Empfehlenswert ist es zuerst die Beiträge „„Lambdasonde Prinzip“, „Lambdasonden Typen“ zu lesen.
Produktbild von NTK.
Die Titandioxid-Lambdasonde ist eine Sprungsonde.
Sie besteht aus einem Festkörperelektrolyten aus Titandioxid. Der elektrische Widerstand dieses Materials ändert sich proportional zum Sauerstoffanteil im Abgas.
Bei Lambda=1 erfolgt eine nicht lineare, sprunghafte Widerstandsänderung.
Eine TiO2-Sonde ändert ihren Widerstand
Die Titandioxid-Lambdasonde hat folgende Eigenschaften:
robust und kompakt; hohe Reaktionsgeschwindigkeit; keine Referenzluft erforderlich.
Aufbau und Arbeitsweise
Das Kernstück dieser Lambdasonden ist eine plättchenförmige Keramik aus Titandioxid. Es wird an der Spitze des Trägersubstrates zwischen den beiden sich dort befindenden
Elektroden aufgebracht.
Damit die Lambdasonde ihre Betriebstemperatur von 700 °C möglichst schnell erreicht, sind Titandioxid-Lambdasonden stets beheizt.
Die Ladungsträger werden durch Sauerstofffehlstellen, die als Donatoren wirken, zur Verfügung gestellt. Bei umgebendem Sauerstoff werden die Fehlstellen besetzt und reduzieren die Zahl der freien Ladungsträger. Die Sauerstoffionen tragen hier nicht wesentlich zur Leitfähigkeit bei, sondern der Sauerstoff reduziert die Zahl der freien Ladungsträger. Bei hoher Sauerstoffkonzentration (Luftüberschuss) hat das Sensormaterial einen großen Widerstand.
Charakteristisch ist die große Verringerung des elektrischen Widerstandsbeiwertes zwischen dem schmalen Bereich vom fetten (Lambda 0,98) zum mageren Gemisch (Lambda 1,02) auf etwa 1/8 des Ursprungswertes.
Wird nun eine Spannung an das Element angelegt, diese kann praktisch der Betriebsspannung der Regelanlage entsprechen (oft 5 V), so entsteht das Ausgangssignal durch einen Spannungsteiler durch Sonde und festem Teilerwiderstand entsprechend der Sauerstoffkonzentration im Abgas und hat dann einen höheren verwertbaren Spannungshub (~4,5 V).. Ab 850 °C kann die Sonde zerstört werden.
Vorteile dieses Sondentyps:
Die Titandioxid-Sonde benötigt keine Außenluft als Referenz und fällt in der Bauform daher etwas kleiner aus.
Die Ausgangssignalspannung kann durch die Versorgungsspannung /Spannungsteiler beeinflusst werden.
Nachteile dieses Sondentyps:
Grosse Signalunterschiede bei nominell gleichen Sonden, relativ langsam, die Arbeitstemperatur ist hoch und liegt nahe an der max. Temperatur.
Der Punkt an dem sie springt ist zwar bei jeder Sonde exakt reproduzierbar ist, unterscheidet sich jedoch von Sonde zu Sonden etwas und jede Sonde sollte für exakten Betrieb „eingemessen“ werden (über den Teilerwiderstand).
Trägersubstrat
Das Trägersubstrat dieser Lambdasonde wird in Mehrlagen-Dickschichttechnik aus einem keramischen Werkstoff hergestellt.
Kabelzuordnungen
Titandioxid-Lambdasonden verfügen stets über vier Kabel. Bei allen Typen ist Signal (-) schwarz, Signal (+) gelb und der Anschluss für das Heizelement (-) weiß.
Lediglich in der Farbe der Leitung für das Heizelement (+) gibt es zwei unterschiedliche Belegungen: Bei Lambdasonden des Typs 1 ist dieses Kabel rot, bei Typ 2 grau.
Einbauposition der TiO2-Sonde
Die TiO2-Sonde wird bei Ottomotoren in der Regel in den Abgaskrümmer In Nähe der Auslassventile eingeschraubt.
In Fahrzeugen mit hohen gesetzlichen Anforderungen an die Abgasreinigung und die Eigendiagnose kommen mehrere Sonden zum Einsatz (Monitorsonde), bei V-Motoren in der Regel eine Sonde pro Zylinderbank, bis zu einer Sonde pro Zylinder für eine selektive Zylinderregelung.
Die TiO2-Technik wird aktuell nicht mehr in der Erstausrüstung verwendet.
Weitere Links zu dem Thema
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