Die Lambdasonde (λ-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). Erstmals wurde die Lambdasonde 1976 von Bosch vorgestellt.
Prinzip
Um eine optimale Konvertierung der Abgase im Katalysator zu gewährleisten, muss das Verhältnis von Treibstoff (Benzin) und Luft (das Verbrennungsluftverhältnis) bei allen Betriebszuständen des Motors so eingestellt sein, dass eine vollständige Verbrennung stattfindet. Das stöchiometrische Verhältnis dazu beträgt je nach Qualität (Oktanzahl) des Treibstoffs ungefähr 14,7 kg Luft : 1 kg Benzin. Dieses Verhältnis wird als λ=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 Kenngrößen daraus ein Steuersignal zur Gemischbildung erzeugt.
Funktion
Die Sonde wird in der Regel in den Abgaskrümmer oder das Sammelrohr kurz dahinter eingeschraubt. Die Außenseite ist dem Abgasstrom ausgesetzt, während 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 λ>1 (mageres Gemisch) zwischen 0 und 150 mV, bei λ<1 (fettes Gemisch) zwischen 800 und 1000 mV. In einem sehr schmalen Übergangsbereich um λ=1, dem sogenannten λ-Fenster, ist die Kennlinie extrem steil. Die Spannung ändert 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 träge. 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 zerstört werden. Um Störungen 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 Lambda-Sonde, die sog. Monitorsonde, dazu verwendet, die Funktion des Katalysators zu überwachen. Die Monitorsonde befindet sich hinter dem Katalysator. Das Motorsteuergerät kann jetzt die Werte der Sonde vor dem Kat mit den Werten der Monitorsonde vergleichen. Bei einem voll funktionstüchtigen Kat pendelt das Signal der Monitorsonde stark abgeschwächt um den Mittelwert des Signales der ersten Sonde. Hat der Kat aber altersbedingt seine Sauerstoffspeicherfähigkeit verloren, ähnelt das Signal der Monitorsonde, zeitlich leicht verzögert, 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.
HAHA
Weblinks
Siehe auch: Themenliste Fahrzeugtechnik