Lambdasonden: weniger Abgas, mehr Leistung
Lambdasonden kommen in Fahrzeugmotoren und Heizanlagen zum Einsatz und regeln das Mischungsverhältnis von Brennstoff und Zuluft. Doch weshalb benötigt man die Messgeräte überhaupt? Welche unterschiedlichen Sondenarten gibt es und wie arbeiten sie? In unserem Ratgeber erfahren Sie alles zu diesem Thema.
1. Funktion und Einsatzgebiet von Lambdasonden
Lambdasonden werden vorwiegend in Verbrennungsmotoren in Autos eingesetzt. Darüber hinaus finden Sie beim Betrieb von Pelletheizungen Verwendung. Sie messen das richtige Verhältnis vom Treibstoff und der zugefügten Luft beziehungsweise des darin enthaltenen Sauerstoffs. Anhand der Werte kann durch die Steuerung der Einspritzmenge und der Luftzufuhr eine ideale Verbrennung erreicht werden.
Lambdasonde für einen 1er BMW
2. Wirkprinzip
Die Sonden werden im Antriebssystem von Fahrzeugen mit geregeltem Katalysator eingebaut. Dort messen Sie den Restsauerstoffgehalt im Abgas und setzen diesen in Relation zum Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft. Anhand der ermittelten Werte wird berechnet, ob genügend Brennstoff beziehungsweise Sauerstoff verwendet werden.
Der Lambdawert
Das Mischungsverhältnis wird dabei mit dem griechischen Buchstaben Lambda (λ) angegeben. Der Wert 1 entspricht einem idealen Gemisch, bei dem exakt die Menge an Sauerstoff eingesetzt wird, den man für die vollständige Verbrennung des Kraftstoffs benötigt. Dieser Wert wird in der Regel jedoch nicht präzise eingehalten, stattdessen schwankt er in einem vorgegebenen Bereich, der als Lambda-Fenster bezeichnet wird.
Liegt der Wert unter eins, so wird bei der Verbrennung zu wenig Sauerstoff eingesetzt und man spricht von einem fetten Gemisch. Ist Lambda hingegen größer als eins, wird zu viel Luft eingesetzt und das Gemisch wird als mager bezeichnet. Es ist für einen effizienten Motorenbetrieb essenziell, diese Schwankungen zu überwachen und die Verbrennung entsprechend anzupassen, da das Mischungsverhältnis Einfluss auf verschiedene Bereiche nimmt:
- Leistung
- Kraftstoffverbrauch
- Abgasemission (Schadstoffgehalt)
Bei der Messung kommen zwei verschiedene, namensgebende Methoden zum Einsatz. Darüber hinaus bestimmt auch der Einsatzort einer Lambdasonde deren Bezeichnung.
2.1 Spannungssprungsonde
Eine Spannungssprungsonde, die auch als Nernstsonde bezeichnet wird, arbeitet mit einer Membran aus Zirkoniumdioxid. An ihrer Außenseite sind zwei Elektroden angebracht. Zirkoniumdioxid besitzt die Eigenschaft, ab circa 300 Grad Celsius sauerstoffdurchlässig zu sein. Der Sauerstoff durchdringt die Membran und erzeugt Spannungen zwischen den beiden Elektroden, anhand derer sich der Restsauerstoff im Abgas ableiten lässt.
Da Lambdasonden eine hohe Betriebstemperatur von mehreren hundert Grad Celsius benötigen, liefern Sie insbesondere direkt nach dem Motorstart keine zuverlässigen Werte. Bei einigen Modellen sorgt eine Heizung dafür, dass die Sonde innerhalb kurzer Zeit die richtige Temperatur erreicht. Auf diese Weise können auch bei kaltem Motor brauchbare Werte ermittelt werden. Zudem müssen Lambdasonden mit Heizung nicht zwingend in Motornähe eingebaut sein, da sie sich von selbst erwärmen.
2.2 Widerstandssprungsonde
Der Wirkmechanismus einer Widerstandssprung- beziehungsweise Widerstandssonde unterscheidet sich dahingehend, dass an ihr keine Spannung erzeugt wird. Die Lambdasonde ist mit einem Sensor aus Titandioxidkeramik ausgestattet und wird mit einer extern zugefügten Spannung versorgt. Die Leitfähigkeit des Titandioxids ändert sich in Abhängigkeit des Sauerstoffgehalts der Luft: Mit zunehmender Sauerstoffkonzentration erhöht sich der Widerstand. Auf diese Weise gibt der Unterschied zwischen der zugeführten Eingangs- und der Ausgangsspannung Aufschluss über den Sauerstoffgehalt der Verbrennungsgase.
2.3 Breitbandsonde
Breitbandlambdasonden bieten im Gegensatz zu anderen Ausführungen eine exaktere Wertermittlung: Während konventionelle Lambdasonden meist nur den Übergang von fettem zu magerem Gemisch und umgekehrt feststellen, können Breitbandsonden auch in den Bereichen ober- und unterhalb von eins genauere Werte bestimmen. Somit ist eine noch feinere Regulierung der Verbrennung in Otto- und Dieselmotoren möglich.
Je nach Fahrzeugtyp und Modell unterscheiden sich die Anschlussstecker der Lambdasonden.
2.4 Monitorsonde
Lambdasonden werden in Verbrennungsmotoren häufig im Abgaskrümmer oder dem Sammelrohr eingesetzt. Auch die Verwendung mehrerer Sonden für eine genaue Werterfassung ist dabei nicht unüblich. Lambdasonden, die vor dem Katalysator verbaut sind, werden auch als Vorkatsonden beziehungsweise Regelsonden bezeichnet. Um sicherzustellen, dass der Katalysator richtig arbeitet, kommen darüber hinaus Monitor. beziehungsweise Diagnosesonden zum Einsatz. Diese überprüfen den Sauerstoffgehalt in den vom Katalysator ausgestoßenen Gasen. Bei korrektem Betrieb sollten Monitorsonden einen geringeren Sauerstoffgehalt messen als die Regelsonden. Ist dies nicht der Fall, deutet dies auf Probleme mit dem Katalysator hin, die dem Fahrer über die Bordelektronik mitgeteilt werden.
3. Defekte Lambdasonden
Die Messinstrumente sind hohen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt, wodurch sie mit der Zeit verschleißen oder beschädigt werden können. Sobald eine Sonde nicht mehr korrekt arbeitet, kann es zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch und einem damit einhergehendem, gesteigertem CO2.Ausstoß kommen. Ein solcher Defekt wird beispielsweise durch das Aufblinken der Motorkontrollleuchte angezeigt.
Da Lambdasonden nur indirekt Einfluss auf Ihr Fahrzeug nehmen, können Sie auch bei einem Defekt weiterfahren. Generell sollten Sie eine Fehlfunktion jedoch sofort überprüfen und beheben lassen.
4. FAQ
Was ist eine Lambdasonde? Welche Funktion hat sie?
Lambdasonden messen den Restsauerstoffgehalt in Abgasen von Verbrennungsmotoren oder Heizsystemen. Mit den gewonnenen Daten wird die Zufuhr an Frischluft und Brennstoff reguliert, um eine möglichst komplette Verbrennung bei maximaler Energiegewinnung und minimalem Abgasausstoß zu gewährleisten.
Welche Arten von Lambdasonden gibt es?
Lambdasonden werden hauptsächlich als Spannungssprung-, Widerstandssprung- und Breitbandsonden angeboten. Während erstere selbst die nötige Messspannung erzeugen, wird diese bei Widerstandssprungsonden extern zugeführt. Breitbandsonden bieten im Vergleich zu den anderen Varianten eine exaktere Messmethode und Bestimmung des Lambdawerts. Mehr über die unterschiedlichen Sondenarten erfahren Sie in diesem Kapitel unseres Ratgebers.
Was ist eine Lambdasonde mit Heizung? Warum und wann wird die Sonde beheizt?
Für den Betrieb benötigen die Sonden eine Temperatur von mindestens 300 Grad Celsius. Bei einigen Varianten liegt dieser Wert noch deutlich höher. Um die korrekte Messung und Regulierung des Lambdawerts nach dem Start des Motors schnellstmöglich zu erreichen, sind moderne Lambdasonden mit einem Heizelement ausgestattet. Dieses erhitzt die Sonde, und stellt somit sicher, dass auch bei kaltem Motor eine möglichst ideale Kraftstoff-Luft-Mischung hergestellt wird. Auf diese Weise werden Kraftstoffverbrauch und Emissionen gesenkt sowie die Leistung maximiert.
5. Verwandte Links