Katalysator Funktionsweise
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Das Automobil ist aus unserer Gesellschaft nicht mehr wegzudenken. Ob beruflich oder privat, das Automobil bietet uns viele Möglichkeiten.
Doch sind auch negative Aspekte nicht von der Hand zu weisen. Zum Beispiel Unfälle im Straßenverkehr oder die Belastung der Umwelt durch giftige Abgase. In den letzten Jahrzehnten konnten jedoch verschiedene Neuerungen drastische Verbesserungen herbeiführen. So hat sich die Sicherheit durch intelligente Anschallsysteme, Knautschzonen und Airbags drastisch verbessert. Den giftigen Abgasen wurde durch verbesserte Treibstoffe, effizientere Verbrennungsmotoren und natürlich dem Katalysator entgegengewirkt.
An der Funktionsweise und dem Aufbau hat sich seit der Einführung des ersten Katalysators im Jahre 1973 nichts Grundlegendes geändert.
Spricht man heute vom Katalysator, ist in der Regel der Drei-Wege-Katalysator gemeint.
Dieser wandelt die giftigen Abgasbestandteile Stickstoffoxid (NOX), Kohlenstoffmonooxid (CO) und Kohlenwasserstoff (HC) in ungiftige Moleküle um.
Der Katalysator besteht aus einem Gehäuse das einen Träger (Monolith) beinhaltet. Dieser Monolith besteht aus Keramik oder Metall. Die Vorteile des Keramik-Katalysators sind sein geringes Gewicht, eine minimale Wärmedehnung und seine Unempfindlichkeit gegenüber Temperaturunterschieden. Der Monolith hat eine Vielzahl von kleinen Kanälen (Wabenstruktur) durch die das Abgas geleitet wird. Wichtiger Bestandteil des Monolithen ist der Washcoat. Der Washcoat ist eine spezielle Schicht, die die Oberfläche des Monolithen stark zerklüftet, so dass sie auf ca. 18.000 m2 vergrößert wird. Auf diese Fläche wird die katalytische Schicht, die für die Umwandlung der Gase verantwortlich ist, aufgetragen. Dazu werden die Edelmetalle Platin, Rhodium bzw. Palladium verwendet. Trifft das Abgas nun auf diese Schicht, findet, verursacht durch chemische Reaktionen (Oxidation und Reduktion), eine Umwandlung statt. Das Stickstoffoxid gibt bei seiner Umwandlung Sauerstoff frei. Der Sauerstoff wiederum sorgt für eine Oxidation des Kohlenstoffmonoxids zu Kohlenstoffdioxid und von Kohlenwasserstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser. Es finden also drei Vorgänge parallel statt. Daher auch der Name „Drei-Wege-Kat“. Für einen möglichst hohen Umwandlungsgrad muss ein optimales Verhältnis zwischen Luft und Kraftstoff vorhanden sein. Dies wird durch die Lambdasonde geregelt.
Die Lambdasonde ermittelt die aktuelle Gemischzusammensetzung, durch Messung des Restsauerstoffgehaltes im Abgas. Sie sitzt im Abgastrakt vor dem Katalysator. Bei OBD Fahrzeugen ist zur Kontrolle der Katalysatorfunktion eine zweite Lambdasonde hinter dem Kat verbaut.
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