Aufbau und Funktion von Lambdasonden, NOx-Sonden

 

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Lambdasonden werden vom Motorsteuergerät zur Regulierung des Kraftstoff-Luft-Gemischs benötigt.

Das ideale Mischungsverhältnis von 14,7 Teilen Luft zu einem Teil Kraftstoff (stöchiometrisches Gemisch) gilt als Zielvorgabe. (Lambda 1)

Je nach Lastwunsch/ Fahrzeugbedarf kann dieses Gemisch auf Lambda 0,9 (fett - Kraftstoffanreicherung) oder auf bis zu Lambda 3 (mager - Kraftstoffreduzierung) verändert werden.

 

Sprungsonde

Zirkonium-Dioxid-Sprungsonde (klassische Sprungsonde)

Membrane mit einer Zirkonium-Dioxid Beschichtung erzeugt (ab ca. 350°C) eine Spannung bei Kontakt mit Sauerstoff.Die optimale Betriebstemperatur dieser Lambdasonde liegt bei ca. 700°C (600°C), daher wird eine Lambdasondenheizung zur schnellstmöglichen Herstellung der Betriebsbereitschaft verbaut. Diese Spannung wird sensortechnisch genutzt. Verglichen wird der Sauerstoffgehalt der Außenluft (Referenzluft) und der Sauerstoffgehalt innerhalb eines Abgassystems.

Die hierbei entstehende Spannung (mager ca. 0,1 V oder fett 0,9 V - mehr hier) gilt als Signal für das Motronic-Steuergerät.

Diese Lambda-Sonde kann keinen fließenden Übergang darstellen, sondern nur das Signal "mager 0,1V" oder wenn das Gemisch genügend angereichert ist, eine sprunghafte Veränderung der Spannung auf "fett 0,9 V" anzeigen.

Titandioxid-Sprungsonde (Widerstandssonde)

Erzeugt keine eigene Spannung, sondern verändert den eigenen Widerstandswert bei unterschiedlicher Sauerstoffkonzentration. Es wird hier keine Referenzluft benötigt.

hoher Sauerstoffanteil (Lambda größer 1 - mager): höherer Widerstand

niedriger Sauerstoffanteil (Lambda kleiner 1 - fett): kleinerer Widerstand

Steuergerät legt eine Spannung an den Sensor an und kann anhand des Spannungsabfalls den Sauerstoffgehalt erkennen.

(mehr Infos hier und hier)

Breitband-Lambdasonde

 Die Breitband-Lambdasonde besteht aus zwei übergeordneten Bauteilen:

• Pumpzelle
• Messzelle

Der (Rest-) Sauerstoff aus den Abgasen wird durch anlegen einer elektrischen Spannung an einer Pumpzelle durch ein Membran in eine Messzelle gefördert.

Die Messzelle enthält einen Sensor, welcher ähnlich wie eine Sprungsonde funktioniert. Diese Zelle erzeugt eine Spannung von 450mV bei idealem Sauerstoffgehalt (Lambda 1). Wie bei der Sprungsonde wird die Spannung durch Vergleichen der Referenzluft (Umgebungsluft mit ca. 21% Sauerstoffgehalt) mit der in die Messzelle gepumpte "Luft" erzeugt.

Sobald die 450mV nicht anliegen, muss der Sauerstoffgehalt in der Messzelle mit Hilfe der Pumpzelle korrigiert werden. Durch Veränderung der Spannung an der Pumpzelle kann abgepumpt (zu viel Sauerstoff - zu fettes Gemisch) und hineingepumpt (zu wenig Sauerstoff - zu mageres Gemisch) werden.

Die an der Pumpzelle anliegende Spannung kann nun vom Steuergerät als Signal zur Gemischaufbereitung genutzt werden und liefert im Vergleich zur Sprungsonde ein schnelleres und stufenloses Signal.

Pumpstrom liegt zwischen -1 mA (Lambda kleiner 1) bis zu ca. 2mA (ca. Lambda 3). Bei Lambdawerten außerhalb dieses Bereichs wird diese Messsonde ungenau.

 

 

 

 

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NOx-Sonde

Zusätzlich zum Aufbau einer Breitbandlambdasonde wurde hier eine weitere Messzelle verbaut.

Aus der ersten Zelle werden die von Sauerstoff befreiten Abgase in die zweite (NOx-)Messzelle gepumpt. In dieser Zelle befindet sich eine Platin-Rhodium-Elektrode, welche durch Anlegen von einer Spannung die NOx in N2 und O2 spaltet. Da die O2 chemisch konstant im gleichen Verhältnis zu den N2 sind, kann das Steuergerät durch Messen des Sauerstoffgehalts innerhalb dieser Zelle sowie der aufzuwendenden Spannung (Elektrode) den NOx-Anteil bestimmen.

vgl. Elektrode - Pumpzelle

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