Zweipunkt-Fingersonde / Breitband-Lambdasonde
Zweipunkt-Fingersonde
Aufgabe
Solange es um die exakte Einhaltung eines bestimmten Lambdawertes geht
und nicht um dessen Messung, ist die Zweipunkt-Fingersonde im Einsatz.
Im Kfz-Bereich war sie die erste, anfangs noch unbeheizt. Obwohl sie
prinzipiell auch für andere Lambdawerte hergestellt werden kann, ist
sie hier nur für die Einhaltung von Lambda = 1 (stöchiometrisches
Gemisch) zuständig.
Funktion
Hauptsächlich besteht die Lambdasonde aus einem gasundurchlässigen
Keramikkörper aus Zirkondioxid (braun - linker Teil), auf die von innen
und außen eine elektrisch leitende, gasdurchlässige Platinschicht (rot)
aufgedampft ist. Eine ist über die Außenhaut mit Masse und die andere
über eine hitzebeständige Leitung mit dem Steuergerät verbunden. Die
Außenseite des Keramikkörpers ist dem Abgas (grau) zugewandt und wird
von diesem umspült, während die Innenseite Verbindung zur Umgebungsluft
hat (hellblau). Zum Schutz vor Stoßbelastung, zu raschen
Temperaturänderungen und Verbrennungsrückständen gibt es im Abgasrohr
noch eine Metallabdeckung mit besonders geformten Öffnungen für das
Abgas.
Im Betrieb entsteht ab 280 - 300°C zwischen der inneren und äußeren
Platinschicht ein Unterschied im Sauerstoffgehalt zwischen Abgas und
Außenluft abhängt. Die Keramik ist zwar durchlässig für Sauerstoff,
aber nicht für deren Elektronen. So entsteht die Lambdasondenspannung.
Sie wird umso größer, je fetter das Gemisch ist, je weniger Sauerstoff
im Abgas ist.
Um auch bei größerer Entfernung vom Motor möglichst rasch die
Arbeitstemperatur zu erreichen, sind die meisten Lambdasonden beheizt
(dunkelrot) und haben deshalb auch zwei zusätzliche Anschlüsse.
Breitband-Lambdasonde
Aufgabe
Eine Sondentechnik, mit der ausschließlich auf einen Bestpunkt hin
geregelt werden kann, ist nicht mehr zeitgemäß. Man denke nur an
Benzin-Direkteinspritzer im Schichtladebetrieb oder Dieselmotoren, bei
denen das Steuergerät gezielt eine (magere) Verbrennung steuern soll.
Für alle diese Fälle und auch andere Industriezweige ist eine
Breitband-Lambdasonde erforderlich.
Funktion
Voraussetzung für die Entwicklung der Breitbandsonde war die
Planartechnik. Es kommt ein weiterer Raum mit Öffnung zum Abgasrohr
hinzu. Dieser Raum erhält ebenfalls zwei leitende Folien. Damit hat die
Breitbandsonde 5 Anschlüsse. Es bleiben die beiden für die Heizspannung
und einer (zusammen mit Masse) für die Lambdasondenspannung.
Über die beiden zusätzlichen Anschlüsse wird jetzt der Zutritt von
Restsauerstoff aus dem Abgas über eine kleine Öffnung zu der
sogenannten Pumpzelle geregelt. Die beiden Leiterfolien sind so
angebracht, dass über einen bestimmten Stromfluss die Anziehungskraft
auf die negativ geladenen Sauerstoffionen gesteuert wird. Ziel ist es,
dass sich in der Pumpzelle gerade so viel Restsauerstoff aufhält, wie
für einen Lambdawert von 1 gerade nötig ist.
Das Diagramm zeigt es deutlich. Wird an den Schichtgrenzen zwischen
Pumpzelle und Messraum ein Lambda von 1 ermittelt, geschieht gar
nichts. Bei Werten unter 1 (fett) wird Sauerstoff nach draußen
"gepumpt", bei Werten über 1 neuer Sauerstoff aus dem Abgas geholt.
Damit ist der Pumpstrom ein Maß für das Lambda bei der Verbrennung.
Wichtig
Es gibt inzwischen Lambdasonden mit Zugriffszeiten von wenigen
Millisekunden. Diese sind in der Lage, die Mischungsverhältnisse in den
einzelnen Zylindern zu bestimmen.
(QUELLE: http://www.kfz-tech.de )