Der Katalysator The Catalyst

Informationen rund um den Katalysator, seine Funktion, Aufbau, Tipps, Schutzmaßnahmen

Aus dem Fremdwörterlexikon:
Katalysator,der; -s,-en 1. (chem.) Stoff, der eine Reaktion in Gang setzt, beeinflusst oder beschleunigt, jedoch selbst nicht reagiert und unverändert bleibt 2. (tech.) abgasreinigendes System bei Kraftfahrzeugen und Kraftwerken 3. Person oder Vorfall, der Geschehen beeinflusst, ohne unmittelbar beteiligt zu sein.

Auto Abgas Katalysator Schema

Was macht der Katalysator?
Ein Kraftfahrzeugkatalysator ist dazu da, Abgase in weniger gefährliche Stoffe umzuwandeln.
1.) Die Stickoxide werden zu Stickstoff reduziert.
2.) Das Kohlenmonoxid wird zu Kohlendioxid oxidiert.
3.) Die unverbrannten Kohlenwasserstoffe werden zu Wasserdampf und zu Kohlendioxid oxidiert.

Wie ist der Kfz-Katalysator aufgebaut?
Der Autokatalysator besteht aus einem Keramikeinsatz, der von winzigen, wabenförmigen Kanälen, welche mit Platin beschichtet sind, durchzogen ist. Das fein verteilte Platin wirkt als Katalysator. Die Keramik dient u.a. auch zur kurzfristigen Absorption des reagierenden Gases.

Funktionsweise des Katalysator:
Der Katalysator benötigt zum einwandfreien Arbeiten eine Mindest-Betriebstemperatur. Sobald diese Temperatur erreicht ist, beginnt die katalytische Schadstoffminderung und erreicht in kürzester Zeit ihren höchsten Wirkungsgrad. Dabei wird Wärme freigesetzt. Unterhalb von 320 ºC ist diese Umwandlung der Schadstoffe im Abgas verschwindend gering. Das Kraftstoff-Luftgemisch wird durch den Mikrocontroller(Motorsteuerung) in Abhängigkeit der Abgaszusammensetzung (über die Lambdasonde(Lambda probe) gemessen) und auf den Idealwert (Lambda=1) geregelt, um einen hohen Wirkungsgrad des Katalysator und damit einen niedrigen Schadstoffgehalt zu erreichen.

Sauerstoff macht den Katalysator unwirksam.
Im Endeffekt misst die Lambdasonde vor dem Katalysator den Restsauerstoffgehalt im Abgas.
Diese Messwerte werden laufend an des Motorsteuergerät übertragen, welches diese Messdaten in seine laufenden Berechnungen mit einbezieht.
Ein Drei-Wege-Katalysator vernichtet etwa 90 Prozent der Schadstoffe.

Abgasnormen:
Die erste Generation geregelter Katalysatoren begann in den 80er-Jahren mit Euro 1.
Mit Beginn des Jahres 2001 müssen dann alle neu verkauften Autos schadstoffarm nach Euro 3 sein.
Und ab 2006 wird kein Auto mehr zugelassen, das nicht mindestens die Euro-4-Abgasnorm erfüllt.
Die zusätzlichen Normen D3 und D4 sind Mixturen, die ausschließlich in Deutschland existieren. Analog benutzt D4 weitgehend die Euro-4-Grenzwerte, aber den Prüfzyklus von Euro 3. Der misst die Abgase zwar sofort, aber bei einer Umgebungstemperatur von mehr als 20 Grad.

Reimportfahrzeuge haben in anderen Ländern, bei gleicher Technik meistens eine schlechtere Einstufung. Bei solchen Fahrzeugen kann man meist die EuroNorm Umschlüsseln lassen, also in eine höhere Euronorm.

Warum nachrüsten?
-Steuerreduzierung
-Erteilung einer Smog-Plakette für garantiert freie Fahrt bei Ozon-Alarm und Winter-Smog.
-Höherer Wiederverkaufswert, da Autos ohne Kat fast unverkäuflich werden.
- Katalysatoren schonen unsere Umwelt

Ausfall eines Katalysator:
Blei (Pb) im Kraftstoff kann schwere Ausfallerscheinung hervorrufen, wenn mehr als 5 mg pro Liter im Kraftstoff enthalten sind. Daher dürfen Fahrzeuge mit Katalysator nur mit bleifreiem Kraftstoff betrieben werden.Zink (Zn) und Phosphor (P), die in einigen Motorölen enthalten sind, können bei überhöhtem Ölverbrauch des Motors zum Ausfall des Katalysators führen.

Schwefel (S) im Kraftstoff kann ebenfalls den Kat deaktivieren. Allerdings wird die Wirkung des Schwefels häufig erst dann bemerkt, wenn er vom Katalysator als Schwefelwasserstoff (H2S) ausgestoßen wird.
Dieser macht sich durch einen üblen Geruch (ähnlich dem verfaulter Eier) bemerkbar. Bei normalen Betriebsbedingungen lagert sich der während der Verbrennung des Kraftstoffs freiwerdende Schwefel auf der Trägerschicht ab. Ist das Kraftstoffluftgemisch zu fett, dann verbindet sich dieser abgelagerte Schwefel mit dem im Auspuff vorhandenen Wasserstoff und wird als Schwefelwasserstoff ausgestoßen. Durch dieses Phänomen wird der Schwefelwasserstoff in solchen Mengen abgegeben, dass man ihn durch den Geruch feststellen kann. Normalerweise verbessert sich dies mit der Alterung des Katalysators; ein Erneuern des Katalysators würde diese Erscheinung fördern. Um den Ausstoß von Schwefelwasserstoff auf einem Minimum zu halten, ist es wichtig, dass der CO-Gehalt im Leerlauf innerhalb der vorgeschriebenen Grenzwerte liegt (besser noch am unteren Ende des Spektrums). Daher muss das Motorregelungssystem stets einwandfrei arbeiten.

Tipp: Ein Wechsel der Kraftstoffmarke kann eventuell dazu beitragen, diese Erscheinung herabzusenken.

Eine thermische Alterung des Katalysators erfolgt während der gesamten Lebensdauer des Auspuff's, ist jedoch am stärksten während der ersten 6500 km. Katalysatoren sind darauf ausgelegt, bei Betriebstemperaturen bis zu 850 ºC zu arbeiten. Unter diesen Betriebsbedingungen erfolgt der Alterungsprozess des Katalysators normal.

Steigt die Betriebstemperatur über 850 ºC, dann erfolgt auch eine schnellere thermische Alterung. Diese nimmt rapide zu, wenn Temperaturen von mehr als 1000 ºC erreicht werden.

Bei Temperaturen von 1400 ºC und mehr schmilzt der Keramikkörper. Dies macht sich normalerweise durch einen Leistungsverlust aufgrund eines zu hohen Staudruck bemerkbar.

Hohe Temperaturen des Keramikkörpers können durch falsche Einstellung des Zünd- oder Kraftstoff-Systems bzw. durch Verschulden des Fahrers entstehen, wenn dieser z. B. die Zündung während der Fahrt abschaltet. Die oben genannten Gründe können dazu führen, dass unverbrannter Kraftstoff in den Kat gelangt, sich dort entzündet und punktuell hohe Temperaturen verursacht.

Katalysatoren können im allgemeinen Fehlzündungen bei niedrigen Drehzahlen vertragen. Fehlzündungen bei hohen Drehzahlen führen jedoch zu einem fast augenblicklichen Schmelzen des Katalysators.

Die Lambdasonde

Die Lambdasonde misst mehrmals in der Sekunde den Sauerstoffanteil im Abgas des Motors.
Mit diesem Wert kann die Motorregelung die Ideale Menge von Luft und Brennstoff mischen, für eine möglichst Schadstoffarme Verbrennung.
An der Lambdasonde liegt eine Spannung an, die je nach Sauerstoffanteil im Abgas einen niedrigeren oder höheren elektrischen Widerstand hat. Um möglichst schnell nach dem Motorstart den Sauerstoffanteil messen zu können gibt es beheizbare Lambdasonden.
Sehr gute Informationen zu den verschiedenen Lambdasonden
und ihre Funktionen findet man bei NGK im Download Bereich

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