Wozu braucht man diesen "Lambdawert"?
Warum ist der Lambdawert überhaupt so wichtig?
Ein moderner Motor mit Katalysator wird normalerweise mit einem Lambdawert von 1 bzw. einem "Air-to-Fuel Ratio" (AFR) von 14,7 betrieben. Es kommt also ein Teil Kraftstoff auf 14,7 Teile Luft (Massenverhältnis: 14,7 Gramm Luft kommen auf 1 Gramm Kraftstoff). Das muss so sein, damit der Katalysator richtig arbeiten kann und am Ende so wenig schädliche Abgase (CO, NOx und unverbrannter Kraftstoff) wie möglich in die Umwelt gelangen. Der optimale Lambdawert für maximale Leistung liegt aber nicht bei 1 sondern bei 0,9. Am effizientesten läuft ein Motor mit Lambda = 1,1.
Bei einem 2-Liter Motor mit 4 Zylindern werden bei Normalbedingungen und idealem Design 0,5l Luft in einen Zylinder gesaugt. Das sind etwa 0,647 Gramm. Für Lambda = 1 werden nun 0,647g / 14,7 = 0,044g = 44mg Kraftstoff eingespritzt! Man sieht also in welchen Regionen man sich befindet.
Im übrigen benötigt man den genauen Lambdawert nicht nur bei Verbrennungsmotoren! Auch bei Öfen aller Art (Biomasse, Holz- bzw. Pelletheizungen, Holzvergaser, etc...) ist die Sonde sehr nützlich. Wird zu viel (kalte) Luft durch den Ofen geleitet, so wird dessen Wirkungsgrad geschmälert (die Luft muss aufgeheizt werden und kühlt den Ofen aus). Kommt zu wenig Luft an den Brennstoff so kann es zu Rußbildung und unvollständiger Verbrennung kommen.
Was kann diese Breitband-Lambdsonde?
Im Gegensatz zu einer Sprungsonde ("Normale" Sonde), die nur eine Spannung von ca. 0,9V für Fett (Lambda <1) und ca. 0,1V (Lambda >1) für Mager ausgibt, kann man mit der Breitbandsonde den genauen Lambdawert ermitteln (genauer gesagt von etwa 0,65 bis unendlich).
.jpg)
.jpg)
Der genaue Aufbau:
Die Breitbandsonde beinhaltet zwei Elemente: Eine Sprungsonde und eine sog. "Pumpzelle". Leitet man einen kleinen Strom durch die Pumpzelle, so pumpt diese Sauerstoffatome in bzw. aus einer Referenzkammer. An diese Kammer ist die Sprungsonde angeschlossen und misst die Sauerstoffkonzentration innerhalb der Kammer (Fett oder Mager). Das Ziel ist es nun, den Strom durch die Pumpzelle so einzustellen, dass die Sprungsonde einen Lambdawert von genau 1 ermittelt. Den fließende Strom steht in direktem Verhältnis zum genauen Lambdawert.
Im Gegensatz zur Sprungsonde ist das Prinzip sehr viel Komplizierter, aber man kann die Motoren exakt einstellen.
Die Praxis:
In der Praxis kann man sich die Ansteuerung und Auswertung enorm erleichtern. Nachdem Bosch in den 90er Jahren die Breitbandsonde entwickelt hat, haben sich die Ingenieure und Wissenschaftler auch daran gemacht, eine "einfache" und integrierte Auswerteelektronik zu Entwickeln.
Ich verwende passend für die Sonden "Bosch LSU4.2" und "Bosch LSU4.9" den integrierten Schaltkreis "Bosch CJ125". Diese Kombination ist aufeinander abgestimmt und funktioniert sehr gut!
Eine "neue" Alternative zu den Bosch-Sensoren: NTK bzw. NGK! Die Alternativen Teile heißen "ZFAS-U2" mit dem passenden IC "XCU-UA". Leider sind da die Informationen sehr spärlich, ebenso wie für die hochinteressante "ZFAS-N2" für die NOX Messung.
Die Zukunft:
Bosch hat schon einen Nachfolger für den CJ125 im Einsatz: Den CJ135.
Was kann der neue überhaupt? Er ist kleiner, noch stärker integriert (es gibt praktisch keine kritischen, externen Bauteile mehr), kann auch NTK-Sonden ansteuern, deckt einen höheren Messbereich für den Widerstand der Nernstzelle ab...und das vielleicht interessanteste Feature: Er soll mit einer LSU ADV Reaktionszeiten von 30ms aufweisen. Mit dieser schnellen Reaktionszeit soll man den Lambdawert des Abgases jedes einzelnen Zylinders messen können. Und zwar mit nur einer einzigen Sonde. Bisher konnte man nur einen Mittelwert des Lambdawertes aller Zylinder (einer Bank) ermitteln, für eine Zylinderselektive Lambdamessung bei einem 4-Zylinder hätte man ganze 4 Lambdasonden benötigt.
Ich hoffe sehr, dass sich da noch was tut und auch für den "kleinen" Kunden verfügbar gemacht wird.