Die Lambdasonde (?-Sonde) ist ein Sensor, um im Abgas einer Verbrennung das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff bestimmen zu
können. Die Messung basiert auf dem Restsauerstoffgehalt im Abgas. Sie ist der Hauptsensor im Regelkreis der Lambdaregelung zur katalytischen Abgasreinigung (umgangssprachlich: geregelter
Katalysator). Es werden zwei Messprinzipien verwendet: Spannung eines Festkörperelektrolyten (Nernstsonde) und Widerstandsänderung einer Keramik (Widerstandssonde).
Sie wird hauptsächlich bei Ottomotoren, aber auch bei der
Abgasregelung von Brennwertkesseln und Dieselmotoren eingesetzt.
Erstmals wurde die Lambdasonde 1976 von Bosch vorgestellt.
Funktion Nernstsonde
Eine Seite des keramischen Sensorelements ist dem Abgasstrom
ausgesetzt, während die andere Seite an einer Sauerstoffreferenz liegt. In den meisten Fällen wird hierzu die Umgebungsluft verwendet, entweder durch eine Öffnung direkt
an der Sonde oder über die Zuleitung und den Stecker. Dies erschwert die sogenannte Referenzluftvergiftung durch Wasser, Öl- oder Kraftstoffdämpfe. Dabei ist der Sauerstoffgehalt der
Referenz verringert und die Sondenspannung verkleinert. Bei einer gepumpten Referenz wird die Umgebungsluft nicht mehr benötigt, sondern die Sauerstoffreferenz wird durch einen aufgeprägten Sauerstoffionenstrom aus dem Abgas hergestellt.
Bei Temperaturen über etwa 300 °C wird die Yttrium-dotierte Zirkoniumdioxid-Keramik der Sonde für negative Sauerstoff-Ionen leitend. Der Konzentrationsunterschied erzeugt eine Ionendiffusion zum
Abgas. Die Sauerstoff-Atome können als doppelt negativ geladene Ionen durch die Keramik durchtreten. Die zur Ionisierung der Sauerstoff-Atome erforderlichen Elektronen werden von den
elektronisch leitfähigen Elektroden geliefert. Dadurch lässt sich zwischen den innen und außen angebrachten Platin-Elektroden eine elektrische Spannung abnehmen, die Sondenspannung. Diese wird
über die Verkabelung an das Motorsteuergerät weitergeleitet. Sie liegt bei ?>1 (mageres Gemisch, zuviel Luft) zwischen 0 und 150 mV, bei ?<1 (fettes Gemisch, zuviel Kraftstoff) zwischen 800 und 1000
mV. Die Spannung wird dabei durch die Nernst-Gleichung beschrieben. In einem sehr schmalen Übergangsbereich um ?=1, dem sogenannten ?-Fenster, ist die Kennlinie extrem steil. Die Spannung
ändert sich dort in Abhängigkeit vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis fast sprunghaft.
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