Lambdaregelung

Die Lambdaregelung stellt im Abgas eines Verbrennungsmotors oder eines Brenners einen gewünschten Lambdawert ein.

Als Lambda (?) bezeichnet man dabei das Verhältnis Luft zu Brennstoff im Vergleich zum stöchiometrischem Gemisch. Beim stöchiometrisches Kraftstoffverhältnis ist genau die Luftmenge vorhanden um den Kraftstoff vollständig zu verbrennen. Dies wird als ?=1 bezeichnet. Bei Benzin beträgt das Massenverhältnis dabei 14.7:1 bei Ethanol 9:1.

Ist mehr Kraftstoff vorhanden spricht man von fettem Gemisch (?<1), bei Luftüberschuss von magerem Gemisch (?>1).

Die Lambdaregelung erfasst den tatsächlichen Lambdawert über eine Lambdasonde und verändert die Kraftstoff- oder Luftmenge so, dass der Sollwert eingestellt wird. Dies ist nötig, weil oft ohne Sensor die erforderliche Genauigkeit nicht erreicht werden kann.

Die Einhaltung eines bestimmten Lambdawertes hat großen Einfluss auf die Qualität der Verbrennung und die Möglichkeit einer katalytischen Abgasreinigung.

Für einen abgasarmen Betrieb mit Drei-Wege-Katalysatoren ist ein Lambdawert sehr genau bei ?=1 nötig.

Für ein maximales Motormoment ohne überflüssigen Kraftstoffverbrauch ist ein Wert von ca. ?=0,9 optimal.

Bei hoher Motorleistung wird durch einen fetten Motorbetrieb und dadurch kälterem Abgas einer Überhitzung und Zerstörung von Abgaskompontenen wie z. B. Krümmer, Turbolader, Katalysator vorgebeugt.

Je nachdem, ob als Lambdasonde eine Sprungsonde oder Breitbandsonde verwendet wird, unterscheidet sich das verwendete Regelverfahren.

Zweipunktregelung

Bei einer Sprungsonde ist nur eine Regelung auf ?=1 möglich:

Bei magerem Motorgemisch und einer daher kleinen Sondenspannung (ca. 100 mV) wird die Kraftstoffmenge vergrößert bis ?=1 überschritten wird und die Sondenspannung ansteigt (ca. 800 mV).

Bei diesem fettem Motorgemisch wird die Kraftstoffmenge wieder verkleinert bis ?;=1 unterschritten wird und die Sondenspannung wieder abfällt. Anschließend beginnt der Regelzyklus wieder von vorne.

Es stellt sich so ein periodischer Wechsel von fettem und magerem Gemisch, hoher und niedriger Sondenspannung ein. Durch die Pufferfähigkeit des Katalysators reicht die Einhaltung des Sollwerts ?=1 im zeitlichen Mittels aus, um eine hohe Konvertierung der schädlichen Abgaskomponenten sicherzustellen.

Stetige Lambdaregelung

Bei einer Breitbandsonde ist nicht nur bekannt, auf welcher Seite des gewünschten Wertes sich das aktuelle Gemisch befindet, sondern auch wie groß die Abweichung ist.

Die Korrektur kann dann z. B. mit einem PI-Regler erfolgen.

Dieselmotor

Während die Lambdaregelung im Ottomotor einen direkten Eingriff auf die eingespritzte Kraftstoffmenge erlaubt, ist solch ein Eingriff beim Dieselmotor nicht üblich. Der Grund dafür ist, dass die Änderung der Kraftstoffmenge im Magerbetrieb zu einer größeren Veränderung des Motormoments führt. Die Lambdaregelung beim Dieselmotor erfolgt stattdessen über das Luftsystem, durch Regulierung der Abgasrückführrate. Erweiterte Zusatzfunktionen wie z. B. eine Rauchbegrenzung beim Diesel sind auf diesem Weg ebenfalls möglich.