Kfz Katalysatoren / Lambdasonde. Von Kordula Hurka & Boris Fritz

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1 Kfz Katalysatoren / Lambdasonde Von Kordula Hurka & Boris Fritz

2 Gliederung Historisches Abgase - Zusammensetzung Benzin - Verbrennungsprodukte - Schadstoffe Katalyse - Aufbau - Reaktion im KAT - Arten von Kfz Katalysatoren Lambdasonde - Aufgabe - Aufbau - Funktion Einsatzgebiete Quellen

3 Historisches Erfindung des Otto-Motors von N. A. OTTO 1897 Erfindung des Dieselmotors von Rudolf DIESEL 1960 er Beginn der Forschung an Automobil-Katalysator Erste ungeregelte Katalysatoren 1976 Erfindung der Lambdasonde von BOSCH

4 Zusammensetzung Benzin - Kohlenwasserstoffe mit 5-10 Kohlenstoffatomen pro Molekül -Siedebereich von 30 C 200 C - Verschiedene weitere Zusätze (z.b. MTBE zur Klopffestigkeitserhöhung) - max. 150mg/kg Schwefel

5 Verbrennungsprodukte von Benzin - Idealisierte Verbrennung: C8H ,5 O2 8 CO H2O - Ungefiltertes Abgas: Stoff Vol. % CO 2 87,6 CO 10,3 NO x 0,6 SO 2 0,06 C x H y 1,07

6 Abgasvolumen auf 100km bei 7 Liter Kraftstoffverbrauch Stoff CO 2 Volumen [L] 7422,3 CO 872,7 NO x SO 2 50,8 5,1 C x H y 90,7 Summe 8441,6

7 Entstehung der Schadstoffe und Wirkung Kohlenstoffmonoxid: C O - Sauerstoffmangel bei Verbrennung von KW (Schwelbrand) 2 C8H ,5 O 2 16 CO + 9 H2O - hemmt Sauerstofftransport der roten Blutkörperchen

8 Entstehung der Schadstoffe und Wirkung Stickoxide: NO X: N2O, NO, N2O 3, NO 2, N2O 4, N2O5 - Oxidation von Stickstoff aus der Luft: N + 2 O 2 NO Saurer Regen: 2 NO 2 + H2O HNO 3 + HNO2

9 Entstehung der Schadstoffe und Wirkung Schwefeldioxid: - Oxidation von Schwefel mit Sauerstoff: S + O SO Saurer Regen: 2 SO 2 + O 2 SO3 SO 3 + H2O H2SO4

10 Aufbau eines 3-Wege-Katalysators -Wabenstruktur aus Keramik - poröse Al 2 O 3 Schicht - Edelmetall Katalysatoren (Platin, Palladium, Rhodium)

11 Reaktionen im Katalysator Oxidation: Platin / Palladium 2 CO + O 2 CO Pt / Pd 2 2 CH + O CO + H O Pt / Pd Reduktion: Rhodium Rh 2 CO + 2 NO 2 CO 2 + N2

12 Ungeregelter / geregelter 3-Wege-Katalysator - Katalysegrad stark abhängig vom Sauerstoffgehalt - Keine Steuerung bei ungeregelten KAT (Anfänge) - Steuerung durch Lambdasonde bei geregelten KAT

13 Einschub: Unterschied Benzin/Diesel C-Kettenlänge Dichte [kg/m 3 ] Siedepunkt [ C] Zündtemperatur [ C] Motorzündung Benzin Zündkerze Diesel Selbstzünder

14 Diesel-Oxidations-Katalysator - Sauerstoffüberschuss im Abgas - keine Reduktion von NOx möglich - wiederholte Verbrennung des Abgases - Nachteil: Verlust von Motorleistung

15 NOx Speicherkatalysator (Diesel) - NOx Bindung durch Barium im Katalysator (Ba(NO 3 ) 2 ) - bei erreichter Kapazität, weniger O 2 -Zufuhr (ca. 2 sec) - Reduktion von NOx zu N 2 - Nachteil: SO 2 führt zu Vergiftung von Barium (BaSO 4 )

16 SCR (Selektive katalytische Reduktion) - Einspritzung von 32,5%ige Harnstofflösung ( Adblue ) - Hydrolyse: CH N O + H O 2NH + CO Urease Reduktion von NOx: NH + NO N + H O 3 X Verhältnis 1/25

17 Aufgabe der Lambdasonde - misst und steuert den Luftgehalt im Abgas λ = (aktuelles Luft/Kraftstoffgemisch) (ideales Luft/Kraftstoffgemisch) - befindet sich zwischen Verbrennungsraum und KAT

18 Aufbau - Lambdasonde ist direkt im Abgasrohr verbaut - in Kontakt mit Außenluft und Abgas

19 Funktion Spannungssprung = Regelsignal

20 Funktion O 2 diffundiert von Umgebung ins Abgas (Konzentrationsunterschied) U RT p ' 4 F p'' O 2 = *ln O 2

21 Feststoffelektrolyt -ZrO 2 liegt als Flourit-Struktur vor -beim Abkühlen: kubisch tetragonal monoklin - Volumenänderrung mechanische Spannungen - Dotierung mit Yttrium (4-8%), stabilisiert eine Struktur

22 Feststoffelektrolyt - Dotierung ist für die O 2 Leitfähigkeit verantwortlich - Zirkon: Oxidationsstufe +4 (ZrO 2 ) - Yttrium: +3 (Y2O3) Sauerstofflehrstellen

23 Einsatzgebiete der Lambdasonde -Heizungsanlagen (Öl, Gas, Feststoffe (Holz)) - Sa

24 Quellen - Allgemeine und Anorganische Chemie, BINNEWIES

25 Wir bedanken uns für die Aufmerksamkeit