Freitag , 15. Oktober 2021

Symptome, Ursachen und Kosten einer kaputten Lambdasonde!

Lesezeit ca. 9 Minuten

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Anfang Januar haben wir Euch in einem Kurzbericht ein paar Infos zur Lambdasonde zukommen lassen. Und heute möchten wir auf die Probleme eingehen, die es mit der Lambdasonde geben kann und Euch die Thematik noch etwas näher bringen. Die Lambdasonde ist dafür da, den Schadstoffausstoß eines Motors so gut wie möglich zu reduzieren. Wenn die Lambdasonde nun aber defekt ist, kann es dazu kommen, dass sich der Kraftstoffverbrauch erhöht und der Motor nicht mehr die volle Leistung bringt. Die Aufgabe der Lambdasonde, die im Auspuff sitzt, ist den Sauerstofffgehalt im Abgas zu ermitteln. Mithilfe dieser ermittelten Werte kann die Motorsteuerung das Kraftstoff-Luft-Gemisch entsprechend regulieren, was darin resultiert, dass der Katalysator die effizienteste Reinigungsleistung erbringen kann. Aus diesem Grund nennt man die Lambdasonde auch Regelsonde. Neben der konventionellen Lambdasonde wird bei einer großen Anzahl an Fahrzeugen auch eine weitere Lambdasonde, die Diagnose-Sonde, verbaut, welche hinter dem Katalysator sitzt und die Abgaswerte kontrolliert, wobei sie allerdings nicht die Motorsteuerung beeinflusst. Die Lambdasonde kann aber leider auch eine Fehlerquelle darstellen. Die genauen Aufgaben, die Funktion und auf die Defekte, die auftreten können, möchten wir im folgenden Artikel genauer eingehen.

Übersicht zu den Themen

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  1. Welche Aufgaben hat die Lambdasonde?
  2. Wie funktioniert die Lambdasonde?
  3. Sprung- und Breitbandsonden
  4. Sprungsonden
  5. Breitbandsonden
  6. Wie macht sich eine defekte Lambdasonde bemerkbar?
  7. Auswechseln der Lambdasonde
  8. Was kostet eine Lambdasonde?
  9. zusammenfassend die Infos zur Lambdasonde
  10. Tutorials: der Austausch der Lambdasonde

Welche Aufgaben hat die Lambdasonde?

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Die Lambdasonde wird bereits seit dem Ende der 70er-Jahre bei Ottomotoren verbaut. Nur durch diese Vorrichtung wurde die Verwendung eines geregelten Katalysators ermöglicht – die Verwendung von bleifreiem Benzin vorausgesetzt. Durch die Lambdasonde ist die Motorelektronik in der Lage, den Sauerstoffgehalt im Abgas zu berechnen. Dadurch kann das Kraftstoff-Luft-Gemisch eingestellt werden, was über die Einspritzdauer der Einspritzdüsen bewerkstelligt wird. Im Abgas selbst sollte der Sauerstoffgehalt im Optimalfall null Prozent betragen, da der Katalysator ansonsten die Reduktion toxischer Stickoxide zu Stickstoff nicht mehr ordnungsgemäß ausführen kann. Übrigens findet man heutzutage keinen Ottomotor mehr vor, welcher keine Lambdasonde besitzt.

Auch in Dieselmotoren wird die Lambdasonde seit Anfang der 2000er vermehrt verbaut mit dem Ziel, die vorgeschriebenen Emissionswerte einhalten zu können. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Lambdasonden in Dieselmotoren ist, dass diese die Anfälligkeit für Defekte reduziert. Das liegt daran, dass die schädlichen Verbrennungen, zu denen es beispielsweise im Schubbetrieb kommt, erkannt und abgeschaltet werden können. Übrigens werden auch die sogenannten NOX-Speicher-Katalysatoren von der Lambdasonde überwacht. Die Lambdasonde stellt nämlich Daten zur Verfügung, die wichtig für die Steuerung des Katalysators sind, dessen Regulation in Intervallen stattfinden muss, damit die Speicherwirkung beibehalten werden kann. (zurück zur Übersicht)

Wie funktioniert die Lambdasonde?

Das Kraftstoff-Luft-Verhältnis wird über den sogenannten Lambdawert definiert, wobei der gewünschte Referenzwert eins beträgt. Man spricht hier auch vom stöchiometrischen Gleichgewicht. In diesem Zusammenhang spricht man auch vom „Lambda-Fenster“ (Wert beträgt zwischen 0,97 und 1,03). Ist dieser Wert gegeben, so ist exakt die Menge an Sauerstoff gegeben, der für die Verbrennung des gesamten Kraftstoffs benötigt wird. Die Menge, die bei einem Kilogramm Superbenzin mit 95 Oktan benötigt wird, beträgt 14,7 Kilogramm Luft. Ist der Sauerstoffanteil höher, spricht man von einem mageren Gemisch, während man bei einem Überschuss an Kraftstoff von einem fetten Gemisch spricht. Befindet sich der Lambdawert innerhalb des Lambda-Fensters, ist der Katalysator dazu in der Lage, die maximale Reinigungsleistung zu erbringen.

Bei einem Lambdawert von 0,85, also einem fetten Gemisch, erreicht der Motor sein maximal mögliches Drehmoment. Aus diesem Grund liegt der Lambdawert nicht immer innerhalb des Lambda-Fensters – zum Beispiel während eines Beschleunigungsvorgangs. Dieselmotoren hingegen arbeiten mit einem Gemisch, dessen Lambdawert zwischen 1,3 und 6 liegt. Außerdem hat die Lambdasonde beim Dieselmotor keinen direkten Einfluss auf die Menge an Kraftstoff, die eingespritzt wird – hier nimmt die Lambdasonde Einfluss auf das AGR-Ventil, das letztendlich das Kraftstoffgemisch über die Abgasrückführungsrate reguliert. (zurück zur Übersicht)

Sprung- und Breitbandsonden

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Grundsätzlich gibt es zwei verschiedene Varianten von Lambdasonden: Die sogenannten Sprungsonden und die Breitbandsonden, wobei letztere die aktuellere Variante darstellt. (zurück zur Übersicht)

Sprungsonden

Sprungsonden nennt man auch binäre Lambdasonden. Bei solchen Sonden springt das Signal der jeweiligen Sonden zwischen zwei verschiedenen Werten hin und her. Die Sprungsonden lassen sich noch in zwei weitere Untergruppen unterteilen: Zirkondioxidsonden und Titandioxidsonden. Was die Form betrifft, so haben beide die Form eines Fingers und sie sind hohl. Bei Zirkondioxidsonden ist es so, dass sich die Außenseite der Sonde im Abgasstrom befindet, während die Innenseite Kontakt mit der Umgebungsluft hat. Man spricht hier auch vom sogenannten Referenzgas. Dazwischen befindet sich ein Zirkondioxid-basierter Festkörperelektrolyt, der ab einer Temperatur von 300 Grad dazu imstande ist, Sauerstoffionen zu leiten, die dann wiederum in Richtung Abgas wandern, damit die verschiedenen Konzentrationen an Sauerstoff zwischen dem Abgas und der Außenluft ausgeglichen werden.

Währenddessen entsteht auf den Zirkondioxid umgebenden Platinelektroden eine elektrische Spannung. Bei dieser elektrischen Spannung handelt es sich um das sogenannte Ausgangssignal, das an das Steuergerät weitergeleitet wird. Wenn es sich um ein mageres Gemisch handelt, sich also ein hoher Sauerstoffgehalt im Abgas befindet, ist eine Spannung von unter 0,2 Volt messbar. Bei einem fetten Gemisch, sprich einem hohen Anteil an Kraftstoff im Abgas, lässt sich hingegen eine Spannung von über 0,8 Volt messen. Beziehen wir das nun auf den optimalen Lambdawert 1, so beträgt die Spannung etwa 0,45 Volt. Das bedeutet, dass die Zirkondioxidsonde nur in der Lage ist, zu prüfen, ob ein Gemisch zu mager bzw. zu fett ist oder ob es sich im idealen Bereich befindet.

Zwar gilt das ebenso für die Titandioxidsonde, jedoch weist diese zwei erhebliche Unterschiede zur Zirkondioxidsonde auf. Im Gegensatz zur Zirkondioxidsonde besteht der Festkörperelektrolyt bei der Titandioxidsonde nicht aus Zirkondioxid, sondern aus Titandioxid. Außerdem verändert sich der elektrische Widerstand proportional zum Sauerstoffgehalt des Abgases und im Lambda-Fenster geht die Reduzierung der Leitfähigkeit sprunghaft vonstatten. Daher erfolgt die Bereitstellung der Information über den Betriebszustand des Motors über den gemessenen Widerstand. Die Titandioxidsonde erzeugt also, ganz im Gegensatz zur Zirkondioxidsonde, keine eigene Spannung. Des Weiteren ist hier keine Umgebungsluft als Referenzgas vonnöten, damit der Sauerstoffanteil im Abgas ermittelt werden kann. Aufgrund dessen ist die Titandioxidsonde insgesamt kompakter als die Zirkondioxidsonde. Ein Nachteil ist, dass eine Titandioxidsonde beheizt werden muss, damit sie die 700 Grad Betriebstemperatur erreicht. Heutzutage werden Sprungsonden übrigens nicht mehr in der Serienfertigung verwendet. (zurück zur Übersicht)

Breitbandsonden

Bei Breitbandsonden ist im Vergleich zu Sprungsonden eine deutlich differenziertere Bestimmung der Gemischzusammensetzung möglich. Aus diesem Grund werden sie auch in modernen Otto- bzw. Dieselmotoren eingesetzt, da hier eine exakte Regelung des Verhältnisses zwischen Kraftstoff und Luft außerhalb des Lambda-Fensters nötig ist. Benzindirekteinspritzer werden zum Beispiel im Teillastbereich gewollt mager betrieben, damit Kraftstoff gespart wird. Bei Dieseltriebwerken wird dagegen ein fettes Gemisch benötigt, damit sich der NOX-Speicherkatalysator regelmäßig regenerieren kann. Die Breitbandsonden sind dazu imstande, Lambdawerte ab 0,6, also ein sehr fettes Gemisch, zu ermitteln und alles darüber geht praktisch ins Unendliche. Eine Breitbandsonde ist komplexer aufgebaut als eine Sprungsonde: Die Bestandteile einer solchen Sonde sind zwei Zellen – eine Messzelle und eine Pumpzelle. In der Messzelle erfolgt die Ermittlung des Sauerstoffanteils im Abgas. Wenn dieser Sauerstoffanteil nun vom Referenzwert abweicht, ist es die Aufgabe der Pumpzelle, Sauerstoffionen in die Messzelle zu pumpen. Der Pumpstrom, der dafür benötigt wird, ist übrigens die Messgröße, welche den genauen Lambdawert ermittelt, den das Gemisch aufweist. (zurück zur Übersicht)

Wie macht sich eine defekte Lambdasonde bemerkbar?

Bei der Lambdasonde handelt es sich um ein Verschleißteil, welches nach einiger Zeit ausgetauscht werden muss, wofür es einige Anzeichen gibt. Manchmal kommt es aber auch vor, dass die Lambdasonde schon verfrüht einen Defekt aufweist. Das kann beispielsweise durch Kurzstreckenfahrten oder durch einen schnelleren chemischen Alterungsprozess hervorgerufen werden. In seltenen Fällen kann eine defekte Lambdasonde auch auf einen anderen größeren Schaden des Motors hinweisen. Ein weiterer Grund für einen Defekt sind schlechte Masseverbindungen oder Kabelverbindungen, die unterbrochen wurden.

Es gibt mehrere Symptome, die auf eine defekte Lambdasonde hinweisen, wobei es hier darauf ankommt, ob die Regelsonde, die vor dem Katalysator verbaut ist, oder die Diagnosesonde, die hinter dem Katalysator verbaut ist, defekt ist. Wenn die Diagnosesonde defekt ist, machen sich keine direkten Symptome bemerkbar, denn die Diagnosesonde ist nur dazu da, die Funktion des Katalysators zu überwachen. Im Gegensatz dazu beeinflusst die Regelsonde die Motorsteuerung auf direktem Wege, weshalb an diese keine korrekten Messwerte mehr gesendet werden, sollte die Regelsonde defekt sein. Dadurch kann sich entweder zu viel oder zu wenig Sauerstoff im Abgas befinden, was in einem zu fetten oder einem zu mageren Gemisch resultieren kann. Diese Symptome können allerdings auch darauf hinweisen, dass andere Komponenten im Motor defekt sind.

Bei manchen Motoren kann es sein, dass sich ein Notlaufprogramm aktiviert, wenn die Lambdasonde defekt ist oder extreme Verschmutzungen aufweist. Dieses Notlaufprogramm ist dazu da, dass sowohl der Motor, als auch die Umwelt entsprechend geschützt werden. Ist jenes Programm aktiviert, leuchtet in der Regel die Motorkontrollleuchte auf und außerdem finden Sie dann im Fehlerspeicher der On-Board-Diagnose eine entsprechende Meldung. Weitere Symptome, die darauf hinweisen, dass die Lambdasonde eventuell defekt ist, sind eine reduzierte Leistung des Motors, ein schlechter Durchzug, wenn Sie beschleunigen, ein ruckelnder Motor bzw. Verbrennungsaussetzer, ein erhöhter Kraftstoffverbrauch, höhere Abgasemissionen, Qualm aus dem Auspuff und eben das Aufleuchten der MKL-Leuchte. (zurück zur Übersicht)

Auswechseln der Lambdasonde

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Die Arbeitskosten für das Wechseln der Lambdasonde sind zum Glück nicht allzu hoch, da sie Sonde in der Regel sehr gut zugänglich in der Auspuffanlage sitzt. Was allerdings zeitintensiv sein kann, ist die Analyse vom Fehler. Wenn die Lambdasonde gut zugänglich ist, geht der Austausch im Normalfall in unter 30 Minuten vonstatten. Wichtig ist, dass die Auspuffanlage etwas abgekühlt ist, bevor die Arbeiten beginnen. Während die alte Sonde im warmen Zustand herausgedreht werden sollte, sollte die neue Lambdasonde im kalten Zustand eingedreht werden. Wenn Sie die Arbeit selbst durchführen wollen, empfiehlt es sich beim Ausbau Handschuhe zu tragen, die hitzeresistent sind und vor dem Einbau eine Hochtemperaturpaste auf das Gewinde aufzutragen. Diese Paste ist dafür da, ein Festbrennen oder ein Festfressen zu verhindern. Bei einem älteren Fahrzeug kommt es durchaus vor, dass sich die Lambdasonde in den Auspuff eingebrannt hat, was ein Auswechseln erheblich schwerer macht und deshalb dann eventuell über einen Austausch des jeweiligen Abschnitts der Abgasanlage nachgedacht werden sollte. Oftmals dreht sich das Gewinde der alten Sonde ab und damit ist der Austausch vom entsprechenden Abschnitt vom Auspuff unumgänglich. (zurück zur Übersicht)

Was kostet eine Lambdasonde?

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Egal ob Sie eine neue Regelsonde oder eine neue Diagnosesonde benötigen – die Preisspanne für eine neue Sonde liegt zwischen 20 und 180 Euro. Hinzu kommen allerdings noch die Kosten für die Analyse und natürlich noch die Arbeitszeit. Die Zeit, die ein solcher Wechsel in Anspruch nehmen kann, beträgt zwischen 30 Minuten und 2 Stunden, was später dann in Kosten in Höhe von 40 und 250 Euro resultiert.

zusammenfassend die Infos zur Lambdasonde:

  • Lambdasonde ist ein Sauerstoffkonzentrations-Sensor (also ein Instrument zur Abgasregelung von Benzin- Diesel- Gasmotoren)
  • Lambdasonde misst den Restsauerstoffgehalt des Abgases
  • Lambdasonde sorgt für eine optimale Gemisch-Zusammensetzung
  • Anhand Lambdasonden-Spannung erkennt das Steuergerät die Gemisch-Zusammensetzung (mager / fett)
  • ist das Gemisch zu fett, reduziert das Steuergerät die Kraftstoffmenge im Mischungsverhältnis
  • ist das Gemisch zu mager erhöht das Steuergerät die Kraftstoffmenge im Mischungsverhältnis
  • Messwert der Lambdasonde ermöglicht dem Steuergerät die Einspritzmenge zu regeln, um eine optimale Gemisch-Zusammensetzung zu gewährleisten
  • mögliche zweite Lambdasonde (Diagnosesonde nach dem Katalysator), prüft, ob die Regelsonde (vor dem Kat) optimal arbeitet
  • es gibt Sprungsonden und Breitbandsonden (zurück zur Übersicht)

Tutorials: der Austausch der Lambdasonde

 (zurück zur Übersicht)

https://www.youtube.com/watch?v=zCYbG4BTlDQ

Das war’s natürlich längst noch nicht gewesen!

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