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Lambdasonden - Verschiedene Sondenarten (5)


Lambdasondenarten - Breitbandsonde, Planarsonde, Widerstandssprungsonde, NOx-Sonde

Teil 1 Einführung Teil 2 Lambdaregelung Teil 3 Fehlersuche Teil 4 Sondendefekte Teil 5 Andere Sondentypen

 

In Teil 1 über die Lambdasonden

wurde die Spannungssprungsonde ausführlich beschrieben. 

In diesem Bericht sollen weitere 

Lambdasonden-Arten 

vorgestellt werden.

 

Planarsonde

 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.)  
Planarsonde
Planarsonde

Widerstandssprungsonden


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 Messwiderstand im Steuergerät. Der Spannungsabfall am Messwiderstand liegt abhängig vom Restsauerstoff bei magerem Gemisch bei 0,4 V und bei fettem Gemisch zwischen 3,9 V und 5V.
Widerstandssprungsonde
Widerstandssprungsonde
Titandioxidsonde

Titandioxyd-Sonde (Quelle:NGK) Äußerlich ist die Sonde kleiner, sie besitzt 4 Anschlüsse.

Zur Zeit kommen Titania-Sonden bei folgenden Herstellern zur Anwendung:

  • BMW
  • Jaguar
  • Opel
  • Rover
  • Volvo
 
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.
Sondendiagramm
Sondendiagramme TiO2 Sonde

 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.

Breitbandsonden

MMit 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.

 Breitbandsonde

Schema Breitbandsonde    

Planare Breitbandsonde

Breitbandsonde im Schnitt
Schema Breitbandsonde
Breitbandsonden von Bosch sind 6-polig und von NTK 5-polig ausgeführt.

NOx-Sensor (NOx-Sonde)

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
NOx Sensor
Systembild NOx Sensor
Systembild NOx-Kat und NOx Sonde

 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

 

Doppelkammersensor
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.

 


Autor: Johannes Wiesinger

bearbeitet: 16.08.2016


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