Lambdasonde

Wodurch unterscheiden sich die 3 Lambda-Sonden - Typen?

Spannungssprungsonde

Widerstandssprungsonde

Die Lambdasonde (Bild oben im Schnitt) besteht aus den
elektrischen Anschlüssen (hier 3 Leitungen,davon 2 für die Heizung und eine Sensorleitung),

der Lamdasondenheizung (nicht alle sind elektrisch beheizt) zur raschen Erreichung der Arbeitstemperatur von über 300°C

dem gelochten Schutzblech, durch dessen Löcher das Abgas Zutritt zur Sonde hat,

der Sondenkeramik (ZrO2) als galvanischem Element, also die eigentlichen Sonde, die außen Kontakt zum Abgas, innen Kontakt mit Frischluft hat,

dem Gehäuse mit Stützkörper, Einschraubgewinde und

Isolierungen

Lambdasonde Prinzip

Die Wirkung der bisher hauptsächlich verwendeten Lambdasonde ist die eines Galvanischen Elements. Der Elektrolyt besteht hier jedoch nicht aus einer Flüssigkeit wie bei der Starterbatterie sondern aus einer festen Keramik aus Zirkondioxid (ZrO2). Dieser Keramikelektrolyt (im Bild Nr 4) lässt bei Temperaturen über 300°C 2-fach negativ geladene Sauerstoffionen durch.

Die Sonde wird vor dem Katalysator ins Abgasrohr eingeschraubt.

Durch Lufteinlässe in der Gehäusewand gelangt Frischluft auf die Innenseite des Elektrolytelements und durch Schlitze im Schutzrohr (Nr.6 im Bild)kann Abgas die Außenseite des Elements erreichen.

Das Abgas hat eine geringere Sauerstoffkonzentration (etwa 3 Vol%) als die Frischluft (etwa 20 Vol%), so dass durch die Keramik Sauerstoffionen von innen nach außen wandern. Die vorher aufgenommenen beiden Elektronen pro Sauerstoffatom stammen aus einer elektrisch leitenden Schicht (Nr.5 im Bild). So bildet sich auf der Innenseite der Sonde ein Elektronenmangel und auf der Außenseite (Nr.3 im Bild), wo die Sauerstoffionen ankommen, ein Elektronenüberschuss, also insgesamt eine elektrische Spanung. Diese wird über Leitungen (im Bild Nr. 1 u. 2) zur Auswertung zum Motor-Steuergerät (im Bild ein Messgerät) geleitet.

Lambdasondenspannung als Funktion von Lambda

Wenn man die Gemischzusammensetzung im Ottomotor von fett nach mager ändert und dabei die Lambdaspannung misst, stelt man fest, dass es genau an der Stelle Lambda = 1 einen Spannungssprung von etwa 0,8V auf ungefähr 0,2V gibt. Diese Eigenschaft ermöglicht eine sehr genaue Erfassung der Gemischzusammensetzung gerade in dem wichtigen Bereich um Lambda = 1. So kann das Steuergerät die Einspritzmenge so genau dosieren, dass Lambda zwischen 0.98 und 1.02 liegt. Diese Toleranz nennt man das Lambdafenster.

Diese genaue Regelung der Gemischzusammensetzung ist deswegen erforderlich, weil nur in diesem engen Bereich der Katalysator seine optimale Wirkung erzielt.Der Sprachgebrauch geregelter Katalysator ist irreführend, da am Katalysator nichts geregelt wird. Gemeint ist die Regelung der Gemischzusammensetzung auf Lambda =1.

(Lambda = 1 bedeutet übrigens, dass im Gemisch gerade so viel Sauerstoff vorhanden ist, wie zur vollständigen Verbrennung der eingespritzten Kraftstoffmenge erforderlich ist, nicht mehr aber auch nicht weniger (=stöchiometrisches Gemisch).)

Der kleine Schaltplanauszug (Streuergerät, beheizte Lambdasonde, geschirmte Signalleitung) zeigt, dass die Sonde so geschaltet ist, dass ihre Anode (Pluspol) an Fahrzeugmasse liegt.

Bei geschlossenem Regelkreis ist die Lambdasondenspannung eine Funktion der Zeit und lässt sich in der Werkstatt relativ einfach prüfen:

1. Lambdassonde auf Betriebstemperatur bringen (Motor warmlaufen lassen).
2. Spannungsmessgerät an die Lambdasonde anschließen (Dazu benötigt man ein sogenanntes Y-Kabel, so dass die Lambdaspannung wie üblich zum Steuergerät gelangen aber auch zum Spannungsmesser verzweigt werden kann.)
3. Die Lambdaspannung muß bei intaktem Regelkreis nun zwischen etwa 0,2V und 0,8V schwanken mit einer Periodendauer von einigen Sekunden.
4. Benutzt man als Spannungsmessgerät den Motortester, so erscheint auf dem Monitor eine horizontale Linie, die sich in der angegebenen Weise zwischen 0,2V und 0,8V auf- und abbbewegt.

Bleibt dagegen die Lambdaspannung konstant bei etwa 0,45V, so ist das kein Grund zum Jubel, sondern im Gegenteil ein Indiz, dass etwas im Lambdaregelkreis nicht stimmt. Das Steuergerät hat den Regelkreis unterbrochen und ein Ersatzsignal (0,45V) gewählt. Dadurch bleibt das Fahrzeug mobil, wenn auch die Abgaswerte schlechter werden. Eine Kontrolllampe sollte den Fahrer darauf hinweisen, die Motorfunktionen in einer Werkstatt untersuchen zu lassen.

In der Staatsexamensarbeit von Michael Ralf Pape kann man das Funktionsprinzip so genau erklärt bekommen, bis man gar (als normaler Mensch) nichts mehr kapiert.