Dreiwege-Katalysator Bauteilbeschreibung

P49.10-2426-81

Dargestellt Motor 272.963 rechte Zylinderreihe

158 Katalysator

G3/4 O2-Sonde rechts, vor KAT

G3/6 O2-Sonde rechts, nach KAT

Anordnung

Motornah im vorderen Teil der Auspuffanlage angeordnet.

Aufgabe

Verringerung folgender Schadstoffe im Abgas:

 Kohlenmonoxid (CO)

 Kohlenwasserstoff (HC)

 Stickoxide (NOx).

P49.10-2419-76

Aufbau Katalysator (schematisch)

1 Keramischer Monolith

2 Drahtgeflecht (Einbettung)

3 Doppelwandiges Gehäuse (Isolierung)

4 Trägerschicht (Washcoat) mit Beschichtung aus Platin und Rhodium

In jedem Katalysator befinden sich je zwei keramische Monolithe mit je ca. 600 Zellen. Diese werden vom Abgas durchströmt. Die Keramik besteht aus hochtemperaturfestem Magnesium-Aluminium-Silikat.

Die auf Verspannungen äußerst empfindlich reagierenden Monolithe sind in ein elastisches Metallgeflecht aus hochlegierten Stahldrähten gebettet und in einem doppelwandigen Edelstahlgehäuse befestigt.

Keramische Monolithe benötigen eine Trägerschicht aus Aluminiumoxid (Al2O3), den sogenannten "Washcoat", der die wirksame Fläche des Katalysators um den Faktor 7000 vergrößert.

Die auf die Trägerschicht aufgebrachte wirksame katalytische Schicht besteht bei Dreiwege-Katalysatoren hauptsächlich aus Platin und Rhodium.

Platin beschleunigt die Oxidation von Kohlenwasserstoffen (HC) und Kohlenmonoxid (CO) und Rhodium die Reduktion der Stickoxide (NOx).



Aufgrund seiner Eigenschaft, drei Schadstoffkomponenten gleichzeitig zu verringern, wird die Bezeichnung "Dreiwege-Katalysator" verwendet.

P49.10-2420-76

A Abgas ungereinigt

B Abgas gereinigt

F Fettes Gemisch

M Mageres Gemisch

λ Lambda (Kraftstoff-Luftverhältnis)

Abgaskomponenten:

CO Kohlenmonoxid

CO2 Kohlendioxid

H2O Wasser

HC Kohlenwasserstoff

N2 Stickstoff

NOX Stickoxide

Funktion

Die Abgase durchströmen den Katalysator und kommen dabei mit den Edelmetallen Platin und Rhodium in Kontakt.

 Durch Oxidation werden Kohlenmonoxid (CO) in Kohlendioxid (CO2) und Kohlenwasserstoffe (HC) in Wasser (H2O) + Kohlendioxid (CO2) umgewandelt.

 Durch Reduktion werden die Stickoxide (NOx) in Stickstoff (N2) + Kohlendioxid (CO2) umgewandelt.

Entscheidend für die Umwandlung der Schadstoffe ist der Restsauerstof́fgehalt im Abgas. Er wird durch die Lambda-Regelung bestimmt und im Normalbetrieb bei λ=1 gehalten.

Betriebsbedingungen

Wie bei der O2-Sonde spielt auch beim Katalysator die Betriebstemperatur eine sehr wichtige Rolle. Eine nennenswerte Konvertierung (Umwandlung) der Schadstoffe setzt erst ab einer Betriebstemperatur von ca. 250 °C ein. Durch die motornahe Anordnung, die luftspaltisolierten Auspuffkrümmer und durch Gemischanreicherung wird die Temperatur nach dem Start schnell erreicht.

Ideale Betriebsbedingungen für hohe Umsetzungsraten und eine lange Lebensdauer herrschen im Temperaturbereich von

ca. 400 bis 800 °C.

Durch Fehlfunktion des Motors, wie z. B. Zündaussetzer, kann die Temperatur des Katalysators auf über 1400 °C steigen. Solche Temperaturen führen zur Zerstörung des Katalysators durch Schmelzen der keramischen Monolithe.

Eine weitere Voraussetzung für den zuverlässigen Langzeitbetrieb ist die ausschließliche Verwendung von bleifreiem Kraftstoff. Bleiverbindungen überlagern die aktive Oberfläche und verhindern so den Kontakt der Abgase mit der katalytischen Schicht.



Wird bei Direkteinspritzung im Schichtbetrieb mit Luftüberschuss gefahren, kann der Katalysator die Stickoxide nicht ausreichend umwandeln. Es werden zusätzliche NOX-Speicherkatalysatoren erforderlich.