Auto Technik Lexikon - Technik und Treibstoffe

Lambdasonde

Die Lambdasonde (l-Sonde) ist eine Messsonde bei Ottomotoren, die das Verhältnis von Restsauerstoffgehalt im Abgas zum Luftsauerstoffgehalt bestimmt. Sie ist der Hauptsensor im Regelkreis der katalytischen Abgasreinigung (umgangssprachlich: geregelter Katalysator).

Prinzip

Um eine optimale Konvertierung der Abgase im Katalysator zu gewaehrleisten, muss das Verhältnis von Treibstoff (Benzin) und Luft bei allen Betriebszustaenden des Motors so eingestellt sein, dass eine vollstaendige Verbrennung stattfindet. Das stoechiometrische Verhältnis dazu beträgt je nach Qualität (Oktanzahl) des Treibstoffs ungefaehr 14,7 kg Luft :1 kg Benzin. Dieses Verhältnis wird als l=1 definiert. Die Lambdasonde vergleicht permanent den Restsauerstoffgehalt im Abgas mit dem Luftsauerstoffgehalt und leitet diesen Wert als analoges elektrisches Signal an ein Steuergerät, das zusammen mit anderen Kenngroessen daraus ein Steuersignal zur Gemischbildung erzeugt.

Aufbau

Der hohle Koerper der Lambdasonde besteht aus einer gasdichten Spezialkeramik (Zirkoniumdioxid mit beigemengtem Yttrium- oder Calciumoxid), die innen und aussen jeweils mit einer duennen Platinschicht ueberzogen ist. Der Koerper ist in ein Metallgehaeuse mit Gewinde eingebettet. Die aeussere Platinschicht ist zum Schutz vor Verbrennungsrueckstaenden mit einer poroesen Keramikschicht ueberzogen und zusaetzlich vor mechanischer Beschaedigung durch ein geschlitztes Metallrohr geschuetzt. Die Innenseite steht über oeffnungen im Gehaeuse mit der atmosphaerischen Luft in Verbindung. Bei der ersten Generation von Lambdasonden fuehrten nur ein oder zwei Anschlusskabel heraus. Die Aussenseite ist über das Gehaeuse mit der Fahrzeugmasse (Minuspol) verbunden. Bei neueren Sonden führen noch ein oder zwei zusaetzliche Kabel zu einem Heizelement innerhalb des Koerpers.

Funktion

Die Sonde wird in der Regel in den Abgaskruemmer oder das Sammelrohr kurz dahinter eingeschraubt. Die Aussenseite ist dem Abgasstrom ausgesetzt, wärend die Innenseite mit der Aussenluft in Verbindung steht. Bei Temperaturen über etwa 300°C wird die Keramik für Sauerstoffionen leitend. Der Konzentrationsunterschied erzeugt durch die Ionendiffusion eine elektrische Spannung, die Sondenspannung. Sie liegt bei l>1 (mageres Gemisch) zwischen 0 und 150 mV, bei l<1 (fettes Gemisch) zwischen 800 und 1000 mV. In einem sehr schmalen uebergangsbereich um l=1, dem sogenannten l-Fenster, ist die Kennlinie extrem steil. Die Spannung aendert sich dort fast sprunghaft. In diesem Bereich wird durch den Regelkreis die Gemischzusammensetzung gehalten.

Da bei kaltem Motor die Temperatur noch weit unter 300 °C liegt, arbeitet die Sonde und damit die Regelung bei Kaltstart nicht oder nur sehr traege. Deshalb sind alle neueren Sonden mit einem elektrischen Heizelement ausgestattet, das die Sonde bereits beim Starten auf die erforderliche Temperatur bringt. Die optimale Arbeitstemperatur liegt zwischen 550 und 700 °C. Bei über 900 °C kann die Sonde zerstoert werden. Um Stoerungen und Fehlfunktionen in der empfindlichen Steuerung durch Spannungsschwankungen zu vermeiden, wird heute nicht mehr die gemeinsame Fahrzeugmasse als Minusleitung für Heizung und Sondenspannung verwendet, sondern separate Anschlusskabel, die direkt zum elektronischen Steuergerät führen.

Bei neueren Kfz wird eine zweite Lamda-Sonde, die sog. Monitorsonde, dazu verwendet die Funktion des Katalysators zu ueberwachen. Die Monitorsonde befindet sich hinter dem Katalysator. Das Motorsteuergeraet kann jetzt die Werte der Sonde vor dem Kat mit den Werten der Monitorsonde vergleichen. Bei einem voll funktionstuechtigen Kat pendelt das Signal der Monitorsonde stark abgeschwaecht um den Mittelwert des Signales der ersten Sonde. Hat der Kat aber altersbedingt seine Sauerstoffspeicherfaehigkeit verloren, aehnelt das Signal der Monitorsonde, zeitlich leicht verzoegert, dem der Sonde vor dem Kat. Das Steuergerät kann jetzt eine entsprechende Meldung im Fehlerspeicher ablegen und den Fahrer mittels einer Warnleuchte über eine Fehlfunktion informieren.