Katalysator vervangen en toch foutcode P0420 terug

Op de helpdesk krijgen we regelmatig vragen over een terugkerende foutcode P0420 nadat de katalysator is vervangen. Deze foutcode duidt op "Katalysator efficiency verlies", gemeten door het motormanagement. Het is altijd vervelend wanneer een autobedrijf een dure nieuwe katalysator monteert en het oranje MIL-lampje na enige tijd opnieuw gaat branden. Regelmatig ontstaat discussie met de klant of de leverancier over oorzaak, gevolg en garantiekosten. In dit artikel leggen we stap voor stap uit hoe je bij deze foutcode de juiste diagnose stelt. Met deze handleiding herken je de oorzaken van de foutcode en voorkom je dat je het verkeerde onderdeel vervangt.

De situatie

Bij een middenklasse gezinsauto uit 2015 is de katalysator bij 168.000 km vervangen door een nieuwe aftermarket katalysator. Na ongeveer drie weken gaat opnieuw het MIL-lampje aan. Het motormanagement heeft de foutcode P0420 (‘Katalysator efficiencyverlies’) opgeslagen. Na het wissen van de foutcode blijft de storing twee weken weg, maar keert daarna terug. Onder garantie wordt opnieuw een nieuwe katalysator gemonteerd. Dit heeft niet het gewenste resultaat. Omdat het garagebedrijf wil weten wat er precies aan de hand is, wordt het voertuig voor praktijkondersteuning bij onze helpdesk aangeboden.

Diagnose stellen: de voorgeschiedenis is belangrijk

Het onderzoek van de helpdesk begint met het bestuderen van de voorgeschiedenis van de auto. Waarom is de katalysator vervangen? Een defecte katalysator heeft meestal drie oorzaken:

• Een ontstekingsprobleem waardoor veel onverbrande brandstof en extra zuurstof in de katalysator terechtkomt. Hierdoor wordt de katalysator extreem heet waardoor deze kan verbranden of scheuren
• Een lekkage in de uitlaat, na de lambdasonde maar vóór de katalysator, zorgt voor extra zuurstoftoevoer naar de katalysator. Dit jaagt de verbranding aan en kan leiden tot oververhitting en schade
• Extreem olieverbruik is een andere belangrijke oorzaak van verminderde katalysatorefficiëntie

In dit specifieke geval is de katalysator vervangen vanwege een terugkerende P0420-foutcode. Er was geen sprake van een gescheurde of rammelende monoliet. De garagehouder verzekert ons dat deze auto geen last heeft (of heeft gehad) van overmatig olieverbruik of turboproblemen.

Werking van de katalysator

Hoe stelt het motormanagement vast dat de katalysator slecht werkt? Hiervoor is kennis nodig over de werking van een katalysator. We beginnen bij de basis: het mengsel. Dit kan rijk of arm zijn.

Tijdens rijk draaien:

• Ontstaat HC (onverbrande brandstof) en CO (koolmonoxide). Deze worden opgeslagen in de katalysator
• Met behulp van HC en CO wordt de opgeslagen NOx (stikstofoxide) in de katalysator omgezet

Tijdens arm draaien:

• Ontstaat NOx dat wordt opgeslagen in de katalysator
• De overblijvende O2 (zuurstof) wordt gebruikt om HC en CO in de katalysator te verbranden tot CO₂ (kooldioxide) en H₂O (water)

Controle door het motormanagement
Na de katalysator is een controlesonde in het uitlaatsysteem geplaatst. Dit is een conventionele lambdasonde die het zuurstofgehalte in het uitlaatgas meet.

• Tijdens arm draaien wordt de overgebleven zuurstof in de katalysator opgebruikt om HC en CO te verbranden
• Tijdens rijk draaien is er sowieso geen zuurstof over in het uitlaatgas

Bij een goed werkende katalysator is het zuurstofgehalte in het uitlaatgas na de katalysator constant vrijwel 0. Dit betekent dat de lambdasonde een constante hoge spanning (<650 mV) afgeeft. Het motormanagement voert deze controle uitsluitend uit tijdens een rijcyclus met warme motor bij een constante snelheid hoger dan 75 km/h gedurende 10 minuten. Pas na afronding van deze rijcyclus wordt een foutcode geschreven. Dit verklaart waarom een eventuele P0420-foutcode na het wissen vaak enige tijd wegblijft.

Stappenplan diagnose stellen bij foutcode P0420

De foutcode P0420 kan verschillende oorzaken hebben. Om de oorzaak bij dit voertuig te achterhalen, volgen we een stappenplan.

Stap 1: controleren van de achterste sondespanning
De eerste stap in de diagnose is het controleren van de spanning van de achterste lambdasonde. Dit dient te gebeuren onder dezelfde omstandigheden als waarop het motormanagement deze meting uitvoert, namelijk bij een constante rijsnelheid van meer dan 75 km/h.

Conclusie na stap 1:
Uit de meting blijkt dat de spanning van de achterste sonde bij constante snelheid af en toe tussen 0,6 en 0,9 Volt fluctueert. Dit betekent dat het motormanagement terecht de foutcode P0420 vastlegt.

[fotobijschrift] Gemeten achterste sondespanning bij constante rijsnelheid >75 km/h. Let op de variatie in de gemeten spanning op de tijdlijn tussen 140 en 180 seconden.

Stap 2: controleren van de katalysator
In een goed werkende katalysator vindt altijd verbranding plaats. Daarom is de temperatuur achter de katalysator altijd hoger dan ervoor. Een temperatuurverschil van ongeveer 50ºC is normaal. Het is belangrijk om deze controle uit te voeren nadat de katalysator op bedrijfstemperatuur is (250 - 350ºC).

Conclusie na stap 2:
Op de foto zien we dat de katalysator niet geheel op bedrijfstemperatuur is. De auto is even afgekoeld terwijl we hem op de brug hebben gezet. Desondanks meten we hier een verschil van maar liefst 59ºC. De omzetting is zelfs aan de hoge kant.

[fotobijschrift] De gemeten ingaande en uitgaande temperatuur van de katalysator.

[fotobijschrift] Een goed werkende katalysator heeft een temperatuurverschil van ongeveer 50ºC. Een groter verschil duidt op een probleem in de motor. Een kleiner verschil duidt op een slechte werking van de katalysator.

Stap 3: Viergasmeting en fueltrims uitlezen
Het temperatuurverschil over de katalysator is aan de hoge kant. Voor stap 3 van de diagnose voeren we een viergasmeting uit. Uit de viergasmeting blijkt het volgende:

• Het CO₂-percentage is 14,4: de verbranding is niet volledig
• Er blijft zuurstof (O2), onverbrande brandstof (HC) en onvolledig verbrande brandstof (CO) over
• De mengverhouding is goed

[fotobijschrift] De resultaten van de viergasmeting: de verbranding is onvolledig.

[fotobijschrift] De uitgelezen fueltrims.

Wat kunnen we afleiden uit de viergasmeting en de fueltrims? Om een goede conclusie uit de viergasmeting te trekken, moeten we rekening houden met het volgende:

• Bij een rijk mengsel ontstaan CO en HC, maar er hoort geen zuurstof over te blijven. Bij deze meting blijft wel zuurstof over
• Bij een arm mengsel blijft zuurstof over en zou er geen HC en CO moeten ontstaan. In dit geval gebeurt dat wel
• In zijn totaliteit heeft het mengsel een waarde van precies lambda 1

In eerste instantie lijkt de viergasmeting te duiden op een slecht werkende katalysator die de overgebleven gassen niet kan omzetten. Uit de temperatuurverschilmeting blijkt echter dat de katalysator meer dan zijn best doet.

Conclusie na stap 3:
De katalysator werkt zoals het hoort. Uit de viergasmeting blijkt dat de motor pendelt tussen een te rijk en te arm mengsel. Hierdoor ontstaan overschotten van CO, HC en O2 die de katalysator niet volledig kan verwerken.

Stap 4: controle van de breedbandsonde
De motor van dit voertuig is uitgerust met een breedbandsonde. Deze detecteert zeer nauwkeurig de geringste wijziging van het mengsel. Daardoor kan het motormanagement zeer snel reageren en wordt de hoeveelheid uitgestoten schadelijke stoffen kleiner. Hierdoor kan de katalysator compacter worden uitgevoerd. Vergelijk de grootte van de katalysator van een moderne motor met breedbandsonde maar eens met die van een ouderwetse motor met een sprongsonde.

Omdat de mengselregeling zowel naar de rijke als naar de arme kant doorschiet, ligt het voor de hand om de werking van de breedbandlambdasonde te controleren. Dit kan snel en effectief door de pompstroom onder EOBD uit te lezen:

• Een negatieve pompstroom betekent een rijk mengsel
• Een positieve pompstroom staat voor een arm mengsel

Tijdens het beoordelen van de pompstroom valt op dat de motor relatief lang arm en eveneens relatief lang rijk draait. We zien zo’n 16 wisselingen over 40 seconden. Dit komt overeen met een pendelfrequentie van 0,4 Hz. Afhankelijk van het type lambdasonde en het toegepaste motormanagement hoort deze frequentie normaalgesproken tussen 0,5 en 4 Hz te liggen.

[fotobijschrift] Grafische weergave van de pompstroom. De gemeten pendelfrequentie is 0,4 Hz. Deze waarde ligt normaalgesproken tussen 0,5 en 4 Hz.

Eindconclusie na stap 4 en reparatieadvies
Door veroudering en/of vervuiling reageert de lambasonde trager op mengselveranderingen. Hierdoor schiet de motorregeling tijdens het pendelen te ver door.

Het gevolg is:

• Tijdens rijk draaien wordt er meer HC en CO wordt uitgestoten dan de katalysator kan opslaan. De achterste lambdasonde meet dit echter niet!
• Tijdens arm draaien blijft er teveel O2 over. De katalysator gebruikt dit gedeeltelijk. De rest verlaat de katalysator. De achterste lambdasonde meet deze overgebleven zuurstof!
• Dit zorgt voor een variërende achterste sondespanning. Het motormanagement slaat daarom de foutcode P0420 op

We geven het autobedrijf het advies om de voorste lambdasonde te vervangen. Na enige weken meldt de garagehouder dat het probleem hiermee inderdaad is opgelost.

Tips voor in de werkplaats

De foutcode P0420 kan verschillende oorzaken hebben. In dit voorbeeld wordt de foutcode niet door een versleten of katalysator veroorzaakt, maar door een probleem met de breedbandsonde. De volgende tips helpen je op weg om bij deze foutcode de juiste diagnose te stellen:

• Ontstekingsproblemen kunnen katalysatorschade veroorzaken
• Olieverbruik vermindert de capaciteit en de werking van de katalysator
• Controleer bij twijfel altijd het temperatuurverschil over de katalysator (dit moet 50ºC zijn)
• Controleer de spanning van de achterste lambdasonde bij constante snelheid (>75 km/h)
• Lekkage van de uitlaat, tussen de voorste lambdasonde en de katalysator, kan katalysatorproblemen veroorzaken
• Een traag reagerende voorste lambdasonde leidt tot het doorschieten van de mengselregeling, wat kan resulteren in de foutcode P0420
• Veel fabrikanten adviseren om de voorste lambdasonde bij 160.000 km te vervangen
• Sommige motormanagementsystemen detecteren en melden een traag werkende lambdasonde met een specifieke foutcode
• Een aftermarket katalysator heeft vaak iets minder capaciteit dan een originele katalysator. Dit is geen probleem wanneer alle andere systemen correct functioneren

Berend Jan Grimmerink
Senior technisch trainer AutoNiveau