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Das Geheimnis um Lambda Zweite erweiterte Auflage

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Das Geheimnis um Lambda

Zweite erweiterte

Auflage

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Die Lambdasonde – unverzicht -barer Assistent des KatalysatorsBei der Verbrennung von Kraft stoffenentstehen neben unschädlichenProdukten wie Wasser, Kohlen dioxidoder Stickstoff auch gefährlicheSchad stoffe. Sie zu reduzieren, ist dieAufgabe des geregelten Kata lysators,der seit Ende der Achtzigerjahre injedem neuen Pkw mit Ottomotor zufinden ist und mit ihm mindestenseine Lambda sonde. Denn diese garantiert über haupt erst optimaleBetriebs bedin gungen für denKatalysator.

Seit vielen Jahren kämpfen Politik undIndustrie gegen den Schad stoff aus -stoß von Fahrzeugen.

Die Vorgaben des Gesetzgeberswerden immer strenger: So hat das Europäische Parlament be -reits neue Grenzwerte für den Schad -stoff ausstoß von Pkw beschlos sen.Euro 5 tritt zum 1. Sep tember 2009 inKraft (siehe Abb.1+2). Gleich zeitig hatdie EU der Automobil indus trie bereitsStandards für Euro 6 (ab 2014) vorge-geben.

Ohne Katalysator sind diese Grenz -werte nicht mehr einzuhalten. Vonge schätzten 162 Millionen Pkw mitOtto motor, die in Gesamteuropa registriert sind, sind bereits heute 135 Mil lionen mit geregeltem Katalysator ausgestattet.

Zudem sind immer mehr neue Motor -räder mit Kata lysator aus gerüstet.Denn auch für sie wurden inzwischenGrenzwerte definiert und regelmäßigeAbgas untersuchungen vor geschrie -ben.

Katalysator und Lambdasonde:Das Team für saubere LuftGeregelte Katalysatoren reduzierendie Schadstoffe im Abgas um mehrals 95 Prozent. Weil sie die dreiSchad stoffe HC, CO und NOxunschädlich machen, werden sieauch „3-Wege-Katalysator“ genannt.

Ihr Innenleben ist mit den Edel -metallen Platin, Rhodium undPalladium beschichtet. An diesenBeschichtungen finden komplexechemische Reaktionen statt: Kohlen -stoffmonoxid (CO) und Kohlen -wasser stoffe (HC) werden zu Wasser(H2O) und Kohlen stoffdioxid (CO2)oxidiert. Stick oxide (NOx) werden zuStick stoff (N2), Sauer stoff (O2) undKohlen stoffdioxid (CO2) reduziert.

Die Aufgabe der Lambdasonde –auch Sauerstoffsonde genannt – istdabei, für optimale Betriebs bedin -gungen zu sorgen. Denn nur, wennein spezielles Mischungs verhältnisvon Kraftstoff und Luft vorliegt, kannder Katalysator an nähernd alleschädlichen Abgase „konvertieren“.

Hierzu verfügen moderne Autos übermindestens zwei Lambda sonden:eine Regelsonde vor dem Katalysatorund eine Diagnose sonde hinter demKatalysator. Sie messen den Rest -sauer stoff im Abgas. Mit Hilfe dieserIn formation kann die Motor steue rungdie Gemisch zusammen setzung einstellen.

Abb. 2

Emissionswerte für Fahrzeuge mit Dieselmotoren

Emissionswerte für Neufahrzeugegültig CO HC NOx HC+NOx PMab (g/km) (g/km) (g/km) (g/km)

Euro I 12/92 2,72 – – 0,97 –Euro II 01/97 2,20 – – 0,50 –Euro III 01/00 2,30 0,20 0,15 – –Euro IV 01/05 1,00 0,10 0,08 – –Euro V 09/09 1,00 0,10 0,06 – 0,005*Euro VI 09/14 1,00 0,10 0,06 – 0,005** mit Direkteinspritzung

Emissionswerte für Neufahrzeugegültig CO HC NOx HC+NOx PMab (g/km) (g/km) (g/km) (g/km)

Euro I 01/92 3,16 – – 1,13 0,14Euro II 01/96 1,00 0,15 0,55 0,70 0,08Euro III 01/00 0,64 0,06 0,50 0,56 0,05Euro IV 01/05 0,50 0,05 0,25 0,30 0,025Euro V 09/09 0,50 0,05 0,18 0,23 0,005Euro VI 09/14 0,50 0,09 0,08 0,17 0,005

Abb. 1

Emissionswerte für Fahrzeuge mit Ottomotoren

Lambda sichert saubere Luft…

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speicher abgelegt. Leuchtet dieseSignallampe auf, so ist ein Werkstatt -besuch ratsam.

Weitere Lambdasonden-AnwendungenNeben dem Ottomotor gewinnenLambda sonden auch im Diesel -

segment an Bedeutung. So sindmoderne Dieselfahrzeuge auf spezielle Breit band-Lambdasondenangewiesen, um die weiter verschärf-ten Abgasgrenzwerte zu erfüllen. Solche Lambda sonden sind außer-dem in Benzin-Direktein spritzernzu finden.

OBD-ÜberwachungUm die Einhaltung der Abgas emis -sionen über die Lebensdauer desFahrzeuges zu gewährleisten, wurdeein Prüfsystem Vorschrift, die OBD(On-Board-Diagnose). Abgas rele -vante Fehler werden über eine in denArmaturen integrierte Signallampeoptisch angezeigt und im Fehler -

CO2

8%

O2

9%

Schadstoffe 0,2%

H2O 9%

Stickoxide NOxKohlenmonoxid COKohlenwasserstoffe HCPartikel PMSchwefeldioxid SO2

Kohlenmonoxid COKohlenwasserstoffe HCStickoxide NOxPartikel PM

N2

72,1%

CO2

12,3%

Schadstoffe 1,1%

H2O 13,8%

O2 und Edelgase 0,7%

Abb. 4

Abgaszusammensetzung bei DieselmotorenAbb. 3

Abgaszusammensetzung bei Ottomotoren

N2

73,8%

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4

λ

Glasseidenschlauch

Die Mischung macht’s

Erhöhte Emissionen entstehendann, wenn das Luft-/Kraft stoff -gemisch nicht exakt eingestelltist.

Das ideale Verhältnis von Kraft stoffund Luft liegt bei einem Ottomotor vor,wenn 14,7 kg Luft auf 1 kg Kraft stoffkommen. Es wird auch als „stöchio -metrisches Gemisch“ bezeich net.Nahezu alle Ottomotoren werdenheute mit diesem idealen Gemischbetrieben. Die Lambdasonde spieltdabei eine entscheidende Rolle.

Nur wenn dieses Verhältnis vorliegt,ist eine vollständige Ver brennunggewährleistet und der Kata ly satorkann die schädlichen Abgase Kohlen -was serstoff (HC), Kohlen stoff -

monoxid (CO) und die Stickoxide(NOx) nahezu komplett in umwelt -verträgliche Gase umwandeln. Dieserideale Ge misch zustand wird mit demgriechischen Buch staben Lambda (als λ = 1) bezeichnet.

Doch wie kommt er zustande? Für die Zusammensetzung desGemischs ist die Motorsteuerung(auch „ECU“ = „Engine Control Unit“)verantwortlich. Sie kontrolliert denGemisch bildner, der demVerbrennungs prozess ein genaudosiertes Luft-/Kraftstoff gemischzuführt.

Hierzu muss die Motorsteuerungaller dings wissen, ob der Motor gerade mit einem fetten Gemisch

(Luft mangel, λ<1) oder mit einemmageren Gemisch (Luft überschuss,λ>1) fährt.

Diese entscheidende Infor ma tionliefert die Lambda sonde: Je nach Anteil des Restsauerstoffs imAbgas produziert sie ein unterschied-liches Sonden signal. Die Motor -steuerung interpretiert dieses Signalund regelt den Gemisch bildner.

Erfolgsmodell LambdaregelungAuf diesem Grundprinzip aufbauendhat sich die Lambdasonden technikstetig weiterentwickelt. Sie gewähr -leistet bis heute einen geringenSchad stoffausstoß und sorgt füreinen effektiven Verbrauch und einelange Lebensdauer des Katalysators.

Schutzrohr

Gewinde M 18 x 1,5

Dichtring

Sechskant 22,0 mm

Abb. 1

Mischungsverhältnis Abb. 2

Luftzahl

14,7 kg Luft

1 kg Kraftstoff

Fettes Gemisch(Luftmangel)

0,9

StöchiometrischesGemisch

1,0

Mageres Gemisch(Luftüberschuss)

1,1

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5

λ

100

50

00,9 fett

NOx

CO

HC

1,0 stöchiometrisch

1,1 mager

Schon in den Achtzigerjahrengehörte NGK mit Lambdasondender Marke NTK zu den Pionierenauf diesem Gebiet. Dass die Ab gas reinigung seitherimmer effizienter und besser wurde,liegt nicht zuletzt an innovativsterTech nik und unablässiger For schung.So erlaubt heute etwa der Einsatz

hocheffektiver, keramischer Heizer inder Lambdasonde eine extremschnelle Betriebs bereit schaft.

Auch die keramischen Bauteile wurdenkontinuierlich verbessert, immer mitdem Ziel, eine noch bessere Messungzu gewährleisten um so einen spür -baren Beitrag zum Ein halten der

strengen Euro-Normen zu leisten.Zudem wurden weitere Sondentypenfür spezielle Anwen dungen entwickelt,etwa Lambda sonden, deren elektri-scher Wider stand sich mit derGemisch zu sammen setzung ändertoder Breitbandsonden.

Stecker

Sonden-Masse (graues Kabel)

Sonden-Signal (schwarzes Kabel)

Damit der Katalysator optimal arbeitet, muss das Ver hält -nis von Kraftstoff und Luft exakt abgestimmt sein. Dafürsorgt die Lambdasonde. Sie ermittelt kontinuierlich denRestsauerstoffgehalt im Abgas. Über ein Aus gangs signalregelt sie die Motor steuerung, die da durch das Luft-/Kraft stoff gemisch exakt einstellt.

Abb. 3

Lambda-Fenster Abb. 4

Funktionsweise

Konvertierungsrate des Katalysators (%)

Motor-Steuerung

Diagnosesonde

Regel-sonde

Abgas

3-Wege-Katalysator

Heizer (weiße Kabel)

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Abgas

Abgasrohr

Äußere Platinelektrode (Kontakt mit Abgas)

Sondenelement

Gehäuse

Referenzluft

Innere Platinelektrode (Kontakt mit Referenzluft)

Öffnungen im Schutzrohr

Schutzrohr

Referenzluft

Zirkon-Element

Poröse Keramikschicht

Abgas

O2-

O2-

O2-

e-

e-

U

Die Spannung (U) ist proportional zum Sauerstoffgehalt.

O2 O2 O2 O2

O2 O2 O2

O2 O2 O2O2

O2O2

Heizeranschluss (weißes Kabel)

Sonden-Masse (graues Kabel)

Sonden-Signal (schwarzes Kabel)

Heizer

Metallkörper mit Sechskant

Schutzrohr

Dichtung

Keramikhalter

Dichtring

Zirkonelement

Aufbau des SondenelementsZirkondioxid (ZrO2, auch Zirkonium -dioxid oder Zirkonoxid) ist ein kerami-scher Werkstoff mit besonderenEigen schaften: Ab einer Temperaturvon 300°C ist er durchlässig für Sauer -stoff-Ionen. Das Sonden element derZirkon di oxid-Lambda sonde ist fingerförmig und innen hohl. DerHohlraum im Innern hat Kontakt zurAußen- bzw. Refe renz luft, währenddie Außenseite – von einem Schutz -rohr umgeben – im heißen Abgas -

strom liegt. Beide Seiten sind miteiner dünnen, porösen Platin schichtüberzogen, die als Elektrode fungiert.

Wie das Sondensignal entstehtErreicht die Lambdasonde ihreBetriebs temperatur, beginnt eineIonen-Wanderung: Von der Außen luft– hier herrscht eine Sauerstoff kon -zentration von etwa 20,8 Pro zent –bewegen sich Sauerstoff-Ionen inRichtung Abgas (siehe Abb. 1). Hierliegt eine deutlich geringere Sauer -

Die Zirkondioxid-Lambdasonde ist der am häufigsten verwendeteSondentyp. Sie wird auch alsSprungsonde bezeichnet, weilbeim Übergang von einen mageren in einen fetten Betriebs -zu stand ein charakteristischerSpannungssprung von rund0,8 Volt zu beobachten ist.

Abb. 1

Arbeitsprinzip der Zirkonia-Sonde

Platin-Elektrode

Platin-Elektrode

Kabelzuordnung S.14

Die Zirkondioxid-Lambdasonde(Sprungsonde OZAS-S1)

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7

0

V0,9

0,1

t t

0,3

0,6

V0,9

0

0,3

0,6

Bei einer schadhaften Sonde fällt der Spannungssprung geringeraus. Eine genaue Erkennung der Gemisch zu sammen setzung istnicht mehr möglich.

Die schadhafte Sonde reagiert träge. Die Motorsteuerungerhält die benötigten Informationen nicht schnell genug.

schadhafte Sonde

neue Sonde

stoff-Konzentration vor, die durchdiese Wanderung ausgeglichen wer-den soll. Durch die so entstehendePotenzialdifferenz – also die unter-schiedliche Anzahl von Elek tronen aufbeiden Seiten – liegt eine elektrischeSpannung (U) an den Platinelektrodenan, die an die Motor steuerung weiter-geleitet wird.

So sieht das Signal ausIst das Gemisch mager, beträgt derRestsauerstoff im Abgas etwa 2 Pro -zent. Das entsprechende Sonden sig -nal beträgt etwa 0,1 Volt. Bei wenigerRestsauerstoff im Abgas ist das Ge -misch fett, das Sonden signal springt

auf 0,9 Volt. Zwischen diesen Wertenpendelt es mit einer Frequenz von 1 bis2 Hz (ein bis zwei Mal je Sekunde) umden Idealwert λ=1 und über mittelt derMotorsteuerung damit konti nuierlichdie Abweichung vom idealen, stöchio-metrischen Gemisch zustand.

Gut zu wissen …● Wasser-, Öl- oder Kraft stoff dämpfe

können die Referenzluft verunreini-gen und so das Mess ergebnis ver-fälschen. NTK entwickelte eine„atmende“ Sensor struktur, die derReferenzluft über eine spezielleMembran erlaubt, zu „atmen“. Dies ist ein Beitrag zum Schutz der

Referenz luft vor so genannter „Ver gif tung“ und dient somit derZuver lässig keit der Sonde.

● Das Schutzrohr aus Metall schütztdas Sondenelement vor Fes t kör -pern im Abgas- und Wasserschlag.Auftretendes Wasser im Abgasrohrkann zu Thermobrüchen der hei-ßen Keramikelemente führen.

● Ein integrierter Heizer sorgt dafür,dass das Sondenelement sehrschnell die erforderliche Betriebs -temperatur erreicht und bereits auf den ersten Metern umwelt-schonend gefahren wird. Diese Ansprech zeit wird auch als „Light-off time“ bezeichnet.

Abb. 2

Sondenspannung: AmplitudeAbb. 3

Sondenspannung: Ansprechzeit

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8Detektionskammer

O2-Referenz-Zelle (gepumpt)

Ansicht A–A’

Element

A’

Icp

Ip

Referenz450 mV

O 2-

O 2-

Ip Zelle

Vs Zelle

HeizerA

PoröseDiffusions-Passage

Abgas

PoröseDiffusions-Passage

Detektions -kammer

Keramischer Heizer

(Al2 O3)

Sensor-element

(ZrO2)

Abgas

PoröseDiffusions-Passage

Heizer

Element

Mit der Anforderung der Ver -brauchs- und Emissions reduzie -rung kam auch die Notwendigkeitauf, Motoren außer halb des stö-chiometrischen Betriebspunktesgeregelt zu betreiben. Vor allem die Anfettung desGemisches während des Kaltstarts,aber auch die Anfettung im Volllast -bereich sind die Kernpunkte der

Betrachtung. Neuere Motoren -konzepte sehen aber z.B. auch einenMagerbetrieb über weite Betriebs -bereiche vor, der entsprechend geregelt sein muss. Zu diesem Zweckwurden so genannte Breitband -sonden entwickelt, die ein dem Luft-/Kraft stoff verhältnis proportionalesAus gangs signal abgeben.

Das MessprinzipDas Abgas gelangt über poröseDiffusions passagen in eine Mess -kammer, wo der Sauerstoffgehalt mitHilfe von Messelektroden festgestelltund mit einem Sollwert verglichenwird. Als Resultat dieser Vergleichs -messung wird dann ein Pumpstrom(Ip) aktiviert, der die Sauerstoff -konzentration in der Messkammer auf

Die Breitband-Lambdasonde

Schutzrohr Sechskant-Gehäuse Anschlusskabel

Planares Element mit Heizer

Keramischer Elementhalter Silikon-Dichtung

Kabelzuordnung S.14

Abb. 1

Räumliche Darstellung des Elementes einer Breitbandsonde

Abb. 2

Querschnitt durch das planare Element einer Breitband-Sonde

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(+)

Ip[mA]

0

(-)

Fett Magerλ=1

1000

Vs[mV]

450

0Fett Magerλ=1

Abb. 3

Ausgangssignal Vs-SignalAbb. 4

Ausgangssignal Ip-SignalAbb. 5

Asic Element

den Sollwert von 450mV einregelt.Über den Sensor-Pumpstrom wirddann an das Steuergerät der sogemessene breitbandige Lambda-Wert zur Auswertung weitergeleitet.Dieser Pumpstrom ist proportionalzum Restsauerstoffgehalt im Abgas.Bei stöchiometrischem Gemisch istder Pumpstrom gleich Null, da derSauerstoff-Partialdruck der Mess -kammer dem oben genannten Soll -wert von 450mV entspricht.

Im mageren Betrieb befindet sichLuftüberschuss in der Messkammerund ein positiver Pumpstrom wird

eingestellt, wogegen im Luftmangelder Pumpstrom umgekehrt wird undnegativ ist.

Somit ist die Breitbandsonde in derLage, ein dem Luft-/Kraftstoff ver -hältnis proportionales Ausgangs -signal zu liefern. Stöchiometrischeebenso wie über- und unterstöchio-metrische Betriebspunkte werdenexakt detektiert, um jeweils eine optimale Luft-/Kraftstoffmischung zugewährleisten und dementsprechenddie strengen Abgasgesetze erfüllenzu können.

Gut zu wissen …● Breitbandsonden der Marke

NTK finden bereits seit Ende derNeunzigerjahre Verwendung.

● Zu ihren Eigenschaften zählenhöchste Genauigkeit und Zuver -lässigkeit, ebenso wie einebesonders kurze Ansprechzeit.

● Breitband-Lambdasonden benötigen keine Referenzluft und können mit einem absolut hermetischen Gehäuse ausgestattetwerden.

● Sie bieten eine äußerst schnelleBetriebsbereitschaft dank kompakter Sondenelemente.

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Abb. 1

Arbeitsprinzip der Titania-Sonde

O

O

O

2-

2-

2-

Platin-Elektrode

Der Widerstand (R) wird bei fettem Abgas kleiner.

Platin-Elektrode

Abgas

R

4+Ti

Das keramische Sondenelementdieser Lambdasonde wird in Mehr lagen-Dickschichttechnikaus dem keramischen WerkstoffTitan dioxid hergestellt.

Das Funktionsprinzip der Titan dioxid-Lambdasonde unterscheidet sichwesentlich von dem der Zirkon dioxid-und auch der Breit band-Lambda -sonden, denn Titan dioxid besitzt eine spezielle Eigen schaft: Sein elektrischer Wider stand ändert sich

proportional zum Sauerstoff-Anteil im Abgas.

Liegt ein Sauerstoffüberschuss (λ>1)vor, nimmt die Leitfähigkeit des Titan -dioxids ab. Ist der Sauer stoffanteilniedriger (λ<1) wird das Titandioxiddagegen leitfähiger.

Je nach Größe des elektrischenWider stands weiß die Motor steue -rung also, ob der Motor sich immageren oder fetten Betriebs zustand

befindet. Bei hohen Temperaturenverändert sich der elektrischeWiderstand besonders schnell. DieBetriebs temperatur dieser Lambda -sonden liegt zwischen 200 und700°C.

Vorteile der Titandioxid-Lambdasonden:● Robust und kompakt● Hohe Reaktionsgeschwindigkeit ● Keine Referenzluft erforderlich● Schnelles Erreichen

der Betriebstemperatur

Schutzrohr

Titania-Element

Signalkabel

Trägersubstrat

Metallkörper mit Sechskant

Dichtring

Keramikhalter

Glasdichtung

Dichtung

Äußerer Metallkörper

Die Titandioxid-Lambdasonde(Widerstands-Sprungsonde)

Kabelzuordnung S.14

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60 s

2 s

Schichtladebetrieb

Schichtladebetrieb

Regenerationsbetrieb

H20Co2

N2

O2

NOx-Sonde

Motor -steuerung

NOx-Kat

3-Wege-Kat

Breitband-Lambda-sonde

Diagnosesonde

= CO = NOx = HC

Abb. 1

Funktionsprinzip

Spezialist im MagerbetriebSteigende Benzin- oder Kraftstoff -preise und Umwelt schutz sind auchmorgen noch ein Thema. Um Otto -motoren sparsamer und umwelt-freundlicher zu machen, setzen dieAutomobil hersteller zunehmend aufBenzin-Direkteinspritzer, die unterTeillast mager betrieben werden. Dasbe schert einen zwölf bis 20 Pro zentniedrigeren Verbrauch – erfordertaber auch einen NOx-Sensor.

FunktionIm mageren Schichtladebetrieb liegtder Betriebspunkt weit außerhalb desLambda-Fensters. Der Katalysatorkann die bei der Ver brennung entste-henden Stickoxide nicht mehr optimalkonvertieren. Aus diesem Grund wirdein spezieller NOx-Speicher-Kataly -sator eingesetzt, der die Stickoxidezwischenlagert. Ist seine Speicher -fähigkeit erschöpft, wird dies von demNOx-Sensor erkannt. Er weist die

Motorsteuerung an, für rund zweiSekunden auf fetten Betrieb (λ<1)umzuschalten. Durch die Verbrennungdes angefetteten Gemisches wird dasNOx wieder freigesetzt und zu harmlo-sem Stickstoff reduziert. DieserVorgang wir als „Regenerationsphase“bezeichnet, sie wieder holt sich imMagerbetrieb etwa alle 60 Sekunden.

NOx-Sonde

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Lambda-Technik im MotorsportViele führende Teams der Formel 1setzen nicht nur auf Zünd kerzenvon NGK, sondern auch aufLambda sonden der Marke NTK.

Auch in der „Königsklasse“ desRenn sports, der Formel 1, wollen dieSpitzenteams nicht mehr auf Lambda -sonden von NTK verzichten. Dennüber Sieg oder Nieder lage entschei-det nicht selten die optimale Motor -leistung, geregelt von NTK-Lambda -sonden. Wenn es um Sekunden geht,muss ein Motor immer optimal funktionieren, um das Maximum zu erreichen.

Die Lambdasonden von NTK stehennicht nur für saubere Abgase, siegarantieren außerdem einen effekti-ven Benzinverbrauch und maximaleLeistung.

Der Motorsport stellt besonders harte Anforderungen an die Lambda -sonden, denn hier herrschen extremeAbgastempera turen. Außerdem sinddie Sonden hohen Vibrationen undDrücken ausgesetzt, die weder dieSonde beschädigen, noch das Mess -ergebnis verfälschen dürfen.

Ähnliches gilt in der MotoGP, der höchsten Rennklasse desZweirad sports. NGK beliefertauch hier die führenden Teamsnicht nur mit Zündkerzen, sondernauch mit Lambdatechnik.

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OZAS-S3 ZFAS-S2 OZAS-S1

Abb. 1

GrößenvergleichAbb. 2

ZFAS-S2

Lambdasonden für MotorräderAuch Motorradentwickler müssensich mit immer strengeren Abgas -normen auseinandersetzen undeffizientere Motoren entwickeln.Auf den Abgasemissionen liegtdabei ein besonderer Fokus.

Alle neu zugelassenen Motorrädermüssen aktuell die Abgasnorm Euro 3erfüllen.

Die Motorradhersteller arbeiten seitvielen Jahren daran, den Schadstoff -ausstoß zu senken. Ein wachsenderAnteil neuer Motorräder wird dahermit geregeltem Katalysator aus -geliefert – und mit Lambdasonde.

Bei der Entwicklung setzen alle füh-renden Motorradhersteller auf NGK.Zu den Unternehmen, die Lambda -sonden von NTK in Serie nutzen,gehören Aprilia, BMW, Ducati, Honda,Kawasaki, KTM, Moto Guzzi, Suzukiund Triumph.

Übrigens hat NTK mit der OZAS-S3eine Lambdasonde eigens für Zwei räder entwickelt. Sie ist die wohlkleinste Lambdasonde der Welt undhat die Form einer Zündkerze. Sieerreicht auch ohne Heizer schnell dieBetriebs temperatur, eine zusätzlicheStrom versorgung ist nicht erforder-lich. Dies ermöglicht eine kompakte

Bauweise. Das erzeugte Spannungs -signal übermittelt die Sonde übereinen aufgesetzten Stecker.

Abb. 3

OZAS S3

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gelb => Heizelement ( - )blau => Heizelement ( + )weiß => Ip ( + ) grau => Vs ( + ) schwarz => Ip ( - ), Vs ( - )

gelb => Heizelement ( - )blau => Heizelement ( + )weiß => Ip I ( + )grün => Ip II ( + )grau => Vs ( + )schwarz => Ip ( - ), Vs ( - )

Breitbandsonde NOx-Sonde

Typ Irot => Heizelement (+)weiß => Heizelement (–)schwarz => Signal (–)gelb => Signal (+)

Typ IIgrau => Heizelement (+)weiß => Heizelement (–)schwarz => Signal (–)gelb => Signal (+)

Unbeheizt1 Kabel

schwarz => Signal2 Kabel

schwarz => Signalgrau => Masse

Beheizt3 Kabel

schwarz => Signal2x weiß => Heizelement

4 Kabel schwarz => Signal grau => Masse2x weiß => Heizelement

Titandioxid-Lambdasonde(Widerstands-Sprungsonde)

Zirkondioxid-Lambdasonde(Sprungsonde)

Kabelzuordnung

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Da die Lambdasonden einemgewissen Verschleiß und einerAlterung unterliegen, empfiehlt essich, die Funktion alle 30.000 kmund/oder bei jeder Abgasunter -suchung zu prüfen. Eventuelle Funktions störungenmachen sich bemerkbar durch:● Unruhigen Motorlauf● Abgaswerte werden nicht

eingehalten● Gestiegenen Benzinverbrauch

Wartungshinweise bei Störungen● Bei Vibrationen

=> Halterung prüfen● Bei mechanischer Beschädigung

=> Sonde austauschen● Bei hohem Kraftstoffverbrauch

=> Sonde auf Funktionalität prüfen● Verunreinigung der Referenzluft

=> Sonde aus tauschen● Steckverbindungen

=> Sitz prüfen

Praktische Ausführung Achtung: Die Anschlussstecker müs-sen zum Fahrzeug passen; für jedesFahrzeug gibt es spezielle Sonden –keinesfalls Provisorien benutzen.

Heizer prüfenZündung ausschalten, Stecker ab -ziehen und den Widerstand zwischenden beiden weißen (OZA – Zirkon -dioxid) oder den rot-weißen (OTA – Titandioxid) Kabeln prüfen. Istder Widerstand größer als 30 Ω, mussdie Lambdasonde ausgetauscht werden. Eine indirekte Messung beider Abgasuntersuchung erfolgt überStörgrößen beauf schlagung.

Achtung: Eine direkte Messung derSondenspannung kann zu einer Beschädigung der Kabel führen.

Wartungshinweise

Problem: Kabel und Stecker durchKontakt mit Abgasanlage geschmolzen

Lösung: Wechseln der Sonde undVerlegen des Kabels ohne Kontakt mitAbgasanlage

Problem: Sonde ist abgeknickt

Lösung: Wechseln der Sonde

Problem: Wasser im Stecker,Kontakte angerostet

Lösung: Wechseln der Sonde. Überprüfen der elektrischenAnschlüsse zwischen Sonde undMotorsteuergerät.

Problem: Rußablagerungen ver -schließen die Öffnungen des Schutz -rohres, z.B. durch fettes Gemischoder hohen Ölverbrauch durch Ver schleiß von Motor und Ventilenoder Leckagen im Abgassystem.

Lösung: Fehlerdiagnose und Beseiti gung. Anmerkung: Über mäßigeRuß- und Ölablagerungen auf demSon den schutz rohr werden nicht vomSensor selbst verursacht.

Problem: Ausgefranste und gebrochene Kabel

Lösung: Wechseln der Sonde undnicht zu strammes Verlegen desKabels

Problem: Kabeldichtung gelöst.Wasser kann in die Sonde eindringen

Lösung: Wechseln der Sonde undnicht zu strammes Verlegen desKabels

Lambdasonden Schadensbilder

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Sondenspannung (U)Volt (V)

Luft-/Kraftstoffverhältnis

1,0

0,2

0,9 1,0 1,1

Abb 1

Ausgangssignal einerSprungsonde

Es gibt viele Möglichkeiten, dieFunktion einer Lambdasonde zuprüfen.

Fehlerausgabe über OBD/EOBDAutos mit Eigendiagnose erkennenFehler selbständig. AuftretendeFehler werden dem Fahrer über eineSignallampe im Armaturenbrett ange-zeigt und dauerhaft im Fehlerspeicherabgelegt. Der Fehlerspeicher kanndurch die Fachwerkstatt über ge -normte Schnittstellen ausgelesen,der Fehler analysiert und behobenwerden.

Die OBD/EOBD überwacht unter anderem:● Lambdasondenfunktion● Wirkungsgrad des Katalysators● Verbrennungsaussetzer

SichtprüfungErsten Aufschluss, ob die Lambda -sonde defekt ist, gibt die Sicht -prüfung: Alle Anschluss leitungen,Stecker und der Sondenkörper soll-ten vor dem Funktionstest optischkontrolliert werden (siehe Seite 15).

Prüfung mit dem AbgastesterDiese Testmethode entspricht imGrunde dem Vorgehen bei einerAbgasuntersuchung:● Bei betriebswarmem Motor Frisch -

luft als Störgröße aufschalten.● Durch die sich ändernde Abgas -

zusammensetzung ändert sich dervom Abgastester angezeigteLambdawert.

● Die Gemischaufbereitung desFahrzeugs muss innerhalb von60 Sekunden neu ausregeln.

● Wird die Störgröße zurückgenom-men, muss das System denursprünglichen Lambdawert zurückregeln.

● Achtung: Moderne Motoren können trotz nicht funktionierenderLambdaregelung durch die genaueLasterkennung das Gemisch auchso streuen, dass Lambda = 1 ist.

Prüfung mit dem MultimeterNutzen Sie ein hochohmiges Multi -meter. Aufgrund der schnellenSpannungswechsel lässt sich dasSignal am besten mit einem analogenGerät darstellen. Multimeter mit kleinerem Innenwiderstand belastendas Sondensignal zu stark, wodurches zusammenbrechen kann.

Diagnosetipps für die Werkstatt

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Regel-sonde

Diagnose-sonde

Steuergerät

Katalysator

(+)

Ip[mA]

0

(-)

Fett Magerλ=1

1000

Vs[mV]

450

0

Fett Magerλ=1

Abb. 4

Katalysator-Überwachung Abb. 2

Ausgangssignal einerBreitbandsonde: Vs-Signal

Abb. 3

Ausgangssignal einer Breitbandsonde: Ip-Signal

Zum Testen:● Messbereich auf 1 oder 2 Volt

einstellen.● Multimeter parallel an Signalleitung

anschließen (schwarzes Kabel).● Nach dem Motorstart wird zunächst

eine Referenz span nung von 0,4 – 0,6 Volt angezeigt.

● Motor bei 2.500 Umdrehungen laufen lassen, damit auch Lambda -sonden ohne eigenen Heizer ihreBetriebstemperatur erreichen. ImLeerlauf erreichen solche Sonden

möglicherweise nicht die erforder -liche Betriebs temperatur und kühlen wieder ab.

● Erreicht eine intakte Sonde dieBetriebstemperatur, beginnt dieSpannung, zwischen 0,1 und0,9 Volt zu wechseln.

Prüfung mit dem OszilloskopAm genauesten ist der Test mit demOszilloskop. Es zeigt minimale undmaximale Spannung, die Ansprechzeitund die Periodendauer an.

Hierzu:● Motor bei 2.000 Umdrehungen auf

Betriebstemperatur bringen undOszilloskop an Signalleitunganschließen, ohne die Sonde vonder Motorsteuerung zu trennen.

● Messbereich auf 1 – 5 Volt, Zeit auf5–10 Sekunden einstellen(Hersteller angaben beachten). Ggf.automatische Signalerkennung aktivieren.

● Die Sonde sollte mindestens zwischen 0,1 und 0,9 Volt pendeln,mit einer Frequenz von 0,5 – 4 Hz.

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Mehr als 90 Prozent aller im Marktbefindlichen Fahrzeuge sindbereits heute mit Katalysator ausgestattet – und damit mit mindestens einer Lambdasonde.Tendenz steigend.

Da die Lambdasonden enormen thermischen, chemischen undmechanischen Belastungen aus -gesetzt sind, unterliegen sie einemgewissen Verschleiß. GealterteLambdasonden reagieren zu trägeauf Gemischänderungen, regeln zulangsam und erreichen nicht mehrdas normale Spannungsfeld mitFolgen für Autofahrer und Umwelt.

Defekte Lambdasonden führen zuhöherem Kraftstoffverbrauch undstärkerer Umweltbelastung.Der Grund:● Erreicht ein unzureichendes

Sondensignal die Motorsteuerungoder regelt die Sonde zu träge,schaltet der Motor auf „Notlauf“.

● Zum Bauteileschutz und um dieabgefragte Leistung zu garantierenwird das Gemisch angefettet.

● Der Spritverbrauch steigt um bis zu15 Prozent.

● Der Katalysator kann nicht mehroptimal arbeiten, derSchadstoffausstoß steigt.

Die langjährige Erfahrung bei derEntwicklung und Herstellung erlaubtes NTK für fast jedes Fahrzeug diegeeignete Lambdasonde anzubieten.Eine hohe Marktabdeckung ist dasErgebnis dieser Arbeit.

Der Lambdsonden Katalog:ein breit aufgestelltes Nach -schlage werk● Mehr als 500 unterschiedliche

Lambdasondentypen● Umfasst Lambdasonden für rund

5.600 Fahrzeug anwen dun gen● Jetzt neu: mit Motorrad -

lambdasonden

● Alle Lambda sonden erfüllen dieSpezifi kationen der Automobil -hersteller.

● Sie finden die passende Lambda -sonde für annähernd jedes Fahr -zeug übersichtlich, schnell und mitvielen Zusatzinformationen.

● Steckerzeichnungen in Original -größe helfen bei der Zuordnung.

● Das Sortiment wird laufenderweitert und aktualisiert.

Wissen, leicht vermitteltNGK bietet Handel und WerkstattWissen aus erster Hand. Die inter aktive Internetseitewww.ngk-elearning.de beispiels-weise erklärt die Funktionsweise undden Aufbau der wichtigsten NGKProdukte - mit Hilfe vieler 3D-Anima -tionen und Grafiken. Darüber hinausstellt NGK unter www.ngk.deSchulungs materialien zu Produktenbereit.

Handel

Weitere Infos unter:www.lambdasonde.de

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Die Nr.1 – weltweitWie wichtig Lambdasonden zurEinhaltung der immer strengerwerdenden, gesetzlich vor -geschriebenen Emissionswertesind, haben die internationalenAutomobil hersteller längst erkannt– und setzen daher auf das Know-how von NTK.

NTK stellt seit 1982 Lambdasondenher. Bis 2007 Jahren lieferte NTK rund400 Millionen Lambdasonden aus –an die Automobilhersteller und an den Aftermarket.

Die Referenzliste von NTK liest sichwie das „Who’s who“ des weltweitenAutobaus. So werden die Autos folgender Hersteller mit NTK-Lambdasonden ausgestattet: AstonMartin, Audi, BMW, Citroën, Daewoo,Daihatsu, DaimlerChrysler, Fiat, Ford,

General Motors, Honda, Hyundai,Isuzu, Jaguar, Kia, Lancia, Mazda,Mitsubishi, Nissan, Opel, Peugeot,Renault, Rover, Seat, Skoda, Subaru,Suzuki, Toyota, Volvo und VW.

NGK wird auch zukünftig dafür sorgen,dass für jeden Motor eine idealeLambdasonde zur Verfügung steht.

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NGK SPARK PLUG EUROPE GMBHHarkortstr. 4140880 RatingenGermanyProduktmanager Oliver PosatiTel. +49(0)2102/974-104Fax +49(0)2102/974-147www.ngk.de