Was ist ein Kat-Fenster und was tut die Lambda-Sonde?

Im Zusammenhang mit Motoren, die mit einem Katalysator ausgerüstet sind, hört man oft den Begriff „Kat-Fenster“. Was aber ist das genau? Und wofür ist die Lambda-Sonde eines Motors mit geregeltem Kat gut?

In einem Verbrennungsmotor wird üblicherweise ein Kraftstoff-Luftgemisch verbrannt. Da die chemischen Reaktionen dabei vorgegeben sind, müssen Kraftstoff und Luft in einem bestimmten Verhältnis zueinander gemischt werden. Dieses Verhältnis bezeichnet man mit dem griechischen Buchstaben λ (Lambda).

 

Es gibt hier nun ein theoretisches Verhältnis, welches sich aus den Reaktionsgleichungen der Verbrennungsvorgänge im Brennraum ableitet. Dieses Verhältnis wird mit λ = 1,0 bezeichnet. Lambda-Werte  größer als 1,0 bezeichnen dabei einen Kraftstoffüberschuss, also ein wie man es nennt fettes Gemisch, Lambdawerte kleiner als 1,0 hingegen ein mageres, also einen Luftüberschuss.

 

 

In der Praxis beträgt der ideale Lambdawert praktisch nie genau 1,0, sondern liegt je nach Betriebszustand etwas darüber oder darunter. Daher sind Gemischaufbereitungsaggregate, früher also oft Vergaser, heute praktisch nur noch ein Einspritzanlagen, idealerweise in der Lage, nicht nur einen einmal eingestellten Lambdawert konstant zu halten, sondern ihn auch anhand verschiedener gemessener Betriebsparameter in einem gewissen Bereich zu variieren.

Als Faustregel kann man sagen, dass man für möglichst hohe Leistungsabgabe einen Motor eher mit überfettetem, für einen möglichst geringen Kraftstoffverbrauch eher mit einem mageren Gemisch versorgen muss. Der Extremfall des zweiten ist die so genannte Magermix-Technik, die es ermöglicht, Motoren magerer zu betreiben als das anderweitig möglich ist und so einen geringeren Kraftstoffverbrauch zu erzielen.

Der Katalysator ist nun schuld daran, dass sich die Magermix-Technik nicht durchsetzen konnte: Er soll den Gehalt der Abgase an Stickoxiden verringern, funktioniert jedoch nur bei Lambdawerten, die in einem sehr schmalen Bereich nahe bei eins liegen. Diesen Bereich bezeichnet man als Kat-Fenster. Das bedeutet nun auch, dass die erste Generation der Katalysatoren, die ungeregelten Katalysatoren, mehr oder weniger sinnlos waren: Sie arbeiteten nur dann wirklich, wenn sich der Lambdawert des Kraftstoff-Luftgemisches zufällig innerhalb des Kat-Fensters befand.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, entwickelte man den geregelten Katalysator. Eigentlich ist dieser Ausdruck Blödsinn, denn geregelt wird hier nicht der Katalysator, sondern die Gemischaufbereitung. Die berühmte Lambda-Sonde, die zu Autos mit geregelten Kat gehört, misst den Restsauerstoffgehalt in den Abgasen des Motors. Daraus kann nun die Motorelektronik feststellen, ob das Gemisch etwa zu fett oder zu mager ist und mit entsprechenden Stellsignalen an die Einspritzanlage reagieren.

Böse Zungen behaupten nun, dass ausgerechnet innerhalb des Kat-Fensters der Motor besonders viel Stickoxide produziere. Das würde bedeuten, dass ein großer Teil der Stickoxide, die der Katalysator aus den Abgasen herausbrennt, gar nicht erst entstehen würde, wenn man das Gemisch nicht ständig im Kat-Fenster halten müsste.

Ob dies stimmt, mag strittig sein und eine genaue Untersuchung wird wohl nicht stattfinden, da das Ergebnis für Industrie und Politik peinlich ausfallen könnte. Dass die für den Katalysator erforderliche Einschränkung der „Entscheidungsfreiheit“ der Logik, welche das Gemisch regelt, aber auch das Verhältnis zwischen Leistung und Verbrauch ungünstig beeinflussen könnte, liegt jedoch auf der Hand. Es ist also gut denkbar, dass der Katalysator vor allen Dingen den Bilanzen der Autoindustrie, der Umwelt jedoch eher weniger hilft.

Volker Wollny