Lambdasonde

• 1. Was ist eine Lambdasonde?
• 2. Aufgaben der Lambdasonde und Ihr Einsatzgebiet
• 3. Die Funktion der Lambdasonde: Der Lambdawert (λ)
• 4. Sondenarten: Sprungsonden und Breitbandsonden
• 5. Symptome für einen Defekt an der Lambdasonde
• 5. Ursachen für einen Defekt an der Lambdasonde
• 5. Lambdasonde prüfen
• 5. Weiterfahren mit defekter Lambdasonde oder sofortiger Wechsel?
• 5. Die Lambdasonde wechseln
• 5. Fehlermeldung besteht weiterhin nach Wechsel der Lambdasonde?

Was ist eine Lambdasonde?

Die Lambdasonde ist ein Sensor, der direkt in der Abgasanlage verbaut ist und dort den Sauerstoffgehalt im Abgasstrom ermittelt. Anhand dieser Werte (Lambdawert) wird das Kraftstoff-Luftgemisch so reguliert, dass der Katalysator die höchstmögliche Effizienz bei der Reinigung der Abgase erzielen kann. Aus diesem Grund nennt man die Lambdasonde auch Regelsonde. Heutzutage kommen aber auch in vielen Fahrzeugen unterschiedliche Lambdasonden zum Einsatz. Sie dienen der Diagnose, was Ihnen auch Ihren Namen gegeben hat: Diagnose-Sonde. Anhand dieser Werte wird das Kraftstoff-Luftgemisch welches, in den Katalysator geleitet wird so reguliert dass, bei der Reinigung der Abgase mit höchstmöglicher Effizienz gearbeitet wird. Leider stellen die Lambdasonden auch eine Fehlerquelle dar. Ist beispielsweise die Regelsonde defekt, kann das den Kraftstoffverbrauch erhöhen und die Motorleistung einschränken. Zudem verschlechtern sich die Abgaswerte des Fahrzeuges.

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Aufgaben der Lambdasonde und Ihr Einsatzgebiet

Lambdasonden werden bereits seit Ende der 70er-Jahre in Fahrzeugen mit Ottomotoren verbaut. Mit Ihrer Hilfe wird es der Motorsteuerung ermöglicht den exakten Sauerstoffanteil im Abgas zu berechnen. Diese Werte ermöglichen es dann wiederum dass, der Gemischregler die Steuerzeiten für die Einspritzdauer der Einspritzventile so regelt, dass ein optimales Kraftstoff-Luft-Verhältnis zur Verbrennung erzeugt wird. Um zu erreichen, dass die Reduktion giftiger Stickoxide zu Stickstoff im Katalysator verhindert wird, sollte der Sauerstoffanteil der ausgestoßenen Abgase im besten Fall bei null liegen. Heutzutage kommt kein Ottomotor mehr ohne sie aus. Seit Beginn des 21. Jahrhunderts wird die Lambdasonde auch bei Dieselfahrzeugen eingesetzt, um die gesetzlichen Emissionswerte einzuhalten. Zudem sind die Dieselmotoren durch die Lambdasonde besser gegen Defekte geschützt, da sich schädliche Verbrennungen besser erkennen und beseitigen lassen.

Die Funktion der Lambdasonde: Der Lambdawert (λ)

Über den Lambdawert (λ) wird das Verhältnis zwischen Luft und Kraftstoff bestimmt. Ein Lambdawert von 1 ist der anzustrebende Referenzwert. Dieser Wert wird auch als stöchiometrisches Verhältnis bezeichnet, den genau bei diesem Wert ist die exakte Menge an Sauerstoff vorhanden um sämtlichen Kraftstoff zu verbrennen. Bei Superbenzin mit einem Oktangehalt von 95 sind es beispielsweise 14,7 Kilogramm Luft, die benötigt werden um 1 Kilogramm Kraftstoff zu verbrennen. Ist der Sauerstoffgehalt im Abgas höher λ größer 1, spricht man von einem mageren Gemisch. Ist der Sauerstoffgehalt niedriger (Kraftstoffüberschuss) λ kleiner 1, spricht man von einem fetten Gemisch. Das Motorsteuergerät sorgt dafür dass, das Kraftstoff-Luftgemisch immer im idealen Verhältnis zueinander steht, um so eine optimale Verbrennung zu gewährleisten. Dieses optimale Fenster nennt man bei Ottomotoren „Lambdafenster“ es befindet sich in einem Bereich von (λ = 0,97 bis 1,03). In diesem Bereich hat der Katalysator die maximale Reinigungsleistung. Der höchstmögliche Drehmoment hingegen liegt bei λ = 0,85 und somit bei einem fetten Gemisch, dieser Wert kommt in Phasen der Beschleunigung zum Einsatz und liegt außerhalb des Lambdafensters. Dieselmotoren hingegen arbeiten mit einem mageren Gemisch von λ=1,3 bis λ=6. Es erfolgt auch kein direkter Eingriff auf die eingespritzte Kraftstoffmenge. Bei Dieselmotoren hingegen wird der Wert benutzt, um die Abgasrückführungsrate des AGR-Ventils zu steuern und das Kraftstoffgemisch entsprechend zu regulieren.

      Hier sehen Sie ein Video der Firma NGK zu der Funktion von Zirkondioxidsonden

Sondenarten: Sprungsonden und Breitbandsonden

Die Funktion von Sprungsonden

1. Die Zirkondioxidsonde

Bei der Sprungsonde, oder auch binäre Lambdasonde genannt, springt das Signal zwischen 2 Werten hin und her. Die Sprungsonde wird abermals unterteilt in 2 verschiedene Typen, die Zirkondioxid- und die Titandioxidsonden. Beide Ausführungen sehen relativ gleich aus, sie sind fingerförmig und hohl.
Bei Zirkondioxid-Sonden hat die Innenseite direkten Kontakt zur Umgebungsluft, die Außenseite hingegen befindet sich im Abgasstrom. Dazwischen liegt ein Festkörperelektrolyt auf Zirkondioxid-Basis, dieser ist in der Lage ab 300 Grad Sauerstoffionen zu leiten. Die Sauerstoffionen werden dann von der Außenluft durch das Zirkondioxid in Richtung Abgas geleitet, wo sie die unterschiedlichen Sauerstoffkonzentrationen ausgleichen die zwischen Außenluft und Abgas entstehen. Auf Platinelektroden entsteht bei diesem Vorgang eine elektrische Spannung. Diese Spannung stellt das Ausgangssignal dar, welches an das Motorsteuergerät weiter gegeben wird. Liegt das Ausgangssignal unter 0,2 Volt wird das Gemisch fett, liegt die Signalstärke bei 0,8 Volt oder höher spricht man von einem mageren Gemisch. Bei einem idealen Lambdawert von λ=1 liegt die Spannung etwa bei 0,45 Volt. Wir stellen somit fest dass, die Zirkondioxid-Lambdasonde lediglich ermitteln kann, ob ein Gemisch zu mager, zu fett oder ideal ist.

2. Die Titandioxidsonde

Bei der Titandioxid-Sonde gilt dies grundsätzlich auch mit 2 wesentlichen Unterschieden. Der Festkörperelektrolyt besteht aus Titandioxid wie aus dem Namen der Sonde bereits hervorgeht. Im Gegensatz zur Zirkondioxid-Sonde wird bei der Titandioxid-Sonde keine Spannung generiert und gemessen. Der elektrische Widerstand ändert sich hier proportional zum Sauerstoffanteil im Abgas was dazu führt das im Lambda-Fensters von λ = 0,98 (fett) und λ =1,02 (mager) sich die Leitfähigkeit sprunghaft reduziert. Die Information in welchem Betriebszustand sich der Motor gerade befindet, wird über den gemessenen Widerstand ermittelt und bereitgestellt. Auch wird keine Umgebungsluft benötigt, um den Sauerstoffgehalt des Abgases zu messen. Das macht die Sonde kompakter, sie hat jedoch den Nachteil, dass Sie beheizt werden muss, um die Betriebstemperatur von 700 Grad zu erreichen. Einer der Gründe weshalb heutzutage dieser Sondentyp nicht mehr in der Serienfertigung eingesetzt wird.

Die Funktion der Breitbandsonde

Breitband-Lambdasonden differenzieren wesentlich mehr bei der Bestimmung die Gemischzusammensetzung als es Sprungsonden machen. Sie erfüllen die erforderlichen Maßstäbe, welche an modernen Diesel und Benzinmotoren heutzutage gestellt werden in dem sie eine genaue Regelung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses auch außerhalb des Lambda-Fensters ermöglichen. So werden Benzinfahrzeuge mit Direkteinspritzung zur Verbrauchsreduktion im Teillastbereich bewusst mager (λ>1) betrieben. Bei Dieselfahrzeugen ist es erforderlich für die regelmäßig anstehenden Regenerationsprozesse des Nox-Speicherkats ein fettes Gemisch (λ kleiner 1) bereitzustellen.
Breitbandsonden sind in der Lage einen Lambdawert schon ab 0,6 (sehr fett) zu ermitteln, darüber hinaus sind der Sonde nach oben keine Grenzen gesetzt, das heißt sie kann rein theoretisch bis ins Unendliche messen.
Breitbandsonden sind in Ihrem Aufbau wesentlich komplexer als Sprungsonden. Sie bestehen aus 2 Zellen, einer Mess- und einer Pumpzelle. Die Messzelle ermittelt den Sauerstoffgehalt des Abgases. Ist dieser Wert von Referenzwert abweichend, werden Sauerstoffionen über die Pumpzelle in die Messzelle gepumpt. Die benötigte Elektrizität für den Pumpvorgang dient hier auch als Messgröße über welchen der exakte Lambdawert des Gemisches ermittelt wird.

Symptome für einen Defekt an der Lambdasonde

Bei Defekten an der Lambdasonde gilt grundsätzlich zu unterscheiden, ob es sich um einen Defekt an der Regelsonde (vor der Katalysator) oder der Diagnose-Sonde (hinter dem Katalysator) handelt. Die Diagnose-Sonde dient lediglich zur Überwachung der Funktion des Katalysators und zeigt daher auch keine direkten Symptome an. Die Regelsonde hingegen nimmt direkten Einfluss auf die Motorsteuerung. Ist sie defekt, werden fehlerhafte Messwerte übermittelt. Die Folge ist, dass das Gemisch nicht mehr richtig bestimmt werden kann.  Allerdings können diese Symptome auch auf Fehlerquellen mit anderen Ursachen hindeuten. Bei einigen Motoren schaltet sich bei einer defekten oder sehr stark verschmutzten Lambdasonde ein Notlaufprogramm ein. Dieses Programm soll den Motor und die Umwelt gleichermaßen vor Beschädigung schützen. In den meisten Fällen leuchtet dann die Motorkontrollleuchte auf und es wird eine entsprechende Fehlermeldung in der On-Board-Diagnose ausgegeben.

Folgende Symptome weisen auf einen möglichen Defekt an der Lambdasonde hin

• die Motorleistung ist reduziert
• schlechter Durchzug beim Beschleunigen
• der Motor ruckelt, Verbrennungsaussetzer
• erhöhter Kraftstoffverbrauch
• hohe Abgasemissionen
• Auspuffqualm
• Aufleuchten der Motorkontrollleuchte

Ursachen für einen Defekt an der Lambdasonde

Die Lambdasonde zählt zu den Verschleißteilen. Mit zunehmender Laufleistung des Fahrzeuges kann es sein, das die übermittelten Werte immer ungenauer werden. Bei Fahrzeugen mit einer hohen Laufleistung und einem erhöhten Kraftstoffverbrauch ist meistens eine verschmutzte oder defekte Lambdasonde der Fall. Allerdings muss es nicht so lange dauern bis eine Lambdasonde defekt ist. Auch häufige Kurzstreckenfahrten können zu einer beschleunigten chemischen Alterung der Elektroden führen. Sie kann ebenfalls ein Anzeichen sein für einen gravierenden Schaden am Motor selbst, z.B. das durch verbranntes Motoröl die Lambdasonde selbst beschädigt wurde. Ebenso können eine unterbrochene Kabelverbindungen oder schlechte Masseverbindungen auf einen Defekt hinweisen. Auch, wenn die Sonde mit einem zu hohen Drehmoment angezogen wurde, können mechanische Schäden bleiben. Ein weiterer Fehler, welcher die Funktion stark einschränkt, sind defekte Kolbenringe. Sie sorgen dafür das sich die Lambdasonde mit Ölkohlerückständen zusetzt. Falsch angesaugte Luft aufgrund von defekten Dichtungen kann auch zu verfälschten Messwerten bis hin zum Ausfall der Sonde führen. Wenn die Sonde den Referenzsauerstoff aus der Umgebungsluft entnimmt, sollte immer auf saubere Steckverbindungen geachtet werden, da die Luftkammern in der Sonde über die Litzen der Anschlusskabel die Umgebungsluft beziehen. Um eine dauerhafte Verunreinigung beziehungsweise Vergiftung der Referenzluft zu vermeiden,   sollten Sie auf keinen Fall Kontaktspray bei der Reinigung der Lambdasonde verwenden. Diese „Vergiftung“ durch das Kontaktspray würde die Funktion der Lambdasonde komplett außer Kraft setzen.

Lambdasonde prüfen

Der erste Schritt zur Diagnose eines Defektes ist immer das Auslesen des Fehlerspeichers. Allerdings sollten Sie nicht zu voreilig handeln, wenn die Lambdasonde im Fehlerspeicher auftaucht. Wenn das Diagnosegerät beispielsweise den Fehler: "Lambdasonde Signal fehlerhaft" ausgibt kann dies ebenso darauf hinweisen, dass die On-Board-Diagnose überlastet ist mit der Auslegung der bereitgestellten Daten ist. Dies kann passieren, wenn der Luftmassenmesser zu viel Luft ansaugt wegen einer defekten Dichtung oder eine undichte Ansaugbrücke. Da das Gemisch dann viel zu mager ist, ergibt es für das Motorsteuergerät keinen Sinn und es wird eine fehlerhafte Lambdasonde bemängelt. Das gleiche trifft auch in umgekehrter Reihenfolge zu, wenn beispielsweise eine Einspitzdüse defekt ist. Schließt sich das Ventil der Einspritzdüse nicht richtig gelangt zu viel Kraftstoff in den Brennraum und das Gemisch wird zu fett. In diesem Fall genauso wie in dem Fall, dass der Fehlerspeicher keinen Wert enthält, sollte die Werkstatt unbedingt weitere Messungen vornehmen.

Diese Messungen können mit einem Multimeter, einem Oszilloskopen oder mit einem Lambdasonden-Tester durchgeführt werden. Auch ein einfacher Blick des Mechanikers kann oft schon helfen, da Lambdasonden genau wie Zünd- und Glühkerzen bestimmte Abnutzungsprofile aufweisen, anhand deren Rückschlüsse auf den Defekt gezogen werden können. Ein stark mit eingebranntem Öl verschmutztes Schutzrohr weist beispielsweise auf ein zu fettes Gemisch hin. Die Sonde muss in diesem Fall ersetzt werden und die Ursache für das falsche Gemisch abgestellt werden. Im schlimmsten Fall dichtet der Turbolader nicht mehr richtig ab oder die Kolbenringe sind defekt. Auch eine nicht fachgerechte Montage kann zu einer Beschädigung der Lambdasonde führen, wenn beispielsweise das Drehmoment beim Anziehen der Sonde ignoriert werden.

Weiterfahren mit defekter Lambdasonde oder sofortiger Wechsel?

Der Motor selbst wird mal abgesehen vom höheren Verschleiß nicht durch eine defekte Lambdasonde in Mitleidenschaft gezogen, also ist es theoretisch möglich weiterzufahren. Dennoch sollten sie eine defekte Lambdasonde nicht ignorieren. Eventuell ist es nur ein lockeres Kabel oder die Sonde muss gereinigt werden. Da der Wechsel einer Lambdasonde relativ günstig ist, mit 40 bis 200 Euro sollten Sie auf jeden Fall eine Fachwerkstatt aufsuchen und das Problem beheben lassen, da sich die Kosten rasant über den Kraftstoffverbrauch amortisieren. Sollten Sie sich den Austausch selbst zutrauen, können Sie auch hier noch zusätzlich Geld einsparen. Passende Lambdasonden für Ihr Fahrzeug finden Sie in unserem Shop zu günstigen Preisen von Herstellern wie: Febi Bilstein, Beru, Blue Print, Metzger u. v. m.

Die Lambdasonde wechseln

Ein entscheidender Vorteil ist, dass die Lambdasonde leicht zugänglich ist und sich somit auch leicht wechseln lässt. Die Analyse hingegen kann mehr Zeit in Anspruch nehmen, je nachdem wo sich der Fehler tatsächlich befindet. Bei einem einfachen Zugang zu der Sonde dauert der Austausch meist nicht länger als 30 Minuten. Die Auspuffanlage sollte etwas abgekühlt sein, bevor Sie mit den Arbeiten beginnen. Die alte Sonde lässt sich am besten herausdrehen, wenn die Abgasanlage noch leicht warm ist. Die neue Sonde sollte im komplett abgekühlten Zustand eingebaut werden. Beim Einbau sollten Sie, gesetzt den Fall Sie machen es selbst, hitzeresistente Handschuhe tragen. Beim Einbau der neuen Sonde kommt auf das Gewinde noch eine Hochtemperaturpaste. Diese Paste verhindert das Festbrennen und Festfressen der Sonde. So wird das zukünftige Wechseln oder Reinigen der Sonde erleichtert. Bei älteren Fahrzeugen kann es nämlich sein, das sich die Sonde im Auspuff fest brennt und das Gewinde beschädigt wird. In diesem Fall wird der Austausch aufwendiger da eventuell der entsprechende Abschnitt der Abgasanlage mit ersetzt werden muss.

Fehlermeldung besteht weiterhin nach Wechsel der Lambdasonde?

Sollte nach dem Wechsel der Lambdasonde der Fehler erneut in der Diagnose auftauchen, liegt er mit hoher Wahrscheinlichkeit an einer anderen Stelle. Prüfen Sie ob der Luftmassenmesser verdreckt ist, dies kann passieren, wenn der Luftfilter beschädigt ist. Überprüfen Sie ebenfalls die Luftschläuche auf undichte Stellen. Der Motor darf keine Luft ziehen da sonst die Gemischbildung nicht mehr richtig funktioniert. Auch, wenn sich Risse im Abgaskrümmer oder Turbolader gebildet haben, kann dies zu falschen Werten führen und die Lambdasonde gibt eine Warnung wegen unplausibler Werte aus. Der schlimmste Fall ist das Steuergerät selbst betroffen ist und muss einem Systemupdate unterzogen oder sogar ganz ausgetauscht werden.

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