LAMBDASOND

Vad är lambdasondens funktion?

En lambdasond har till uppgift att mäta mängden syre i avgaserna. Lambdavärdet i avgaserna är ett förhållande mellan syre och bränsle och är normerat så att 1.0 innebär optimal blandning. Om syremängden ökar i förhållande till bränslet är lambdavärdet större än 1. Om bränslemängden ökar i förhållande till syret är värdet mindre än 1. En optimal luft-bränsle-blandning är 14.7:1.

Lambdasonder sitter ofta monterade både före och efter katalysatorn. Den före katalysatorn (eller partikelfiltret) benämns oftast som reglersond och den efter katalysatorn som diagnossond. Reglersondens uppgift är att reglera luft-bränsle-blandningen. Diagnossondens primära uppgift är att kontrollera katalysatorns funktion.

Olika typer av lambdasonder

Det finns två typer av lambdasonder: konventionella smalbandslambdasonder (eng. narrowband oxygen sensors) och moderna samt mer avancerade bredbandslambdasonder (eng. wideband oxygen sensors). Båda typerna kräver en hög arbetstemperatur för att fungera och de flesta modeller har därför en integrerad förvärmare.

Den konventionella lambdasonden (smalband) är uppbyggd av en syreavkännande cell, en så kallad Nernst-cell som består av ett element i zirkoniumdioxid. En mindre mängd avgaser passerar genom små hål eller slitsar i lambdasonden och når den syreavkännande cellen. Cellen är i kontakt med omgivande luft på den ena sidan och med avgaserna på den andra sidan. Om det finns en skillnad i syrekoncentration över zirkoniumdioxid-elementets två sidor genereras en spänning över elementet som är proportionell mot mängden syre i avgaserna. Vid en mager bränsleblandning (stor syremängd) genereras en låg spänning (0.1 - 0.2 volt). Vid en fet bränsleblandning (liten syremängd) genereras en hög spänning (runt 0.9 volt) som illustreras i figuren nedan.




De mer moderna bredbandslambdasonderna som på engelska ofta benämns som Air/Fuel sensors (A/F sensors) arbetar som namnet antyder i ett bredare intervall. Dessa kräver en högre arbetstemperatur (runt 700 °C) än smalbandslambdasonderna (strax över 300 °C) för att fungera optimalt. Trots detta går förvärmningen snabbare för bredbandslambdasonder än för smalbandslambdasonderna vilket leder till mindre skadliga utsläpp vid kallstart.

Bredbandslambdasonden består av tre delar: en pumpcell (så kallad syrepump), en mätkammare och samma typ av syreavkännande cell (Nernst-cell) som den konventionella smalbandslambdasonden. I bredbandslambdasonden mäts koncentrationsskillnaden av syre mellan omgivningen och mätkammaren istället för direkt mot avgaserna.

På andra sidan av mätkammaren finns den andra cellen, den så kallade syrepumpen, som med hjälp av en elektrisk ström från bilens styrenhet kan flytta syre in eller ut ur mätkammaren. Målet är att bibehålla en konstant spänning (450 mV) över zirkoniumdixoxid-elementet (Nernst-cellen), som är den spänning som genereras vid en optimal bränsleblandning (14.7:1). Syrepumpens uppgift är därför att reglera syrekoncentrationen i mätkammaren så att spänningen som genereras över zirkoniumdixoxid-elementet förblir 450 mV.

Vid en fet bränsleblandning genereras en högre spänning än 450 mV och syrepumpen behöver agera genom att pumpa in syre i mätkammaren. Omvänt gäller alltså att om bränsleblandningen är för mager behöver syre pumpas ut och detta sker genom att ändra riktningen på strömmen (från negativ till positiv). Vid en optimal bränsleblandning finns ingen ström i pumpcellen.

Strömstyrkan och dess riktning används med andra ord för att styra bränsleblandningen. Bilens styrenhet omvandlar strömmen till en spänning som kan avläsas med ett diagnostikverktyg. Till skillnad mot smalbandslambdasonderna innebär en låg spänning en fet bränsleblandning och en hög spänning en mager bränsleblandning, se exempel i figur nedan.




I jämförelse med de konventionella lambdasonderna kan bredbandslambdasonderna noggrannare mäta mängden syre i avgaserna och inte enbart avgöra om bränsleblandningen är fet eller mager. De ger inte heller lika hastiga växlingar i utsignalen när bränsleblandningen skiftar mellan fet och mager.

Vad händer när en lambdasond går i sönder?

Förutom att motorlampan börjar lysa och att OBD-II felkoder som P0130 - P0147, P0150 - P0159 och P2231 - P2256 kan uppkomma är vanliga fenomen att motorn går ojämnt och att bränsleförbrukningen ökar.

Var är lambdasonderna monterade?

Lambdasonder sitter oftast monterade både före och efter katalysatorn. Den främre lambdasonden (reglersonden) är ofta monterad på grenröret, i annat fall mellan grenröret och katalysatorn. På många bilar är reglersonden synlig och demonterbar ovanifrån i motorutrymmet, exempel på placering på en Volkswagen visas nedan inringat i gult.



Den bakre lambdasonden (diagnossonden) är monterad strax efter katalysatorn. Denna är synlig och åtkomlig under bilen.

Hur testar man en lambdasond?

Felkoder som indikerar en defekt lambdasond kan förutom att bero på dåligt kablage eller kontakter även uppkomma på grund av exempelvis läckage på avgassystemet eller vakuumslangar. Ett läckage på en vakuumslang eller på avgassystemet medför att lambdasonden hela tiden känner av en förhöjd syremängd i avgaserna, att en felkod på lambdasonden uppträder är då inte ovanligt. Beroende på typ av lambdasond kan den till viss del kontrolleras med hjälp av en vanlig multimeter.

Smalbandslambdasonder
Om lambdasonden har tre eller fler kablar har denna en integrerad förvärmare. Elementet till förvärmningen (och spänningen till det) bör i synnerhet kontrolleras om felkoden indikerar att problemet är relaterat till just förvärmningen.

1. Koppla loss kontakten till lambdasonden.
2. Lokalisera vilka två kablar som används till förvärmningen. Ofta, men inte alltid, har dessa två kablar samma färg.
3. Anslut multimeterns mätprober till de två polerna på lambdasondens kontakt vars kablar går till förvärmarelementet. Är motståndet noll är detta ett tecken på kortslutning och är motståndet oändligt innebär det att kretsen är bruten. Motståndet är temperaturberoende och varierar mellan olika modeller men bör vara lågt, ett riktvärde är 1-20 ohm mätt mellan de två polerna.
4. Anslut nu istället multimeterns svarta mätprobe till någon jordpunkt, exempelvis någon karossdel på bilen och ställ in multimetern på likspänning (DC).
5. Radera eventuella felkoder som berör lambdasonden. Förekommer felkoder på förvärmningen kan bilens styrenhet stänga av kretsen och punkt 6 går då inte att kontrollera.
6. Slå på tändningen och anslut multimeterns andra mätprobe till polen på bilens kontakt vars kabel går till förvärmarelementet. Här går det bra att prova sig fram vilken av de två kablarna till förvärmarelementet som är spänningssatt. Multimetern bör nu visa en spänning runt 12 V för att säkerställa att strömförsörjningen till förvärmarelementet fungerar. Spänningen kan också kontrolleras med exempelvis en testlampa. Observera att denna punkt måste utföras när motorn är kall för att förvärmningen ska aktiveras. Kan ingen spänning mätas upp bör kablage och säkringar kontrolleras.
7. Starta bilen och låt den stå på tomgång för att komma upp i arbetstemperatur. Denna punkt är viktig för att efterföljande punkter ska gå att genomföra.
8. Låt multimeterns svarta mätprobe vara ansluten till någon jordpunkt. Anslut multimeterns andra mätprobe till polen på lambdasondens kontakt som signalkabeln är ansluten till.
9. När motorn är varm ska multimetern visa en spänning som varierar någonstans i intervallet 0.1 - 0.9 V när motorns varvtal varieras. Observera att detta gäller för reglersonder (monterade före katalysatorn). För diagnossonder (monterade efter katalysatorn) ska multimetern visa en konstant spänning. Denna bör vara runt 0.8 V om katalysatorn fungerar som den ska, dvs. syrehalten i avgaserna ska vara låg.

Bredbandslambdasonder
Bredbandslambdasonderna har oftast 5 kablar. Varianter med 4 kablar förekommer också men är ovanligare och tillvägagångssättet för att utföra testet är därför avsett för modellerna med 5 kablar.

De fem kablarna har oftast olika färger och en vanlig uppdelning är som följer (främst för Bosch):
Grå: Förvärmning (+)
Vit: Förvärmning (-)
*Svart: Hög referensspänning från styrenheten (eng. high reference, ofta benämd som sensor input)
*Gul: Låg referensspänning från styrenheten (eng. low reference, ofta benämnd som sensor ground)
Röd: Signalkabel

*För lambdavärde 1.0 krävs att signalen (beräknad från strömmen i den röda kabeln) ligger inom detta intervall.

Som tidigare nämnts genereras en strömstyrka i bredbandslambdasonden som bilens styrenhet sedan omvandlar till en spänning. Denna spänning är fiktiv och kan bara mätas upp med hjälp av instrument som är avsedda för detta ändamål eller med hjälp av ett mer avancerat felsökningsverktyg inkopplat till bilens OBD-II-uttag.

Elementet till förvärmningen kan dock kontrolleras på samma sätt som för smalbandslambdasonden enligt punkt 1-6 nedan.

1. Koppla loss kontakten till lambdasonden.
2. Lokalisera vilka två kablar som används till förvärmningen. För lambdasonder av fabrik Bosch är dessa kablar ofta grå och vit. Hos andra fabrikat är gul och blå vanliga kabelfärger till förvärmningen. Har kontakten 6 poler men bara 5 kablar från lambdasonden sitter ett motstånd monterat mellan signalkabeln och den sjätte polen i kontakten. I bilden nedan visas motståndet (eng. trim resistor) som är monterat mellan pol 1 och 5 i kontakten.



3. I bilden ovan är kablarna till förvärmaren kopplat mellan pol 3 och 4. Anslut multimeterns mätprober till dessa poler. Är motståndet noll är detta ett tecken på kortslutning och är motståndet oändligt innebär det att kretsen är bruten. Motståndet är temperaturberoende och varierar mellan olika modeller men bör vara lågt, ett riktvärde är 1-20 ohm mätt mellan de två polerna.
4. Anslut nu istället multimeterns svarta mätprobe till någon jordpunkt, exempelvis någon karossdel på bilen och ställ in multimetern på likspänning (DC).
5. Radera eventuella felkoder som berör lambdasonden. Förekommer felkoder på förvärmningen kan bilens styrenhet stänga av kretsen och punkt 6 går då inte att kontrollera.
6. Slå på tändningen och anslut multimeterns andra mätprobe till polen på bilens kontakt vars kabel är spänningssatt och går till förvärmarelementet. Multimetern bör visa en spänning runt 12 V för att säkerställa att strömförsörjningen till förvärmarelementet fungerar. Spänningen kan också kontrolleras med exempelvis en testlampa. Observera att denna punkt måste utföras när motorn är kall för att förvärmningen ska aktiveras. Kan ingen spänning mätas upp bör kablage och säkringar kontrolleras.