Breedbandlambdasensor nameten

De breedbandlambdasensor of breedbandzuurstofsensor is een sensor waarmee de zuurstofconcentratie in de uitlaatgassen kan worden gemeten. De breedbandzuurstofsensor is gebaseerd op de 4-dradenversie van de zirconium-zuurstofsensor met een aanpassing om de werkelijke concentratie zuurstof te meten i.p.v. alleen een signaal voor een te rijk of te arm mengsel.

De sensor is opgebouwd uit drie delen: een pompcel, meetkamer en een meetcel. De pompcel en de meetcel bestaan uit een plaat zirconiumdioxide aan beide kanten voorzien van een poreus laagje platina. Wanneer de zuurstofconcentratie aan de beide kanten van het plaatje verschilt, ontstaat tussen de platinalaagjes een spanningsverschil waarvan de hoogte afhangt van het concentratieverschil. Bij een ideaal brandstofmengsel is spanningsverschil 450 mV.

De meetcel staat met een kant in contact met de buitenlucht en de andere kant met een meetkamer. Tegenover de meetcel is een pompcel geplaatst die met de hulp van een elektrische stroom uitlaatgassen de meetkamer in of uit kan pompen. Een kleine hoeveelheid uitlaatgassen kan de kamer binnen stromen door een klein kanaaltje naar de meetkamer. Dit kan de zuurstofconcentratie in de meetkamer veranderen, waardoor de meetcelspanning verandert. In dat geval zal de meetcelspanning gaan afwijken van de ideale waarde van 450 mV. Om de meetcelspanning weer op 450 mV te krijgen, stuurt de ECU een stroom door de pompcel. Afhankelijk van de richting en hoeveelheid stroom worden zuurstofionen de meetkamer in- of uitgepompt totdat de meetcelspanning weer op 450 mV komt.

Wanneer een rijk mengsel wordt verbrand, zullen de uitlaatgassen weinig zuurstof bevatten, waardoor een stroom naar de pompcel gestuurd wordt om extra zuurstof in de meetkamer te pompen. Omgekeerd, wanneer een arm mengsel wordt verbrand, bevatten de uitlaatgassen veel zuurstof, waardoor een stroom in omgekeerde richting door de pompcel nodig is om zuurstof uit de meetkamer te pompen. Afhankelijk van de grootte en richting van de stroom zal de ECU de hoeveelheid ingespoten brandstof vergroten of verkleinen. Als een ideaal mengsel wordt verbrand zal de pompcel niet worden aangestuurd en blijft de hoeveelheid ingespoten brandstof onveranderd.

Voor optimale werking moet de sensor een temperatuur van ongeveer 750°C hebben. Daartoe is de sensor uitgerust met een elektrisch verwarmingselement in de vorm van een PTC-weerstand die wordt gevoed via het systeemrelais, soms vanuit de ECU. De massa van de geregelde verwarming wordt door de ECU naar massa geschakeld met een variërend duty cycle-signaal.

In figuur 4 zijn de signalen te zien van een breedbandzuurstofsensor met geregelde verwarming, gemeten aan een warme motor bij stationair toerental. Dit signaal kan worden gedownload en gebruikt om de labscoop op de juiste manier in te stellen of als referentiesignaal.

Download breedbandzuurstofsensor spanningsmeting

Kanaal 1 (rood) toont het signaal van de pompcel en kanaal 2 (geel) het signaal van de meetcel. Tijdens de meting is tweemaal gasgegeven, wat terug is te zien als lichte variaties in de signalen van de meet- en pompcel. De veranderingen in het pompcelsignaal worden veroorzaakt door de ECU die de grootte en richting van de stroom aanpast om het signaal van de meetcel op 450 mV te houden. De lichte variaties in het signaal van de meetcel komen doordat de sensor en ECU een bepaalde reactietijd nodig hebben om de pompcelstroom aan te passen. Kanaal 3 (groen) toont het duty cycle-signaal van de geregelde sensorverwarming.

De stroom kan door de pompcel kan met behulp van de wet van Ohm worden afgeleid van de spanning over de weerstand in serie met de pompcel (zie figuur 1). De stroom is gelijk aan de gemeten spanning gedeeld door de weerstand: I = V/R. Hiervoor moet de waarde van deze serieweerstand bekend zijn.

Waarde van serieweerstand bepalen