Lambdasensoren staan ook bekend als zuurstofsensoren, omdat ze het zuurstofgehalte in de uitlaatgassen meten. Deze sensoren werden tientallen jaren geleden voor het eerst ontwikkeld door Robert Bosch GmbH.
Ze worden gebruikt om de lucht-brandstofverhouding te bepalen en vormen op hun beurt een integraal onderdeel van de gesloten-luswerking van het brandstofinjectieproces, aangezien hun real-time meting bepaalt of het verbrandingsmengsel rijk of arm is, en met behulp van deze feedback past de ECU de injectorpulsen aan om een optimale verbranding te verkrijgen...
De lucht-brandstofverhouding voor een theoretisch optimale verbranding in benzinemotoren is 14,7 delen lucht op 1 deel brandstof of 14,7:1, waarbij de delen worden gemeten in massa lucht en massa brandstof. Deze theoretisch optimale verhouding staat bekend als de stoichiometrische lucht-brandstofverhouding.
De grafiek links komt uit een document van Bosch ""Lambda-zuurstofsensoren, type LSM 11"
Een RIJK mengsel veroorzaakt een zuurstofvraag in de sensor en manifesteert zich dus als een hogere sensorspanning dan een LEEN mengsel dat zich manifesteert als een lage spanning op de sensoruitgang. Er zijn 2 basistypes Lambdasensoren
De Wikipedia Oxygen Sensor en Wikipedia AFR-sensor pagina's zijn een goede bron van basisinformatie over de algemene theorie en details van de werking van Lambda-sensoren.
Er bestaat GEEN PERFECTE grafiek... daarom kunnen wij u GEEN referentiegrafiek geven met de instructies: "Zo moet het eruit zien, en als het er niet EXACT zo uitziet, dan is er een probleem!". Zodra u echter de basiswerking begrijpt, kunt u een gefundeerde beslissing nemen over de geschiktheid en juistheid van wat u in de grafieken ziet...! In het algemeen kunnen Lambda-sensoren met een smalle band slechts een klein gebied aan weerszijden van de stoichiometrische verhouding meten, en hun spanningsuitgang is beperkt tot een gebied tussen nul en 1 Volt. De output wordt meestal uitgedrukt in milli-Volt (mV).
De elektronische regeleenheid (ECU) meet de Lambda-spanning en gebruikt deze om de injectorpulsbreedte (dus de effectieve hoeveelheid brandstof) systematisch te verhogen, totdat deze boven een ingesteld gemiddelde boven het nominale werkingspunt uitkomt... Zodra deze "rijkere" maximale instelling is bereikt, begint de ECU de basiswaarde van de injectorpuls te verlagen totdat deze een minimale "magere drempel" bereikt, voordat hij de cyclus opnieuw begint te herhalen... Daarbij probeert de ECU de lucht-brandstofverhouding op het vooraf bepaalde instelpunt te houden, door rond het vooraf bepaalde instelpunt te perturberen...
Gewapend met bovenstaande kennis, en wetende dat sommige ECU's minimum instelpunten hebben van 150 of 200mV en maximum instelpunten variërend van 600mV tot een veel voorkomende 700mV, sommige zelfs tot 800mV, kunnen we dit gebruiken om een algemene maar gefundeerde beslissing te nemen over de geldigheid van het Lambda-sensorsignaal.
Hieronder ziet u een grafiek van een Lambdasensor spanningslog van een van de sensoren van een S1000RR.
Het bovenstaande is een volkomen normaal spanningssignaal van een zuurstofsensor... En om te laten zien hoe groot de verschillen kunnen zijn, hier nog een, dit keer een van de Lambda-spanningssignalen van een HP2. Je kunt het verschil zien, maar deze is ook perfect goed!
Ik koos deze specifieke grafiek van de HP2 omdat hij ook het begin van de gesloten-lus functie toont... wat me op een ander zeer belangrijk punt brengt...
OPMERKING: De motorregelaar werkt in open-loop tijdens de verrijkingscyclus bij koude start en daarom mag de werking van de Lambda-sensor alleen worden geëvalueerd bij bedrijfstemperatuur!
Kortom, we zoeken het volgende:
We willen het volgende niet zien:
Hier hebben we een signaal van dezelfde HP2 als hierboven, maar de Lambda-sensor van de andere cilinder.
Je ziet duidelijk het verschil met het vorige signaal en het feit dat er beslist iets niet klopt, springt je tegemoet!
Vervolgens rijst de vraag: is het de sensor die defect is of is dit een juiste meting van een zeer onjuiste lucht-brandstofverhouding? Deze vraag is niet altijd even gemakkelijk te beantwoorden, en maakt geen deel uit van deze discussie, maar ik wil er toch wat tijd aan besteden. De sleutel is om LOGISCH en SYSTEMATISCH te werk te gaan bij het opsporen van fouten! (dit geldt voor elke vorm van foutopsporing!). In dit geval moet u kijken naar de omstandigheden. Als het stationair draaien stroef verloopt, is het zeer waarschijnlijk dat u echt een zeer slechte lucht-brandstofverhouding hebt (met behulp van uw hierboven opgedane kennis, omdat de spanning zeer laag is, is dit inderdaad een zeer LEIN mengsel). Als je de lambdasonde verdenkt, zou je de twee lambdasondes kunnen verwisselen....
In het bovenstaande geval was de sensor echter goed - zoals in de meeste gevallen het geval is... en de lucht-brandstofverhouding was inderdaad zeer mager, blijkbaar als gevolg van een "kleverige gasklepverbinding".
Eerst enkele definities
Lambda is de lucht/brandstof verhouding.
Lambda Control Factor (ook bekend als excess-air factor) is de verhouding tussen de werkelijke en de ideale lucht/brandstofverhouding.
Thus, a Lambda > 1, implies a LEAN mixture and oppositely so, a Lambda < 1, implies a RICH mixture.
Hieronder staat de grafiek van de Lambda Controle Factor voor een van de Zuurstof sensoren van de S1000RR. We zien dat hij continu iets onder de 1 loopt, dus een beetje rijk (het is bekend dat een iets rijkere dan stoichiometrische lucht-brandstofverhouding een hoger vermogen oplevert).
Om voor de hand liggende redenen kan de ECU de injectietijd/pulsbreedte alleen aanpassen of wijzigen binnen bepaalde grenzen, die in het geval van de meeste BMW-motorfietsen ofwel +- 0,20 of +-0,25 bedragen, zodat de ECU in feite de Lambda-controlefactor kan regelen van 0,8 tot 1,2 of 0,75 tot 1,25 respectievelijk.
Op dezelfde manier zien we de Lambda-regelfactoren voor beide zuurstofsensoren van ons HP2-voorbeeld. Heel duidelijk lijkt de blauwe cilinder vrij normaal, en net zo duidelijk zien we dat de rode cilinder beslist mager loopt, het grootste deel van de tijd, vast op de maximale compensatiefactor van 1,25.
Om de lambdasensoren effectief te laten werken, moeten ze worden verwarmd tot ongeveer 316 graden Celsius. Hiervoor hebben ze interne verwarmingselementen die door de ECU worden aangestuurd. De meeste ECU's geven de Lambda verwarming aan (1=ON en 0=OFF). Hieronder staat een grafiek van de verwarmingstoestand van een van de cilinders van de HP2 die we hierboven hebben besproken.
Ik hoop dat bovenstaande informatie voldoende is voor een goed begrip van de Lambda-sensor, hoe deze in verband staat met de Lambda-regelfactor en hoe deze op zijn beurt door de ECU wordt gebruikt om de motor rond een vooraf bepaald werkpunt van de lucht-brandstofverhouding te houden. Er is veel informatie voorhanden... het internet is een enorme bron van informatie... en met de terminologie uit dit artikel en de 2 wikipagina's als uitgangspunt kun je al snel een expert worden op het gebied van lambdasensoren en hun integratie in het grotere brandstofinjectieproces.
