Welche verschiedenen Katalysator-Typen gibt es?

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Welche verschiedenen Katalysator-Typen gibt es?

Moderne Fahrzeuge werden heutzutage zum Schutz der Umwelt und zur Verringerung der Feinstaubbelastung mit einem System zur Abgasnachbehandlung ausgestattet. Fahrzeugkatalysatoren reduzieren die Schadstoffbelastung im Abgas drastisch. Doch welche Arten von Katalysatoren gibt es?

 

Die Geschichte des Fahrzeugkatalysators und seine Funktion: ein kurzer Abriss

Der französische Ingenieur Eugene Houdry entwickelt den ersten Fahrzeugkatalysator im Jahr 1956. Im Zuge des ersten Autoabgaskatalysators gründete er das Unternehmen Oxy-Catalyst Company. Die Ingenieure Keith und Mooney entwickelten hierbei den Ur-Katalysator zum 3-Wege-Katalysator bei der Engelhard Corporation weiter. Der 3-Wege-Katalysator wurde schließlich 1973 auf den Markt gebracht: Durch eine chemische Umwandlung verwandelt dieser Katalysator Verbrennungsstoffe wie Kohlenwasserstoffe, Stickoxide und Kohlenstoffmonoxid in ungiftige Stoffe wie Kohlenstoffoxid, Stickstoff und Wasser. Dies geschieht durch Oxidation oder Reduktion. Die Konvertierungsrate beträgt abhängig vom Betriebspunkt des Motors und der Betriebstemperatur bis zu 100 Prozent. Die optimale Betriebstemperatur liegt bei etwa 500 Grad Celsius. Die Betriebstemperatur wird bei Verbrennungsmotoren bereits nach einer Fahrzeit von circa drei bis fünf Minuten erreicht. Ab diesem Zeitpunkt werden Schadstoffe nahezu vollständig emittiert.

 

Der geregelte 3-Wege-Katalysator: paralleler Ablauf von Oxidation und Reduktion

Der geregelte 3-Wege-Katalysator wird auch G-Kat genannt. In diesem finden die Reduktion von Stickoxiden (NoX) und die Oxidation von Kohlenstoffmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoff (CmHn) parallel zueinander statt. Bei den im G-Kat ablaufenden chemischen Reaktionen wird der Kohlenwasserstoff mit Sauerstoff (O2) zu Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasser (H2O) oxidiert. Das Kohlenstoffmonoxid wird schließlich mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid reduziert, während die Stickoxide zu Sauerstoff, Wasser und Stickstoff reduziert werden. Ein konstant stöchiometrisches Kraftstoffverhältnis ist vorausgesetzt. Dieses muss 14,8 Gramm Luft pro Gramm Normal-91-Benzin und 14,7 Gramm Luft pro Gramm Super-95-Benzin betragen. Bei Abweichungen von dieser Vorgabe kommt es zu einem Anstieg der Stickoxidemission. Der G-Kat wird bei Fahrzeugen mit Ottomotor eingesetzt. Eine Lambdaregelung mittels einer Lambdasonde ist zwingende Voraussetzung.

 

Der ungeregelte Katalysator: die Anfangszeit bei günstigen Fahrzeugen

Ungeregelte Katalysatoren werden in der Anfangszeit bei günstigen Fahrzeugen verwendet. Die Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemischs wird hier nicht mittels einer Lambdasonde überwacht. Der Abgasstrom wird hier lediglich durch den Katalysatorblock geleitet. Dies führt zu einem schlechteren Abbau der Stickoxide.

 

Der Katalysator beim Dieselmotor: Oxidation mit Restsauerstoff

Der Dieseloxidationskatalysator entfernt Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid aus dem Abgas von Dieselmotoren. Dies geschieht durch Oxidation mit Restsauerstoff. Ein Dieselmotor verbrennt kein vorbereitetes Kraftstoff-Luft-Gemisch. Es erfolgt eine Zugabe von komprimierter Luft innerhalb des Motors. Im Abgas sind bauartbedingt hohe Sauerstoffkonzentrationen enthalten. Eine Reduktion von Stickoxiden wie beim G-Kat ist nicht möglich. Kohlenstoffmonoxid- und Kohlenwasserstoff-Emission werden durch Einsatz eines Dieseloxidationskatalysators gemindert. Die Oxidationsreaktionen laufen wie beim G-Kat ab. Der Dieseloxidationskatalysator wird aufgrund der niedrigeren Abgastemperaturen in der Nähe des Abgaskrümmers verbaut und enthält Platin und Palladium.

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