Lambdasonde:


Op deze pagina worden de volgende onderdelen beschreven:
-Lambdasonde
-Lambdawaarde
-Open-loop en Closed-loop
-Verwarmingselement
-Meten aan de lambdasonde
-Lambdawaarden bij een homogeen en een gelaagd verbrandingsproces



Lambdasonde:
Elke moderne auto met een benzinemotor en EOBD heeft 1 of 2 lambdasondes in de uitlaat gemonteerd zitten. Vaak een sensor vóór de katalysator (een breedbandsensor), en een sensor nį de katalysator (sprongsensor).
De breedbandsensor controleert de samenstelling van lucht en brandstof in de uitlaatgassen. De gegevens van de meting worden naar het motorregelapparaat gestuurd. Deze sensor wekt zelf een spanning op die constant varieert tussen de 0,1 en 0,9 volt. Dit wordt gemeten bij een arm en een rijk mengsel. De gegevens worden naar het motorregelapparaat gestuurd, die met deze gegevens voor de mengselaanpassing zorgt. Voor een goed werkende katalysator is een lambdasonde noodzakelijk, omdat een katalysator alleen werkt met een mengsel dat regelmatig wisselt tussen arm en rijk.
De sprongsensor heeft als taak om te controleren of de katalysator de uitlaatgassen goed om heeft gezet. Mocht de katalysator defect zijn (bijv. wanneer het binnenwerk defect is of puur door veroudering) zal de sprongsensor de slechte werking van de katalysator herkennen. Het motorstoringslampje wordt dan aangestuurd. Wanneer de auto uitgelezen wordt, zal er een storingscode verschijnen met de informatie dat de katalysator niet goed werkt.

In de onderstaande afbeelding zijn de voorste en achterste lambdasonde van cilinderbank 1 te zien (nummers 1 en 2) en van cilinderbank 2 (nummer 3 en 4).




Lambdawaarde:
Een ideale brandstof-luchtverhouding bij een benzinemotor is 1kg brandstof op 14,7kg lucht. Bij iedere kg  brandstof is dus 14,7kg lucht nodig om dat te verbranden. Dit wordt ook wel de "stochiometrische mengverhouding" genoemd.
Bij de ideale verbranding 1:14,7 is dit Lambda = 1 (zie illustratie linksonder in de afbeelding). Met de lambdawaarde 1 kan de katalysator niet goed werken. Om de katalysator te voorzien van de juiste stoffen in het uitlaatgas dient het mengsel eerst rijk (meer brandstof) en dan weer arm (minder brandstof) gemaakt te worden. Dit blijft constant variėren, wat ook te zien is wanneer de sprongsensor gemeten wordt. De spanning zal dan ook steeds tussen de 0,1 volt en 0,9 volt variėren.


(Afb. van een sprongsensor)

Een breedbandsensor werkt anders en is bij bovenstaande afbeelding niet van toepassing. Deze sensor werkt over gebieden van tussen lambda = 0,7 tot lambda = 4 en is daarmee zeer geschikt voor arme mengselmotoren, zoals motoren met gelaagde verbranding. (Uitleg over de lambdawaardes bij een gelaagde verbrandingsproces staat onderaan deze pagina beschreven). De breedbandsensor kan bij zowel benzine, gas en dieselmotoren worden toegepast.

De lambdasonde vergelijkt de uitlaatgassen met de buitenlucht. Het is daarom belangrijk dat de buitenlucht toevoer in de sonde niet verstopt zit. Wanneer dit gaatje dicht zit en er geen (in de onderstaande afbeelding blauwe) lucht meer in de sensor kan komen, zal de sensor dus niet werken.
 

Open-loop en Closed-loop:
De lambdasonde functioneert alleen als de uitlaatgassen een temperatuur hebben bereikt van ca. 350 graden Celcius. Alleen dan dringen de uitlaatgassen door een beschermlaag in de sonde. Ook dient de motor in deellast te draaien. Dat wil zeggen, dat er met een constante snelheid gereden wordt, met een constant toerental. In deze situatie spreken we over "closed-loop".
In een "open-loop'' situatie, wordt er door het motorregelapparaat niet naar de doorgegeven waardes van de lambdasonde gekeken. In deze situatie is de auto aan het accelereren, decelereren (optrekken en afremmen) of is de juiste uitlaatgastemperatuur nog niet bereikt.


Verwarmingselement:
Moderne lambdasondes hebben intern een verwarmingselement ingebouwd zitten. Dit verwarmingselement zorgt ervoor dat de lambdasonde zo snel mogelijk kan gaan meten na de koude start. Zoals hier boven ook al is uitgelegd, gaat de lambdasonde pas werken wanneer de uitlaatgassen een temperatuur van ca. 350 graden hebben bereikt. De uitlaatgassen kunnen dan pas door de beschermlaag heen dringen. Door de lambdasonde intern op te warmen, kan er nu al gemeten worden wanneer de uitlaatgassen de helft van de oorspronkelijk benodigde temperatuur bereikt hebben. In plaats van enkele minuten, kan er nu al in enkele seconden in een closed-loop situatie worden gedraaid.


Meten van de sprong-lambdasonde:
Wanneer er vermoed wordt dat er een defect aan de lambdasonde is, kan deze doorgemeten worden. Eerder werd al verteld dat de sonde zelf een spanning (variėrend tussen de 0,1 en 0,9 volt) opwekt. Door met draaiende motor de stekker eraf te halen, kan m.b.v. een multimeter op de plus en de min heel gemakkelijk de spanning afgelezen worden. Wanneer de spanning tussen de 0,1 en 0,9 volt blijft schommelen, werkt de sensor goed. Dat betekent dat de mengselverhouding steeds blijft wisselen tussen "rijk" en "arm", (zie de illustratie boven).

Een breedband-lambdasonde kan niet gemeten worden. De weerstandswaarde kan via een scoopmeter gemeten worden en bij foute waardes wordt er een foutcode in de computer opgeslagen. Meer controles kunnen er niet op uitgeoefend worden.


(Afb. van een lambdasonde)



Lambdawaarden bij een homogeen en gelaagd verbrandingsproces:
Homogeen:
Bij een homogeen mengsel is de lambdawaarde overal 1. Dat betekent bij een benzinemotor dat de verhouding van lucht en brandstof 14,7:1 is (14,7 kg lucht met 1 kg brandstof). Elke motor kan homogeen draaien. Als er verrijkt wordt, dan zal de lambdawaarde dalen en als het mengsel armer wordt gemaakt, zal de lambdawaarde stijgen:
λ<1 = Rijk
λ>1 = Arm
Een motor zal altijd blijven schommelen tussen arm en rijk om de katalysator goed te laten werken.

Gelaagd:
Motoren met directe inspuiting kunnen bij deellast gelaagd draaien. Een gelaagd verbrandingsproces betekent dat er diverse luchtlagen in de verbrandingsruimte aanwezig zijn waar tijdens de verbranding gebruik van gemaakt wordt. Dichtbij de bougie is de lambdawaarde 1. Verder daar vandaan wordt de lambdawaarde steeds hoger (armer, dus meer lucht). Deze lucht zorgt voor een isolerende luchtlaag. Bij een gelaagd proces is het inspuittijdstip later dan bij het homogene proces.
Met behulp van een gelaagde inspuiting kan de gasklep volledig geopend worden waardoor deze de lucht minder smoort. Doordat de aangezogen lucht ontsmoord wordt, ondervind deze minder weerstand en kan daardoor makkelijker aangezogen worden. Doordat de lambdawaarde in de verbrandingsruimte bij de gelaagde inspuiting toch kleiner dan 1 is door de isolerende luchtlaag, geeft dat geen problemen met de verbranding. Tijdens het gelaagde proces daalt het brandstofverbruik.
Bij vollast draait de motor altijd homogeen. Dit geeft een hoger koppel dan bij een gelaagd proces. Als de motor homogeen draait, wordt de brandstof vroeg ingespoten. Ook bij het wegrijden vanuit stilstand draait de motor homogeen. Er is dan een hoger wegrijdkoppel aanwezig dan wanneer de motor gelaagd zou draaien.

Voor meer informatie over het benzine-inspuitsysteem, zie de pagina Benzinemotor.