Dit is de man die Volvo een groen imago gaf
Gesprek met de uitvinder van de lambdasonde
Stephen Wallman kreeg als jonge ingenieur bij Volvo een belangrijke taak op zijn bordje: de emissie van schadelijke gassen verminderen. De lambasonde die door zijn team werd uitgevonden, betekende een grote stap voorwaarts op emissievlak, gaf Volvo een milieuvriendelijk imago en werd een kaskraker.
“Het was een moment dat ik nooit meer zal vergeten!” Terwijl Stephen Wallman terugdenkt aan het geluksmoment uit het verleden verschijnt er een grote glimlach op zijn gezicht. Maandenlang hadden ze bij Volvo onderzoek gedaan naar manieren om uitlaatgassen schoner te maken, wat nodig was om aan toekomstige emissie-eisen te voldoen. Toen vond eindelijk de doorbraak plaats. “We keken naar de uitslagen van de metingen en op één punt waren alle drie de schadelijke stoffen tegelijkertijd weg”, vertelt hij. Uitlaatgassen zonder koolmonoxide, koolwaterstoffen en stikstofoxiden: het team van Wallman had Lambda 1 uitgevonden. Op het desbetreffende punt werkt de katalysator optimaal, met dank aan de lambdasonde. Het kleine onderdeel dat vandaag de dag in elke benzine- en dieselmotor is te vinden, maakte in 1976 zijn debuut in de Verenigde Staten: in een Volvo 244, in Wallmans kindje.

De Lambdasonde debuteerde op de Volvo 244, in de VS.
Het was begin jaren 70 een hectische tijd. Over de bescherming van het milieu werd door de autofabrikanten nog niet nagedacht. De Californische milieu-instantie Environmental Protection Agency (EPA) had voor het eerst grenswaarden vastgesteld voor schadelijke stoffen in de emissies van auto’s. Autofabrikanten die actief wilden blijven op de belangrijke Amerikaanse markt moesten dus aan de slag met het giftige trio koolmonoxide, koolwaterstoffen en stikstofoxiden. Bij Volvo begon de ontwikkeling in 1971. De jonge ingenieur Stephen Wallman leidde het projectteam dat zich bezighield met de emissiebehandeling. “We werkten daar met een man of zestig, naar hedendaagse maatstaven een belachelijk laag aantal.”
Lambdasonde was sleutel tot succes
Wat zijn team nodig had, was als hardware al voorhanden: katalysatoren werkten ongeregeld in het stationaire gebied en veel export-Volvo’s waren voorzien van benzine-injectie. De benodigde lambdasonde werd geleverd door Bosch. De Duitse toeleverancier had ervaring opgedaan met keramiek bij de fabricage van bougies, maar ook bij de zuurstofmeting bij accu’s. “We moesten alles zo samenvoegen dat het in een auto functioneerde”, vertelt Wallman. De sleutel tot succes was de lambdasonde. Deze sensor was zo groot als een bougie en monitorde de hete uitlaatgasstroom. Daarin bracht de lambdasonde het zuurstofgehalte in kaart: was de verbranding te rijk (met een te hoog brandstofpercentage) of te arm (met te veel zuurstof)? “We werkten met verschillende teams, onder andere bij Engelhard in New Jersey en bij Bosch, waaraan we ook auto’s beschikbaar stelden.”

De benodigde lambdasonde werd geleverd door Bosch.
Het was indertijd heel ongebruikelijk om dat te doen en samen onderzoek te doen. Volvo nam deze stap omdat het merk werd geconfronteerd met een dilemma. De directie van het Zweedse merk had de bescherming van het milieu als doel vastgesteld, maar er moest een lange weg worden afgelegd om dat te realiseren. Volvo had vooral ervaring met betrouwbaarheid en de bescherming van de inzittenden en had op die vlakken een goede reputatie. Die reputatie kwam echter in gevaar door problemen met de nieuwe 244. Toen de verkoop van de modelreeks begon, was de afwerking matig, waardoor het aloude imago van de robuuste Zweed afbrokkelde. De verkopen stagneerden en in Göteborg klonken de alarmbellen. Bij Volvo zaten ze te springen om positief nieuws.
Lambdasonde gaf verhouding lucht per kilo brandstof aan motormanagement door
Daar zorgde in 1975 het team van Wallman voor, dat samen met Bosch de regelkringloop tot stand had gebracht. De lambdasonde gaf aan het motormanagementsysteem door of de verhouding van het mengsel optimaal was voor een schone verbranding: er moest 14,7 kilo lucht zijn per kilo brandstof zijn. Als een dergelijk mengsel richting de verbrandingskamers werd gestuurd, kon de katalysator daarachter de emissies voor meer dan 90 procent omzetten, terwijl bij een ongeregelde katalysator ongeveer 50 procent gebruikelijk was. De technici spraken in dit opzicht over het lambda-bereik. Nadat deze techniek in het laboratorium was uitgevonden, kwam de serieproductie op gang. De geregelde katalysator moest ook bij extreem lage temperaturen en op grote hoogte werken en tegelijkertijd raad weten met brandstof van slechte kwaliteit en schommelingen in de productie. Om de verbranding in het lambda-bereik te houden, moest de injectie van het brandstofmengsel tot op de milliseconde nauwkeurig worden aangestuurd, afhankelijk van de gemeten lambdawaarde. Gebeurde dat niet, dan zou de katalysator die erachter zat te koud zijn en zodoende niet effectief werken of te heet zijn, met het gevaar dat hij oververhit zou raken.
“In mei 1976 stelden we onze auto in de VS aan het milieuagentschap Environmental Protection Agency voor”, vertelt Wallman. De auto belandde daar op de rollenbank, waar de Amerikanen hetzelfde eureka-moment beleefden als het team van Wallman eerder. “Toen de autoriteiten de emissies bij ons systeem voor het eerst hadden nagemeten, dachten ze eerst dat hun apparaat niet goed meer werkte”, vertelt de ingenieur.
De eerste Volvo’s die af fabriek een lambdasonde mee kregen, kwamen in de herfst van 1976 op de markt en waren voorzien van een logo in de grille met de Griekse letter lambda. Een 244 die was voorzien van de nieuwe emissietechniek reed dwars door de VS, om in Washington te eindigen bij het Capitool. Daar zijn de Zweden nog altijd trots op. De toer werd een ware overwinningstocht en zorgde voor flink wat onrust bij de Amerikaanse autofabrikanten. Waarom kreeg de kleine fabrikant Volvo voor elkaar wat hen als grote Amerikaanse merken niet lukte?
Na Volvo kwamen Saab en Porsche ermee
Ook bij Bosch geven ze vandaag de dag schoorvoetend toe dat ze het potentieel van de lambdasonde hebben onderschat. Na het voorbeeld van Volvo brachten Saab en Porsche een halfjaar later de eerste productiemodellen met lambdasonde op de markt. Daarna volgden Mercedes-Benz en de Amerikaanse fabrikanten, waardoor de lambdasonde in enorme aantallen werd toegepast. Daarmee konden de toeleveranciers goede zaken doen, des te meer omdat de eerste lambdasondes nog niet zo lang mee gingen als nu. “We gaven 30.000 mijl garantie op de sonde, daarna moesten ze worden vervangen”, zegt Wallmann daarover.
In Europa pas in de jaren 80
De techniek kwam in Europa pas later op de markt, omdat er pas halverwege de jaren 80 een landelijke dekking was van tankstations waar je loodvrije benzine kon tanken. De eerste Volvo die in Zweden was voorzien van het lambda-logo was de 760, ruim tien jaar na het debuut van de nieuwe technologie.

In Europe debuteerde de techniek veel later, op de Volvo 760.
Zijn techniek heeft langste tijd gehad
Stephen Wallman maakte carrière bij Volvo en was op het laatst vice-president en verantwoordelijk voor de motorenontwikkeling, tot Ford het merk in 1999 overnam en Wallman in 2003 vertrok. De lambda-pionier bleef nog enige jaren aan de fabrikant verbonden als adviseur. Vandaag de dag brengt Wallman een groot deel van zijn gepensioneerde leven door in Zuid-Frankrijk. De sonde hoort evenzeer bij de verbrandingsmotor als zuigers, maar desondanks is Stephen Wallman ervan overtuigd dat de techniek zijn langste tijd heeft gehad “Elektromotoren hebben geen katalysator nodig.”
Zo werd de lambdasonde een miljardensucces
Uitlaatgassen kunnen temperaturen tot 1.000 graden Celsius bereiken, wat een lastige klus is voor de sensor die het zuurstofgehalte in het spruitstuk moet meten. In 1970 had Bosch al ervaring opgedaan met lambdasondes (die werden gebruikt bij het smelten van lood) en met hittebestendig keramiek op bougies. Desondanks gingen de eerste lambdasondes in de motoren nog geen uur mee. Er werd vooruitgang geboekt door de samenwerking met Volvo en katalysatorfabrikant Engelhard, maar in 1975 gaven de gevoelige elektroden ondanks de inspanningen van ontwikkelaars nog steeds al na circa 250 uur de geest. Dat staat gelijk aan 20.000 kilometer, geen goed argument om de technologie in te voeren. Volvo gaf al een garantie van 30.000 mijl toen in 1976 de 244 met deze techniek debuteerde, aanvankelijk met veel twijfel, zegt ontwikkelaar Stephen Wallman. Een jaar later sloot Bosch een leveringscontract af met Ford voor drie miljoen lambdasondes, waarna de Duitse toeleverancier in 1982 een verbeterde variant op de markt bracht.
Wanneer de contactsleutel wordt gedraaid, verwarmt de sensor tot 400 graden en reageert hij minder gevoelig op uitlaatgassen die plotseling heet worden. De levensduur bedraagt nu zo’n 160.000 kilometer. In 1986 had Bosch na de productie van tien miljoen sensoren zijn investering terugverdiend en in 2016 bouwde de fabrikant de miljardste sensor.
Dit verhaal is eerder gepubliceerd in AutoWeek Classics 12 2020.
Lees ook

'Diefstal katalysatoren naar recordhoogte'

Hierom was de Volvo 760 een van de toppers van topjaar 1982

Chevrolet Impala SS (1996) – In het Wild

Kennismaken met de Opel Corsa B - Uit de Oude Doos

Fiat Ducato (1995)

Hoe de Audi 100 C3 nog lang voortleefde in China
Lezersreacties (43) (gesloten)
De discussie is gesloten.
Reageren is niet meer mogelijk.