In Teil 1 über die Lambdasonden
wurde die Spannungssprungsonde ausführlich beschrieben.
In diesem Bericht sollen weitere
Lambdasonden-Arten
vorgestellt werden.
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Alles über Lambdasonden (Teil 5) |
Teil 1 > Einführung > Teil 2 Lambdaregelung > Teil 3 Fehlersuche > Teil 4 Sondendefekte > Teil 5 Andere Sondentypen
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In Teil 1 über die Lambdasonden wurde die Spannungssprungsonde ausführlich beschrieben. In diesem Bericht sollen weitere Lambdasonden-Arten vorgestellt werden. |
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| Planarsonde | |
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Die herkömmliche Lambdasonde als Fingersonde wird zunehmend durch eine andere Bauart namens Planarsonde verdrängt. Das Funktionsprinzip entspricht der herkömmlichen Spannungssprungsonde mit Fingertyp! Die Planarsonden arbeiten mit geringerer Heizleistung und sind schneller betriebsbereit. (Wichtig zum Bestehen heutiger Abgasnormen.)
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 Planarsonde |
| Widerstandssprungsonden | |
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Die Widerstandssprungsonde (Siemens), deren Sondenmaterial aus Titandioxid (TiO2) besteht, wird auch vor dem Kat in den Auspuff geschraubt. Im Gegensatz zur Spannungssprungsonde (s.a. Teil 1) ist diese jedoch kein galvanisches Element, und erzeugt folglich keine eigene Spannung, sondern wirkt durch Widerstandsänderung bei Veränderung der Gemischzusammensetzung. Dies wird durch den Sondenwerkstoff Titandioxid, also auch ohne Zuhilfenahme von Referenzluft, möglich. Die Auswertung erfolgt über einen in Reihe geschalteten Vergleichswiderstand im Steuergerät. |
 Widerstandssprungsonde |
 Titandioxyd-Sonde (Quelle:NGK) Äußerlich ist die Sonde kleiner, sie besitzt 4 Anschlüsse. |
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Zur Zeit kommen Titania-Sonden bei folgenden Herstellern zur Anwendung:
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| Aus beiden Diagrammen ist deutlich zu erkennen, dass
sich beim Wechsel von Fett zu mager (also bei Lambda 1) schlagartig der Widerstandswert
vergrößert. Der Widerstand der Sonde liegt in Reihe zu einem Messwiderstand im Steuergerät, beide liegen an einer Versorgungsspannung von 5V. Der Spannungsabfall am Messwiderstand dient als Messgröße und beträgt bei magerem Gemisch unter 0,4V, bei fettem Gemisch über 3,85V. Außerdem ist zu erkennen, dass die Sonde in einem Temperaturbereich von 500°C bis 850°C am besten arbeitet. Die Sonde wird natürlich elektrisch beheizt. |
 Sondendiagramme TiO2 Sonde |
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Der Nachteil der bisherigen Sonden ist, dass sie nur erkennen können, ob der Lambdawert über oder unter 1 liegt. Für den Einsatz bei Direkteinspritzer Dieseln (Luftüberschuss!) und DI-Benzinern (verschiedene Lambdabetriebszustände) sind aber Sonden gefragt, die die Lambdawerte in einem größeren Bereich erfassen können. Zur NOx-Reduzierung wird eine Sonde benötigt, die auch das NOx messen kann. |
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| Breitbandsonden | |
| Mit der Breitbandsonde können Lambdawerte
zwischen 0,8 und 2,5 stufenlose gemessen werden.
Dies ist möglich, da ein nahezu linear verlaufender "Pumpstrom" dem Steuergerät als Messgröße dient. Die Breitbandsonde besitzt zwei Zellen, eine Pumpzelle und eine Sensorzelle. Mit dem Pumpstrom werden immer so viele Sauerstoff-Ionen in die Messkammer hineingepumpt, bis sich zwischen den Elektroden im Referenzluftkanal und in der Messzelle ein Spannungswert von 450 mV eingestellt hat. Der Pumpstrom ist die Messgröße für den Lambdawert Daher ist eine entsprechende Regelung in der Lage, stetig jedes gewünschte Luftverhältnis im Brennraum herzustellen. |
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Schema Breitbandsonde
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 Schema Breitbandsonde |
| Breitbandsonden von Bosch sind 6-polig und von NTK 5-polig ausgeführt. | |
| NOx-Sensor | |
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Der NOx-Sensor
ist ein Doppelkammersensor und befindet sich hinter dem Kat. Er misst zum
einen den Lambdawert und zum anderen die Stickoxide. Steigt der Stickoxidanteil stark an, so ist dies ein Zeichen dafür, dass der Speicher-Kat voll ist. Zum Verständnis des Regenerationszyklus bitte Bericht FSI lesen. |
 NOx Sensor |
 Systembild NOx-Kat und NOx Sonde |
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Funktion: Das Stickoxid-Sauerstoffgemisch passiert nach dem Austritt aus dem Kat zwei Kammern. Da der Sauerstoff die Stickoxidmessung beeinflusst, muss er entfernt werden. Dies übernimmt eine elektrische Spannung in der ersten Kammer. Sie zerlegt die O2-Moleküle in Ionen. Diese durchdringen den aus ZrO2 bestehenden Festelektrolyten. In der zweiten Kammer wird das zurückbleibende Stickoxid in Stickstoff und Sauerstoff gespalten. Dabei fließt ein Strom, der proportional zur Konzentration des Stickoxids im Abgas ist. Da im Motorsteuergerät die Speicherkapazität des Katalysators bekannt ist, lässt sich der genaue Zeitpunkt ermitteln, wann der Lambdawechsel erfolgen muss. Siehe hierzu auch die Berichte über Benzin-Direkteinspritzer und über Diesel-Abgas.
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| Als Sensormaterial wird Palladium und Rhodium verwendet. | |
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Die Infos und Bilder stammen zum Teil von H. Epple (Leiter Kfz-Innung München) und von Helmut Felder. Die Infos zum NOx-Sensor habe ich von meinem Berufsschullehrerkollegen Herrn Ingo Griebsch erhalten. Vielen Dank dafür.
Zur Demonstration im Unterricht
Lambdasonde mit elektrisch beheizter Sonde - Schnitt-Modell
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