Kfz-Glossar: Lambdasonde. Funktion und Aufgabe am Fahrzeug
Am 7. Dezember 1984 wurde der erste in Deutschland produzierte PKW mit geregeltem Dreiwegekatalysator der Polizei in Rheinland-Pfalz übergeben: Ein Opel Ascona 1.8i.
Ab 1989 wurde der Katalysators in Deutschland Pflicht. Damit gehört die Lambdasonde bei allen Neuwagen zum Standard. Die Sonde ist wie der Katalysator ein Teil des Abgasreinigungssystems, das alle modernen Verbrennungsmotoren benötigen.
Dreiwegekatalysatoren haben ihren Namen davon, dass sie den Anteil dreier Komponenten in den Autoabgasen verringern: Kohlenwasserstoff, Kohlenmonoxid und Stickoxid.
Erfahren Sie hier über die Funktion und Aufgabe der Lambdasonde im Fahrzeug und finden Sie online passende Werkstätten in Ihrer Nähe für den Wechsel des defekten Sensors bei Ihrem Auto.
INHALTSVERZEICHNIS:
- Was bedeutet Lambda (λ)
- Aufbau und Einbauort
- Die Aufgabe der Lambdasonde
- Funktion der Lambdasonde
- Die Lambdaregelung im Detail
- Lambdasonde defekt
- Wechsel und Kosten in der Werkstatt
Was bedeutet Lambda (λ)
Jeder Verbrennungsmotor benötigt für den optimalen Betrieb das richtige Gemisch aus Luft und Kraftstoff. Die Einheit für dieses Mischungsverhältnis ist Lambda (λ), also der elfte Buchstabe im griechischen Alphabet. Für das vollständige Verbrennen von 1 Kilogramm Kraftstoff sind 14,8 Kilogramm Luft notwendig. Bei Benzin beträgt das Massenverhältnis von Luft zu Kraftstoff 14,8:1. Es ist das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis. Dieses Verhältnis zwischen Kraftstoff und Luft wird mit λ=1 bezeichnet.
Führt man mehr Kraftstoff zu, wird Lambda kleiner als 1. Man spricht von einem fetten Gemisch.
Führt man mehr Luft zu, wird Lambda größer als 1. Man spricht von einem mageren Gemisch.
Aufbau und Einbauort
Die Lambdasonde ist ein Sensor, der in Form und Größe einer Zündkerze ähnelt. Durch ein Außengewinde kann die Sonde direkt in den Abgasstrom eingebaut werden. Häufig finden Sie den empfindlichen Sensor im Abgaskrümmer oder unmittelbar vor dem Katalysator. Im Inneren der Sonde befinden sich eine spezielle Sensorkeramik sowie ein Sondenheizung zum schnelleren Erreichen der Betriebstemperatur.
Kfz-Mechatroniker unterscheiden zwischen der Fingersonde, der Planarsonde, der Widerstandssprungsonde und der Breitbandsonde.
Zusätzlich gibt es Sonden, welche die Stickoxide messen: NOx-Sensoren. Sie befinden sich hinter dem Katalysator und überprüfen die Abgasqualität.
Die Fingersonde erzeugt eine Spannung, die zwischen 0 (mager) und 0,9 V(fett) springt. Deshalb wird sie auch Sprungsonde genannt. Ähnlich arbeitet auch die Planarsonde, deren Innenleben weniger Platz braucht. Die Messzelle besteht aus Folien, die auf einer Fläche aufgebracht werden, was den Namen „Planar“ erklärt.
Die Widerstandssprungsonde ändert ihren Widerstand, wenn das Gemisch mager oder fett ist.
Die Breitbandsonde misst Lambdawerte zwischen 0,8 und 2,5 stufenlos.
Die Monitorsonde hinter dem Kat
Ob die komplizierten Vorgänge ordnungsgemäß ablaufen, wird bei modernen Fahrzeugen von einer zweiten Diagnosesonde unmittelbar hinter dem Katalysator überprüft. Diese Sonde nennt sich Monitorsonde, sie überwacht das Verhältnis zwischen Luft und Kraftstoff und teilt es dem Steuergerät mit.
Die Aufgabe der Lambdasonde
Bei laufendem Motor ermittelt die Sonde den Lambdawert der Motorabgase, indem sie den Restsauerstoff der Abgase mit dem Sauerstoff in der Umgebung vergleicht.
- Bei einem Lambda-Wert von 1 ist das Mischungsverhältnis optimal.
- Ist der Restsauerstoffgehalt höher, als der Sauerstoff der Umgebung (über 1,1 λ) ist das Gemisch im Motor zu mager.
- Bei zu wenig Restsauerstoff (unter 0,9 λ) ist es zu fett.
Diese Messwerte werden an die elektronische Motorsteuerung gesendet, wo das Mischungsverhältnis zwischen Luft und Kraftstoff überwacht und fortwährend korrigiert wird. Diese geschieht über die Einspritzzeit der Injektoren. Eine intakte Lambdasonde erkennt den Wechsel zwischen zu magerem und zu fettem Gemisch.
Funktion der Lambdasonde
Für ihre zuverlässige Funktion benötigt die Lambdasonde einen betriebswarmen Motor. Während sich der Motor nur allmählich erwärmt, wird die Sonde von einem eigenen Heizelement innerhalb weniger Sekunden auf Betriebstemperatur gebracht. Ab etwa 300 Grad Celsius kann die Sonde korrekt messen.
Damit wird verhindert, dass der Motor in der Kaltlaufphase viel schädliches Abgas erzeugt.
Die Lambdasonde sorgt also dafür, dass ein Regelkreis entsteht: Ist das Gemisch fett, ist zu wenig Sauerstoff im Abgas, die Sondenspannung wird hoch und das Steuergerät merkt dies. Es magert das Gemisch ab, indem es die Injektoren kürzer ansteuert. Das wiederum sorgt für mehr Sauerstoff im Abgas. Die Sondenspannung sinkt. Nun fettet das Steuergerät an, indem es die Injektoren länger einspritzen lässt und der gesamte Regelzyklus beginnt von vorne.
Dieser Regelzyklus zwischen mager-fett bzw. fett-mager läuft mit 0,5 bis 1,2 Hertz ab. Je jünger die Lambdasonde ist, desto schneller merkt sie die Veränderung. Altert die Lambdasonde, wird der Regelzyklus langsamer. Der Kfz-Fachmann kann durch die Messung der Regelzyklen feststellen, ob die Lambdasonden noch im Normbereich messen oder ob sie ausgewechselt werden sollten.
Die Lambdaregelung im Detail
Entsprechend dem Restsauerstoffgehalt erzeugt die Lambdaregelung in der Sonde eine elektrische Spannung zwischen etwa 30 mV und 900 mV. Die empfindliche Sensorkeramik im Inneren lässt ankommende Sauerstoffionen passieren und nimmt gleichzeitig die Elektronen auf, wenn sich der Motor im Leerlauf befindet oder mit einer Teillast arbeitet. Die Ionen oxidieren und geben dabei Elektronen an die Sensorkeramik ab. Die überschüssigen Elektronen sammeln sich im Inneren der Sonde, wodurch mit der Außenseite eine Spannungsdifferenz entsteht. Dieser Unterschied bewirkt schließlich eine elektrische Spannung, die vom Steuergerät des Motors interpretiert werden kann. Es wird also chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt, weshalb die Lambdasonde (Fingersonde und Planarsonde) prinzipiell ein galvanisches Bauteil ist.
Widerstandssonden benötigen einen Prüfstrom, den das Steuergerät durch die Sonde schickt. Ist der Widerstand klein, fließt mehr Strom, ist der Widerstand hoch, fließt wenig Strom.
Lambdasonde defekt
Ist die Lambdasonde defekt, kann der Restsauerstoff in den Abgasen nicht mehr einwandfrei gemessen werden. Infolgedessen erhält Motorsteuerung falsche Signale zur Regelung. Typische Symptome einer defekten Sonde sind daher eine verringerte Motorleistung sowie ein erhöhter Kraftstoffverbrauch. Das wirkt sich negativ auf die Abgasemissionen des Fahrzeuges aus.
Die Lambdasondenkeramik würde durch silikonhaltiges Spray beispielsweise von Rostlösern verstopft. Sie misst dann falsch, da der Sauerstoff nicht mehr durch die Keramik diffundieren kann. Deshalb sollte in der Nähe der Sonde auf silikonhaltige Sprays unbedingt verzichtet werden.
Wechsel und Kosten in der Werkstatt
Defekte Lambdasonden erzeugen ein Aufleuchten der Fehlerlampe (MIL) im Instrumententräger. Dann sollte die Sonde fachgerecht geprüft und gegebenenfalls gewechselt werden. Die Kosten in der Werkstatt bewegen sich meist im mittleren dreistelligen Bereich, je nach Fahrzeugmodell. Erfahren Sie hier mehr zum Service & den Kosten, und ermitteln Sie die individuellen Angebote für den Service an Ihrem Fahrzeug bequem auf FairGarage.