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Wozu einen Katalysator ?

 

 

 

 

Alle Motorroller, Motorräder und sonstige benzingetriebene Krafträder blasen ca. 2% der Schadstoffe, die der Straßenverkehr  in Deutschland insgesamt erzeugt, in die Luft. Wären die Fahrzeuge alle mit einem geregelten Katalysatore ausgerüstet, wären dies  ca. 113.000 Tonnen CO , ca. 5.000 Tonnen NOx und ca. 37.000 Tonnen HC weniger. Es  würde sich als lohnen, auch Motorroller und Motorräder mit einem “Kat” auszurüsten - uns und der Umwelt zuliebe. Entsprechende Vorschriften der EU gehen hier in die richtige Richtung.

Benzin besteht im wesentlichen aus den Elementen Kohlenstoff und Wasserstoff. Wenn das Benzin im Motor verbrannt wird,  verbindet sich der Kohlenstoff mit dem Luftsauerstoff zu Kohlendioxid (chemische Kurzformel CO2), und der Wasserstoff vereinigt sich mit Sauerstoff zu Wasser (H20). Diese Verbrennungsprodukte bilden sich, wenn Luft und  Kraftstoff im optimalen Verhältnis (14,7:1) gemischt sind. Das ist leider fast nie der Fall. Deshalb entstehen auch Schadstoffe wie z.b.

  • Unverbrannte Kohlenwasserstoffe ( CH )
  • Kohlenmonoxid ( CO )
  • Stickoxide ( NOx )
  • Schwefeldioxyd ( SO2 )

Insbesonders der Dreiwege-Katalysator soll diese Schadstoffe bis zu 90 % neutralisieren bzw. vermindern.

 

 

Thermographie - Aufnahme eines Motors bzw. Kats auf einem Prüfstand nach ca. 1,5 Minuten. Kältere Zonen erscheinen dunkel, heißere Zonen sind deutlich heller. ( Bild : Ing.-Büro Kreher & Lindner; 52078 Aachen )

 

 

Was ist eigentlich ein “ Katalysator “ ?

 

 

 In der Umgangssprache meint ein "Katalysator" das komplette System der Abgasreinigung eines Motors. Dazu sind in einem Gehäuse aus rostfreiem Stahl keramische oder metallische Träger mit katalytisch wirksamen Stoffgemischen untergebracht, die unter anderem Aluminiumoxid, Cerdioxid und andere Metalloxide in Kombination mit Edelmetallen wie Platin, Palladium und Rhodium enthalten. Der Katalysator kann vor  mechanischen und thermischen Beanspruchungen zusätzlich durch eine vibrationsdämpfende und stoßabsorbierende Matte aus Keramik oder Metall geschützt werden.
Grundsätzlich unterscheidet man 2 Typen :

Oxidationskatalysator :

  • wandelt Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffe (HC) in Kohlendioxid (CO2) und Wasser.
  • reduziert gleichzeitig den als Masse gemessenen Ausstoß von Rußpartikeln bei Dieselmotoren
  • hat wenig Einfluss auf Stickoxide (NOx) sowie die Anzahl der Rußpartikel.

Dreiwege-Katalysator :

  • wird bei Benzinmotoren eingesetzt
  • arbeitet zusammen mit dem Motor in einem Regelkreis :
  • eine sogenannte Lambda-Sonde stellt das bei jeder Fahrweise für die Abgasreinigung optimale Verhältnis von Luft und Kraftstoff ein. Dadurch kann die katalytisch wirksame Beschichtung CO und HC zu CO2 plus Wasser oxidieren sowie gleichzeitig NOx zu Stickstoff reduzieren.

 

 

Katalysatoren können unterschiedliche Eigenschaften haben :

  • Schnell anspringende Katalysatoren entfalten ihre Wirkung bereits bei niedrigen Abgastemperaturen und somit auch in der Startphase des Motors. Das reduziert die Zeit, in der die Abgase ungereinigt den Auspuff verlassen. Möglich wurden diese Katalysatoren durch eine Änderung der temperaturabhängigen Wirksamkeit der katalytischen Substanzen und Träger sowie einer hierfür optimierten Zusammensetzung der aktiven Edelmetalle, die an diesem Prozess beteiligt sind.
     
  • Temperatur-stabilere Katalysatoren arbeiten mit mit höheren Arbeitstemperaturen. Hierdurch kann der Katalysator näher am Motor zu platziert werden und seine Lebensdauer verlängert. Hierfür werden katalytisch wirksame Edelmetalle mit stabilisierten Kristalliten und Beschichtungsmaterialien ausgerüstet, die auch noch bei hohen Oberflächentemperaturen von 1000°C arbeiten.

Übrigens : Die Oberfläche eines Mittelklassekatalysators ( PKW ) ist durch  die vielen Kanäle des Keramik-Monolithen bei kompakter Bauweise des Katalysators etwa so groß ist wie ein ganzes Fußballfeld.

 

 

Die Lamda - Sonde

 

 

 Die Lambda-Sonde ist vor dem Katalysator in das Auspuffrohr eingeschraubt. Die Sonderkeramik der Sonde ist außen dem Abgas ausgesetzt und steht an ihrer Innenseite mit der Umgebungsluft in Verbindung. Sie ist eines der wichtigsten Bauteile der Katalysatorregelung. Diese Sonde überwacht laufend die Abgaszusammensetzung und meldet Abweichungen in Hinblick auf eine optimale Wirkung des Katalysators an  die Motronic. Im Einzelnen arbeitet die Lamda - Sonde folgendermaßen :

  • Durch den unterschiedlichen Sauerstoffgehalt in Abgas und Außenluft erzeugt die Sonde eine Spannung, die bei einem bestimmten Rest-Sauerstoffgehalt im Abgas steil ansteigt. Dieser Spannungssprung findet genau bei einem Kraftstoff/Luft-Verhältnis von k = 1 statt. Bei Sauerstoff mangel (k kleiner 1), also bei fettem Gemisch, beträgt die Spannung 0,9-1,1 Volt. Bei magerem  Gemisch (k größer 1) werden um 0,1 Volt erreicht.
  • Die Lambda-Signale werden zum Steuergerät der Einspritzung geleitet. Von dort aus wird die Gemischaufbereitung beeinflußt, um das Kraftstoff/Luft-Verhältnis möglichst nahe an k = 1 zu halten.
  • Die Lambda-Sonde reagiert auf Sauerstoffschwankungen in Abhängigkeit ihrer Betriebstemperatur unterschiedlich schnell: Bei 300'C hat sie ca. 1 Sekunde, bei 6000C hat sie weniger als 50 Millisekunden Reaktionszeit.

 

 

 

Anhand der rechten Grafik (Bsp. BMW R 1100 ) wird deutlich, daß ein geregelter 3-Wege-Katalysator den Schadstoffanteil im Abgas erheblich vermindert.

 

 

 

 

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