Katalysatortechnik (1)

Teil 1:  Einführung in die Katalysatortechnik  Adaptionsmöglichkeiten bei VW-Motoren  Angebotsübersicht für luftgekühlte VW-Boxermotoren zum Teil 2:  Steuersätze  Für die Zulassung einzuhaltende Abgasgrenzwerte  Lohnt sich die Nachrüstung finanziell?  Voraussetzungen für eine Kat-Nachrüstung  Einführung unverbleiter Kraftstoffe  Literatur zum Teil 3:  Erfolg der Katalysatornachrüstung in Deutschland

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Einführung in die Katalysatortechnik

Wirkung des Katalysators: 
Der 3-Weg-Katalysator mit Lambda-Regelung stellt derzeit das wirkungsvollste Mittel zur Abgasnachbehandlung dar. Die Rohemissionen des Verbrennungsmotors werden mindestens um den Faktor 10 reduziert. Der Katalysator beschleunigt die chemische Umsetzung (Reaktion) von 90% der Abgaskomponenten Stickoxide (NOx), Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffe (HC) in Kohlendioxid (CO2), Stickstoff und Wasserdampf (H2O). Voraussetzung ist, daß der Motor mit einem konstanten Kraftstoff/Luft-Gemisch von 14,7 Liter Luft zu einem Liter Kraftstoff betrieben wird, d. h. es darf weder eine Anfettung (Vollast) noch eine Abmagerung (Teillast) stattfinden, um eine optimale Abgasqualität zu erreichen. Der Anteil schadstoffreduzierter Pkw mit Ottomotor lag in Deutschland 1997 bei rund 85% des Gesamtbestandes, davon waren 63% der Fahrzeuge mit geregeltem Katalysator ausgerüstet. Bis zum Jahr 2000 wird eine über 90%ige Verbreitung der Katalysatortechnik erwartet. Eine Voraussetzung für den Betrieb des Katalysators ist die Verwendung von unverbleitem Kraftstoff. 

Aufbau: 
Der Träger der eigentlichen Edelmetall-Reaktionsschicht ist in der Regel ein gesinterter Monolith aus Keramik mit einer sehr großen Oberfläche, die durch die Porosität des Materials erreicht wird (ca. 8000 Kanäle über den Querschnitt). Darauf ist eine Zwischenschicht aus Aluminiumoxid aufgebracht (Wash-Coat). Für hochbelastete Motoren, die einen geringen Abgasgegendruck (= geringer Leistungsverlust) aufweisen sollen werden auch metallische Träger verwendet (Käfer-Cup-Fahrzeuge). Die aktive Katalysatorschicht auf der Zwischenschicht besteht aus 1 bis 3 Gramm der Edelmetalle Platin, Rhodium oder Palladium, die jedoch sehr bleiempfindlich ist. Zum Schutz dieser Schicht dürfen Fahrzeuge mit Katalysatoren nur bleifreies Benzin tanken. Der Katalysatorträger ist vibrationssicher und temperaturisoliert in einem Blechgehäuse, ähnlich einem Auspufftopf gelagert. 

Der Katalysator sollte motornah montiert sein, um beim Kaltstart schnell auf seine Betriebstemperatur von mindestens 250 °C zu kommen. Maximale Temperaturen von 1100 °C werden vom Keramikträger verkraftet.  Bei hohen Temperaturen beschleunigt sich jedoch die Alterung des Katalysators durch Verschluß der Poren und Verkleinerung der aktiven Fläche. 

Lamda-Regelung: 
Im Regelkreis Gemischbildung-Motor-Lambdasonde-Steuergerät mißt die Lambdasonde den Restsauerstoffgehalt im Abgasrohr. Im Steuergerät wird daraus das Kraftstoff/Luft-Verhältnis (Lambda) berechnet. Zur Einhaltung von Lambda=1 (Definition siehe oben) kann entweder die Menge des eingespritzten Kraftstoffes (Einspritzanlage notwendig) oder die Luftmenge variiert werden. Das Kraftstoff/Luft-Verhältnis kann durch Zusatzluft, die am Vergaser vorbeigeleitet wird beeinflußt werden. Diese Technik erlaubt auch die Regelung von Vergasermotoren wie sie beispielsweise von der Fa. P. Wurm, Stuttgart für die Nachrüstung entwickelt wurde. Dieses Verfahren macht die Nachrüstung von Vergasermotoren erst wirtschaftlich vertretbar, da keine Einspritzanlage nachgerüstet werden muß.

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Adaptionsmöglichkeiten bei VW-Motoren

Bauform "M" 
Serienlösung des aktuellen Mexiko-Käfers: 
Die Abgasrohre aus den Zylinderköpfen werden zu einem Rohr vor dem Kat zusammengefaßt. Der Kat befindet sich in einem querliegenden Auspufftopf, der unter einem gewölbten Heck-Abschlußblech angebracht wird. Diese Möglichkeit läßt jedoch eines der beiden Käfer-Auspuffendrohre überflüssig werden. 
Der Serien-Mexiko-Motor verfügt über eine Multipoint-Einspritzanlage mit Einspritzventilen in den Ansaugrohren. 

Bauform "A" 
Querliegender Katalysator an Vergasermotoren, z.B. HJS-Kat 2000, siehe Bilder unten. 
 

HJS-Kat 2000 mit Steuergerät (links) /13/

Motor mit HJS-Kat

Bauform "B" 
Zwei Katalysatoren querliegend unter flachem Abschlußblech, siehe Bild. 
 

 

Bei dieser Lösung werden die Abgasrohre aus den Zylinderköpfen hinter dem Motor je einem kleinen Katalysator zugeführt. Ein gewölbtes Abschlußblech ist in der Regel nicht erforderlich. Nach den Katalysatoren kreuzen sich die Abgasrohre und münden in die serienmäßigen Endrohre. Es erfolgt eine luftseitige Regelung des Kraftstoff-/Luftgemisches wie unter Bauform "A" beschrieben. 

Bauform "C" 
Zwei Katalysatoren neben den Zylinderköpfen: 
Diese Lösung mit zwei Katalysatoren in Fahrzeuglängsrichtung kommt nur für 24,5 PS oder 30 PS-Motoren mit alter Heizung (keine Frischluftheizung) in Frage. Die beiden Kats liegen optisch unauffällig neben den Zylinderkopfdeckeln. Die Regelung des Kraftstoff-/Luftgemisches erfolgt ebenfalls luftseitig. Für die Zuführung der Sekundärluft werden am Ansaugrohr rechts und links in der Nähe der Zylinderkopfflansche Schlauchanschlüsse angebracht. 
  
Bauform für VW 181 
Der Typ 181 ist prinzipiell für den Einbau von Käfer-Kat-Anlagen geeignet. Näheres zu der von HJS hergestellten Auspuffanlage mit querliegendem Katalysator findet sich beim VW-Kübel-Club.

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Angebotsübersicht

Die Tabelle erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Die Reihenfolge der Firmen ist willkürlich gewählt. Sie wird in Abständen aktualisiert. Für die Richtigkeit der Angaben, insbesondere die Aktualität der Kosten kann keine Garantie übernommen werden. Die Zuteilung der G-Kat-Plakette wird mit allen Systemen erreicht.

Mehr über Steuersätze, Typschlüsselnummern und unter welchen Bedingungen sich eine Nachrüstung bei Käfer lohnt erfahren Sie im 2. Teil... 

Über den Stand der Katalysatornachrüstung in Deutschland gibt der 3. Teil Auskunft. 

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