Stöchiometrie – Der Sinn der Lambdasonde

Ein Auto ist, nüchtern betrachtet, ja eigentlich ein Gebrauchsgegenstand. Man schließt es auf, steigt ein, startet den Motor und fährt los. Diverses Lampen am Armaturenbrett helfen, Probleme zu erkennen und wenn es einmal komische Geräusche, oder unerwartetes Verhalten gibt, dann fährt man zur Werkstatt und lässt das beheben. Soweit die weibliche Sicht. Wir Männer halten das Auto für etwas mehr, als einen Gebrauchtsgegenstand und sind fasziniert von der Funktion. Stöchiometrie ist ein Teil der Funktion des Autos, dvon der Du vielleicht noch nicht gehört hast. Das ändern wir heute!

Otto, oder Diesel

Jeder Mann weiß, dass der Ottomotor eine Zündkerze und der Dieselmotor eine Glühkerze braucht. Diese entzündet sich selbst, während Benzin einen Zündfunken braucht. Auch einige andere Details und Unterschiede, wie der Vergaser-, oder der Einspritzmotor, Lichtmaschine, Motoröl und weite Teile der Elektrik kennt man. Auch von einem Katalysator hat man sicher schon gehört und in dem Zusammenhang auch den Begriff Lambdasonde aufgeschnappt. Was die genaue Aufgabe dieser Lambdasonde ist und was das mit Stöchiometrie zu tun hat, wissen die Wenigsten so genau.

Stöchiometrie

Die Stöchiometrie, zu Deutsch Verbrennungsluftverhältnis, ist die Methode um zu berechnen, wieviel Luft für eine Verbrennung benötigt wird. Die Verbrennungsmotoren mischen auf verschiedene Weise den Kraftstoff mit Luft. Ältere Modelle arbeiten mit einem Vergaser, heute wird der Kraftstoff meist direkt in den Zylinder eingespritzt. Der Diesel kommt ohne Vergaser aus. Wie auch immer der Motor arbeitet, die Mischung zwischen Luft und Kraftstoff wird reguliert um das erwünschte Verhältnis zu bekommen. Mit Hilfe der Stöchiometrie kann man sich das genaue Verhältnis für eine vollständige Verbrennung ausrechnen. Das Ergebnis des Berechnung ist in der Stöchiometrie das Lambda ( λ ). 

Fette und magere Motoren

λ = 1 bezeichnet die perfekte Verbrennung. Das Verhältnis zwischen Luft und Brennstoff ist ausgewogen und die Verbrennung findet vollständig statt. Man bezeichnet diese Verbrennung als stöchiometrische Verbrennung.

λ > 1 bezeichnet man als magere Verbrennung. Das magere Gemisch hat einen Luftüberschuss. Die Verbrennung ist nicht effizient.

λ < 1 bezeichnet man als fetten Motor. Das fette Gemisch enthält mehr Brennstoff, bzw. zu wenig Luft, als für die vollständige Verbrennung nötig wäre. Die Verbrennung liefert viel Kraft, hat aber den Nachteil, dass nicht verbrannte Kraftstoffreste in die Abgase gelangen.

Vollständige Verbrennung

Verbrennt der Kraftstoff im Zylinder nicht vollständig, dann gelangen Rückstände in die Abgase. Dort greift dann der Katalysator ein und sorgt für eine Reinigung. Damit es zu einer möglichst stöchiometrischen Verbrennung kommt, wird nicht nur das ideale Mischverhältnis berechnet, sondern zusätzlich mit der sogenannten Lambdasonde in den Abgasen eine Messung durchgeführt. Durch Ermittlung des Sauerstoffgehalts in den Abgasen mit einer Nernstsonde, kann ermittelt werden, wie effizient die Verbrennung im Sinne der Stöchiometrie war.

Lambdasonde

Eine Lambdasonde sitzt üblicherweise im Krümmer und ermittelt dort das Lambda, also das Ergebnis der Verbrennung gemäß Stöchiometrie. Lambdasonden sind nicht sehr teuer und kann bei Anbietern wie www.AutoDoc.de günstig bestellt werden. Für den katalytischen Abgasreinigung ist die Lamdasonde ein wichtiger Teil. Fällt die Lamdasonde aus kann keine korrekte Einstellung der Kraftstoffmenge mehr erfolgen. Das Gemisch wird dann zu fett und sowohl der Kraftstoffverbrauch, als auch die Abgaswerte werden schlechter. Die Lambdasonde und die Stöchiometrie helfen also direkt dabei, den Motor ökonomisch und ökologisch zu betreiben.

Dieselmotor

In erster Linie kommen Katalysator und Lambdasonde beim Ottomotor, also dem Benziner zum Einsatz. Dieselkatalysatoren sind heute aber ebenfalls gebräuchlich. Auch hier kommen Sonden zum Einsatz um die Abgase zu vermessen und auf Basis der Messwerte das Mischverhältnis Diesel zu Luft zu regulieren. Die Katalysator-Technik war zu ihrer Zeit ein Quantensprung in der Abgasreduktion. Dass heute eine intensive Diskussion über die Zukunft der Verbrennungsmotoren geführt wird, ist überall in den Medien präsent. Abgasskandal und zunehmende Umweltbelastung beflügeln neue Technologien.

Elektro und Wasserstoff

Die Zukunft der Automobile liegt wohl als erstes in den Elektrofahrzeugen. Allerdings ist hier nicht alles Gold was glänzt. Ein Lithium-Ionen-Akku, wie er in den Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommt, verursacht ebenfalls CO2 bei der Herstellung. Auch der Strom selbst, den die Elektroautos für die Ladung benötigen, hinterlässt einen CO2-Fußabdruck. Die Technologie, die heute wohl die hoffnungsvollste Ablöse des Verbrennungsmotor, wie wir ihn kennen, darstellt ist die Wasserstoffzelle. Eine saubere Technologie, die an Abgasen lediglich Wasserdampf erzeugt. Brennstoffzellenfahrzeuge sind heute schon erhältlich. Man darf also auf eine saubere Zukunft helfen.