Lambdasonde vervangen: kosten en uitleg

Als de lambdasonde defect is, kun je goedkope vervanging-onderdelen vinden in onze online shop. (Foto: NGK)

Inhoudsopgave:

• De lambasonde in het kort
• Taak en basisprincipe van de lambdasonde
• Hoe heeft de lambdasonde haar naam gekregen?
• Wat is de juist lambdawaarde?
• De lambdasonde en de katalysator zorgen voor schone lucht
• Verschillen tussen lambdasensoren
• Oorzaken en symptomen van defecten
• Vervanging van de lambdasonde
• Verder rijden zonder te vervangen?
• Foutmelding ondanks het vervangen van de lambdasonde?

De lambdasonde in het kort

De lambdasonde is een sensor die het zuurstofgehalte in de uitlaatgasstroom van een auto meet. De motorregeling regelt het brandstof-luchtmengsel met behulp van de verkregen lambdawaarde. In het juiste lambda-venster kan een katalysator de uitstoot van schadelijke stikstofoxiden, koolwaterstoffen en koolmonoxide met meer dan 95 procent verminderen. We leggen in detail uit hoe dit belangrijke auto-onderdeel werkt.

Koop goedkope zuurstofsensoren van gespecialiseerde merken zoals NGK of Bosch. (Foto: NGK)

Taak en basisprincipe van de lambdasonde

De lambdasonde meet de hoeveelheid zuurstof die na verbranding in de uitlaat achterblijft en stuurt een analoog, elektrisch signaal naar de motorregeleenheid. Daar wordt het geïnterpreteerd samen met andere parameters voor mengselvorming om de injectiehoeveelheid voor de brandstof te regelen. Omdat de lambdasonde indirect de relatie tussen lucht en brandstof regelt, wordt deze ook wel de regelsensor genoemd. In moderne voertuigen wordt de regelsonde aangevuld met een regelsonde of diagnosesonde achter de katalysator.

Hoe heeft de lambdasonde haar naam gekregen?

De lambdasonde krijgt zijn naam omdat deze de verbrandingsluchtverhouding λ (lambda) meet. De verbrandingsverhouding beschrijft de massaverhouding van lucht en brandstof in een verbrandingsproces. Uit λ kunnen we bijvoorbeeld het verloop van verbranding, temperaturen, vervuiling of efficiëntie afleiden. In de uitlaattechniek voor auto's betekent λ = 1 dat er zoveel lucht beschikbaar is als nodig is voor de volledige verbranding van de brandstof. Men spreekt dan van een stoïchiometrisch mengsel. Uiteraard verschilt deze verhouding afhankelijk van de gebruikte brandstof. Bijvoorbeeld voor de verbranding van één deel ethanol zijn negen delen lucht nodig, voor benzine is dit ongeveer 14,7 delen. Benzine heeft dus meer lucht nodig dan ethanol om volledig te verbranden.

Wat is de juiste lambdawaarde?

Er is geen algemeen antwoord op deze vraag, omdat de lambdawaarde drie verschillende doelvariabelen van een motor beïnvloedt: prestaties, verbruik en milieu-impact. Om de context te begrijpen, moeten eerst enkele termen worden gedefinieerd. Als de lambdawaarde onder 1 daalt, spreekt men van een "rijk mengsel" omdat niet alle brandstof wordt verbrand. Met een teveel aan lucht, d.w.z. de lambda-waarde is groter dan 1, anderzijds spreekt men van een "arm mengsel" omdat er meer lucht beschikbaar is dan nodig is voor de verbranding. Het lambda-venster (lambda ligt tussen 0,97 en 1,03) is het ideale bereik voor de katalysator waarin de beste reinigingsprestaties worden bereikt. Over de lambda-waarde kunnen de volgende uitspraken worden gedaan:λ = 0,85 - maximale prestaties, hoog verbruik, schadelijk voor het milieuλ = 1,00 - evenwichtige verhouding tussen verbruik en prestaties, milieuvriendelijkλ = 1,10 - laag brandstofverbruik met prestatieverliezen en problemen met de katalysator.

De lambda-waarde beïnvloedt de prestaties en het verbruik van een motor.

(Afbeelding: Stefan-XP @ wikimedia.org (CC BY-SA 3.0)

Lambdasonde en katalysator zorgen voor schone lucht

Aangezien de verbranding van brandstoffen ook voor het milieu schadelijke en soms giftige verontreinigende stoffen veroorzaakt, zijn driewegkatalysatoren sinds 1992 verplicht in Europa. Ze verminderen het aandeel koolwaterstoffen, stikstofoxiden en koolmonoxide in het uitlaatgas met meer dan 95%. Door chemische reacties op de edelmetaalplaten gemaakt van platina, palladium en rhodium zet de voertuigkatalysator deze uitlaatgassen om in onschadelijk water, kooldioxide, stikstof en zuurstof. Dit werkt alleen optimaal bij hoge temperaturen en een stoïchiometrische lucht-brandstofverhouding (λ = 1). De conversie vindt plaats volgens de volgende formules:
2 CO (koolmonoxide) + O2 (zuurstof) = 2 CO2 (koolstofdioxide)
CmHn (koolwaterstoffen) + (m + n / 4) O2 (zuurstof) = m CO2 (koolstofdioxide) + n / 2 H2O (water)
2 NO (stikstofoxide) + 2 CO (koolmonoxide) = N2 (stikstof) + 2 CO2 (koolstofdioxide)
Verschillen in de structuur van lambdasensoren

1. Spanningssprongsonde - lambdasonde van zirkoniumdioxide

Spanningssprongsondes worden ook Nernst-sondes genoemd naar Walther Nernst en werken met zirkoniumdioxide als membraan. Bij hoge temperaturen (minimaal 300 graden Celsius voor YSZ-keramiek, maar soms ook 600-700 graden Celsius) kan dit materiaal elektrolytisch zuurstofionen geleiden. Sensoren aan de binnenkant van de sonde kunnen nu het verschil in concentratie van zuurstof tussen uitlaatgas en referentielucht meten. De referentielucht is normaal de omgevingslucht, die, afhankelijk van het ontwerp van de sonde, ook afzonderlijk wordt geleverd om verontreiniging en onjuiste meetresultaten door CO2, CO, water, olie of brandstofdampen te voorkomen. Er zijn ook sondes die geen extra lucht nodig hebben en in plaats daarvan een zuurstofvrije referentie in de sensor als referentiepunt creëren. De zogenaamde sondespanning ligt tussen 200 mV en 800 mV in het optimale bereik lambda = 1 (ca. 450 mV is optimaal). Als de lambda toeneemt met een arm mengsel (te veel lucht), daalt de spanning. Met een rijk mengsel met een lambda eronder, stijgt de spanning boven 800 mV. In het gebied rond lambda = 1 is de spanningscurve niet lineair en springt plotseling afhankelijk van het lucht-brandstofmengsel. Hoewel dit geen exacte regeling van het brandstofmengsel mogelijk maakt, staat het een constante regeling toe. Deze tweepunts lambda-regeling verhoogt de brandstofhoeveelheid zodra de spanning onder 100 mV daalt totdat de sondespanning tot ongeveer 800 mV stijgt. Gemiddeld wordt de ideale 450mV bereikt door een periodieke verandering van een rijk en arm mengsel.

2. Weerstandssonde - titaniumdioxide lambdasonde

Ook lambdasondes met een halfgeleidend keramiek van titaniumdioxide zijn ook springsondes, maar komen veel minder vaak voor dan Nernst-sondes. Titaandioxide heeft de eigenschap dat de elektrische weerstand evenredig verandert met de hoeveelheid zuurstof in het uitlaatgas. Bij hoge O2-concentraties heeft het sensormateriaal een hoge weerstand en wordt het meer en meer geleidend naarmate het mengsel dikker wordt. Een karakteristieke sprong kan ook worden gemeten bij het veranderen van een rijk naar een arm mengsel. Weerstandssondes vereisen geen referentielucht en werken bij een bedrijfstemperatuur van ca. 700 graden Celsius.

3. Breedband-lambdasonde

Omdat springsondes leiden tot een oscillatie rond de opgegeven doelwaarde van lambda = 1, werden breedband lambdasondes ontwikkeld. Ze laten niet alleen werking rond het stoichiometrische werkpunt Lambda = 1 toe, maar meten de exacte waarde. Deze informatie kan b.v. kan worden gebruikt door directe benzine-injectie om het brandstofmengsel te optimaliseren voor andere doelgroottes. Is b.v. Als de belasting laag is, kan eenvoudig een lambdawaarde worden ingesteld om brandstof te besparen. Breedband-lambdasondes zijn aanzienlijk complexer dan springsondes en bestaan ​​uit meerdere lagen (pompcel, diffusiekanaal, Nernst-cel) en een geïntegreerde verwarming. Verwarming is belangrijk omdat lambdasondes bij temperaturen onder 300 graden Celsius, b.v. werk bij een koude start slechts heel langzaam. Afhankelijk van het model ligt de optimale bedrijfstemperatuur tussen 550 en 700 graden Celsius, waarbij breedband lambdasondes zelfs 100 tot 200 graden warmer zijn. Breedband lambdasondes zijn ook verkrijgbaar met hun eigen controller, die de regeling van de sonde overneemt en het signaal doorgeeft aan de motorregeling. Het voordeel is dat verschillende signaaluitgangen meestal individueel kunnen worden geprogrammeerd. Vaak b.v. een breedband-lambdasonde simuleert het spanningssignaal van een jump-sonde en voert tegelijkertijd de specifieke lambda-waarde elders uit. Deze waarden kunnen relevant zijn in het afstemgebied.

Oorzaken en symptomen van een defecte lambdasonde

Zoals elk onderdeel in een auto kan een lambdasonde kapot gaan. Vaak zijn te hoge temperaturen veroorzaakt door bijvoorbeeld defecte injectoren of verkeerd ingestelde ontstekingstijden. Chemische stress en mechanische belastingen, bijvoorbeeld trillingen van het voertuig kunnen ook schade veroorzaken. Een beschadigde lambdasonde is in eerste instantie slechts merkbaar voor de bestuurder door een aanzienlijk hoger brandstofverbruik (ca. 15%!) en meer milieuvervuiling omdat de katalysator niet langer optimaal kan werken. Rookwolken die uit de uitlaatpijp ontsnappen zijn ook mogelijk en, uiteraard, foutmeldingen op het dashboard. Aangezien de uitlaatgassen niet langer worden gemeten, zal de motorregeling meestal het brandstof-luchtmengsel verrijken en in noodmodus werken. In het geval van een defecte lambdasonde zijn echter ook een onregelmatig draaiende motor en een verkeerde ontsteking denkbaar. Bij een grondige controle of uitlaatgasinspectie wordt een gebroken lambdasonde in elk geval als defect aangeduid.

Vervanging van de lambdasonde

Om de lambdasonde te vervangen, wordt een bezoek aan de garage aanbevolen, omdat de auto op een hefbrug moet staan om het uitlaatsysteem te bereiken. De sensor is meestal erg strak en moet worden schoongemaakt met een staalborstel voordat je deze losschroeft. Als de oude lambdasonde veilig is vervangen, kun je ook roestverwijderaar gebruiken. Trek de stekker uit het contact en schroef de lambdasonde los. Nadat de basis grondig is gereinigd, kan de nieuwe lambdasonde worden gebruikt. Omdat het met een koppel moet worden vastgedraaid, zijn er lambdasondes met een uitsparing voor de kabel. Na de wijziging moeten ook de foutcodes in de besturing worden verwijderd. In deze video demonstreren onze Duitse collega’s van KfZTeile24 de procedure met het voorbeeld van een VW Golf IV.

Verder rijden met een defecte lambdasonde of direct wisselen?

Aangezien de motor zelf, afgezien van misschien meer slijtage, niet wordt beïnvloed door een defecte lambdasonde, is het theoretisch mogelijk om gewoon verder te rijden. Het wordt echter niet aanbevolen om een defecte zuurstofsensor te negeren. Misschien is er maar één kabel losgeraakt of is de sonde verstopt en moet deze worden schoongemaakt? Het vervangen van de lambdasonde in een autowerkplaats is relatief goedkoop en kost tussen de 40 en 200 euro. Deze investering betaalt zichzelf snel terug door besparingen op brandstof. Je kunt natuurlijk een geschikte lambdasonde van merkfabrikanten zoals NGK, Bosch of Febi kopen tegen een lage prijs in onze online shop.

Foutmelding zelfs na het vervangen van de lambdasonde?

Als de lambdasonde na de wijziging en de reset van het foutgeheugen nog steeds als "defect" wordt herkend, ligt het probleem waarschijnlijk ergens anders. Controleer bijvoorbeeld de luchtmassameter, die de neiging heeft om vuil te worden wanneer het luchtfilter beschadigd is of controleer de luchtslangen op lekken. De motor mag geen secundaire lucht aanzuigen omdat dan de mengselvorming niet meer past. Ook als er scheuren in het uitlaatspruitstuk of de turbocompressor zijn, kan de lambdasonde onjuiste waarden doorgeven. In het ergste geval gaat het om de besturingseenheid. Als een systeemupdate niet tot een oplossing leidt, moet deze worden gewijzigd. Vraag deskundig advies in een garage.