Luftverhältnisses

Luftverhältnis, im Genitiv Luftverhältnisses, bezeichnet das Verhältnis der zugeführten Luft zur Brennstoffmenge in einem Verbrennungsprozess. Es wird üblicherweise als Massenverhältnis ausgedrückt (kg Luft pro kg Brennstoff) oder seltener als molares Verhältnis. Das Luftverhältnis beeinflusst Verbrennungseffizienz, Emissionen, Flammenstabilität und Temperaturverlauf.

Stoichiometrisches Luftverhältnis ist das Verhältnis, das für eine vollständige Sauerstoffverwertung bei gegebener Brennstoffart notwendig ist. Es wird als stöchiometrisches Luftverhältnis AFR_st angegeben. Für Benzin-Luft-Mischungen liegt AFR_st typischerweise bei etwa 14,7:1, bei Methan ca. 17,2:1 und bei Diesel rund 14,5:1. Die Werte hängen von Brennstoffzusammensetzung, Druck und Temperatur ab.

Das Verhältnis wird häufig durch den Lambdawert λ beschrieben, der das tatsächliche Luftverhältnis durch das stöchiometrische AFR_st teilt: λ = AFR_actual / AFR_st. Werte über λ > 1 bedeuten Luftüberschuss (lean burn), λ < 1 eine fettere Mischung (rich burn). Änderungen des Luftverhältnisses beeinflussen Flammengeschwindigkeit, Verbrennungsdauer, Wirkungsgrad und Emissionen wie CO, unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) und NOx.

Messung und Regelung erfolgen über Sensorik und Motorsteuerung. Lambda-Sonden im Abgas messen den Sauerstoffgehalt, Massenluftstromsensoren (MAF) erfassen die eintretende Luftmenge. Ziel ist oft, λ nahe 1 zu halten oder spezifische Betriebsbereiche zu realisieren (z. B. lean-burn-Strategien zur Emissionsminderung).

Anwendungen finden sich in Verbrennungsmotoren, Gasturbinen, Heizkesseln und Industrieverbrennungssystemen. Das Luftverhältnis ist ein zentrales Parameterfeld für Effizienz, Emissionen, Sicherheit und Betriebsstabilität.