Lambda-Sonde

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Lambdasonde

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Ist die Lambdasonde defekt, finden Sie in unserem Online-Shop preiswerten Ersatz. (Bild: NGK)

Auch Lambdasonden gehören zum umfangreichen Angebot von kfzteile24. Die kleinen Sensoren sind in modernen Fahrzeugen unverzichtbar und helfen, immer strenger werdende Abgasrichtlinien einzuhalten. In unserem Shop können Sie Lambdasonden von Markenherstellern günstig online kaufen. So bieten wir u.a. Lambdasonden von Bosch, NGK oder Febi zum unschlagbaren Online-Preis. Als Spezialist für den Handel mit Autozubehör und Ersatzteilen wissen wir, dass beim Kauf von Autoteilen auch die schnelle Lieferung eine Rolle spielt. kfzteile24 hat seine Logistik daher so optimiert, dass Ware meist innerhalb von 24 Stunden nach der Bestellung versandt wird. Lieferzeiten zwischen 1-2 Werktagen sind somit die Regel. 100 Tage Rückgaberecht runden unser Angebot ab. Probieren Sie es aus!

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Inhaltsverzeichnis

Lambdasonden bei kfzteile24
Aufgabe der Lambdasonde
Woher hat die Lambdasonde ihren Namen?
Erklärung des Lambdawertes
optimale Katalyse dank Lambdasonde
Unterschiede zwischen Lambdasonden
Ursache und Symptome von Defekten
Wechsel der Lambdasonde
Weiterfahren ohne Wechsel?
Fehlermeldung trotz Austausch der Lambdasonde?

Was ist eine Lambdasonde? - Kurzfassung

Die Lambdasonde ist ein Sensor, der im Abgasstrom eines Autos den Sauerstoffgehalt misst. Mittels des gewonnen Lambdawertes reguliert die Motorsteuerung das Kraftstoff-Luft-Gemisch. Im richtigen Lambda-Fenster kann ein Katalysator den Ausstoß von schädlichen Stickoxiden, Kohlenwasserstoffen und Kohlenstoffmonoxid um über 95 Prozent verringern. Wir erklären auch im Detail, wie das funktioniert.

Kaufen Sie günstige Lambdasonden von Sepzialisten wie NGK oder Bosch. (Bild: NGK)

Aufgabe und Grundprinzip der Lambdasonde

Die Lambdasonde misst den nach der Verbrennung im Abgas verbliebenen Sauerstoffanteil und schickt ein analoges, elektrisches Signal an das Steuergerät des Motors. Dort wird es interpretiert und zusammen mit anderen Kenngrößen zur Gemischbildung herangezogen, d.h. die Einspritzmenge für den Kraftstoff wird gesteuert. Da die Lambdasonde mittelbar das Verhältnis zwischen Luft und Kraftstoff reguliert, wird sie auch als Regelsonde bezeichnet. In modernen Fahrzeugen wird die Regelsonde durch eine Kontrollsonde bzw. Diagnosesonde hinter dem Katalysator ergänzt.

Wie kommt die Lambdasonde zu ihrem Namen?

Die Lambdasonde erhält ihren Namen, weil sie das Verbrennungsluftverhältnis λ (Lambda) misst. Damit wird in der Verbrennungslehre das Massenverhältnis aus Luft und Brennstoff eines Verbrennungsprozesses beschrieben. Aus λ lassen sich z.B. der Verbrennungsverlauf, Temperaturen, Schadstoffbelastung oder Wirkungsgrad herleiten. In der Abgastechnik von Automobilen bedeutet λ=1, dass genauso viel Luft zur Verfügung steht, wie für die vollständige Verbrennung des Kraftstoffes notwendig ist. Man spricht dann von einem stöchiometrischem Gemisch. Dabei unterscheidet sich dieses Verhältnis natürlich in Abhängigkeit vom verwendeten Kraftstoff. Während z.B. für die Verbrennung von einem Teil Ethanol neun Teile Luft benötigt werden, sind es bei Benzin ca. 14,7 Teile. Benzin braucht also mehr Luft als Ethanol, um vollständig zu verbrennen.

Was ist der richtige Lambdawert?

Diese Frage kann man nicht pauschal beantworten, denn der Lambdawert beeinflusst drei unterschiedliche Zielvariablen eines Motors: Leistung, Verbrauch und Umweltbelastung. Um den Zusammenhang verstehen zu können, müssen zunächst ein paar Begriffe definiert werden. Fällt der Lambdawert unter 1 spricht man von einem "fetten Gemisch", weil nicht der gesamte Kraftstoff verbrannt wird. Bei einem Luftüberschuss, d.h. der Lambdawert ist größer als 1, spricht man hingegen von einem "mageren Gemisch", weil mehr Luft zur Verfügung steht, als für die Verbrennung notwendig ist. Als Lambda-Fenster (Lambda liegt zwischen 0,97 und 1,03) bezeichnet man den Idealbereich für den Katalysator, in dem die größte Reinigungsleistung erzielt wird. Folgende Aussagen lassen sich über den Lambdawert treffen:

λ=0,85 – maximale Leistung, hoher Verbrauch, umweltschädlich
λ=1,00 – ausgewogenes Verhältnis zwischen Verbrauch und Leistung, umweltschonend
λ=1,10 – geringer Spritverbrauch bei Leistungseinbußen und Problemen mit dem Katalysator

Der Lambdawert hat Einfluss auf Leistung und Verbrauch eines Motos.
(Bild: Stefan-XP @wikimedia.org (CC BY-SA 3.0))

Lambdasonde und Katalysator sorgen für saubere Luft

Da bei der Verbrennung von Kraftstoffen auch umweltschädliche und teils giftige Schadstoffe entstehen, sind Drei-Wege-Katalysatoren seit 1993 in Deutschland Pflicht. Sie reduzieren den Anteil von Kohlenwasserstoffen, Stickoxiden und Kohlenstoffmonoxid im Abgas um mehr als 95%. Durch chemische Reaktionen an den Edelmetallplatten aus Platin, Palladium und Rhodium wandelt der Fahrzeugkatalysator diese Abgasschadstoffe in harmloses Wasser, Kohlenstoffdioxid, Stickstoff und Sauerstoff um. Dies funktioniert nur optimal bei hohen Temperaturen und einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ = 1). Die Umwandlung erfolgt nach folgenden Formeln:

2 CO (Kohlenstoffmonoxid) + O₂ (Sauerstoff) = 2 CO₂ (Kohlendioxid)
C_mH_n (Kohlenwasserstoffe) + (m+n/4) O₂ (Sauerstoff) = m CO₂ (Kohlendioxid) + n/2 H₂O (Wasser)
2 NO (Stickstoffoxid) + 2 CO (Kohlenstoffmonoxid) = N₂ (Stickstoff) + 2 CO₂ (Kohlendioxid)

Unterschiede im Aufbau von Lambdasonden

1. Spannungssprungsonde – Zirkondioxid-Lambdasonde

Spannungssprungsonden werden nach Walther Nernst auch Nernstsonden genannt und arbeiten mit Zirkoniumdioxid als Membran. Bei hohen Temperaturen (mindestens 300 Grad Celsius bei YSZ-Keramik, teilweise aber auch 600-700 Grad Celsius) kann dieses Material Sauerstoff-Ionen elektrolytisch leiten. Sensoren auf der Innenseite der Sonde können nun den Konzentrationsunterschied des Sauerstoffes zwischen Abgas und Referenzluft messen. Die Referenzluft ist normalerweise die Umgebungsluft, die je nach Aufbau der Sonde auch separat zugeleitet wird, um Verschmutzungen und falsche Messergebnisse durch CO₂, CO, Wasser, Öl- oder Kraftstoffdämpfe zu vermeiden. Es gibt auch Sonden, die keine zusätzliche Luft benötigen und stattdessen eine sauerstofffreie Referenz innerhalb des Sensors als Bezugspunkt erschaffen. Die sogenannte Sondenspannung liegt im Optimalbereich Lambda=1 zwischen 200 mV und 800 mV (optimal sind ca. 450mV). Steigt das Lambda bei einem mageren Gemisch (zuviel Luft), sinkt die Spannung. Bei einem fetten Gemisch mit einem Lambda unter eins steigt die Spannung über 800 mV. In dem Bereich um Lambda=1 verläuft die Spannungskurve nicht linear und springt in Abhängigkeit vom Luft-Kraftstoffgemisch schlagartig. Dies ermöglicht zwar keine exakte Regelung des Kraftstoffgemisches, aber eine stetige. Diese Zweipunkt-Lambdaregelung erhöht die Kraftstoffmenge, sobald die Spannung unter 100 mV fällt, solange, bis die Sondenspannung auf ca. 800 mV ansteigt. Im Mittel werden also die idealen 450mV durch einen periodischen Wechsel aus einem fetten und mageren Gemisch erreicht.

2. Widerstandssprungsonde – Titandioxid-Lambdasonde

Auch Lambdasonden mit einer halbleitenden Keramik aus Titandioxid sind Sprungsonden, allerdings deutlich weniger gebräuchlich als Nernstsonden. Titandioxid besitzt die Eigenschaft, dass sich der elektrische Widerstand proportional zum Sauerstoffanteil im Abgas ändert. Bei hoher O2-Konzentration hat das Sensormaterial einen großen Widerstand und wird immer leitfähiger, je fetter das Gemisch wird. Beim Übergang vom fetten zum mageren Gemisch ist ebenfalls ein charakteristischer Sprung messbar. Widerstandssonden benötigen keine Referenzluft und arbeiten bei einer Betriebstemperatur von ca. 700 Grad Celsius.

3. Breitbandlambdasonde

Da Sprungsonden zu einer Schwingung um den vorgebenen Sollwert von Lambda=1 führen, wurden Breitbandlambdasonden entwickelt. Sie erlauben nicht nur die den Betrieb um den stöchiometrischen Betriebspunkt Lambda=1, sondern messen den genauen Wert. Diese Information kann z.B. durch Benzin-Direkteinspritzer genutzt werden, um das Kraftstoffgemisch auch auf andere Zielgrößen hin zu optimieren. Ist z.B. die Last gering, kann ein Lambdawert leicht über eins angepeilt werden, um Sprit zu sparen. Breitbandlambdasonden sind in ihrem Aufbau deutlich komplexer als Sprungsonden und bestehen aus mehreren Schichten (Pumpzelle, Diffusionskanal, Nernstzelle) und einer integrierten Heizung. Die Heizung ist wichtig, da Lambdasonden bei Temperaturen unter 300 Grad Celsius, z.B. beim Kaltstart, nur sehr träge arbeiten. Die optimale Betriebstemperatur liegt je nach Modell zwischen 550 und 700 Grad Celsius, wobei Breitbandlambdasonden sogar noch 100 bis 200 Grad heißer betrieben werden. Breitbandlambdasonden sind übrigens auch mit eigenem Controller erhältlich, der die Regelung der Sonde übernimmt und das Signal an die Motorsteuerung weitergibt. Der Vorteil besteht darin, dass sich meist verschiedene Signalausgaben individuell programmieren lassen. Häufig kann z.B. eine Breitbandlambdasonde das Spannungssignal einer Sprungsonde simulieren und gleichzeitig den konkreten Lambdawert an anderer Stelle ausgeben. Diese Werte können im Tuning-Bereich relevant sein.

Ursachen und Symptome einer defekten Lambdasonde

Wie jedes Bauteil in einem Auto kann auch eine Lambdasonde kaputt gehen. Häufig sind zu hohe Temperaturen z.B. durch fehlerhafte Injektoren oder falsch eingestellte Zündzeitpunkte die Ursache für den Defekt. Chemische Beanspruchung und mechanische Belastungen, z.B. durch Vibrationen des Fahrzeuges, können ebenfalls Schäden verursachen. Eine beschädigte Lambdasonde äußert sich für den Fahrer zunächst kaum spürbar in deutlich höherem Spritverbrauch (ca. 15%!) und größerer Umweltbelastung, weil der Katalysator nicht mehr optimal arbeiten kann. Möglich sind auch Rauchschwaden, die aus dem Auspuff austreten, und natürlich eine entsprechende Meldungen durch eine integrierte On-Board-Diagnose. Da keine Messung der Abgase mehr erfolgt, wird die Motorsteuerung meist das Kraftstoff-Luft-Gemisch anfetten und im Notfallbetrieb arbeiten. Denkbar sind bei defekter Lambdasonde aber auch ein unrunder Motorlauf und Zündaussetzer. Im Rahmen einer Hauptuntersuchung bzw. Abgasuntersuchung wird eine kaputte Lambdasonde in jedem Fall als Mangel gewertet.

Wechsel der Lambdasonde

Für den Wechsel der Lambdasonde empfiehlt sich der Besuch einer Werkstatt, denn das Auto muss auf eine Hebebühne, um die Abgasanlage zu erreichen. Der Sensor sitzt meist sehr fest und sollte vor dem Herausschrauben mit einer Drahtbürste am Sockel gereinigt werden. Wird die alte Lambdasonde definitiv getauscht, kann man auch Rostlöser nutzen. Ziehen Sie den Stecker ab und schrauben Sie die Lambdasonde heraus. Nachdem der Sockel gründlich gesäubert wurde, kann die neue Lambdasonde eingesetzt werden. Da sie mit Drehmoment angezogen werden muss, gibt es Lambdasonden-Steckschlüssel, die ein Aussparung für das Kabel besitzen. Nach dem Wechsel müssen noch die Fehlercodes im Steuergerät gelöscht werden. Im Video demonstrieren wir die Vorgehensweise am Beispiel eines VW Golf IV.

Weiterfahren mit defekter Lambdasonde oder sofortiger Wechsel?

Da der Motor selbst, abgesehen vielleicht vom höheren Verschleiß, durch eine defekte Lambdasonde nicht in Mitleidenschaft gezogen wird, ist es theoretisch möglich, einfach weiterzufahren. Dennoch ist es nicht empfehlenswert, eine defekte Lambdasonde zu ignorieren. Vielleicht hat sich ja nur ein Kabel gelöst oder die Sonde ist verstopft und muss gereinigt werden? Der Wechsel der Lambdasonde in einer Kfz-Werkstatt ist relativ günstig und kostet zwischen 40 und 200 Euro. Diese Investition armotisiert sich durch die Kraftstoffersparnis schnell. Wer sich den Austausch einer defekten Lambdasonde selbst zutraut, kann zusätzlich sparen. Eine passende Lambdasonde von Markenherstellern wie NGK, Bosch oder Febi können Sie natürlich in unserem Online-Shop günstig kaufen.

Fehlermeldung auch nach dem Wechsel der Lambdasonde?

Sollte die Lambdasonde im Anschluss an den Wechsel und die Rücksetzung des Fehlerspeichers immernoch als "defekt" erkannt werden, liegt das Problem mit hoher Wahrscheinlichkeit woanders. Prüfen Sie z.B. den Luftmassenmesser, der bei beschädigtem Luftfilter gerne mal verdreckt oder checken Sie die Luftschläuche auf Undichtigkeit. Der Motor darf keine Nebenluft ziehen, denn dann passt die Gemischbildung nicht mehr. Auch bei Rissen im Abgaskrümmer oder Turbolader kann die Lambdasonde u.U. falsche Werte ermitteln, die wegen Unplausibilität zu einer Warnung führen. Im schlimmsten Fall ist das Steuergerät betroffen. Führt ein Systemupdate nicht zu einer Lösung muss es ggf. gewechselt werden. Lassen Sie sich in einer Kfz-Werkstatt fachkundig beraten.