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Wissenswertes über den Katalysator im Auto

Wie funktioniert ein Katalysator? Wie ist er aufgebaut? Welche Arten gibt es? Wie langen hält er?

Den Begriff kennen sicherlich die meisten Menschen und wissen auch, dass sich Katalysatoren in Autos befinden. Wenn man aber fragt, welche Aufgabe er genau hat und wie er aufgebaut ist, dann könnte es sein, dass viele darauf nicht sehr ausführlich antworten können. Diesem Wissens-Defizit möchten wir hier einmal etwas auf die Sprünge helfen.

Grundsätzlich: Ein Katalysator sorgt dafür, dass schädliche Bestandteile der Abgase von einem Verbrennungsmotor in unschädliche Gase umgewandelt werden. Er gehört zum modernen Abgasreinigungssystem von Otto- als auch Dieselmotoren.

Diesel Oxidationskatalysator mit nachgeschaltetem Rußfilter - Bild: Depositphotos.com

Die Funktion kurz erklärt

Ein Katalysator soll schädliche Abgasbestandteile von Verbrennungsmotoren mit Hilfe einer chemischen Reaktion in unschädliche Gase umzuwandeln.

Wie ist eine Katalysator aufgebaut?

Der Katalysator hat ein Edelstahlgehäuse. Innen befindet sich ein keramischer (Monolith) Träger oder ein metallischer (Metalith). Dieser Träger liegt in der Längsrichtung und ist durchzogen von einigen kleinen Kanälen. Damit soll eine möglichst große Oberfläche geschaffen werden, damit der Katalysator eine bestmögliche Wirkung erzielt. Die Oberfläche des Trägers besteht aus einer hochporösen Schicht (Wash-Coat). In dieser Schicht sind Edelmetalle (Palladium, Platin und/oder Rhodium) eingebettet.

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Welche Arten von Katalysatoren gibt es?

Man unterscheidet drei unterschiedliche Katalysatoren:

Der Drei-Wege-Katalysator

Der Drei-Wege-Katalysator wird in Ottomotoren verwendet. Während der Betriebstemperatur werden/wird unverbrannte Kohlenwasserstoffe durch Oxidation  in Kohlendioxid und Wasserdampf, Kohlenmonoxid in Kohlendioxid und Stickoxide durch Reduktion in Stickstoff und Sauerstoff verwandelt. Alle drei Vorgänge laufen im Katalysator gleichzeitig ab. Deshalb nennt man ihn auch Drei-Wege-Katalysator.

Um seine Wirkung voll entfalten zu können, benötigt ein Drei-Wege-Katalysator eine bestimmte Abgaszusammensetzung. Es muss dann gleichviel Sauerstoff freigesetzt werden, wie zur Oxidation der Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxids benötigt wird. Das passiert dann, wenn ein Teil des Kraftstoffes mit 14,7 Teilen Luft vermischt sowie im Motor verbrannt wird.

Wirkungsweise des Keramik-3-Wege-Katalysator - Bild: Europa Lehrmittel

Der Austausch-Katalysator für Euro 3- / Euro 4-Fahrzeuge mit einer europäischen On-Board-Diagnose

Kurz nennt man sie EOBD-fähige Katalysatoren. Besonders alle neueren Fahrzeuge haben eine EOBD. Ebenso sind normalerweise die neuen Generationen von Diesel-Fahrzeugen mit dieser EOBD-Funktion ausgestattet. Die Aufgabe der EOBD besteht darin, während des Fahrens alle abgasrelevanten Bauteile sowie Sensoren zu kontrollieren. Es können Fehlfunktionen festgehalten und ausgelesen werden Diese werden dann dem Fahrer zum Beispiel über eine Warnlampe (MIL) angezeigt.

Der Oxidationskatalysator

Grundsätzlich arbeiten Dieselmotoren mit einem großen Luftüberschuss. Deshalb haben sie in den Abgasen einen hohen Sauerstoffanteil. Katalysatoren in Dieselmotoren oxidieren zwei unterschiedliche Stoffe. Das Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid und die Kohlenwasserstoffe zu Kohlendioxid sowie Wasserdampf.

Thema Sicherheit

Wenn es sich um Katalysatoren handelt, die mit Keramik-Monolithen arbeiten, werden zum Fixieren des Trägers sogenannte „Lagermatten“ eingesetzt. Der Katalysator wird so vor Stößen geschützt und es werden Abgas-Nebenströme abgedichtet. Es wurden bisher oft feine Keramikfasern verwendet, wo man vermutet, dass sie krebserregend seien. Für eine höhere Umweltverträglichkeit wurde eine sogenannte „grüne Matte“ eingeführt. Diese kann zwei Eigenschaften besitzen:

Sie besteht entweder aus biolöslichen Fasern, welche schnell in Körperflüssigkeiten aufgelöst werden, damit sie keinen Schaden im Organismus verursachen, oder sie können aufgrund der Größe nicht in die Lunge gelangen.

Wie lange halten Katalysatoren?

Katalysatoren durchlaufen einen natürlichen Alterungsprozess. Sie haben eine Lebensdauer von durchschnittlich 80.000 bis 100.000 Kilometern. Die im normalen Fahrbetrieb vorkommenden hohen Temperaturen (bis über 800 Grad) und eine mechanische Belastung durch Vibrationen, tragen dazu bei. Dadurch kann die edelmetallhaltige Beschichtung mit der Zeit verloren gehen. Alte Kats sind oft noch einiges wert und man kann sie zum Beispiel über einen Kat Ankauf einfach loswerden und noch zu Geld machen.

Keramikträger von Katalysatoren altern und können auch zerstört werden. - Bild: depositphotos.com

Auch beim Überfahren von Hindernissen kann der Katalysator aufsetzen und das kann zu einer frühzeitigen Alterung führen. Die folgenden Faktoren tragen ebenso dazu bei:

Die Katalysatorvergiftung

Wenn ein Motor zu viel Öl verbrennt, können sich die darin enthaltenen Additive auf der Katalysatoroberfläche ablagern und diese dann versperren. So können die Abgase nicht mehr an die Edelmetalle gelangen und der Katalysator verliert so seine Funktion.

Auch das Fahren von Kurzstrecken kann zu einer Katalysatorvergiftung führen. Aber der Katalysator kann in solchen Fällen durch längere Autobahnfahrten wieder regeneriert werden.

In der Vergangenheit kam es durch verbleites Benzin zu Vergiftungen. Das kann heutzutage nur noch durch das Tanken im Ausland passieren. Wenn man das verhindern will, sollte man bleifreien Kraftstoff tanken.

Wie kann es zum Schmelzen des Katalysators kommen?

Mögliche Fehler in der Zünd- oder Gemischaufbereitungs-Anlage können einen Grund dafür sein, dass ein unverbranntes Luft/Kraftstoff-Gemisch in den Katalysator gerät und auf der Oberfläche des Katalysators verbrennt. Dabei können die Temperaturen im Katalysator auf über 1000 Grad steigen und der Katalysatorträger wird so zerstört. Deshalb sollte man Störungen an der Zündung oder Gemischaufbereitung unverzüglich in einer Fachwerkstatt beheben lassen.

Zum Thema Umweltschutz

Wenn es sich um moderne Abgasnachbehandlungssysteme handelt, tragen diese viel zu einer spürbaren Verbesserung der gesundheitlichen Bedingungen bei. Durch die zunehmende Verschärfung der nationalen sowie internationalen Emissions- und Immissionsvorschriften wird eine weitere Optimierung der motorischen Maßnahmen nötig. Dazu müssen aufwendige Abgas-Nachbehandlungssysteme für die Erfüllung der Grenzwerte eingesetzt werden.

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