theoretische Frage zum Kat
Hallo Motortalk-ler,
als ich letztens mal so in alten Unterlagen stöberte kam mir ein Bild unter die Finger, unzwar das eines exemplarischen Motors mit Katalysator. Grafisch ist dargestellt, dass die Abgase aus dem Motor durch den Katalysator ins Endrohr wandern. Jetzt ist dick vor dem Katalysator eine Regelsonde eingezeichnet und nach dem Kat eine Monitorsonde, beide verbunden mit der Motorsteuerung. So ist es ja auch üblich.
Meine Überlegung war nun, ob es nicht möglich ist, den Katalysator mit nur einer Sonde zu betreiben. Diese Überlegung begründet sich wie folgt:
Der Kat löst ja eine chemische Reaktion aus (oder beschleunigt sie) bei dem die schädl. NOx Bestandteile in Wasser und CO² umgewandelt werden. Die Regelsonde bestimmt nun das Gemisch, damit Lambda annährend 1 -> beste Katalysatorwirkung. Monitorsonde kontrolliert Anhand zusammensetzung von Abgas den Arbeitsvorgang.
Frage:
Ist es nicht möglich, den Katalysator nur mit der Monitorsonde zu betreiben? Wenn ich weiß, welche chemischen Reaktionen im Kat stattfinden und wie das Endergebnis aussehen muss, reicht es mir doch, das Endprodukt Wasser+CO² zu betrachten, da muss ich doch nicht wissen, was vor dem Kat passiert, oder?
Würde mich in dieser Hinsicht gerne mal vernünftig belehren lassen, warum es ausgerechnet 2 Sonden sein müssen.
Beste Antwort im Thema
Zitat:
Original geschrieben von Caravan16V
Der KAT ist in der Summe seiner Wirkungsweisen quasi eine Black Box.Zitat:
Original geschrieben von tacvbo
Ich hab immer noch nicht ganz gecheckt, warum der Kat unbedingt eine Regelsonde und eine Kontrollsonde (Monitorsonde) brauch, wenn doch die Kontrollsonde aufgrund von bekannten Kat-Parametern die Gemischregulierung vornehmen kann...
Im Katalysator sind saure Aluminiumoxide und/oder Zeolithe, welche unverbrannte Kohlenwasserstoffe zwischenspeichern. Ceroxide speichern hingegen Sauerstoff. Mit nur einer Nachkatsonde bekommst du lediglich ein zeitlich gefiltertes Signal, wieviel Sauerstoff gerade in den letzten paar Zyklen war. Die Vorkat-Sonde sieht das hingegen zeitnah und so kann die Motorsteuerung viel schneller und damit präziser regeln.
Im Detail am Beispiel: Luftmasse gerade 100g/s, Steuergerät fordert Lambda = 0.98 (fett) an. Schaut ins Kennfeld, findet eine Einspritzdauer von 10 ms. Spritzt 10ms ein, die Lambdasonde meldet aber "mager" als Sprungsonde bzw. 1.02 als Breitbandsonde. Also wird der Kurzzeittrim um 1-2% nach oben korrigiert und dann 10ms + 2% eingespritzt. Dadurch geht mehr Kraftstoff rein und es wird wieder geschaut, dass das Lambda endlich passt. Der Sauerstoffüberschuss aus dem letzten Fehlversuch wird temporär durch Ceroxid zwischengespeichert und in den nun folgenden Fettzyklen abgebaut. War dieser Zyklus tatsächlich fett, so baut sich gespeicherter Sauerstoff im Kat ab und es wird Kohlenwasserstoff absorbiert. Ist der Sauerstoffspeicher leer und/oder der Kohlenwasserstoffspeicher voll, so wird wieder auf mager umgestellt. Daher schwingt jede Lambdaregelung um Lambda=1 herum.
Ist der Katalysator ausgeglüht und der Sauerstoff kommt ungespeichert und zu schnell durch, so sieht die Monitorsonde diesen und kann dann den Fehler P0420 "catalyst efficiency below threshold " setzen. Du hast eine große Schwingung vor Kat und eine stark gedämpfte nach diesem. Zudem überwachen sich die Sonden gegenseitig und der Motor kann sicher sein, dass das Gemisch und damit die Abgastemperatur stimmt. Bei 200PS aus 2l nicht ganz unwichtig für Turbolader und Auslassventile.
Daher sieht man Fehler in der Gemischbildung wie Falschluft, undichte Turbolader oder Risse im Krümmer zuerst an den Adaptionswerten, denn diese sind ein Lernwert der Lambdaregelung. Stark positiv bedeutet, es muss praktisch mehr Kraftstoff rein wie im Kennfeld theoretisch erwartet worden ist, stark negativ ists genau umgekehrt.
Wenn ein einprägsames Beispiel hilfreich ist: Schmeiss aus einem Unternehmen alle "Controller" (Vorkatsonde) raus. Spart Geld, ne Menge sogar. Allerdings merkt dann der Vorstand erst beim Quartalsbericht (Nachkat), wenn was nicht ganz so läuft wie erwartet.
157 Antworten
Du bzw. die Leute, die dich in deinem 10% Märchen bestärken sind die Antwort schuldig, warum gerade der Kat beim Ottomotor 10% Mehrverbrauch verursachen soll. Nach P = V_punkt dp sind Strömungsverluste garantiert nicht die Ursache.
Wenn du dir Kolbengeschwindigkeiten aktueller Motoren ansiehst, sind diese bei typisch 19-19.5 m/s (bei Nenndrehzahl) angekommen. Egal ob mein Audi V6, der 2.0 TFSI oder ein BMW Reihensechser. Motorradmotoren mit 200PS/l ebenfalls, auch mit Kat. Der Audi R8 bzw. Porsche GT3 und BMW M3 mit sackteuren Rennmotoren haben incl. Kat zwischen 22 bis 25 m/s Kolbengeschwindigkeit bei Nenndrehzahl. Wenn du zusätzlich 10% Leistung gewinnen willst, so muss der Füllgrad um 10% ansteigen oder die Drehzahl bei gleichem Füllgrad um 10% hoch.
Bei Vollgas geht jeder Kat aus der Regelung heraus, da der Ottomotor mit Benzin befeuert bei Lambda 0.8 sein Leistungsmaximum hat. Das Leistungsmaximum ist aber nicht der Normalzustand. Für Abgasmessungen gibts daher den NEFZ Fahrzyklus. Ob das praxistauglich ist sei dahingestellt, aber der macht Emissionen verschiedener Fahrzeuge (vom Ford Fiasko über Golf bis zum GT3) vergleichbar. Emissionsgrenzwerte sind in absoluten Grenzen festgeschrieben, nicht relativ zum Verbrauch. Spritvernichter wie ein Cayenne, M3 oder R8 haben daher effizientere Abgasreinigungen wie Kleinwagen. Trotzdem Literleistungen um 100PS. Motorradmotoren (u.a. durch laxere Abgasnormen) kommen trotz Kat auf etwa 200PS/l. So einschränkend kann das Ding daher nicht sein.
Also, Butter bei die Fische: Haste außer einem "Hab meine Werkstatt gefragt und die haben genickt" ne belastbare Aussage oder willst du bei einem Sack heißer Luft bleiben?
Ich vermute mal, dass Johann noch nie einen Katalysator in der Hand hatte. Wenn ja, dann wäre ihm aufgefallen, dass man durch einen Katalysator von vorne nach hinten hindurchsehen kann, er besteht also in erster Linie aus Luft. Die Metallfolien dazwischen sind z.B. nur 0,05 mm dick. Der dadurch bedingte Abgasgegendruck liegt in der Größenordnung von 5 bis 15 mbar.
Der Blick durch einen Schalldämpfer seiner Abgasanlage würde Johann wahrscheinlich dazu veranlassen, sämtliche Dämpfer rauszuwerfen. Gesetzliche Grenzen zur Lärmbekämpfung?? Sch... egal.
Sein "Meister" hat seine Ausbildung wahrscheinlich in den 70er Jahren abgeschlossen.
@GaryK
Mich kannst Du mit Deinem Quatsch über den Kat nicht beeindrucken. Du schreibst hier teilweise auch schon über Leistungstuning, um die Verlustleistung durch den Kat auszugleichen. Der Kat ist technisch gesehen oder vom Umweltbewusstsein gesehen, nichts Halbes und nichts Ganzes! Der Gesetzgeber kann über die verschiedenen Abgaseinstufungen bei der KFZ-Steuer herrlich Geld machen. Ein Helmut Kohl hat es vorgemacht!
Wenn Du bei Deinem Auto heute E5 hast, sei glücklich. In 4 oder 6 Jahren wird es bestimmt E7 oder E8 geben und dann wirst Du mit Sicherheit über die KFZ-Steuer wieder richtig abgezockt oder kaufst ein neues Auto.
Übrigens, ich fahre schon seit längerer Zeit nur Dieselfahrzeuge. Der Wirkungsgrad gegenüber dem Benziner ist besser! Aus diesem Grund muss ich auch den Verarschungssprit E10 nicht tanken. Hinzu kommt auch noch, das der Mehrverbrauch durch den Oxydationskat beim Diesel geringer ist. Wenn wir schon beim Ökoquatsch sind, mein Autohersteller hat mir die Betankung durch Ökodiesel oder Biodiesel verboten. Es können Motorschäden wie beim Benziner durch E10 auftreten.
PS: Es wird immer Autofahrer geben, die sich restlos durch den Gesetzgeber verarschen lassen. Es gibt sogar Autofahrer die von der Annahme ausgehen, das sie in der heutigen Zeit E-Autos fahren müssen und sind dann richtig erstaunt, das ein defekter Akku 10000 bis 16000 Euro und mehr kosten kann.
Zitat:
Original geschrieben von Hitman47
Zitat:
Ja nicht ganz. Ein erwünschter Abgasgegendruck wird gerne bei Saugmotoren angestrebt um bei Teillast das Drehmoment anzuheben. Für die max. Leistungsausbeute ist dies aber nicht förderlich, da sollte der Abgasgegendruck immer nahe zu null sein.
Nur ist das bei einem Motor der im normalen Strassenverkehr bewegt wird komplett Irrelevant.Kein Motor der in einem strassenzugelassenen Kfz verbaut wird hat seinen oberste Priorität bei der Maximalleistung da diese Motoren zu 99% nie mit Maximalleistung betrieben werden.
Ein Bekannter machte mal vor vielen Jahren den Fehler seinen Motor auf maximale Leistung zu tunen. Er hat dann zwar gut 40% mehr Leistung rausbekommen aber dafür konnte er unter 4000 Umdrehungen nicht anfahren und bei 6500 war der Ofen wieder aus.
@ Johann 24
Früher bedeutet in dem Zusammenhang rund 20 Jahre in denen die Motorelektronik gewaltige Fortschritte gemacht hat,die der Abgasreinigung ebenso. Wenn die Autohersteller heute sagen der Motor hat zB 150PS hat er diese 150PS und wenn die Serienschwankung zu mehr führen würde sorgt das Motormanagement dafür das es bei dieser Leistung bleibt.😁 Vorbehaltlich dessen das einige gerne untertreiben damit ihre Modelle den Ruf bekommen besonders gut zu gehen. Wird von einigen Herstellern auch gerne für Testmodelle der Motorpresse angewendet. Die haben dann halt nicht 150PS sondern 160-170PS.
Zitat:
Bei Voll-Last geht der Kat aus der Regelung heraus, sonst keine 100% Leistung. Der Kat hält im Umweltschutz nicht das, was man erwartet hat.
Bei Vollast geht die Motorsteuerung aus dem Regelbereich raus um in erster Linie den Motor zu schützen da mit einem fetteren Gemisch die Abgastemperaturen gesenkt werden. Aber davon abgesehen ist es irrelevant wenn der Kat,der selbst übrigens komplett passiv arbeitet, bei Vollast nicht seine volle Wirkung hat da dieser Betriebszustand innerhalb der kompletten Betriebsstunden einen verschwindend kleinen Anteil hat. Mercedes hat mal bei einem Motor nach einem Skandälchen die Vollastanreicherung beim Spitzenmotor,war glaube ich der S600, abgeschafft und eine sagenhafte Leistungsminderung von ca 6PS gehabt was bei gut 300PS kaum ins Gewicht fällt sondern schlicht innerhalb der Meßtoleranz liegt.
@ Rael_Imperial
Zitat:
Sein "Meister" hat seine Ausbildung wahrscheinlich in den 70er Jahren abgeschlossen.
Nö, in den späten 80ern und vermutlich schraubt er überwiegend an Autos bis zu diesen Baujahren. Nur hat er dummerweise auch damals jegliche Weiterbildung eingestellt.
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Zitat:
@ Rael_Imperial
Zitat:
Original geschrieben von Sir Donald
Nö, in den späten 80ern und vermutlich schraubt er überwiegend an Autos bis zu diesen Baujahren. Nur hat er dummerweise auch damals jegliche Weiterbildung eingestellt.Zitat:
Sein "Meister" hat seine Ausbildung wahrscheinlich in den 70er Jahren abgeschlossen.
Ich hatte dem "Meister" freundlicherweise noch 10 Jahre Interesse und Weiterbildung zugestanden, damit er die ersten Kats noch mitbekommen hat 😁
Zitat:
Original geschrieben von Johann24
Mich kannst Du mit Deinem Quatsch über den Kat nicht beeindrucken.
Wenn man deine anderen Beiträge anschaut bist du so festgefahren in deiner Meinung das man dich eh nicht umstimmen kann. Frei nach dem Motto " ich habe meine festgefasste Meinung,bitte verwirren sie mich nicht mit Fakten"
Zitat:
Der Kat ist technisch gesehen oder vom Umweltbewusstsein gesehen, nichts Halbes und nichts Ganzes!
😁 Da kann man mal zustimmen. Wobei das Hauptproblem darin liegt das die Eurokratie mal wieder überzieht,denn Euro IV sorgt schon dafür das in Städten das Abgas sauberer ist als die angesaugte Luft was eigendlich ausreichen würde. Jede weitere Stufe ist an sich überflüssig.
Zitat:
Aus diesem Grund muss ich auch den Verarschungssprit E10 nicht tanken.
Dafür B7 und dessen Biospritanteil ist auch nicht hochwertiger,da muß man noch froh sein wenn Biodiesel als Biokomponente beigemischt wird.
Übrigens,wenn dein Auto jünger als ca 5 Jahre ist dürfte es einen Rußfilter haben und der ist eine Quelle der Freude,da waren die Anfangsprobleme des Kats gar nichts dagegen.
Zitat:
Original geschrieben von Sir Donald
Nö, in den späten 80ern und vermutlich schraubt er überwiegend an Autos bis zu diesen Baujahren. Nur hat er dummerweise auch damals jegliche Weiterbildung eingestellt.</blockquote>
Ich hatte dem "Meister" freundlicherweise noch 10 Jahre Interesse und Weiterbildung zugestanden, damit er die ersten Kats noch mitbekommen hat 😁
Ist vielleicht wie bei einem Ex-Kollegen und seinem Alfa 164 V6. Ständig Probleme owohl er bei einem Alfaspezialisten war. Kommentar eines Cousins der bei Fiat/Alfa arbeitet: Der Typ ist ein absoluter Fachmann,bis zu den Modellen der späten 70er. Aber bei neueren Modellen hat er keinen Plan mehr. Der hatte bis Anfang der 80er eine Vertragswerkstatt und ist quasi auf diesem Stand geblieben. Aber wenn man einen Alfa hatte der Älter war, je Älter desto besser, absolut die richtige Adresse.
Ein anderer Ex-Kollege hat die Kiste dann billag abgekauf, für einen guten 1000er in einer Alfawerkstatt reparieren lassen und dann ein paar Jahre ohne Probleme gefahren.
Ansonsten ist es aber oft sehr erschreckend wenn man mitbekommt welchen Mist selbst Kfz-Meister verzapfen und noch schlimmer fest von der Richtigkeit überzeugt sind.
Zitat:
Original geschrieben von Johann24
Mich kannst Du mit Deinem Quatsch über den Kat nicht beeindrucken.
Weils Du es nicht kapierst oder weil Du beratungsresistent bist?
Sorry, mir fehlt für so viel Stursinn echt das Verständnis.
@Sir Donald
Selbstverständlich hat jeder Autohersteller bei der Fertigung von Motoren eine gewisse Toleranzschwankung. Fehlende 6 PS auf 300 PS ist kein Thema in der Fertigung. Alle Benzin Kat Motoren sind in der heutigen Zeit eigentlich Magermixmotoren.
Ein 300 Ps Motor der bei 240 Km/h abgeregelt wird, ist dann selbstverständlich immer noch in der Magermixeinstellung. Ein Polo Motor wird bei 160 Km/h nicht abgeregelt und läuft voll auf fett!!!!
Zu Deiner Abregelung, raus aus der Fettregelung damit der Motor geschützt wird. Du meinst damit nicht etwa z. B. einen 60 PS Polo / VW Motor??? Dieser Motor wird mit Sicherheit auf der Autobahn nicht abgeregelt!!!!! Oder ist Dein Beispiel auf einen 300 PS Motor bezogen, wo das Fahrzeug über 240 Km/h läuft? Bei einigen dieser Fahrzeuge gibt es tatsächlich eine freiwillige Abregelung / Drosselung durch einige Hersteller. Mit Sicherheit nicht weil der Motor überdreht wird. Das Problem sind die Reifen!!! Ab 240 bis 250 Km/h gibt es vermehrte Reifenplatzer.
Meine Lehren ziehe ich aus meinen gemachten Erfahrungen. Dies hat nichts mit Unbelehrbarkeit zu tun. Bevor ich irgendwelche Produkte kaufe, informiere ich mich über die vorhandene Technik. Ganz einfach!
In all den Jahren wo ich Auto fahre, habe ich tatsächlich nur ein Auto gefahren, das mit einem Kat ausgestattet war. Einen Mazda MX6 - V6. Ohne Kat 180 PS, mit Kat 163 PS. Noch einmal in aller Deutlichkeit: ca. 17 PS Verlust durch den Kat! Auch in der heutigen Zeit wurde mir diese Verlustleistung durch den Kat durch Fachwerkstätten bestätigt.
Hätte ich die Blauäugigkeit (nicht nur auf den Kat bezogen) einiger Leute aus diesem Forum, dann hätte ich mit Sicherheit schon sehr viel Geld in den "Sand" gesetzt.
Zitat:
Meine Lehren ziehe ich aus meinen gemachten Erfahrungen.
Ist dir schonmal in den sinn gekommen, dass deine schlüsse die du aus deinen erfahrungen ziehst falsch sein könnten?
Zitat:
Original geschrieben von Johann24
Meine Lehren ziehe ich aus meinen gemachten Erfahrungen. Dies hat nichts mit Unbelehrbarkeit zu tun. Bevor ich irgendwelche Produkte kaufe, informiere ich mich über die vorhandene Technik. Ganz einfach!
Jo, beim Werkstattmeister um die Ecke 🙄
Ich sags jetzt mal deutlich, auch wenns vielleicht nicht nett ist. Ein Werkstattmeister hat traditionell von Katalyse, Thermodynamik und Strömungsmechanik ungefähr so viel Ahnung wie ein Hahn vom Eierlegen. Dein Beispiel mit dem Mazda MX6 ist ein Extrembeispiel, welches keinesfalls die Regel darstellt. Keine Ahnung, was die da fabriziert haben. Vielmehr spielten sich die Unterschiede in aller Regel im Bereich von wenigen PS ab.
Mercedes 190 ohne KAT: 105PS
Mercedes 190 mit KAT: 102PS
Differenz: 3PS = 3%
Mercedes 190E ohne KAT: 122PS
Mercedes 190E mit KAT: 118PS
Differenz: 4PS = 3.3%
Mercedes 190E 2.6 ohne KAT: 166PS
Mercedes 190E 2.6 mit KAT: 160PS
Differenz: 6PS = 3.7%
Opel Kadett 2.0-16V ohne KAT: 156PS
Opel Kadett 2.0-16V mit KAT: 150PS
Differenz: 6PS = 4%
... und das war vor 25 Jahren. Heute sind die Katalysatoren im Welten (!!) besser. Siehe die von GaryK angesprochenen Pumpverluste im Bereich von 0.3-0.5PS. Von Deiner Theorie mit den pauschalen 10% kannst Du also getrost Abschied nehmen.
Gruss
Jürgen
@Johann24:
Erschreckend wie wenig Ahnung du tatsächlich hast.
Werkstätten als Informationsquelle für Fahrzeugtechnik zu nutzen ist lächerlich 😁
Such dir ne Hochschule in deiner Nähe und frag mal an ob du dich in eine Vorlesung zu Fahrzeugtechnik mit rein setzen darfst.
Ich war vor kurzem in einer Vorlseung zu Otto-Motoren die von einem BMW Dr.-Ing. gehalten wurde.
Das war extrem interessant und aufschlussreich.
Zitat:
Selbstverständlich hat jeder Autohersteller bei der Fertigung von Motoren eine gewisse Toleranzschwankung. Fehlende 6 PS auf 300 PS ist kein Thema in der Fertigung. Alle Benzin Kat Motoren sind in der heutigen Zeit eigentlich Magermixmotoren.
So ein Schwachsinn.
Magermixmotoren sind die große Ausnahme, selbst unter den Direkteinspritzern.
Dabei bedacht das heute noch wenige DI Motoren auf den Strassen sind ist der Anteil verschwindend.
Für den Magermix brauchst du eine DI-Schichtladung und einen NOx Speicherkat, ich kenn jetzt spontan nur wenige Motoren, fast nur aus dem Hause Audi/VW. Inzwischen wird davon wieder abschied genommen, bringt weniger als erhofft.
@Johann
"Alle Benzin Kat Motoren sind in der heutigen Zeit eigentlich Magermixmotoren. "
Auch diese Aussage ist falsch, gleich auf zweierlei Arten:
(a) Schichtladung geht nur im Teillastbetrieb
(b) Schichtlader sind auf dem Rückzug, weil die Kats nicht dauerhaft stabil zu bekommen sind. Nicht überall wo FSI bei VW draufsteht ist auch ein Schichtlader drin.
Die Speicherkomponente für NOx ist Bariumnitrat, was leider durch im Kraftstoff befindlichen Schwefel zu Bariumsulfat abgebaut wird. Bariumsulfat ist das Pigment in weißer Wandfarbe, herrlich stabil und damit chemisch tot.
Ob das Konzept seinen Preis rechtfertigt sei dahingestellt. Viel Aufwand um marginal Sprit zu sparen, die BMW Foren sind voll mit Ärger über diesen Motortyp. Praktisch funktioniert Magermix nur bei sehr wenig Last. Niemand kauft einen 2l TFSI oder 335i um das Gaspedal nur zu streicheln. Ein kleinerer Motor mit klassisch homogener Verbrennung ist ganz klar wirtschaftlicher. Selbst 1l weniger Verbrauch sind über 100.000 km gerade mal 1600€ "wert". Schichtladung bringt praktisch gesehen ein paar zehntel Liter.
Technische Details siehe hier .
Zitat:
Original geschrieben von Johann24
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Alle Benzin Kat Motoren sind in der heutigen Zeit eigentlich Magermixmotoren.
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vollschrott !
Zitat:
Original geschrieben von Johann24
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Ein 300 Ps Motor der bei 240 Km/h abgeregelt wird, ist dann selbstverständlich immer noch in der Magermixeinstellung.
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Nochmal vollschrott !
Zitat:
Original geschrieben von Johann24
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Ein Polo Motor wird bei 160 Km/h nicht abgeregelt und läuft voll auf fett!!!!
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Wieder totaler Schrott !!!
Selbst mein FoFi regelt bei 170km/h ab weil er dann eine Drehzahl von 5500 U/min hat. Und dann läuft er auch abgemagert. Der hat nur 45PS. (gehabt)
Zitat:
Original geschrieben von Johann24
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Du meinst damit nicht etwa z. B. einen 60 PS Polo / VW Motor??? Dieser Motor wird mit Sicherheit auf der Autobahn nicht abgeregelt!!!!! ....
Da bist Du auf dem Holzweg. Das war mal vor 30 Jahren, wo das Getriebe an die Motorleistung angepasst wurde. Da war dann der Windwiderstand der Begrenzer. Jetzt wird elektronisch abgeregelt.
Zitat:
Original geschrieben von Johann24
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Wenn wir schon beim Ökoquatsch sind, mein Autohersteller hat mir die Betankung durch Ökodiesel oder Biodiesel verboten. Es können Motorschäden wie beim Benziner durch E10 auftreten.
....
Oh du armer Mensch !!!!
Zitat:
Original geschrieben von Johann24
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PS: Es wird immer Autofahrer geben, die sich restlos durch den Gesetzgeber verarschen lassen.
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Oder vom KFZ-Meister!
Gott sei Dank, dass ich in den lezten 15 Jahren in keiner Werkstatt mehr war!