Für den energetisch und stofflich optimalen Ablauf einer Verbrennungsreaktion ist ein exaktes Verhältnis von Brennstoff und Sauerstoff wichtig. Das entstehende Gemisch darf nicht zu fett und nicht zu mager sein. Damit lässt sich die Energieausbeute maximieren und gleichzeitig der Ausstoß von Ruß, Stickoxiden und anderen Schadstoffen auf das Minimum reduzieren.
Das Verbrennungsluftverhältnis trägt die Bezeichnung Lambda, nach dem griechischen Buchstaben λ. Die Lambda-Sonde ist der zentrale Sensor im Lambda-Regelkreis. Er übt eine wichtige Funktion in zahlreichen Motoren und Anlagen aus, die mit Verbrennung arbeiten: Ottomotoren, Dieselmotoren, Abgasreinigung im Drei-Wege-Katalysator wie auch in Biomasse- und Holzheizungen oder Gasheizungen .
Vorteile durch permanente Kontrolle und Anpassung
Die Lambda-Sonde misst den Sauerstoffgehalt in den Abgasen und in der Luft der Atmosphäre, die als Referenz dient. Sie gibt die Messwerte als permanentes Signal an das Steuergerät weiter. So kann die Regelung stets das aktuelle Verhältnis kontrollieren und gegebenenfalls die Luftzufuhr verringern oder verstärken. Das geschieht zum Beispiel über die Anpassung der Einspritzmenge im Motor oder über die Einstellung der Gebläsestufe und der Brennstoffzuführung durch die Heizungssteuerung.
Die häufigste Form der Lambda-Sonde ist die Nernstsonde oder Spannungssprungsonde. Sie nutzt besondere Eigenschaften von Zirkoniumoxid, die bei hohen Temperaturen auftreten. In manchen Fällen ist dazu eine Sondenheizung erforderlich.
Lambda-Regelung in der Heiztechnik
Für moderne Heiztechnik und Heizungssteuerungen steht die maximale Ausnutzung des Heizwertes von Brennstoffen im Mittelpunkt. Dafür ist die Erhaltung des optimalen Gemischs von Brennstoff und Zuluft im Heizkessel von hoher Bedeutung. Ein mageres Gemisch erzeugt Kohlenmonoxid mit ungenutztem Restheizwert. Die Folge ist ein sinkender Wirkungsgrad und vermeidbare Mehrkosten durch erhöhten Brennstoffverbrauch. Ein fettes Gemisch erzeugt mehr Ruß, Stickoxide und führt ebenfalls zu einem sinkenden Wirkungsgrad .
Für eine exakte Messung muss die Lambda-Sonde möglichst nah am Ort der Verbrennung positioniert sein. Die Einstellung auf λ > 1,3 ist für Heizanlagen in Europa üblich und sorgt für die Einhaltung der vorgeschriebenen Grenzwerte für Schadstoffemissionen durch aktuell gültige Umweltnormen.