Katalysator

Aufbau

Der Fahrzeugkatalysator besteht aus mehreren Komponenten. Als Träger dient ein temperaturstabiler Wabenkörper aus Keramik, der mit einer Vielzahl dünnwandiger Kanäle durchzogen ist. Auf dem Träger befindet sich der so genannte Washcoat. Er besteht aus sehr porösem Aluminiumoxid (Al2O3) und dient zur Vergrößerung der Oberfläche sowie aus Sauerstoffspeicherkomponenten wie z.B. Ceroxid. Durch die hohe Oberflächenrauhigkeit wird eine sehr große Oberfläche realisiert (bis zu mehrere tausend Quadratmeter). In dem Washcoat sind die katalytisch aktiven Edelmetalle eingelagert. Bei modernen Abgaskatalysatoren sind dies die Edelmetalle Platin, Rhodium und Palladium. Der keramische Träger ist mithilfe spezieller Matten in einem metallischen Gehäuse, dem so genannten Canning, gelagert. Das Canning ist fest im Abgasstrang des Fahrzeuges verbaut und besitzt zum Teil weitere Anschlussmöglichkeiten für z. B. der Lambdasonden.

Wirkungsweise

Die Wirkungsweise beruht auf katalytischen Reaktionen. Die Aufgabe des Fahrzeugkatalysators ist die chemische Umsetzung der Verbrennungsschadstoffe Kohlenwasserstoffe (HmCn), Kohlenstoffmonoxid (CO) und Stickoxide (NOx) zu Kohlenstoffdioxid (CO2), Wasser (H2O) und Stickstoff (N2) durch Oxidation bzw. Reduktion. Je nach Betriebspunkt des Motors und bei optimalen Betriebsbedingungen können Konvertierungsraten nahe 100 % erreicht werden.

Je stärker der Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren optimiert wird, desto höher ist die Verbrennungstemperatur, denn der Wirkungsgrad η einer Wärmekraftmaschine ist stets kleiner (1 - Tmin/Tmax). Bei hohen Verbrennungstemperaturen entstehen jedoch zunehmend mehr Stickoxide NOx, die beispielsweise maßgeblich an der Bildung von Sommersmog beteiligt sind. Durch ständige Weiterentwicklung der Katalysatortechnologie wird die Wirkungsweise der Katalysatoren an die geänderten Motoremissionen angepasst.

Drei-Wege-Katalysator

Bei einem Drei-Wege-Katalysator finden die Oxidation von CO und HmCn sowie die Reduktion von NOx parallel zueinander statt. Voraussetzung dafür ist ein konstantes Luft-Kraftstoff-Gemisch im stöchiometrischen Verhältnis (λ = 1) von 14,7 Gramm Luft pro Gramm Benzin-Kraftstoff. Für Ethanol-Kraftstoff gilt zum Beispiel das Verhältnis 9:1. Der Drei-Wege-Katalysator kann nur bei Fahrzeugen mit Ottomotor und Lambdaregelung eingesetzt werden.