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Die Lambda-Sonde ist ein wichtiges Instrument zur Steuerung der Abgasreinigung. Sie befindet sich im Abgaskrümmer oder im Abgasrohr, entweder direkt an der Stelle, an der die Leitungen der einzelnen Zylinder zusammenlaufen, oder hinter dem Abgasturbolader, wenn einer vorhanden ist. Mit der Lambda-Sonde wird gemessen, wie viel Sauerstoff noch in den Abgasen enthalten ist. Dieser Messwert wird an das Steuergerät der Einspritzanlage weitergegeben und das eingespritzte Gemisch aus Kraftstoff und Luft wird entsprechend geregelt. Dies ist besonders für den Katalysator wichtig, denn er kann die Abgase am effektivsten reinigen, wenn es keinen Überschuss an Luft und keinen Überschuss an Kraftstoff im Gemisch gibt. Wenn eine Lambda-Sonde vorhanden ist, spricht man deswegen von einem geregelten Katalysator. Bei einem Defekt sollte die Sonde schnell erneuert werden, dies ist recht preiswert und günstig und beugt einer übermäßigen Umweltbelastung vor.
Die Lambda-Sonde besteht aus einem Keramik-Körper mit den entsprechenden Messeinrichtungen und ist an einer Öffnung im Abgasrohr eingeschraubt. Da sie erst richtige und verlässliche Messergebnisse liefert, wenn der Motor auf Betriebstemperatur ist, haben moderne Lambda-Sonden eine Heizung. Damit wird die Sonde beim Kaltstart zusätzlich geheizt, um die Schadstoffe möglichst effektiv aus den Abgasen zu entfernen. Zudem sind bei einigen Motoren mehrere Lambda-Sonden vorhanden, die sich gegenseitig kontrollieren. Eine dieser Lambda-Sonden misst dann auch die Sauerstoffgehalt in den Abgasen hinter dem Katalysator und gibt so Rückschlüsse auf die Effektivität der Abgasreinigung. Meistens wird der Sauerstoffgehalt jedoch nicht permanent überwacht, sondern nur sporadisch geprüft. Wenn das Gemisch geändert wird, braucht die Lambda-Sonde einige Zeit, um sich anzupassen und liefert deswegen zunächst nicht die richtigen Ergebnisse.
Weitere Informationen zu Lambda-Sonde, Sensor & Regelung
Die Bezeichnung Lambda-Sonde kommt daher, dass der gemessene Wert als Lambda-Wert bezeichnet wird. Sie wurde zuerst von Volvo verwendet, um die strengen Abgasvorschriften in den USA erfüllen zu können. Ein ungeregelter Katalysator entfernt zwar einen Teil der Schadstoffe aus den Abgasen, er arbeitet jedoch viel effektiver, wenn der Gehalt an Rest-Sauerstoff ein bestimmtes, festgelegtes Niveau hat. Der Sauerstoffgehalt hängt davon ab, in welchem Verhältnis Kraftstoff und Luft in dem eingespritzten Gemisch stehen. Bei einem idealen Gemisch wird genau so viel Luft eingespritzt, dass der Kraftstoff vollständig verbrannt wird, der Lambda-Wert ist dann genau 1. Deswegen misst die Lambda-Sonde den Anteil des Sauerstoffes in den Abgasen, die direkt vom Motor kommen und gibt diese Messwerte an die Steuerung der Einspritzanlage weiter. Diese kann dann das Gemisch so einstellen, dass die entstehenden Abgase vom Katalysator möglichst effektiv gereinigt werden.
Zwar wurde zunächst nur bei Ottomotoren eine Lambdaregelung eingeführt, mittlerweile ist sie aber auch bei Dieselmotoren sehr weit verbreitet. Das Wirkungsprinzip ist jedoch ein wenig anders. Während beim Benziner direkt die Einspritzung von Kraftstoff und Luft reguliert wird, wird beim Diesel nur die jeweilige Luftzufuhr verändert. Dafür wird beispielsweise die Menge des zurückgeführten Abgases reguliert, um den Sauerstoffgehalt in der Abgasanlage zu steuern und so dem Oxi-Kat eine möglichst effektive Reinigung ermöglichen.
Während die ersten Lambda-Regelungen nur eine einzige Lambda-Sonde vor dem Katalysator besaßen, werden bei modernen Motoren häufig mehrere Lambda-Sonden eingesetzt. Durch weiterentwickelte Motorsteuerungen ist es zudem möglich, auch die Einspritzung wesentlich genauer zu regulieren. Eine Variante ist, die Abgase hinter dem Katalysator mit einer zweiten Lambda-Sonde erneut zu messen und so die Reinigung zu kontrollieren. Bei Motoren mit mehreren Zylinderbänken, etwa V-Motoren oder W-Motoren, sind zudem mehrere Sonden notwendig, da es auch mehrere Abgaskrümmer beziehungsweise Hosenrohre gibt. In einigen Motoren ist auch für jeden Zylinder eine eigene Lambda-Sonde zuständig, die die Messergebnisse einzeln an die Motorsteuerung weitergibt. So kann auch für jeden Zylinder die Einspritzung individuell gereglet werden und das Gemisch optimal abgestimmt werden. Obwohl die Lambda-Sonde von einem Schutzrohr umgeben ist, kann sie durch Partikel beschädigt werden und muss dann ausgetauscht werden. Meistens macht sich dies durch erhöhte Abgaswerte bei der AU bemerkbar oder aber der Fahrer wird durch eine Kontrollleuchte im Cockpit auf den Fehler hingewiesen.