Themen:
- Lambdasonde
- Wärmeelement
- An der Lambdasonde messen
- Lambdawerte bei einem homogenen und geschichteten Verbrennungsprozess
- Kraftstoffverkleidungen
Lambdasonde:
Jedes moderne Auto mit Benzinmotor und EOBD verfügt über 1 oder 2 Lambdasonden im Auspuff. Oftmals ein Kontrollsensor vor dem Katalysator (ein Breitbandsensor) und ein Kontrollsensor nach dem Katalysator (Sprungsensor). Wenn nur eine Lambdasonde (für den Katalysator) vorhanden ist, handelt es sich in den meisten Fällen um eine Sprungsonde. Der Sprungsensor wird auch Zirkoniumsensor genannt. Das Bild unten zeigt die vorderen und hinteren Lambdasonden der Zylinderbank 1 (Nummern 1 und 2) und der Zylinderbank 2 (Nummern 3 und 4).
Die Lambdasonde prüft die Zusammensetzung von Luft und Kraftstoff in den Abgasen. Die Daten der Messungen werden an das Motorsteuergerät gesendet. Die Lambdasonde ist für die Funktion des Katalysators notwendig, da dieser mit einem Gemisch arbeitet, das regelmäßig zwischen mager und fett wechselt. Die Kontrollsonde „kontrolliert“ im Wesentlichen die Gemischzusammensetzung; Das Motorsteuergerät erhält die Messdaten von der Regelsonde und passt die Einspritzung entsprechend an. War das Gemisch zu mager, wird mehr Kraftstoff eingespritzt. Ist das Gemisch zu fett, wird die Einspritzzeit des Injektors verkürzt, um das Gemisch wieder magerer zu machen.
Wenn ein Fahrzeug mit zwei Sensoren ausgestattet ist, registriert der Sprungsensor den Sauerstoffgehalt in den Abgasen nach dem Katalysator; Dabei wird überprüft, ob der Katalysator die Abgase ordnungsgemäß umgewandelt hat. Bei einem Defekt des Katalysators (z. B. bei defekter Innenausstattung oder einfach aufgrund von Alterung) erkennt der Sprungsensor die schlechte Funktion des Katalysators. Die Motorfehlerleuchte wird dann aktiviert. Beim Auslesen des Autos erscheint ein Fehlercode mit der Information, dass der Katalysator nicht ordnungsgemäß funktioniert. Eine Lambdasonde hält oft rund 160.000 km. Wenn eine Lambdasonde veraltet ist, können die Messergebnisse beeinträchtigt werden, ohne dass eine Motorfehlerleuchte aufleuchtet.
Auf der Seite Einspritzsystem wird erläutert, wie sich die Gemischzusammensetzung auf Abgase, Leistung und Kraftstoffverbrauch auswirkt.
Die Lambdasonde vergleicht die Abgase mit der Außenluft. Daher ist es wichtig, dass die Außenluftzufuhr in der Sonde nicht verstopft wird. Wenn dieses Loch geschlossen ist und keine Luft mehr (im Bild unten blau) in den Sensor eindringen kann, funktioniert der Sensor nicht.
Verwärmungselement:
Moderne Lambdasonden sind mit einem internen Heizelement ausgestattet. Dieses Heizelement sorgt dafür, dass die Lambdasonde nach dem Kaltstart schnellstmöglich mit der Messung beginnen kann. Die Lambdasonde funktioniert erst, wenn die Abgase eine Temperatur von etwa 350 Grad Celsius erreicht haben. Durch die interne Erwärmung der Lambdasonde kann gemessen werden, wann die Abgase die Hälfte der ursprünglich erforderlichen Temperatur erreicht haben. Statt nur ein paar Minuten können Sie jetzt in nur wenigen Sekunden in einer Closed-Loop-Situation laufen.
Breitbandsensor:
Der Breitbandsensor hat einen größeren Messbereich als der Sprungsensor. Selbst bei Volllast, wenn das Gemisch fett ist, wird das korrekte Luft-Kraftstoff-Verhältnis registriert und an das Steuergerät gesendet. Die Messgenauigkeit ist nicht nur hoch, der Sensor ist auch schnell und hält hohen Temperaturen (bis zu 950–1000 °C) stand. Das Bild unten zeigt das Schema des Breitbandsensors.
Der Breitbandsensor muss mindestens 600 °C haben, um ordnungsgemäß zu funktionieren. Deshalb wird (zwischen den Anschlüssen AF) ein Heizelement eingesetzt, das den Sensor nach einem Kaltstart des Motors erwärmt. Der Breitbandsensor besteht aus einem herkömmlichen Zirkoniumsensor und einer Pumpzelle. Der Sensor wird zwischen den Anschlüssen D und E und die Pumpzelle zwischen C und E platziert. Die Ausgangsspannung des Zirkoniumsensors hängt von den Lambdawerten ab:
- Arm: 100 mV;
- Reich: 900 mV.
Die Pumpzelle im Breitbandsensor versucht, die Spannung konstant bei 450 mV zu halten, indem sie Sauerstoff zum oder vom Auspuff pumpt. In einer fetten Mischung ist der Sauerstoffgehalt niedrig, daher muss die Pumpzelle viel Sauerstoff pumpen, um die Spannung von 450 mV aufrechtzuerhalten. Bei magerem Gemisch pumpt die Pumpzelle den Sauerstoff aus der Messzelle weg. Dadurch ändert sich die von der Pumpzelle verwendete Strömungsrichtung.
Der beim Pumpen erzeugte Strom wird gemessen. Die Höhe und Richtung der Strömung ist ein Maß für das aktuelle Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Die Steuereinheit (der Teil rechts von der gestrichelten Linie im Bild oben) steuert die Pumpenzelle. Die Spannung am Punkt 4 hängt von dem vom Sauerstoffmesselement übermittelten Wert ab. Diese Spannung gelangt am Minusanschluss des Operationsverstärkers im Steuergerät an.
- Reichhaltige Mischung: Die Spannung am Minuspol des Operationsverstärkers ist höher als am Pluspol. Der Verstärker ist mit Masse verbunden und die Ausgangsspannung sinkt. Es fließt ein Strom von E nach C.
- Mageres Gemisch: Die Spannung am Minuspol des Operationsverstärkers ist niedriger als 2,45 Volt, was dazu führt, dass der Verstärker an 4 Volt angeschlossen wird und die Ausgangsspannung ansteigt. Es fließt ein Strom von C nach E. Die Strömungsrichtung ist im Vergleich zum fetten Gemisch umgekehrt.
Das Steuergerät kann die Stromstärke ermitteln, indem es den Spannungsabfall am Widerstand am Anschluss 3 misst. Die Größe dieses Spannungsabfalls ist das Maß für den Lambdawert. Daher kann die Spannung des Sprungsensors nicht mit einem Multimeter überprüft werden, um sicherzustellen, dass der Sensor noch ordnungsgemäß funktioniert.
Sprungsensor:
Der Sprungsensor verfügt über einen begrenzten Messbereich. Ältere Autos, die nur über eine Lambdasonde für den Katalysator verfügen, sind häufig mit einem Sprungsensor als Kontrollsensor ausgestattet. Der Sprungsensor erzeugt eine Spannung basierend auf der Sauerstoffdifferenz. Diese Spannung liegt zwischen 0,1 und 0,9 Volt und kann mit einem Multimeter gemessen werden.
Lambdawerte bei homogener und geschichteter Verbrennung:
Homogen:
Bei einem homogenen Gemisch beträgt der Lambdawert überall 1. Das bedeutet, dass bei einem Benzinmotor das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff 14,7:1 beträgt (14,7 kg Luft auf 1 kg Kraftstoff). Jeder Motor kann homogen laufen. Erfolgt eine Anfettung, sinkt der Lambdawert, wird das Gemisch abgemagert, erhöht sich der Lambdawert:
λ<1 = Reich
λ>1 = Schlecht
Ein Motor schwankt ständig zwischen fett und mager, damit der Katalysator ordnungsgemäß funktioniert.
Geschichtet:
Motoren mit Direkteinspritzung können phasenweise im Teillastbetrieb laufen. Bei einem geschichteten Verbrennungsprozess handelt es sich um verschiedene Luftschichten im Brennraum, die bei der Verbrennung genutzt werden. In der Nähe der Zündkerze beträgt der Lambda-Wert 1. Weiter entfernt wird der Lambda-Wert höher (magerer, also mehr Luft). Diese Luft bildet eine isolierende Luftschicht. Bei einem Schichtverfahren ist der Einspritzzeitpunkt später als beim Homogenverfahren.
Mit Hilfe einer Schichteinspritzung kann die Drosselklappe vollständig geöffnet werden, so dass sie die Luft weniger drosselt. Da die angesaugte Luft entfettet wird, stößt sie auf weniger Widerstand und kann daher leichter angesaugt werden. Da der Lambdawert im Brennraum bei geschichteter Einspritzung aufgrund der isolierenden Luftschicht kleiner als 1 ist, führt dies zu keinen Problemen bei der Verbrennung. Während des Schichtprozesses sinkt der Kraftstoffverbrauch.
Bei Volllast läuft der Motor immer homogen. Dadurch ergibt sich ein höheres Drehmoment als bei einem Schichtverfahren. Läuft der Motor homogen, wird der Kraftstoff früh eingespritzt. Auch beim Anfahren aus dem Stand läuft der Motor homogen. Es ergibt sich dann ein höheres Anlaufmoment, als wenn der Motor geschichtet laufen würde
Kraftstoffverkleidungen:
Kraftstoffanpassungen werden aus den Daten der Lambdasonde gebildet. Die Kraftstoffanpassungen werden in einem Benzinmotor verwendet, um das ideale Luft-Kraftstoff-Verhältnis für eine vollständige Verbrennung aufrechtzuerhalten. Dies entspricht 14,7 kg Luft auf 1 kg Kraftstoff und wird als stöchiometrisches Mischungsverhältnis bezeichnet.
Kraftstoffanpassungen bieten einen Korrekturfaktor, um die Grundmenge des eingespritzten Kraftstoffs bei Bedarf anzupassen. Der Verschleiß und die Verschmutzung von Motorteilen, Sensoren und Aktoren werden berücksichtigt. Mit Hilfe von Kraftstoffreduzierungen werden die Abgasemissionen über den gesamten Lebenszyklus des Autos im gesetzlichen Rahmen gehalten.
Weitere Informationen finden Sie auf der Seite: Kraftstoffverkleidungen.
