Lambdasonde

Die Lambdasonde (λ-Sonde) ist der Hauptsensor im Regelkreis der katalytischen Abgasreduktion (umgangssprachlich: geregelter Katalysator) bei Ottomotoren.

Prinzip

Um eine optimale Konvertierung der Abgase im Katalysator zu gewährleisten, muss das Verhältnis von Treibstoff (Benzin) und Luft 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.

Aufbau

Der hohle Körper der Lambdasonde besteht aus einer gasdichten Spezialkeramik (Zirkonoxid mit beigemengtem Yttrium- oder Calciumoxid), die innen und außen jeweils mit einer dünnen Platinschicht überzogen ist. Der Körper ist in ein Metallgehäuse mit Gewinde eingebettet. Die äußere Platinschicht ist zum Schutz vor Verbrennungsrückständen mit einer porösen Keramikschicht überzogen und zusätzlich vor mechanischer Beschädigung durch ein geschlitztes Metallrohr geschützt. Die Innenseite steht über Öffnungen im Gehäuse mit der atmosphärischen Luft in Verbindung. Bei der ersten Generation von Lambdasonden führten nur ein oder zwei Anschlusskabel heraus. Die Außenseite ist über das Gehäuse mit der Fahrzeugmasse (Minuspol) verbunden. Bei neueren Sonden führen noch ein oder zwei zusätzliche Kabel zu einem Heizelement innerhalb des Körpers.

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.

Weblinks

• Nähere Informationen hierzu

Siehe auch: Themenliste Fahrzeugtechnik