© WWW.AMT.NL - Dé internetsite voor de Automotive Professional

ning bedraagt ongeveer 800 mV. Wanneer hetmengsel arm is, dan bevat het uitlaatgas zuur-stof en het zuurstofverschil met de buitenluchtzal minder zijn. De sensorspanning bedraagtdan minder dan 200 mV. De sensorspanningwordt teruggekoppeld naar de motormanage-mentcomputer en is een maat voor de mengver-houding (rijk of arm). De computer weet aan dehand van het lambdasignaal of de hoeveelheidingespoten brandstof te veel of te weinig isgeweest.Tijdens de verbranding produceert de motoreen aantal ongewenste verbrandingsproducten.

De voornaamste zijn koolmonoxide (CO), onver-brande benzinedeeltjes (HC of CH) en stiksto-foxide (NOx). Het is de taak van de driewegkata-lysator om de uitstoot van deze deeltjes te ver-minderen. Koolmonoxide moet omgezet wor-den in kooldioxide (CO2). De onverbrande benzi-nedeeltjes moeten worden verbrand tot H20 enCO2 Hiervoor is zuurstof nodig of andersgezegd een arm mengsel. Men spreekt van oxi-deren. Om het NOx te verminderen hebben weHC-deeltjes nodig die dan de zuurstofdeeltjes inhet NOx voor hun verbranding gebruiken.Onverbrande benzine- of HC-deeltjes ontstaanbij een rijk mengsel. We spreken dan van redu-ceren. Wanneer we afwisselend het mengselrijk en arm laten worden, kan de katalysator degenoemde schadelijke bestanddelen (aanzien-lijk) beperken.

Pendelend signaalWanneer we de oscilloscoop aansluiten op delambdasensor, dan zien we bij een correct wer-kende motor een pendelend signaal dat vari-eert tussen de 200 en 800 mV. De modernelambdasensor (geen breedband) heeft in demeeste gevallen vier aansluitingen. De plus (+)en de min (-) van de sensor als signaaldraden ende plus (+) en de min (-) van de verwarmings-weerstand als voedingsdraden. We meten bijvoorkeur tussen de plus en de min van de sen-sorsignaaldraden (zie figuur 2). Wat precies demin en de plus is proberen we gewoon uit.Oude ééndraadslambdasensoren zonder verwar-ming meten we tussen de signaaldraad en devoertuigmassa.De mengselwisseling van arm naar rijk enomgekeerd gebeurt relatief langzaam. We gaanuit van ongeveer één keer per seconde. De oscil-loscoop moet dus op een langzame tijd wordengezet en zo mogelijk in de rolmode. Omdat hetsignaal zo langzaam wisselt is ‘triggeren’ nieterg zinvol. Bij een getriggerd signaal moeten webij een langzame tijd relatief lang wachten

WERKPLAATS Meten aan auto-elektronica

Om de katalysator van de mengselmotor opti-maal te laten werken wordt de inspuittijd doorde lambdasensor beïnvloed. Deze regeling staatbekend onder de naam ‘korte termijn adaptie’.We beginnen met de klassieke (digitale) lamb-dasensor. De lambdasensor is een chemischesensor en wekt zelf een spanning op. Hij meethet zuurstofverschil tussen de hoeveelheidzuurstof in het uitlaatgas en de buitenlucht.Wanneer het mengsel rijk is zal er geen zuur-stof in het uitlaatgas aanwezig zijn. Er is dansprake van een groot zuurstofverschil en de sen-sor zal een ‘hoge’ spanning afgeven. Deze span-

De lambdasensorspeelt een belangrijkerol in de emissierege-ling. Aan de hand vanhet lambdasignaalstuurt het motormana-gement de injectorenaan. Door zowel hetsignaal van de lambda-sensor als het inspuit-signaal in beeld tebrengen, is een be-trouwbare controle vande lambdaregelingmogelijk.

Gebruik van de digitale geheugen oscilloscoop

Zo controleer je delambdaregelingIn de vorige aflevering hebben we het injectorsignaal

onder de loep genomen. Het is nu tijd om de relatie tus-

sen twee verschillende signalen te bestuderen. We

bekijken het signaal van de lambdasensor in relatie tot

het inspuitsignaal. Zo kunnen we eenvoudig controleren

of de lambdaregeling naar behoren functioneert.

1 © WWW.AMT.NL - Dé internetsite voor de Automotive Professional

rijkt. Als de sensorspanning hoog is meet hetmotormanagement een rijk mengsel en zal alsreactie de inspuittijd verkorten. Hierdoor wordthet mengsel arm en zal het lambdasignaal laagworden waardoor de motormanagementcompu-ter weet dat hij meer moet gaan inspuiten.Uiteraard zal het proces van verarmen en verrij-ken op het inspuitsignaal terug te vinden zijn.De basisinspuithoeveelheid berekent de motor-managementcomputer aan de hand van de hoe-veelheid lucht die door de motor wordt aange-zogen. Dit gebeurt bijvoorbeeld door een lucht-massameter of een druksensor (MAP-sensor). Debasisinspuithoeveelheid wordt dan verrijkt ofverarmd aan de hand van de lambdasensor.Hoe weet de computer hoeveel hij moet verrij-ken of verarmen? Wel, dat weet hij eigenlijkniet. De computer zal in hele kleine stapjes hetsignaal gaan aanpassen en wachten op de res-pons van de lambdasensor. Zo’n ‘probeerrege-ling’ staat bekend onder een integrerende rege-ling of I-regeling. Het berekende basisinspuit-signaal wordt als het lambdasignaal laag is, inkleine stapjes verrijkt totdat het sensorsignaalomslaat naar hoog. De computer valt dan terugop zijn basishoeveelheid waarna het mengselweer in kleine stapjes wordt verarmd. Dit inkleine stapjes verlengen en verkorten van deinspuittijd is te zien op de oscilloscoop enwordt zoals gezegd, de korte termijn adaptiegenoemd. Figuur 4 laat dit regelprincipe zien.

Twee signalen in beeldAls we deze korte termijn adaptie met de oscil-loscoop willen gaan vastleggen, dan zullen wegebruik moeten maken van beide oscilloscoop-kanalen. Op kanaal A bijvoorbeeld het injector-signaal en op kanaal B het lambdasignaal. Hetprobleem is het instellen van de tijdbasis.Hoewel we per kanaal de spanning (V/Div) ver-schillend kunnen instellen, kunnen we dat(natuurlijk) niet doen met de tijdbasis. De geko-zen tijdinstelling geldt voor beide kanalen.

deze op bedrijfstemperatuur is. Deze tempera-tuur bedraagt ongeveer 350 graden Celcius. De PTC-verwarmingsweerstand houdt deze metbehulp van de motormanagementcomputerconstant. Bij een correct werkende motor opbedrijfstemperatuur moet de signaalfrequentiebij stationair draaiende motor ongeveer 1 Hztot 2 Hz zijn. De topwaarde moet hoger zijndan 750 mV en de minimale waarde lager zijndan 200 mV. Bij het gasgeven zal de frequentiemoeten toenemen. Let wel, dit zijn richt-waarden.

Aanpassing inspuitingHet pendelen van het lambdasensor-signaalwordt natuurlijk veroorzaakt door de motorma-nagementcomputer die het mengsel op com-mando van de lambdasensor verarmt of ver-

voordat het scherm weer herschreven wordt. Bijde rolmode wordt het triggersysteem uitgescha-keld en rolt het signaal als het ware over hetscherm. Figuur 3 toont het lambdasignaal vaneen Toyota Yaris.Omdat de zuurstofdeeltjes zich niet homogeenaan de sensor presenteren zal het signaal elek-trisch redelijk ‘vuil’ zijn. Om het lambdasignaalwat op te poetsen zijn sommige auto-oscillos-copen voorzien van een speciaal filter. Bij dePMS100 van Bosch moet zo’n filter tussen deoscilloscoop en de probe worden geplaatst.Gebruiken we de Fluke 123 dan kan overwogenworden om het softwarefilter ‘smooth’ te acti-veren. De kleine storende spanningspiekjes ver-dwijnen dan. We missen echter wel wat elektri-sche informatie.De lambdasensor werkt alleen goed wanneer

68 69 63

G130 Z29

2. De vierdraads lambdasensor aangesloten op hetmotormanagement. We meten over de signaalaan-sluitingen (+ en -) van de lambdasensor. Oude één-draads lambdasensoren zonder verwarming metenwe tussen de signaaldraad en de voertuigmassa.

3. Opname van het lambdasignaal van een ToyotaYaris. De oscilloscoop staat in de ‘smooth’ functie.De mengselwisseling van arm naar rijk en omge-keerd gebeurt relatief langzaam.

Lambdasignaal in beeld

Meten aan de lambdasensor

12V

Basis-inspuittijd

4. Met de korte termijn adaptie wordt de basisinspuittijd aangepast. Het berekende basisinspuit-signaal wordt als het lambdasignaal laag is, inkleine stapjes verrijkt tot het sensorsignaalomslaat naar hoog. De computer valt dan terug opzijn basishoeveelheid waarna het mengsel weer inkleine stapjes wordt verarmd.

Korte termijn adaptie

X

0-lijn

Inductiepiek

Verarming Verrijking

5a. Dit scoopbeeld laat het lambdasignaal en hetinspuitsignaal tegelijkertijd zien. Hier is het lamb-dasignaal hoog, de inspuittijd wordt stapsgewijsteruggebracht (verarmen).

5b. Hier is het lambdasignaal laag, de inspuittijdwordt stapsgewijs vergroot (verrijken). Zo kan delambdaregeling betrekkelijk eenvoudig met descoop worden gecontroleerd.

Lambdasignaal laagLambdasignaal hoog

© WWW.AMT.NL - Dé internetsite voor de Automotive Professional 2

WERKPLAATS Meten aan auto-elektronica

Gaan we uit van de tijd van het injectiesignaaldan moeten we de tijd instellen op ongeveer 2ms/Div. Willen we het pendelen van de lambda-sensor duidelijk zichtbaar maken dan zullenwe de oscilloscoop in moeten stellen op onge-veer 500 ms/div. Zie figuur 3. Omdat we deinvloed van de lambdasensor op de inspuittijdwillen zien gaan we uit van een duidelijk zicht-baar, zo mogelijk compleet injectiesignaal. Wezien dan het lambdasignaal in een tijdframevan 2 ms/Div aan ons voorbijtrekken. Dit bete-kent dat we het lambdasignaal zien als eenrechte lijn. Deze lijn staat op 800 mV als hetmengsel rijk is en minder dan 200mV als hetmengsel arm is. Figuur 5a en b laten het lamb-dasignaal en inspuitsignaal tegelijkertijd zien.Hoewel we hier het signaal niet zien bewegenkunnen we het verschil in inspuittijd wel zien.In figuur 5a is het lambdasignaal hoog en zalde opgaande flank van het inspuitsignaal naarlinks bewegen. In figuur 5b is het lambdasig-naal laag en zal er verrijkt moeten worden. Derechter flank van het inspuitsignaal beweegtnaar rechts. Op deze wijze kan betrekkelijk een-voudig met een oscilloscoop de lambdaregelingworden gecontroleerd.Toch een woord van bezinning. De regeltech-niek is een gecompliceerd vak dat voor eenregelprobleem vaak meerdere oplossingenheeft. In de werkplaats wordt meestal gerede-neerd vanuit het black-box principe. We metenwat erin gaat en wat eruit komt. Aan de handdaarvan stellen we vast hoe het inwendige vande ‘zwarte doos’ werkt. Maar of dat ook altijdhet geval is? Dit geldt zeker voor de lambdare-geling. Er zijn meerdere regelmethoden denk-baar, zeker nu de breedband-lambdasensor inopkomst is.Als er een korte termijn adaptie is, dan is ernatuurlijk ook een lange termijn adaptie. Delange termijn adaptie is de aanpassing van deberekende brandstofhoeveelheid. De berekendebrandstofhoeveelheid zal in de loop van de tijd,bijvoorbeeld ten gevolge van de slijtage van zui-gers en cilinders, gaan afwijken. De regelingvan het inspuitsignaal zal dan niet meer sym-metrisch verlopen. De computer reageert hier-op door de correctiefactor op de basisinspuit-

hoeveelheid te wijzigen waardoor de lambdare-geling weer symmetrisch wordt. Deze lange ter-mijn adaptiefactor is met behulp van diagnose-apparatuur veelal uit te lezen.

Controle katalysatorwerkingBij EOBD-motoren is een tweede lambdasensorachter de katalysator gemonteerd. Deze lamb-dasensor is identiek aan de voorste (we latennog steeds de breedbandsensor buiten beschou-wing) maar heeft een geheel andere functie. Detweede lambdasensor controleert namelijk dewerking van de katalysator. Het omzettingsren-dement van de katalysator vermindert bij ver-oudering. Als de katalysator goed werkt dan zalde voorste lambdasensor pendelen en de achter-ste een constant hoog signaal laten zien. Ditwordt verklaard door het feit dat na de kataly-sator geen zuurstof meer in het uitlaatgas aan-wezig is. Geen zuurstof betekent een groot

zuurstofverschil met de buitenlucht dus eenhoog signaal. Als we op het gaspedaal trappenen vervolgens het gaspedaal loslaten (inspuitingstopt) dan zien we dat het signaal laag wordt.Wanneer we even wachten dan keert het sig-naal langzaam naar hoog terug (zie figuur 6).Bij een niet functionerende katalysator zal deachterste lambdasensor mee pendelen met devoorste.

Breedband lambdasensorVeel motoren (en niet alleen motoren metdirecte benzine inspuiting) zijn tegenwoordiguitgerust met een breedbandsensor die voor dekatalysator is gemonteerd en een klassiekehoog-laag sensor achter de katalysator. Figuur 7geeft het elektrische schema weer van eenbreedbandsensor (G39) en een klassieke hoog-laag sensor (G130). Breedbandsensoren kunnenexact meten hoeveel het mengsel te rijk of tearm is. Behalve beter regelen kunnen we nuook tijdens acceleratie of vollast exact de matevan verrijking vaststellen.De breedbandsensor werkt met een elektroni-sche zuurstofpomp. De elektronische regelingprobeert de lambdaspanning op ongeveer 450mV (lambda=1) te houden. Wordt de spanninghoger door een rijk mengsel, dan worden erzuurstofatomen aan het lambdamateriaal (dif-fusiespleet) toegevoerd waarvoor een negatievepompstroom nodig is. Wordt de spanning laagdoor een arm mengsel, dan worden er zuur-stofatomen aan het materiaal onttrokken.Hiervoor is een positieve pompstroom nodig.Wanneer we een oscilloscoop op de breedband-sensor aansluiten (figuur 7), dan meten we eenwisselspanning of beter gezegd een wisselendespanning (figuur 8).De volgende aflevering gaan we ons verdiepenin de seriële communicatie. ●

Ep GernaatTimloto-werkgroep

www.timloto.org

8. Wanneer we een oscilloscoop op de breedband-sensor aansluiten, meten we een wisselspanningof beter gezegd een wisselende spanning.

Wisselende spanning

6. Wanneer het voorste signaal pendelt (a) en dekatalysator goed werkt, laat de achterste lambda-sensor (b) een hoog signaal zien. Wanneer we hetgaspedaal intrappen en loslaten, daalt de span-ning en komt vervolgens langzaam weer opniveau.

a

b

Sensor voor en na de kat

200 ms/Div 200 mV/Div 500 mV/Div

21 47 13 01 20 34 35 46

G130 Z29 G70

G39 Z19

Meten aan de breedbandsensor

7. Schema van de aansluiting van een breedband-sensor en een klassieke lambdasensor op eenmotormanagementcomputer. Breedbandsensorenkunnen exact meten hoeveel het mengsel te rijkof te arm is.

Meer informatie over lambdasensorenvindt u in het Autotechnisch archief opwww.amt.nl. (rubriek Onderdelen, sub-rubriek Uitlaatsysteem).

www.AMT.nlDé internetsite voor de Automotive Professional

3 © WWW.AMT.NL - Dé internetsite voor de Automotive Professional