Die Serienfertigung von Lambdasonden begann im Jahr 1976. Damals lieferte die Firma Bosch Lambdasonden für amerikanische Volvo Modelle. Heute ist die Lambdasonde der wichtigste Sensor im Abgasregelkreis und sitzt im Abgaskrümmer oder vor dem Katalysator im Abgasrohr. Moderne, hochwertige Fahrzeuge haben mehrere Lambdasonden. Überwiegend kommen Lambdasonden in Ottomotoren zum Einsatz. Aber auch in Dieselmotoren und Brennwertkesseln werden Lambdasonden, zur Abgasregelung, eingesetzt.
Aufgabe der Lambdasonde
Die Lambdasonde misst den Restsauerstoffgehalt im Abgas und gibt diese Werte an das Motorsteuergerät weiter. Aufgrund der Messwerte der Lambdasonde reguliert das Motorsteuergerät die Einspritzmenge so, dass weder ein Kraftstoff- noch ein Luftüberschuss auftreten.
Der Lambdaregelkreis
Die Lambdasonde misst den Restsauerstoff im Abgas. Je nach Restsauerstoffgehalt gibt die Lambdasonde ein entsprechendes Spannungssignal an den Regler der Einspritzanlage, im Steuergerät. Im Regler wird nun der Istwert mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen und die Einspritzmenge entsprechend angepasst. Das optimale Gemisch liegt bei Lambda = 1 (500 mV). Ist der Restsauerstoffgehalt im Abgas gering, so beträgt die Sondenspannung zwischen 800mV und 900mV. Der Regler im Steuergerät erkennt nun ein fettes Gemisch und errechnet hieraus eine kürzere Öffnungszeit der Einspritzventile.
Dadurch wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch soweit abgemagert das die Zusammensetzung möglichst Lambda = 1 entspricht. Wird nun der Restsauerstoff im Abgas zu groß beträgt die Sondenspannung zwischen 300mV und 100mV. Das Gemisch ist nun zu mager. Das Steuergerät bewirkt nun eine Verlängerung der Einspritzdauer bis die Gemischzusammensetzung wieder möglichst Lambda = 1 entspricht. Diese Regelung zwischen Anfetten und Abmagern des Gemischs wiederholt sich selbstständig, in einer gewissen Frequenz, sodass der Motorlauf nicht beeinflusst wird.
Die Adaptive Lambdaregelung
Ist der Restsauerstoffgehalt im Abgas in einem bestimmten Lastbereich zu gering, das Gemisch also zu fett, wird für diesen Lastbereich die Grundeinspritzmenge verringert und als Vorsteuerwert im Steuergerät abgespeichert. Die Sondenspannung pendelt dadurch wieder um den Mittelwert von 500mV, also Lambda = 1. Somit können Störgrößen wie Motoralterung, Falschluft, falscher Systemdruck, nicht korrekte Temperaturwerte innerhalb eines bestimmten Regelbereichs, korrigiert werden. Zugleich wird die Ansprechzeit der Lambdaregelung verkürzt und die Abgasqualität verbessert.
Bedingungen für die Lambdaregelung
Die Temperatur der Lambdasonde muss größer als 300 Grad Celsius betragen. Zudem muss der Motor im Leerlauf- oder Teillastbereich betrieben werden und die Motortemperatur muss über 40 Grad Celsius liegen. Um die Betriebstemperatur der Lambdasonde schnell zu erreichen besitzen alle Lambdasonden eine Sondenheizung.
Wirkungsweise der Lambdasonde
Es gibt zwei verschiedene Lambdasonden: die Spannungssprungsonde und die Widerstandssprungsonde. Die Spannungssprungsonde erzeugt je nach Sauerstoffanteil eine gewisse Spannung. Die Spannung wird durch elektrisch leitende Sauerstoffionen, in einem Keramikkörper, erzeugt.
Bei Lambda = 1 erfolgt ein Spannungssprung. Bei der Widerstandssprungsonde besteht der Keramikkörper in der Sonde aus Titandioxid. Je nach Restsauerstoffgehalt im Abgas ändert sich der Widerstandswert. Um korrekte Werte zu erhalten benötigt die Widerstandssprungsonde eine geregelte Sondenheizung.
Reparatur der Lambdasonde
Ist die Lambdasonde fehlerhaft oder defekt macht sich dies durch schlechte Abgaswerte bemerkbar. Die Lambdasonde kann nicht repariert werden und muss somit komplett ausgetauscht werden. Das Austauschen einer defekten Lambdasonde sollte nur von Fachwerkstätten durchgeführt werden. Es ist zudem darauf zu achten das der Motor ausreichend abgekühlt ist, da es sonst zu Verletzungen in Form von Verbrennungen der Hände kommen kann.
