Dreiwege-Katalysator Anordnung/Aufgabe/Aufbau/Funktion

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Aufgabe

 Verringerung der Schadstoffkomponenten

– Kohlenmonoxid (CO)

– Kohlenwasserstoff (HC)

– Stickoxide (NOx) im Abgas

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

Aufbau

Der Katalysator besteht aus einem doppelwandigen (Isolation) Edelstahlgehäuse und dem Träger (keramischer Monolith) mit der eigentlichen katalytischen Schicht.

1 Monolith

2 Drahtgeflecht

3 Isolierung

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Keramische Monolithen sind Keramikkörper, die von mehreren tausend kleinen Kanälen durchzogen sind. Diese werden vom Abgas durchströmt. Die Keramik besteht aus einem hochtemperaturfesten Magnesium-Aluminium-Silikat.

Der auf Spannungen äußerst empfindliche Monolith ist, gebettet in ein elastisches Metallgeflecht aus hochlegierten Stahldrähten, im Edelstahlgehäuse befestigt.

Beschichtung

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

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

Der in einem Katalysator enthaltene Edelmetallgehalt beträgt je nach Größe und Bauform ca. 1–3 Gramm.

1 Trägerkörper: Keramik

4 Beschichtung: Platin, Rhodium

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Funktion

Die Abgase durchströmen den Katalysator und kommen dabei mit den Edelmetallen (Platin, Rhodium) in Kontakt. Durch Oxidation werden Kohlenmonoxid (CO) in Kohlendioxid (CO2) und Kohlenwasserstoffe (HC) in Wasser (H2O) und Kohlendioxid umgewandelt. Durch Reduktion werden die Stickoxide (NOx) in Stickstoff (N2) und Kohlendioxid umgewandelt.

A vor dem Katalysator

B nach dem Katalysator

C Schadstoffausstoß

D λ=Luftverhältnis

f fettes Gemisch

m mageres Gemisch

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.

Ideale Betriebsbedingungen für hohe Umsetzungsraten und
eine lange Lebensdauer herrschen im Temperaturbereich von
ca. 400–800 °C. Durch Fehlfunktion des Motors, z. B. Zündaussetzer, kann die Temperatur des Katalysators auf über 1400 °C steigen. Solche Temperaturen führen zur Zerstörung des Katalysators durch Schmelzen des keramischen Monolithen. Eine weitere Voraussetzung für den zuverlässigen Langzeitbetrieb, ist die ausschließliche Verwendung von bleifreiem Kraftstoff. Bleiverbindungen überlagern die aktive Oberfläche und verhindern den Kontakt der Gase mit der katalytischen Schicht.