Auto-Katalysator: Zweck, Funktion und Störungen

El Katalysator eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor ist dafür verantwortlich, die schädlichen Gase zu reduzieren, die bei der Verbrennung des Kraftstoffs entstehen. Eigentlich ist sein voller Name Katalysator und es gibt mehrere Haupttypen, je nachdem, ob sie für Diesel oder Benzin bestimmt sind.

Wir erzählen Ihnen ihre Geschichte, wofür sie sind, wie sie funktionieren und wie viel sie kosten. Zusätzlich zu den Symptomen, die auf einen Fehler im Katalysator hinweisen.

Kurze Geschichte des Katalysators

Der erste Prototyp eines Katalysators für diese Zwecke wurde in Frankreich entwickelt und war zuerst patentiert von Eugene Houdry. Dieser Maschinenbauingenieur gründete in den Vereinigten Staaten die Firma Oxy-Catalyst, die zuerst entwickelt wurde Katalysatoren für Schornsteine ​​u später für Gabelstapler, die ein minderwertiges bleifreies Benzin verwendet. Später entwickelte er einen Katalysator für Automobile, den er 1956 patentieren ließ.

Nach den Verbesserungen der Engelhard Corporation, die ihren Höhepunkt erreichten in 1973, erschien der erster Katalysator für die Massenproduktion. Bis 1975 hatte fast jedes Auto in den Vereinigten Staaten einen eingebaut, um den Vorschriften der Environmental Protection Agency zu entsprechen.

Seitdem die Katalysatoren haben sich sowohl in der Effektivität als auch in der Effizienz verbessertbis hin zu Varianten wie Selective Reduction Catalysts (SCR) mit AdBlue. Diese dienen zwar als Add-On und schließen den konventionellen Katalysator nicht aus.

Wofür ist der Katalysator?

Ein Katalysator reduziert die in einem Verbrennungsmotor erzeugten schädlichen Gase. Ohne sie wären wir viel stärker den folgenden schädlichen Gasen ausgesetzt:

• Mit einem reichhaltige Mischung (mehr Brennstoff als Luft) kommt es zu einer unvollständigen Verbrennung, wodurch Folgendes entsteht:
  • Unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC): sind krebserregend und reizen die Atemwege und Augen. Was die Umwelt betrifft, können sie sauren Regen und photochemische Dämpfe erzeugen.
  • Kohlenmonoxid (CO): In niedrigen Dosen verursacht es Kopfschmerzen, Kurzatmigkeit und Koordination, Schwindel, Reizbarkeit, Verwirrtheit und Gedächtnislücken. In hohen Dosen führt es zum Tod, ohne dass die betroffene Person es merkt, daher wird es als stiller Killer bezeichnet.
• Mit einem magere Mischung (mehr Luft als Brennstoff) Stickoxide entstehen, die durch die Formel dargestellt werden NOx. Sie haben krebserzeugende Varianten und verursachen Reizungen der Atemwege und in der Folge bronchopulmonale Erkrankungen und Atembeschwerden.

Wie funktioniert ein Katalysator?

Einsatz von Materialien im Katalysator

Ein Katalysator funktioniert dank Metallen wie Platin, Rhodium, Zirkonium oder Palladium, die katalytische Eigenschaften haben. Das heißt, die Fähigkeit, eine chemische Reaktion zu beschleunigen. Jedes ist einer anderen Art von Schadgas gewidmet:

• El Platinum beschleunigt die Oxidation von unverbrannten Kohlenwasserstoffen, um sie in Kohlendioxid und Wasser umzuwandeln. Die chemische Formel lautet wie folgt: CxH2x+2 + [(3x+1)/2] O2 -> xCO2 + (x+1) H2O.
• El Rhodium beschleunigt die Reduktion von Stickoxiden zu Stickstoff und Sauerstoff: 2NOx -> xO2 + N2 und die Oxidation von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid: 2CO + O2 -> 2CO2. Sie werden auch verwendet Zirkonium o Palladium, die billiger, aber weniger effizient sind.

Sonstiges Katalysatormaterial nicht vergessen. Diese Metalle sind auf einer keramischen Struktur aus angeordnet Cordierit, der die hohen Temperaturen der Abgase unterstützt.

Katalysatorform

Wie Sie sehen können, verwendet der Katalysator bestimmte Metalle im festen Zustand, um Gase umzuwandeln. Was zu einem Hindernis führt: Wie kann man ein Gas so weit wie möglich mit diesen Materialien in Kontakt bringen, ohne zu viel Geschwindigkeit zu verlieren? Aus diesem Grund ist die keramische Struktur des Katalysators als Matrix mit Längskanälen ausgebildet. Ein ähnliches System wie Brennstoffzelle für Wasserstoffautos die übrigens auch Platin als Katalysator verwendet. Allerdings ist bei ihm die Verteilung des Gases viel feiner, mit einer viel komplizierteren Struktur.

Diese Längskanäle ermöglichen es den Gasen, ohne zu langes Anhalten zu passieren, aber mit so vielen Wänden wie möglich in Kontakt zu kommen. Daher haben sie mehr als 70 Röhren pro cm2.

Darüber hinaus verwenden moderne Autos oft zwei oder sogar drei Katalysatoren, um schädliche Gase so weit wie möglich zu eliminieren, um die Euro 6- (zum Zeitpunkt dieses Artikels) und Euro 7-Umweltschutzvorschriften im Jahr 2025 zu erfüllen.

Diese Katalysatormatrix wird von einem Hitzeschild und einer Metallschicht umhüllt. Andernfalls könnte die darin gespeicherte Hitze das Fahrzeug oder die Flächen, auf denen es geparkt ist, beschädigen. Ohne sie könnte leicht ein Feuer ausbrechen.

Die Arbeitstemperatur eines Katalysators

Damit Metalle mit katalytischen Eigenschaften ihre maximale Effizienz erreichen, muss ein herkömmlicher Katalysator sein über 500ºC. Aus diesem Grund befindet sich normalerweise mindestens einer der Katalysatoren des Motors in der Nähe des Auspuffkrümmer des Motors, wo die Gase noch eine sehr hohe Temperatur haben.

Dank diesem der Katalysator wird vorher erhitzt und es dauert weniger Zeit, schädliche Gase zu beseitigen. Wenn wir sehen könnten, wie ein Katalysator durch seine Schutzschichten arbeitet, würden wir das sehen Die Keramikmatrix und die darin enthaltenen Metalle sind glühend heiß.

Wenn Sie dies wissen, werden Sie das verstehen Ein kalter Motor setzt schädlichere Gase frei als eine, die schon eine Weile läuft. Anekdotisch musste sich Toyota bei der Entwicklung des mit diesem Emissionsproblem auseinandersetzen Prius. Das Abschalten des Verbrennungsmotors zugunsten des Elektromotors führte dazu, dass der Katalysator in vielen Fällen nicht die richtige Betriebstemperatur erreichte. Aus diesem Grund mussten sie ein System entwickeln, das die Wärme des Verbrennungsmotors auf anderem Wege zum Katalysator transportiert.

Katalysator eines Benzinautos

Diese Katalysatoren sind in der Regel Dreiwegkatalysatoren. Das heißt, sie haben die drei oben beschriebenen katalysierenden Systeme: Platin z unverbrannte Kohlenwasserstoffe entfernen und Rhodium, Zirkonium oder Palladium z NOx entfernen und CO.

Dies ist so, weil Benzinmotoren setzen weniger NOx frei als die Diesel und der Katalysator allein kann sie reduzieren Genügend. Obwohl modernere Autos aufgrund von Fortschritten in der Schadstoffbekämpfung andere Arten von Katalysatoren haben können.

Katalysator eines Dieselautos

In Dieselmotoren sind herkömmliche Katalysatoren bidirektional. Das heißt, sie kümmern sich nur um die Entfernung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und CO. Das NOx wurde in den Händen von Gasrückführungssystemen wie dem belassen AGR-Ventil, die sie in die Brennkammer zurückbrachte, um vollständig zu verbrennen.

Es gibt auch die NOx-Speicherkatalysator, das eine wichtige Rolle im Kampf der Systeme spielt, um Diesel noch sauberer zu machen und zukünftige Emissionsgrenzwerte einzuhalten, die noch strenger sein werden als jetzt. Es ist hinter dem Oxidationskatalysator und dem Partikelfilter platziert und hat eine spezielle Schicht, die Stickoxide aus den Abgasen auffängt.

Beim NOx-Speicherkatalysator werden zwei unterschiedliche Betriebsweisen unterschieden: Im Normalbetrieb (Lambda > 1) wird NO zunächst zu NO2 oxidiert und reichert sich dann im Katalysator unter Bildung von Nitrat (NO3) zu einem Oxidalkali an Metall (z. B. Bariumoxid).

Genauso wie Partikelfilter Die eigentliche Herausforderung für den NOx-Speicherkatalysator ist die regeneración, also die periodische Entleerung des Akkumulators. Für die Speicherregeneration müssen ölige Bedingungen in den Abgasen geschaffen werden (Lambda < 1). Unter diesen Betriebsbedingungen ist so viel Reduktionsmittel (Kohlenmonoxid, Wasserstoff oder verschiedene Kohlenwasserstoffe) vorhanden, dass die Nitratbindung schlagartig gelöst und der Edelmetallkatalysator in ungiftigen Stickstoff (N2) umgewandelt wird. Die Ladedauer beträgt je nach Einsatzort ca. 30 bis 60 Sekunden und die Regeneration dauert zwischen 1 und 2 Sekunden.

Viele Temperatur- und Drucksensoren sind erforderlich, um die Notwendigkeit einer Regeneration zu erkennen. Der Katalysator Speicher kann NOx-Emissionen um bis zu 85 % reduzieren.

Aber die aktuelle Dieselfahrzeuge sie haben auch eine SCR-Katalysator (selektiver Reduktionskatalysator). Es wird mit dem Zusatz von verwendet AdBlue, das ist nichts anderes als Harnstoff, der in die Abgase gesprüht wird, bevor sie diesen Katalysator erreichen. Dies löst eine chemische Reaktion aus, die NOx viel effizienter als ältere Systeme in N2 und H2O zerlegt.

Katalysatorfehler und ihre Symptome

Am meisten Ausfälle eines Katalysators sind auf ein früheres Problem im Motor zurückzuführen. Zum Beispiel überschüssiger Kraftstoff in der Abgasanlage (zu fettes Gemisch) durch schlechte Zündkerzen, falsches Timing oder beschädigte Lambdasonde. Dies führt dazu, dass der Katalysator eine zu hohe Temperatur erreicht, wodurch metallische Komponenten schmelzen und die Keramikmatrix bricht.

Es kann auch vorkommen, dass Öl oder Frostschutzmittel in die Abgasanlage gelangt, aufgrund beschädigter Dichtungen, Versiegelungen usw Ventile verdorben bzw Kolbenringe getragen. Dies verursacht die Ansammlung von Ruß im Katalysator.

Die Symptome eines defekten Katalysators  sind:

• Geruch nach faulen Eiern verursacht durch den Schwefel im Benzin, der sich bei der Verbrennung in Schwefelwasserstoff umwandelt. Da die Umwandlung von Gasen aufgrund eines beschädigten Katalysators nicht stattfindet, gelangt der Schwefelwasserstoff nach außen.
• Verlustleistung, weil die Abgasanlage teilweise durch den Katalysator behindert wird. Wenn diese Blockierung darauf zurückzuführen ist, dass die Materialien schmelzen und brechen, müssen Sie den Katalysator ersetzen und den Motorfehler ermitteln, der ihn verursacht hat. Wenn es nur durch Schmutz blockiert ist, können Sie versuchen, es zu reinigen.
• Abgastest fehlgeschlagen. Unnötig zu erklären, weil der Katalysator keine schädlichen Gase umwandelt und der Test zeigt, dass er nicht funktioniert. In Spanien ist es die Technische Fahrzeuginspektion (ITV).

• rasselndes Geräusch unter dem Auto, wenn es im Leerlauf oder in Bewegung ist. Sie wird durch Teile der zerbrochenen Keramikmatrix im Inneren des Katalysators verursacht, die durch die Abgase bewegt werden. Seien Sie vorsichtig, denn wenn diese Teile den Schalldämpfer erreichen, kann das Auspuffsystem stärker verstopft werden.
• Verbrauchserhöhung. Dies ist kein Symptom für einen schlechten Katalysator, sondern ein Symptom für ein fettes Kraftstoffgemisch, das dazu neigt, den Katalysator zu beschädigen. Deshalb ist es ein Symptom, das berücksichtigt werden muss.
• Motorfehlerlampe an. Wenn die Sensoren des Fahrzeugs feststellen, dass die Gasumwandlung nicht ordnungsgemäß erfolgt, schaltet das Steuergerät diese Warnleuchte ein. Obwohl es auch für viele andere Fehler dient, ist es ein Symptom, das an sich nicht auf einen Ausfall des Katalysators hinweist. Sie können das Auto an ein OBD-Lesegerät anschließen, um zu sehen, welchen Fehlercode es registriert hat, um zu wissen, was das spezifische Problem ist.

Achten Sie auf Verstopfungen in der Abgasanlage, weil sie die Temperatur des Auspuffkrümmers und anderer Rohre erhöhen und viel schwerwiegendere Schäden am Auto verursachen können.

Obwohl Motorschäden die häufigste Ursache für Katalysatorausfälle sind, gibt es auch Modelle, bei denen aufgrund von Konstruktions- oder Herstellungsfehlern immer wieder Katalysatorprobleme auftreten.

Der Preis eines Katalysators

Wie Sie im gesamten Artikel gesehen haben, gibt es verschiedene Arten von Katalysatoren. Daher können die Preise von Modell zu Modell stark variieren. Das Ersetzen eines Katalysators durch einen neuen ist jedoch in der Regel der Fall zwischen dem 600 und dem 1.000 Euro für Personenkraftwagen. In jedem Fall kann diese Zahl höher sein, wenn neben dem herkömmlichen Katalysator weitere Katalysatoren beteiligt sind.

También existieren Universalkatalysatoren zu einem guten Preis kompatibel mit verschiedenen Modellen. Obwohl Sie auch sicherstellen müssen, dass es den Euro-Vorschriften entspricht, die Ihr Auto hat und ist homologiert. Dann empfehlen wir, die Montage von einem Fachmann durchführen zu lassen, da es sich um ein empfindliches Element handelt.

Bilder – Frankieleon, Riley Kaminer, Duurzaam Bedrijfsleven, Gonzalo Malpartida