Fahrzeugkatalysator – die Funktionsweise des Kat


Fahrzeugkatalysator – was leistet der Kat im Alltag?


Der Fahrzeugkatalysator, welcher umgangssprachlich auch einfach nur “Kat” genannt wird, ist ein wichtiges Bauteil an der Abgasanlage eines Fahrzeugs.

Durch den “Kat” wird der Schadstoffausstoß im Abgas erheblich gesenkt, welcher bei Verbrennungsmotoren teilweise in hohem Maße ausgestoßen wird. Die gesamte Nachbehandlung von Abgasen wird in Fachkreisen als Fahrzeugkatalysator bezeichnet.

Doch was kann der Fahrzeugkatalysator im Alltag leisten?

Und vor allem, wie funktioniert ein Fahrzeugkatalysator?

Auf diese Fragen gehe ich heute im Autoblog näher ein und möchte die Vorteile und möglichen Nachteile eines Katalysators beleuchten.


Geschichte des Fahrzeugkatalysators


In den 1950er Jahren machte sich ein französischer Ingenieur namens Eugene Houdry intensiv Gedanken über die Luftverschmutzung auf Straßen, welche durch Abgase hervorgerufen wurde. Sein Unternehmen, die Oxy-Catalyst Company machte sich an die Arbeit um Abgaskatalysatoren für Benzinmotoren zu entwickeln.

Fahrzeugkatalysator Funktionsweise und Nutzen des Kats

Fahrzeugkatalysator Funktionsweise und Nutzen des Kats

Im Jahre 1956 war es dann soweit und Houdry erhielt dafür ein Patent, leider kam der damalige “Kat” nie zum Masseneinsatz, da er durch Bleizusätze vergiftet und unbrauchbar war.

Es dauerte bis 1973, ehe John J. Mooney und Carl D. Keith den Drei-Wege-Katalysator entwickelten, welcher tatsächlich durch die Engelhard Corporation im Jahr 1973 eingeführt wurde.

Seit dem schlug also die Geburtsstunde des Fahrzeugkatalysators.


Welche Katalysatoren gibt es?


Bis heute haben sich mehrere Katalysatorarten durchgesetzt und kommen je nach Fahrzeug und Verbrauchsart zum Einsatz.

Folgende Katalysatoren gibt es:

  • Drei-Wege-Kat ( G-Kat )
  • Ungeregelter Kat
  • Oxidationskatalysator
  • Nox-Speicherkatalysator
  • und den SCR-Kat ( Selektive Katalytische Reduktion )

Drei-Wege-Kat ( G-Kat )

Der geregelter Drei-Wege-Katalysator welcher bereits seit 1973 Bestand hat, gehört wohl zu den häufigsten Kat-Arten. Der Drei-Wege-Kat kommt in Ottomotoren ( Benzinern ) zum Tragen, da hier ein festes Kraftstoff-Luftverhältnis ( auch stöchiometrische Kraftstoffverhältnis genannt ) gegeben sein muss, damit die Funktion sauber und ohne Einschränkung abläuft.

Der G-Kat wandelt in seiner Funktion Stickoxide ( Nox ) und andere Abgasprodukte in harmlose Verbindungen um, die Emissionen sinken dabei bereits um ein Vielfaches.

Ungeregelte Kat

Der ungeregelte Kat wurde insbesondere bei älteren und preisgünstigeren Fahrzeugen benutzt, da hier keine Lambdasonde zum Einsatz kam und ein konstantes Kraftstoff-Mischverhältnis nicht notwendig war.

In der Anfangszeit, also beispielsweise den 1980er Jahren waren Fahrzeuge mit Vergaser üblich, leider war hier der Stickoxidabbau im Teillastbereich nicht optimal, weshalb sich auch die Motoren mit Einspritzanlagen bis heute durchgesetzt haben.

Fahrzeuge mit ungeregeltem Kat sind zwar preiswerter in der Anschaffung, dadurch das die Abgase lediglich durch den Katalysatorblock geführt werden, ohne eine Messung durchzuführen, sind sie jedoch anfälliger und stoßen mehr Emissionen aus.

Oxidationskatalysator

Der Oxidationskatalysator kommt in erster Linie in Dieselmotoren zum Einsatz, teilweise auch in Zweitakt-Ottomotoren.

Abgase in Dieselmotoren haben einen sehr hohen Sauerstoffgehalt und es findet keine Nox-Reduktion wie beim Drei-Wege-Kat statt, mit einem Oxidationskatalysator lassen sich die Emissionen dennoch senken.

Der Oxidationsprozess und damit die Minderung der Stickoxide läuft ähnlich wie beim Drei-Wege-Kat ab, dies wird durch niedrigere Temperaturen ermöglicht, zudem sitzt der Oxidations-Kat näher am Krümmer und kann dadurch effizienter arbeiten.

Nox-Speicherkatalysator

Mit dem Nox-Speicherkatalysator wird eine Erweiterung des Oxidations-Kats ermöglicht, dabei wird jedoch zusätzlich Stickoxid verarbeitet.

Die Funktionsweise wird dabei durch einen Sensor überwacht, welcher die Verbindungsmoleküle aufnimmt und zwischenspeichert. Sobald eine Grenze erreicht ist, wird dieses Gemisch mit Stickoxid vermischt, das gemeinsame Gemisch wird dann in den Kat geleitet.

In dieser Funktion gibt es jedoch auch Grenze bei der Aufnahme, weiterhin funktioniert der Nox-Speicherkatalysator lediglich in einem bestimmten Temperaturfenster ( 250-500 Grad ).

SCR-Kat ( Selektive Katalytische Reduktion )

Der SCR-Kat findet sich derzeit häufig in aktuellen Modellen wie beispielsweise dem Seat Ateca wieder, dabei kommt eine wasserähnliche Harnstofflösung ( AdBlue ) zum Einsatz.

Die Harnstofflösung wird dabei in die Abgasanlage gespritzt, durch Hydrolyse entstehen Kohlenstoffdioxid und Ammoniak, insbesondere Ammoniak reagiert dann mit den Stickoxiden zu Stickstoff N2 und Wasser.

Anwendung findet der SCR-Kat in neueren Fahrzeugen, obwohl er noch nicht weit verbreitet ist, ist diese Art der Abgas-Reduktion am weitesten in der Technik. Euro 4, 5 und 6 Abgaswerte lassen sich so bei neueren Fahrzeugen einfach erreichen und einhalten.


Funktionsweise Drei-Wege-Katalysator


Ein Katalysator, auch Kat genannt ist demnach als Behandlungssystem bzw. Umwandlungssystem zu verstehen, welches vor dem Ausstoß der Emissionen zum Einsatz kommt.

Bei Verbrennungsmotoren entstehen ungefährliche Gase wie z.B. Kohlenstoffdioxis oder auch Stickstoff, allerdings auch “gefährliche” Gase für die Umwelt, darunter zählen:

  1. Kohlenwasserstoff
  2. Kohlenstoffmonoxid
  3. Stickoxide ( Noxe )

Deshalb wird auch ein Katalysator an die Abgasanlage angeschlossen, dieser besteht aus einer Keramikstruktur und ist mit einer Metallmischung überzogen.

Die Oberfläche des Fahrzeugkatalysators wird dabei mit Edelmetallen wie Platin oder Palladium verbaut, welche dann mit den entstehenden Gasen wie Stickoxide oder Kohlenstoffmonoxid reagieren und sie in ungefährliche Verbindungen umwandeln.

Die Lambdasonde ist beim G-Kat besonders wichtig, denn sie überwacht und prüft stets das aktuelle Mischverhältnis und die Funktion des Kats.

In diesem Video ist der Drei-Wege-Kat nochmal verständlich erklärt:


Katalysator tauschen oder kaufen?


Manchmal kann es sinnvoll sein, den Katalysator zu tauschen, dann muss schnell Ersatz her.

Neu kosten diese Bauteile viel Geld, die günstige Alternative kann also der Gebrauchtteilkauf sein. Einen gebrauchten Katalysator zu kaufen ist wesentlich preiswerter, richtet sich in erster Linie jedoch an geübte Fahrzeugbesitzer.

Ein Einbau sollte meiner Meinung nach ohnehin von Fachpersonal oder einer Meisterwerkstatt des Vertrauens erfolgen und nicht auf eigene Faust.

Während man bei neuen Teilen eine Garantie erhält, sollte man gerade beim Privatkauf und Hausgeschäft auf folgende Punkte achten:

  • Alter und Gebrauchszustand des Katalysators
  • passen die Leistungsdaten zum Motor?
  • ist der Kat überhaupt für meinen Motortyp geeignet?
  • auch die äußere Erscheinung kann bereits ein Indiz auf die bisherige Nutzung sein

Für ältere Fahrzeuge, beispielsweise mit einem ungeregelten Kat, bietet sich der Gebrauchtteilkauf auf jeden Fall an, nicht nur weil der Geldbeutel geschont wird, sondern auch weil gewisse Bauteile für ältere Fahrzeuge kaum noch zu bekommen sind.


Fazit zum Fahrzeugkatalysator

Es war damals eine wichtige Erfindung und die Weiterentwicklung des Fahrzeugkatalysators ist auch heute noch notwendig.

Vor allem Dieselfahrzeuge stehen in Dauerkritik und müssen sich der Nox-Problematik stellen, der moderne SCR-Kat ist an dieser Stelle ein wichtiger Schritt in die Zukunft.

Wenn Verbrennungsmotoren nicht irgendwann gänzlich aussterben sollten, muss eine moderne Abgasanlage verbaut sein und dazu gehört nun mal ein vernünftiges Kat-System.

Ob Ottomotoren oder Dieselmotoren, der Fahrzeugkatalysator ist ein wichtiger Bestandteil des Abgassystems und wird auch weiterhin eine wichtige Rolle einnehmen. Mit den Maßnahmen und Regelungen der EU in Bezug auf Emissionswerte, sind die Autobauer und Entwickler zumindest schon mal gewarnt.

Autor im Autoblog: Janus Schulz

 

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Fahrzeugkatalysator
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Fahrzeugkatalysator
Description
Wissenswertes zur Funktion eines Fahrzeugkatalysators und der verschiedenen Kat-Arten darunter u.a. G-Kat und SCR-Kat.
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Growmedia - Autoblog-im.net


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