Lambda-Regelung
Lambda-Sonden messen den Sauerstoffgehalt im Abgas. Die Luftzahl Lambda (λ) setzt das Massenverhältnis von Luft und Kraftstoff im Brennraum in Relation zum stöchiometrischen Verhältnis. Bei λ =1 fehlt bei idealer Verbrennung weder Sauerstoff noch bleibt welcher übrig. Bei λ < 1 herrscht Luftmangel (fettes Gemisch), bei λ > 1 herrscht Luftüberschuss (mageres Gemisch). Die klassische Lambda-Regelung sorgt für ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoffgemisch bei der Verbrennung im Ottomotor. Dabei bilden sich im Abgas Schadstoffe in einem Mengenverhältnis, bei dem Dreiwegekatalysatoren optimal arbeiten können. Dieselmotoren oder Ottomotoren mit Direkteinspritzung werden in einem weiten Lastbereich mager betrieben, wobei der Stickoxid-(NOx-)Gehalt im Abgas mit zunehmender Verbrennungstemperatur steil ansteigt. Durch Abgasrückführung können die Verbrennungstemperatur und damit der NOx-Anteil an den emittierten Schadstoffen abgesenkt werden. Der NOx-Restgehalt im Abgas lässt sich im NOx-Speicherkatalysator binden und in Phasen fetter Verbrennung zu Stickstoff reduzieren. Sowohl bei der Abgasrückführung als auch der katalytischen Abgasreinigung wird auf den Lambda-Wert geregelt. Beim Dieselmotor kann auf Basis des Lambdawerts die Rauchbegrenzung unter Volllast eingestellt werden.
Lambda-Sonden
Lambda-Sonden basieren auf der Sauerstoffionenleitung von Zirkonoxid bei hohen Temperaturen. Sprungsonden messen die galvanische Spannung einer Messzelle (Nernst-Zelle) und reagieren in einem engen Bereich am stöchiometrischen Punkt empfindlich auf Änderungen der Sauerstoffkonzentration. Sprungsonden werden bei der klassischen Lambda-Regelung als führende Sonde vor oder als Kontrollsonde nach einem Katalysator eingesetzt. Die Kontrollsonde dient zur Regelungsoptimierung und zur Überwachung der Katalysatorfunktion im Rahmen der Onboard-Diagnose.
Bei Breitband-Lambdasonden wird die Sauerstoffkonzentration im Messgas der Nernst-Zelle auf λ=1 eingestellt, indem Sauerstoffionen vom Abgas in das Messgas hinein oder herausgepumpt werden. Aus der Größe und der Richtung des Pumpstroms lassen sich Lambdawerte auch bei nichtstöchiometrischer Verbrennung genau bestimmen. Breitbandsonden ermöglichen als Hauptsonden die Lambdaregelung im fetten und mageren Bereich und erhöhen die Dynamik der klassischen Lambda-Regelung aufgrund ihrer stetigen Messcharakteristik.
Die LSU-Breitbandsonden von Bosch arbeiten oberhalb einer Temperatur von 600 °C zuverlässig. Sie können bei Abgastemperaturen bis 930 °C dauernd sowie bis 1030 °C kurzzeitig betrieben werden. Die Sonden werden zum Betrieb beheizt und können bereits während des Warmlaufs des Motors und mit kaltem Abgas arbeiten. Durch die Beheizung wird der Einfluss der Abgastemperatur auf das Sondensignal minimiert.
Lambda-Meter
Bei der Fahrzeug- und Motorenentwicklung werden Breitbandsonden zusammen mit genauen Lambdamessgeräten für Mess- und Prüfzwecke verwendet. Lambdaregelungen von Motorsteuerungen werden auf Basis der so gewonnen Lambdamessungen kalibriert. ETAS bietet seit mehr als 10 Jahren Lambda-Meter an. Die Instrumente kommen bei Referenz-Messungen am Prüfstand und im Fahrzeug zum Einsatz.