Lambdasonden – Was passiert im Motor?

Damit Kraftstoff im Verbrennungsmotor optimal verbrennen kann, muss der Sauerstoffgehalt des Kraftstoff-Luftgemisches perfekt auf die anliegende Motorleistung angepasst werden. Dies geschieht zum Teil mit der sogenannten Lambdasonde. Wie diese funktioniert, welche Arten es gibt und wo diese verbaut sind, erklären wir Ihnen in diesem Ratgeber.

Vor Rot kommt Gelb, der mündige Kraftfahrzeugführer weiß das. Und so fährt es sich oft auch mit einer gelben Warnlampe im Tacho noch einige Zeit weiter und manch eine verschwindet sogar wieder.

Wer zum Beispiel sein modernes Auto fortwährend nur im Stadtverkehr malträtiert, riskiert Partikelfilter oder Lamdasonden zuzustopfen und zu verdrecken, sodass der Motor entweder nicht mehr richtig atmen kann oder der Messfühler nur noch „Schwarz sieht“. Eine zügige Normalfahrt mag da schon Abhilfe schaffen – nur wer traut sich das mit Motorwarnlampe schon? Zudem die Hersteller bei falscher Verbrennung vorsichtshalber mögliche Katalysator- oder Partikelfilterschäden sowie kaputte Auslassventile in den Raum stellen. Ein Szenario das natürlich passieren kann, so denn kein normales Notlaufprogramm installiert ist. Unrunder Leerlauf, hoher Kraftstoffverbrauch oder kein Durchzug? Dann lieber doch gleich in die Werkstatt des Vertrauens oder selbst Hand angelegt. Läuft er gut, rund und hat Power, dann kann man (ohne Gewähr) auch zunächst eine halbe Stunde vorsichtig konstant Gas geben, um den Abgasstrang mal durchzuglühen und Rückstände auszubrennen.

Häufig sind jedenfalls Defekte an der Lambdasonde eine Ursache. Je nach Sondenart halten diese 50.000 bis 160.000 Kilometer. Wer Lambda nur mit Mathe in der Schule assoziiert, dem sei hier etwas geholfen – und der ein oder andere wird vielleicht sogar selbst zum Schraubenschlüssel greifen und das Problem selbst beheben.

Optimales Gemisch für optimale Verbrennung

„Lambda“ oder der „Lambda-Wert“ steht beim Verbrennungsmotor für die Güte der Verbrennung. Damit der Motor läuft, muss das im Brennraum befindliche Gemisch explodieren beziehungsweise abbrennen können, um damit den Druck über dem Kolben auf bis zu 80 Bar zu erhöhen und ihn nach unten zu drücken. Den Kraftstoff in die Luft bringen hierbei Einspritzung oder Vergaser. Beide müssen für den jeweiligen Betriebszustand des Motors ein möglichst ideales Gemisch zubereiten: Bei einem Verhältnis von einem Teil Kraftstoff zu 14,7 Teilen Luft kann dieses völlig abbrennen. Hier spricht man auch von „Lambda 1“. Nicht zu fett und nicht zu mager also – und alle Komponenten würden chemisch so verbrannt werden, dass nur Wasserdampf und Kohlendioxid ausgestoßen werden.

Verbrennt das Gemisch nicht vollständig, entsteht CO (Kohlenmonoxid). Verbrennt es aufgrund zu eines zu hohen Sauerstoffanteils zu heiß, entsteht NOx – also Stickoxide. Aus diesem Grund existieren beispielsweise Abgasrückführungen, die im Ansaugtrakt sauerstoffarmes Abgas zum Gemisch zugeben. Aus diversen Gründen wird für eine volle Leistungsabgabe leider ein etwas fetteres Gemisch benötigt. Es vermengt sich vor dem Zünden und Abbrennen eben nicht alles wirklich perfekt – mikroskopisch bleiben immer Bereiche mit mal zu viel Sauerstoff und mal zu viel Kraftstoff.

Kontrolle durch Lambdasonde

Und wer kontrolliert, ob das Gemisch die gerade benötigen Anforderungen bestmöglich erfüllt? Eine Sonde, liebevoll auch Lamdasonde genannt, die direkt in der Abgasanlage verortet ist. Dabei vergleicht sie – je nach Aufbau – im Grunde den Restsauerstoffgehalt im Abgasstrahl mit dem Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft. Hat sie ihre Betriebstemperatur von 350 Grad Celsius erreicht, beginnen Sauerstoffatome aus der Umgebungsluft durch die Oxid-Keramik (Zirkondioxid) des Sensors zu strömen. Und hier kommt der Clou: durch das Zirkondioxid kommen nämlich nur Sauerstoff-Ionen hindurch. Vereinfacht ausgedrückt muss das Sauerstoffatom sich zwei Elektronen aufpacken, diese durch den Sensor tragen und diese am Ende auch wieder abgeben, um den normalen Grundzustand wieder anzunehmen. Dies geschieht allerdings nur dann, wenn im Abgas weitaus weniger Sauerstoff vorhanden ist, als in der angesaugten Umgebungsluft.

Durch die Aufnahme und Abgabe von Elektronen entsteht an der Sonde Spannung, die ausgelesen werden kann. Wenige anliegende Volt an der Sonde geben dabei indirekt Aufschluss darüber, wie viele Sauerstoff-Ionen durch die Sonde gewandert sind und infolge dessen auch wie viel Restsauerstoff im Abgas vorhanden war.

Nehmen wir ein fettes Gemisch: Hier stehen eben keine 14 oder mehr Teile an Sauerstoff für ein Kraftstoffmolekül zur Verfügung, sondern weniger. Damit wird nach dem Abbrennen des Kraftstoffs nur ganz wenig Sauerstoff im Abgas übrig sein. Je weniger übrig ist, desto mehr Sauerstoff strömt von außen durch die Lamdasonde, wodurch auch mehr Strom durch die Sonde fließt. Das Gegenteil passiert, wenn zu mager verbrannt wird. Denn dann bleiben viele Sauerstoffatome nach dem Verbrennungsvorgang übrig. Viele Sauerstoffmoleküle im Abgas bedeuten weniger Gefälle zwischen Umgebungsluft und Abgas, wodurch kaum Sauerstoff-Ionen durch die Sonde strömen – es fließt also weniger Strom.

Was gibt es für Sonden und wo sitzen sie?

Spannungssprungsonde

Zirkondioxid, Arbeitstemperatur 350 Grad Celsius, kann pro Sekunde bis zu 7 Mal zwischen 0,1 und 0,9 V hin und herspringen, daraus errechnet die Motorelektronik, ob mehr oder weniger Kraftstoff ins Gemisch muss. Sitzt zwischen Auslass und Katalysator.

Widerstandsprungsonde

Titanoxid, hier wird keine Spannung erzeugt, sondern der Widerstand der Keramik ändert sich je nach Restsauerstoffgehalt im Abgas. Neben der Spannung vom Motor wird eine Betriebstemperatur von 500 bis 800 Grad Celsius benötigt. Vorteil: keine Umgebungsluft benötigt, dafür aber Lamdasondenheizung.

Breitbandlamdasonde

Diesel-, Gas- und Magermixmotoren arbeiten prinzipiell mit einem Lamda-Wert größer eins und verwenden deshalb eine etwas anders aufgebaute Breitbandlamdasonde, die sich aus einer Messzelle und einer Pumpzelle zusammensetzt (beides Zirkondioxid-Spannungssprungsonden). 700 bis 800 Grad Celsius als Arbeitstemperatur und eine Befestigung nahe dem Auslass zeichnen sie aus.

Diagnosesonde

Überwacht den Katalysator, da dieser über seine Möglichkeit, Sauerstoff zu speichern, dämpfend auf das Messsystem wirkt.

Auslesen der Lambasonden

Ein EOBD-fähiges Diagnosegerät lässt die Parameter der Sonden auslesen. Bei einer Spannungssprungsonde 0,1 V und 0,9 V, bei einer Widerstandssprungsonde zwischen 0,4 und 3,9 V, die Monitorsonden haben eine konstante Spannung zwischen 0,6 V und 0,8 V und die Breitbandsonde eine konstante Spannung um 0,45 V. Der Pumpstrom liegt je nach Lastzustand des Motors zwischen -1 und +3 mA. Bei Lamda 1 beträgt er 0 mA.

Fehlercodes

Fehlercodes beginnen mit „P0“, gefolgt von drei Ziffern. Lambdasondenfehlercodes mitunter: P003X, P004X, P005X, P006X, P013X, P014X, P015X, P016X.

Welche Fehler lassen sich selbst beheben?

Viele Fehler wie beispielsweise „Fehler im Stromkreis“ lassen sich oft selbst gut beheben: Kabelbrüche, gebrochene Stecker und unisolierte Kabel lassen sich in der direkten Umgebung finden, ebenso Undichtigkeiten in der Abgasanlage. Wer die Sonde selbst wechselt, behandelt diese eben wie feste Injektoren oder Zündkerzen: mit Wärme (Umfeld erhitzen), Lösespray (Kriechöle, Injektorenlöser), Geduld und Liebe. Eigentlich ist sie nur auszudrehen und eine neue einzusetzen. Problemtisch ist eher Herankommen sowie die verwendeten Kabel und Stecker. Wer hier Universalanbieter kauft, muss die Stecker und den Anschluss genau kontrollieren. Erhältlich ist die Lamdasonde natürlich direkt beim Hersteller oder auch bei diversen Marktplätzen.

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