Aan een zirconium-lambdasensor meten

Download meting

Sensorinformatie

Type: Zirconium-zuurstofsensor
Voeding: 12 V vanaf systeemrelais
Signaaltype: Signaal: amplitudevariërend, verwarming: duty cycle-geschakeld
Signaalniveau: Signaal: 0,1 V tot 0,8 V, verwarming: 0 V tot 12 V

Werking van de zirconium-zuurstofsensor

Met de lambdasensor of zirconium-zuurstofsensor wordt het concentratieverschil van zuurstof tussen twee gassen bepaald. De sensor is opgebouwd uit een plaat van zirconiumdioxide waar aan beide kanten een poreus laagje platina op aangebracht is. Wanneer er een concentratieverschil van zuurstof aan de beide kanten van de sensor is, ontstaat een spanningsverschil tussen de platina laagjes op de sensor waarvan de hoogte afhankelijk is van het concentratieverschil. Voor de beste werking moet de sensor een temperatuur van ongeveer 300°C hebben. Daartoe is de sensor vaak uitgerust met een elektrisch verwarmingselement.

De lambdasensor wordt zodanig in het uitlaatsysteem van de motor gemonteerd dat een kant van de sensor in contact staat met de buitenlucht waar zuurstof aanwezig is en de andere kant met de uitlaatgassen van de motor. Wanneer een arm mengsel verbrand wordt, zal zuurstof in de uitlaatgassen voorkomen, waardoor een klein concentratieverschil met de buitenlucht aanwezig is en de sensor een lage spanning afgeeft, ongeveer 0 tot 0,1 V. Wanneer een te rijk mengsel verbrand wordt zal er geen zuurstof in de uitlaatgassen zitten waardoor een hoog concentratieverschil met de buitenlucht aanwezig is en de sensor een hoge spanning afgeeft, ongeveer 0,8 V. De ideale verhouding lucht en brandstof is het moment dat het signaal van 0,8 V naar 0,1 V gaat en andersom. De verhouding lucht en brandstof is dan zodanig dat de verbranding optimaal is en de uitlaatgassen een minimale hoeveelheid koolmonoxide bevatten. De lambdasensor kan alleen aangeven of het mengsel te arm is of te rijk.

De zirconium-zuurstofsensor is in een aantal uitvoeringen geproduceerd, te herkennen aan het aantal aansluitdraden:

  • 1 draad: onverwarmde sensor met signaal-massa via uitlaatsysteem.
  • 3 draden: verwarmde sensor met signaal-massa via uitlaatsysteem.
  • 4 draden: verwarmde sensor met eigen signaal-massadraad, vaak via ECU.

De signaalspanning is bij alle uitvoeringen gelijk. De verwarmde uitvoering bevat voor de verwarming een PTC-weerstand die vaak wordt gevoed via het systeemrelais of vanuit de ECU. Bij de meeste uitvoeringen is de verwarming niet geregeld en zit de verwarming rechtstreeks vast aan de massa. Bij een geregelde verwarming wordt de massa van de verwarming door de ECU met een variërende duty cycle naar massa geschakeld.

Aansluiten van labscoop

De werking van de zirconium-zuurstofsensor kan worden gecontroleerd door de volgende signalen te meten, zie figuur 1:

Kanaal Probe Spanning Meetbereik
1 Red probe Signaalspanning op uitgang van sensor 2 V
Black probe Massa op accuklem
2 Yellow probe Signaalspanning van de verwarming van de sensor 20 V
Black probe Massa op accuklem
Meetschema
Figuur 1: Meetschema
Meten aan een werkende zuurstofsensor
Figuur 2: Meten aan een werkende zuurstofsensor

De labscoop is via een Meetsnoer TP-C1812B en Backprobe TP-BP85 op de zirconium-zuurstofsensor aangesloten. De labscoop is in recordermodus gezet. In recordermodus wordt een stream-meting uitgevoerd, waarbij de signalen continue live op het scherm worden getoond. Omdat de te meten signalen maar langzaam variëren, wordt de Automotive scope ATS5004D op een lage meetsnelheid ingesteld.

Meten

In figuur 3 zijn de signalen te zien van een zironium-zuurstofsensor met geregelde verwarming. De meting is gemaakt bij een warme motor die stationair draait. Dit signaal kan worden gedownload en gebruikt om de labscoop op de juiste manier in te stellen of als referentiesignaal.

Download zuurstofsensor-meting

Labscoopmeting aan lambdasensor of zirconium-zuurstofsensor

Figuur 3: Labscoopmeting aan lambdasensor of zirconium-zuurstofsensor

Kanaal 1 (rood) laat het signaal van de zirconium-lambdasensor zien en kanaal 2 (geel) het duty cycle-signaal van de geregelde verwarming. Het sensorsignaal pendelt tussen hoog en laag signaal. Dit wordt veroorzaakt door het motormanagementsysteem dat de de hoeveelheid ingespoten brandstof varieert om de ideale brandstofmengselverhouding te benaderen. Het sensorsignaal bevat ook stoorsignalen afkomstig van de ontsteking en andere componenten. Deze signalen hebben geen invloed op de werking van het motormanagementsysteem omdat de ingang van de ECU gefilterd is.

Het gele signaal is een duty cycle-signaal van de geregelde verwarming. Bij andere motormanagementsystemen kan het zijn dat er geen geregelde verwarming aanwezig is. In dat geval zal de verwarming constant ingeschakeld zijn en zal het signaal tussen de 0 V en 0,5 V moeten liggen.

Hint:

Met een Duty Cycle-I/O kan het duty cycle-percentage van de gereguleerde verwarming worden uitgerekend.

Diagnose

Signalen kunnen afwijken bij andere typen motormanagementsystemen en zirconium-zuurstofsensoren. Raadpleeg ATIS voor informatie over specifieke motormanagementsystemen en zirconium-zuurstofsensoren.

Onderstaande afwijkingen van het sensorsignaal (kanaal 1) kunnen wijzen op een probleem:

  • Geen signaal:
    Oorzaken: meetpennen geen verbinding (voer connectietest uit), geen massa aanwezig, sensor defect
  • Te hoge signaalspanning:
    Oorzaken: te rijk mengsel (nameten met 4-gastester), sensor defect
  • Te lage signaalspanning:
    Oorzaken: te arm mengsel (nameten met 4-gastester), lekkage in het uitlaatsysteem tussen motor en zirconium-zuurstofsensor, sensor defect
  • Signaal vertoont meer stoorsignalen dan voorbeeldsignaal:
    Oorzaken: bedrading van massa of signaaldraad beschadigd, slecht contact in stekkeraansluitingen, sensor defect
  • Signaal vertoont een offset ten opzichte van het voorbeeldsignaal:
    Oorzaken: de scoop staat niet in gelijkspanningskoppeling: DC, sensor defect

Onderstaande afwijkingen van het verwarmingssignaal (kanaal 2) kunnen wijzen op een probleem:

  • Geen signaal:
    Oorzaken: meetpennen geen verbinding (voer connectietest uit), eindtrap in ECU defect, verwarming defect
  • Te hoge signaalspanning:
    Oorzaken: slechte of geen massa voor ECU, weerstand in draad naar ECU
  • Te lage signaalspanning:
    Oorzaken: slechte of geen voeding
  • Signaal vertoont meer stoorsignalen dan voorbeeldsignaal:
    Oorzaken: bedrading van signaaldraad beschadigd, slecht contact in stekkeraansluitingen
  • Signaal vertoont een offset ten opzichte van het voorbeeldsignaal:
    Oorzaken: de scoop staat niet in gelijkspanningskoppeling: DC, slechte of geen massa voor ECU, weerstand in draad naar ECU

GERELATEERDE ARTIKELEN

Breedband lambdasensor
Met een labscoop wordt gemeten aan een breedbandlambdasensor van een stationair draaiende warme motor. Het signaal wordt getoond en kan worden gedownload. Verschillende mogelijke afwijkingen van het signaal worden genoemd, waarmee kan worden vastgesteld of de breedbandlambdasensor goed werkt.
Toyota MR2 slechte injector
Na het vervangen van een motor heeft een Toyota MR2 problemen, foutcode P0304 Cilinder #4 misfire wordt opgewekt. De garage wisselt diverse onderdelen uit, maar het probleem komt niet boven water. Meten met een automotive-oscilloscoop is nodig om uit te vinden dat de foutmelding enigszins misleidend is: het probleem ligt niet bij cilinder #4.
Disclaimer

Dit document is onderhevig aan veranderingen en kan zonder voorafgaande mededeling worden aangepast. Aan dit document kunnen geen rechten worden ontleend.

De informatie in deze applicatie-note is gecontroleerd en wordt als betrouwbaar beschouwd. TiePie engineering kan echter niet verantwoordelijk worden gesteld voor eventuele onjuistheden.

Veiligheidswaarschuwing:

  • Controleer voor het meten dat bronnen van gevaarlijk hoge spanning zijn uitgeschakeld of afgeschermd tegen aanraking. Spanningen boven 30 V AC RMS, 42 V AC piek of 60 V DC worden als gevaarlijk beschouwd.
  • Zorg tijdens het meten voor een schone en overzichtelijke werkplek.
  • Deze metingen en procedures dienen als voorbeeld / meetsuggestie en zijn geen voorgeschreven standaard.
  • TiePie engineering kan niet anticiperen op de benodigde veiligheidsmaatregelen voor de bescherming van personen en apparatuur. Ga alvorens te meten eerst na welke veiligheidsmaatregelen van toepassing zijn.