ketels. De breedbandlambdasonde is opgebouwd als een gebruikelijke sonde met referentielucht. De sonde beschikt tevens over een tweede elektrochemische cel: de pompcel.
Door een klein gaatje in de pompcel komt er uitlaatgas in de meetruimte, de diffusiespleet. Voor het instellen van de luchtfactor (λ) wordt hier de zuurstofconcentratie vergeleken met de zuurstofconcentratie van de referentielucht. Om voor het regelapparaat een meetbaar signaal te krijgen, wordt de pompcel voorzien van spanning. Door deze spanning kan het zuurstof uit het uitlaatgas in de diffusiespleet of eruit worden gepompd. Het regelapparaat regelt de pompspanning zodanig, dat de samenstelling van het gas in de diffusiespleet constant bij λ = 1 ligt. Als het mengsel mager is, wordt door de pompcel zuurstof naar buiten gepompt. Hieruit resulteert een positieve pompstroom. Als het mengsel vet wordt, wordt er zuurstof uit de referentielucht naar binnen gepompt. Er ontstaat een negatieve pompstroom. Bij λ = 1 in de diffusiespleet wordt er geen zuurstof getransporteerd, de pompstroom is nul. Deze pompstroom wordt door het regelapparaat geanalyseerd en geeft de luchtfactor en daarmee informatie over de samenstelling van het mengsel.
Gebruik van meerdere lambdasondes
Sinds de invoering van de EOBD moet ook de werking van de katalysator worden bewaakt. Hiervoor wordt er een extra lambdasonde achter de katalysator geïnstalleerd. Daarmee wordt het vermogen voor zuurstofopslag van de katalysator bepaald.
De werking van de sonde achter de katalysator is dezelfde als die van de sonde voor de katalysator . In het regelapparaat worden de amplitudes van de lambdasondes vergeleken. Door het vermogen voor zuurstofopslag van de katalysator zijn de spanningsamplitudes van de sonde achter de katalysator erg klein. Als het opslagvermogen van de katalysator daalt, stijgen de spanningsamplitudes van de sonde achter de katalysator door het verhoogde zuurstofgehalte.
De hoogte van de amplitudes die bij de sonde achter de katalysator ontstaan, zijn afhankelijk van het actuele opslagvermogen van de katalysator, dat op basis van belasting en toerental verandert. Daarom wordt bij vergelijking van de sonde-amplitudes rekening gehouden met belasting en toerental. Als de spanningsamplitudes van beide sondes toch bijna gelijk zijn, is het opslagvermogen van de katalysator bijv. door ouderdom bereikt.
LAMBDASONDE KAPOT: SYMPTOMEN
Bij uitval van de lambdasonde kunnen de volgende symptomen optreden:
- hoog brandstofverbruik
- slecht motorvermogen
- hoge uitlaatgasemissies (AU)
- motorcontrolelampje brandt
- opslaan van een foutcode
LAMBDASONDE DEFECT GEVOLGEN: UITVALSOORZAAK
Uitval kan verschillende oorzaken hebben:
- interne en externe kortsluiting
- ontbrekende massa/voeding
- oververhitting
- afzettingen/verontreiniging
- mechanische beschadiging
- gebruik van loodhoudende brandstof/additieven
Er bestaat een reeks typische defecten aan lambdasondes die zeer vaak optreden. De volgende opsomming laat zien door welke oorzaak gediagnosticeerde fouten zijn ontstaan:
Onverwarmde sondes
| Gediagnosticeerde fout | Oorzaak |
|---|---|
| Beschermende buis of sondelichaam dichtgeslibd door olieresten | Onverbrande olie is terechtgekomen in de uitlaatgasinstallatie, bijv. door defecte zuigerringen of klepsteelafdichtingen |
| Aanzuiging verkeerde lucht, ontbrekende referentielucht | Sonde verkeerd gemonteerd, referentieluchtopening verstopt |
| Schade door oververhitting | Temperaturen boven 950 °C door verkeerd ontstekingstijdstip of klepspeling |
| Slechte verbinding aan de connectorcontacten | Oxidatie |
| Onderbroken kabelverbindingen | Slecht gelegde kabel, schuurplekken, marterbeet |
| Ontbrekende massa-aansluiting | Oxidatie, corrosie aan de uitlaatgasinstallatie |
| Mechanische beschadigingen | Te hoog draaimoment |
| Chemische veroudering | Zeer vaak voorkomende korte ritten |
| Loodafzettingen | Gebruik van loodhoudende brandstof |
FOUTDIAGNOSE BIJ DE LAMBDASONDE: BASISPRINCIPES
Voertuigen die zijn uitgerust met een eigendiagnose kunnen in de regelkring optredende fouten herkennen en opslaan in het foutgeheugen. Dit wordt in de regel aangegeven door het motorcontrolelampje. Voor de foutdiagnose kan het foutgeheugen dan met een diagnoseapparaat worden uitgelezen. Oudere systemen zijn echter niet in staat om vast te stellen of deze fout gebaseerd is op een defect onderdeel of bijvoorbeeld op een kabeldefect. In dit geval moet de monteur verdere tests uitvoeren.
In het kader van de EOBD is de controle van de lambdasondes met de volgende punten uitgebreid:
- kortsluiting,
- stand-by,
- kortsluiting na regelapparaat-massa,
- kortsluiting na plus,
- kabelbreuk en veroudering van de lambdasondes.
Om de lambdasondesignalen te diagnosticeren gebruikt het regelapparaat de vorm van de frequentie van het signaal.
Hiertoe berekent het regelapparaat de volgende gegevens:
- de maximale en minimale herkende sondespanningswaarde,
- de tijd tussen positieve en negatieve flank,
- lambdaregelgrootheid volgens vet en mager,
- regeldrempel van de lambdaregeling,
- sondespanning en periodeduur.
LAMBDASONDE CONTROLEREN MET OSCILLOSCOOP, MULTIMETER, LAMBDASONDETESTER, UITLAATGASMEETAPPARAAT: FOUTOPSPORING
In het algemeen moet voor elke controle een visuele controle worden uitgevoerd om er zeker van te zijn dat kabel of stekker niet beschadigd zijn. De uitlaatgasinstallatie mag geen lekkages vertonen.
Voor aansluiting van meetapparatuur wordt een adapterkabel aanbevolen. Tevens moet ervoor worden gezorgd dat de lambdaregeling bij enkele bedrijfstoestanden niet actief is, bijvoorbeeld tijdens de koude start tot het bereiken van de bedrijfstemperatuur en bij vollast.
Lambdasonde controleren met de uitlaatgastester
Uitlaatgastester
Een van de snelste en eenvoudigste controles is de meting met een viergas-uitlaatgasmeetapparaat.
De controle wordt net als het voorgeschreven uitlaatgasonderzoek uitgevoerd. Bij een bedrijfswarme motor wordt door het lostrekken van een slang als storende grootheid valse lucht bijgeschakeld. Door de veranderende samenstelling van het uitlaatgas verandert de door de uitlaatgastester berekende en weergegeven lambdawaarde. Vanaf een bepaalde waarde moet het mengselvormingssysteem dit herkennen en binnen een bepaalde tijd (zoals bij de AU 60 seconden) herstellen. Als de storende grootheid wordt weggenomen moet de lambdawaarde worden teruggezet op de oorspronkelijke waarde.
In het algemeen moeten hiervoor de voorschriften voor het bijschakelen van storende grootheden en de lambdawaarden van de fabrikant in acht worden genomen.
Met deze controle kan echter alleen worden vastgesteld of de lambdaregeling werkt. Een elektrische controle is niet mogelijk. Bij deze procedure bestaat het gevaar dat moderne motormanagementsystemen ondanks een niet werkende lambdaregeling het mengsel met de nauwkeurige registratie van belasting zodanig regelen, dat λ = 1 is.
Lambdasonde controleren met de multimeter
Multimeter
Voor de controle mogen uitsluitend hoog-ohmige multimeters met digitale of analoge weergave worden gebruikt.
Door multimeters met een kleine interne weerstand (meestal bij analoge apparaten) wordt het lambdasondesignaal te sterk belast en kan het wegvallen. Op grond van de snel wisselende spanning kan het signaal het beste worden weergegeven met een analoog apparaat.
De multimeter wordt parallel aan de signaalleiding (zwarte kabel, schakelschema in acht nemen) van de lambdasonde aangesloten. Het meetbereik van de multimeter wordt ingesteld op 1 of 2 volt. Na het starten van de motor verschijnt op de weergave een waarde tussen 0,4 – 0,6 volt (referentiespanning). Als de bedrijfstemperatuur van de motor dan wel van de lambdasonde is bereikt, begint de vaste spanning te wisselen tussen 0,1 en 0,9 volt.
Voor een probleemloos meetresultaat moet de motor op een toerental van ca. 2.500 omwentelingen worden gehouden. Hierdoor wordt gegarandeerd dat de bedrijfstemperatuur van de sonde ook bij systemen met onverwarmde lambdasonde wordt bereikt. Door de te lage uitlaatgastemperatuur bij stationair toerental bestaat het gevaar dat de onverwarmde sonde afkoelt en geen signaal meer geeft.
Lambdasonde controleren met de oscilloscoop
Signaalbeeld lambdasonde
Met de oscilloscoop kan het signaal van de lambdasonde het beste worden weergegeven. Basisvoorwaarde is net als bij de meting met de multimeter de bedrijfstemperatuur van motor of lambdasonde.
De oscilloscoop wordt aangesloten op de signaalleiding. Het in te stellen meetbereik is afhankelijk van de gebruikte oscilloscoop. Als het apparaat over een automatische signaalherkenning beschikt, moet deze worden gebruikt. Bij het handmatig instellen een spanningsbereik van 1 – 5 volt en een tijd van 1 – 2 seconden instellen.
Het motortoerental moet weer ca. 2.500 omwentelingen bedragen.
De wisselspanning verschijnt sinusvormig op het display. Met dit signaal kunnen de volgende parameters worden geanalyseerd:
- de amplitudehoogte (maximale en minimale spanning 0,1 – 0,9 volt),
- de reactietijd en de periodeduur (frequentie ca. 0,5 – 4 Hz).
Lambdasonde controleren met de lambdasondetester
Lambdasondetester
Verschillende fabrikanten bieden voor het controleren speciale lambdasondetesters aan. Met dit apparaat wordt de werking van de lambdasonde weergegeven met behulp van LED's.
De aansluiting vindt net als bij multimeter en oscilloscoop plaats op de signaalleiding van de sonde. Zodra de sonde de bedrijfstemperatuur heeft bereikt en begint te werken, beginnen de LED's afwisselend te branden, afhankelijk van mengselsamenstelling en spanningsverloop (0,1 – 0,9 volt) van de sonde.
Alle gegevens voor instelling van het meetapparaat voor spanningsmeting hebben hier betrekking op zirkoniumdioxidesondes (spanningssprongsondes). Bij titaandioxidesondes verandert het in te stellen spanningsbereik naar 0 – 10 volt, de gemeten spanningen wisselen tussen 0,1 – 5 volt.
Toestand van de beschermende buis controleren
In het algemeen moeten de specificaties van de fabrikant in acht worden genomen. Behalve de elektronische controle kan ook de toestand van de beschermende buis van het sonde-element informatie geven over de werking:
LAMBDASONDEVERWARMING CONTROLEREN: FOUTOPSPORING
De interne weerstand en de voeding van het verwarmingselement kunnen gecontroleerd worden.
Hiertoe de stekker van de lambdasonde loskoppelen. Aan de zijde van de lambdasonde met de ohmmeter aan beide kabels voor het verwarmingselement de weerstand meten. Deze moet tussen 2 en 14 Ohm liggen. Aan de zijde van het voertuig met de voltmeter de voeding meten. Er moet een spanning van > 10,5 volt (boordspanning) aanwezig zijn.
Verschillende aansluitmogelijkheden en kabelkleuren
Onverwarmde sondes
| Aantal kabels | Kabelkleur | Aansluiting |
|---|---|---|
| 1 | Zwart | Signaal (massa via behuizing) |
| 2 | Zwart | Signaal Massa |
Verwarmde sondes
| Aantal kabels | Kabelkleur | Aansluiting |
|---|---|---|
| 3 | Zwart 2 x wit | Signaal (massa via behuizing) verwarmingselement |
| 4 | Zwart 2 x wit Grijs | Signaal verwarmingselement massa |
Titaandioxidesondes
| Aantal kabels | Kabelkleur | Aansluiting |
|---|---|---|
| 4 | Rood Wit Zwart Geel | Verwarmingselement (+) Verwarmingselement (-) Signaal (-) Signaal (+) |
| 4 | Zwart 2 x wit Grijs | Verwarmingselement (+) Verwarmingselement (-) Signaal (-) Signaal (+) |
(Specificaties van de fabrikant moeten in acht worden genomen.)
LAMBDASONDE VERVANGEN: VIDEO
Vervangen van de lambdasonde
Vervangen van de lambdasonde inclusief uit- en inbouwinstructies
02:42 min
Het volgende moet bij het vervangen van de lambdasonde in acht worden genomen
Bij vervanging van een lambdasonde moet het volgende bij de montage van de nieuwe sonde in acht worden genomen:
- Gebruik voor demontage en montage uitsluitend hiervoor bedoeld gereedschap.
- Controleer de schroefdraad in de uitlaatgasinstallatie op beschadigingen.
- Gebruik uitsluitend het meegeleverde of speciaal voor lambdasondes bedoelde vet.
- Voorkom contact van het meetelement van de sonde met water, olie, vet, reinigings- en roestoplosmiddelen.
- De desbetreffende draaimomenten van de lambdasonde- en voertuigfabrikanten moeten in acht worden genomen.
- Zorg er bij het leggen van de aansluitkabel voor, dat deze niet in aanraking komt met hete of beweeglijke voorwerpen en niet over scherpe randen heen wordt gelegd.
- Leg de aansluitkabel van de nieuwe lambdasonde indien mogelijk net als bij de origineel gemonteerde sonde.
- Zorg voor voldoende speelruimte voor de aansluitkabel, zodat deze niet losscheurt door trillingen en bewegingen van de uitlaatgasinstallatie.
- Wijs uw klanten erop, dat er geen op metaal gebaseerde additieven of loodhoudende brandstof gebruikt mogen worden.
- Gebruik geen op de grond gevallen of beschadigde lambdasonde.
Hoe nuttig is dit artikel voor jou?
Helemaal niet nuttig
Zeer nuttig