Empfehlenswert ist es zuerst die Beiträge „„Lambdasonde Prinzip“, „Lambdasonden Typen“ zu lesen.
Produktbild von NTK.
Durch Anforderungen der Verbrauchs- und Emissionsreduzierung müssen Motoren zuweilen auch außerhalb des stöchiometrischen Betriebspunktes (Lambda=1) geregelt betrieben werden.
Bei einigen Verbrennungskraftmaschinen reicht der Messbereich der einfachen ZrO2-Lambdasprungsonde nicht aus weil diese in drei Betriebsarten gefahren werden:
Mager: lambda > 1, im Teillastbereich zur Verbrauchssenkung
Ausgewogen: lambda = 1, (stöchiometrisch) im Normalbereich zur Abgassoptimierung.
Fett: lambda < 1, zur Regeneration des NOx-Katalysators.
Diesel-, Gas-, die sog. mageren Ottomotoren, Gasturbinen und Heizungsbrenner werden nicht bzw. nur selten im ?=1 Bereich betrieben. Insbesondere der Dieselmotor ist ein klassisches Magerkonzept, der also stets mit einem Luftüberschuss (?>1) fährt. Für die Regelung solcher Maschinen kann die ?=1-Sonde nicht verwendet werden, da ihr Signalverhalten im Fetten bzw. im Mageren (mit vertretbarem Aufwand) nicht auswertbar ist. Für diese Einsatzzwecke wurden die Breitbandlambdasonden entwickelt. Sie können nicht nur L = 1-Gemische, sondern auch magere (L > 1) und fette Gemische (L < 1) genau messen und sind so auch für den Einsatz in Diesel- und Gasmotoren geeignet.
Sie geben für ein breite Lambda-Verhältnisse (L= 0,7 <L=1 < L= (fast) unendlich) ein dem Restsauerstoffgehalt des Abgases proportionales Signal ab.
Die typische Betriebstemperatur liegt bei ca. 550…900°C.
Eine Breitbandsonde liefert ein nahezu lineares Signal
Aufbau/Funktion
Breitbandsonden besitzen zwei Zellen - eine Messzelle und eine Pumpzelle, dazwischen liegt der Messspalt. Sie ist in Planartechnik aus mehreren Schichten aufgebaut und hat 
eine integrierte Heizung (schwarz).
Das Konzept dieser Sonde besteht aus einer indirekten Messung des Restsauerstoffs im Abgas.
Es wird permanent ein sehr kleiner Anteil des Abgases in einen Messspalt „abgezweigt“ und dessen Lambdawert mit einer herkömmlichen ZrO2-Messzelle gemessen. Mit einer strombetriebenen Pumpzelle werden -aus dem „Hauptabgasstrom“- so viele Sauerstoffionen in diesen Messspalt gepumpt (oder aus ihm heraus) und dadurch sein Inhalt derart mit Sauerstoffionen an-/abgereichert, dass das Abgas in ihm den Lambdawert =1 erreicht bzw. -noch genauer- die Ausgangsspannung der ZrO2 Sonde 450 mV beträgt.
Der Vorgang ist kontinuierlich!
Aus dem benötigten Pumpstrom lässt sich der aktuelle Lambdawert im Haupt-Abgasstrom errechnen. Je mehr Ionen gepumpt werden müssen, desto weiter weicht der L-Wert im Hauptgasstrom von L=1 ab, und desto größer ist der Pumpstrom.
Bei stöchiometrischem Gemisch (Lambda= 1) ist der Strom gleich Null (es braucht also nicht gepumpt werden) UND die Nernstzelle (= ZrO2 Sprungsonde!) erzeugt eine Spannung von 450 mV, da der Sauerstoff-Partialdruck in der Detektionskammer dem o.g. Sollwert entspricht.
Die Höhe des erforderlichen Pumpstroms entspricht dem Ausgangssignal (ist aber, wegen einem verschobenen Nullpunkt, nicht gleich!). Es ist die Messgröße, welche den genauen
Lambdawert des Gemisches fast linear beschreibt.
Vereinfacht gesagt:
Vom Abgasstrom gelangt permanent “ein Bisschen“ durch den Diffusionskanal in den Messspalt (hellblau).
Mit der Pumpzelle (rosa) wird dieses „Bisschen“ mit Sauerstoffionen an-/abgereichert bis die Sprungsonde (grün) durch Vergleich mit der Referenzluft (weiss) in ihr Lambda=1 misst.
Der Pumpaufwand (Strom) ist die Basis für das Mass wie weit der Lambdawert des Abgasstroms von Lambda=1 entfernt ist.
Breitbandsonden liefern nicht nur eine Aussage OB sondern auch WIEVIEL das Gemisch zu mager / zu fett ist. Die Grösse der Abweichung wird erkannt und es kann gezielter geregelt werden.
Kabelzuordnungen
Breitband-Lambdasonden von NTK haben fünf oder Kabelanschlüsse. Das Heizelement wird über gelb und blau mit Strom versorgt. Das Signal des Pumpstroms (Ip+) fließt durch das weiße Kabel, das der Messzelle (Vs+) über das graue Kabel. Das schwarze Kabel stellt die Masseverbindung für Pump- und Messzelle (Ip(-); Vs(-) dar.
Breitbandsonden von Bosch sind 6-polig ausgeführt (getrennte Masseverbindungen für Pump- und Messzelle).
Breitbandcontroller
Breitbandlambdasonden sind auch unabhängig von der Motorsteuerung erhältlich. Dabei kommt ein externer Controller (Steuerung; z.B. PowerCommander) zum Einsatz, der die Steuerung der Sonde und die Regelung der Sondenheizung übernimmt und zudem die Werte der Sonde an ein (vorhandenes) Motorsteuergerät und/oder ein Anzeigeinstrument weitergibt. Je nach Hersteller sind dabei verschiedene - meist individuell programmierbare - Ausgabetypen möglich. In der Regel wird der Lambdawert in ein Spannungssignal umgewandelt, das dann vom Motorsteuergerät ausgewertet wird. Meist ist auch eine Funktion integriert, bei der vom Controller das Signal einer Sprungsonde simuliert wird. Eingesetzt werden solche Controller meist für Motorsportanwendungen und für frei programmierbare Motorsteuerungen, die keinen eigenen Controller für eine Breitbandlambdasonde integriert haben. In getunten Fahrzeugen kommen oft Controller mit zwei Ausgängen zum Einsatz. Der eine Ausgang wird mit dem Motorsteuergerät verbunden und so die serienmäßige (Sprung)sonde simuliert, an den zweiten Ausgang wird eine Anzeige angeschlossen, mit welcher der Fahrer den Lambdawert ständig überprüfen kann.
Auswirkungen einer defekten Lambdabreitbandsonde
Gealterte Sonden liefern geringere Spannungsamplituden bei längeren Ansprechzeiten
Erhält die Motorsteuerung das Signal der Lambdasonde nicht, bildet dieses nicht mehr den Abgaszustand ab, oder ist dieses zu schwach, befindet sie sich in einer Art "Blindflug". Sie kann nicht feststellen, wie das gegenwärtig verbrannte Gemisch zusammengesetzt ist. Als Folge schaltet sie auf Notlauf um und fettet das Gemisch automatisch an. Sprich: Sie gibt mehr Kraftstoff zu, als nötig wäre. So garantiert sie die abgefragte Leistung und schützt Bauteile vor Überhitzung.
Das hat negative Konsequenzen: Zum einen steigt der Verbrauch des Fahrzeugs erheblich, zu anderen kann der Katalysator nicht mehr richtig arbeiten, mehr Schadstoffe gelangen in die Umwelt.
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