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Katalysator - Referat
Der Katalysator
Die Geschichte des Katalysators:
Katalysatoren waren der erste Versuch Abgase zu reduzieren. Seit den siebziger Jahren werden Katalysatoren in USA und Japan eingesetzt. Anfangs mussten die Motoren nicht verändert werden, da die Katalysatoren nur zusätzliche Ausrüstungsteile waren. Da das Schadstoffemissionsgesetz verschärft wurde, haben die Hersteller versucht die Katalysatoren zu verbessern, um noch niedrigere Schadstoffwerte zu erlangen dazu wurden Mikroprozessoren zur der Zündungs- und Auspuffsysteme zu erhalten.
So funktioniert der Katalysator:
Bei der Verbrennung von Kraftstoff entstehen hauptsächlich Kohlendioxid(CO2) und Wasserdampf. Die eigentlichen Problemstoffe sind Kohlenmonoxid (CO), die nur teilweise oder gar nicht verbrannten Kohlenwasserstoffe(HC) und die Partikel, die zum großen Teil aus Ruß und Asche bestehen. Der Katalysator ist in die Auspuffanlage des Fahrzeuges eingebaut. Die Schadstoffgase aus dem Auto strömen vom Auspuffkrümmer durch den Katalysator in dem die Schadstoffgase durch eine Verbindung von Kohlendioxid, Stickstoff und Wasser gereinigt werden. Allgemein hängt der Anteil dieser Anteil Schadstoffe vom Betriebszustand als auch von der Art des Motors ab. Es gibt generell 2 Arten die Abgaszusammenstellung zu beeinflussen:
- Veränderung des Verbrennungsprozesses die unter dem Begriff motorische Maßnahmen zusammengefasst werden z.B. Beeinflussung des Gemischs, also Beeinflussung der Einstellung, Aufbereitung und Verteilung im Zylinder oder die Veränderung Ventilsteuerzeiten
- Abgasnachbehandlung
Eine Lambdasonde sorgt für das richtige Verhältnis des Kraftstoff-Luft-Gemisches. Sie überwacht auch ob sich die Schadstoffe dem Maximalwert nähern. Die Lambdasonde wird durch die On-Board-Daignose (OBD) überwacht die auch die Funktionsfähigkeit aller emissionsrelevanten Bauteile überwacht. Ausfall oder Fehlfunktion wird dem Fahrer durch eine Signallampe am Armaturenbrett mitgeteilt.
Anspringverhalten eines Katalysators:
Ein Katalysator springt nicht an wie ein Motor. Die Konvertierungsrate steigt langsam mit zunehmender Temperatur des Katalysators. Sie setzt schon bei unter 200°C ein. Die Konvertierung ist aber bei diesem Temperaturbereich noch nicht sehr wirkungsvoll. Als Anspringtemperatur auch Light-of-Punkt genannt, hat man deshalb die Temperatur festgelegt, bei der eine 50%ige Konvertierung gegeben ist. Dieser Punkt ist wiederum von Abgaszusammensetzung und der Katalysatorbeschichtung abhängig. In der Kaltstart- und Warmlaufphase eines Motors, die bis zu fünf Minuten dauern kann, erreicht der Katalysator diese Temperatur nicht oder nur gegen Ende. Die Konvertierungsrate während dieser Zeit ist deshalb sehr gering.
Um die Temperatur zu erhöhen gibt es grundsätzlich folgende Möglichkeiten:
- Eine Motornahe Platzierung des Katalysators, also einen möglichst kurze Gaswege vor dem Katalysator
- Minimierung der Wärmeverluste vor dem Katalysator z.B. Isolation der Rohre. Durch die Minimierung der Wärmeverluste springt der Katalysator auch nach kurzen Abstellphasen wieder an.
- Einsatz einer oder mehrerer Starkatalysatoren
- Separate Beheizung des Katalysators
Aufbau eines Katalysators:
Der Katalysator besteht aus vielzelligen Katalysator trägern aus Metall oder Keramik und Mikroskopisch kleinen katalytisch wirksamen Edelmetallpartikeln, die sich auf einer dünnen Zwischenschicht befindet. Diese Schicht wird auch, als Washcoat bezeichnet und wird auf die Kanalwände aufgetragen. Die Katalysatorenträger werden auch als Monolithe bezeichnet; sie sind in einem Gehäuse von Metall untergebracht. Komplettiert wird der Katalysator durch Einlauf- Auslauftrichter. Der Washcoat hat die Aufgabe die katalytisch aktive Oberfläche des Trägers zu vergrößern. Diese ist entscheidend für die Leistungsfähigkeit des Katalysators. Als katalytisch aktive Materialien werden die Edelmetalle Platin, Palladium und Rhodium eingesetzt. In einem Katalysator sind im Schnitt zwei Gramm pro Liter Katalysatorvolumen enthalten. Ein Katalysatorträger muss folgende Eigenschaften aufweisen:
- Hohe mechanische und Thermische Dauerfestigkeit
- Unempfindlichkeit gegenüber große und schnelle Temperaturänderungen (Thermoschocks)
- Hohe Zelldichte (gibt eine große Oberfläche für die Beschichtung)
- Möglichst großer freier Querschnitt (hält Abgasgegendruck gering)
- Geringe Wärmekapazität (ermöglicht schnelleres Aufheizen in der Kaltlaufphase)
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