Luftverhältnis

Luftverhältnis, in der technischen Literatur oft auch als Luft-Verhältnis bezeichnet, beschreibt das Verhältnis der in einem Verbrennungsprozess zuzuführenden Luft zur Brennstoffmenge. Es ist ein zentrales Maß für die Ausnutzung des Brennstoffs, Emissionen und die Verbrennungstabilität. In vielen Anwendungsfällen wird das Luftverhältnis als Luft-Brennstoff-Verhältnis (air-to-fuel ratio, AFR) auf Massebasis angegeben.

Das stöchiometrische Luftverhältnis ist jenes Verhältnis, bei dem exakt genug Luft vorhanden ist, um den Brennstoff vollständig zu verbrennen. Für Benzin liegt es typischerweise bei etwa 14,7:1 (Masse Luft pro Masse Brennstoff). Andere Brennstoffe unterscheiden sich: Erdgas liegt bei ca. 17,2:1, Diesel beim Wert um 14,5:1. In der Praxis arbeiten Motoren und Brenner oft mit Überschussluft oder mit einer mageren bzw. reichen Mischung, abhängig von Emissionen, Wärmeeffizienz oder Leistungsabgabe.

Die Größe des Luftverhältnisses wird häufig durch den Kennwert Lambda (λ) beschrieben. λ ist das tatsächliche AFR geteilt durch das stöchiometrische AFR. λ=1 bedeutet stöchiometrische Verbrennung, λ>1 steht für Überschussluft, λ<1 für eine magere oder reiche Mischung. Sauerstoffsensoren im Abgas (Lambda-Sensoren) und Massenstrom- oder Einspritzsensoren liefern die Messwerte, die von Motorsteuergeräten geregelt werden.

Anwendungen finden sich in Verbrennungsmaschinen, Turbinen, industriellen Brennern und Heizsystemen. Ein korrekt eingestelltes Luftverhältnis optimiert die Verbrennung, minimiert schädliche Emissionen und beeinflusst Wärmeverlust und Stabilität der Flamme. Die Bedeutung des Luftverhältnisses variiert je nach Brennstoff, Technik und Betriebspunkt.