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Katalysator

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Die “Umwelt-Offensive 1991”
Katalysatoren am Motorrad

Nachdem der geregelte Katalysator beim PKW seit über einem Jahrzehnt Standard ist und die Bundesregierung inzwischen laut darüber nachdenkt, den Steuersatz auch beim Motorrad nach Schadstoffausstoß zu staffeln, stellt sich die Frage nach der Umweltfreundlichkeit des Motorrads. Hierzu muss man zunächst wissen, welche Bestandteile das Abgas enthält und was diese Stoffe bewirken.

  • Kohlenmonoxyd (CO): Hochgiftig, entsteht durch unvollständige Verbrennung. Oxydiert an der frischen Luft zu relativ harmlosen Kohlendioxyd (CO2), dem Gas, das der Mensch ausatmet.
    Vom Verkehr verursacht: 65%.
  • Schwefeldioxyd (SO2): Gas, das bei Verbrennung fossiler Brennstoffe entsteht. SO2 ist stark pflanzenschädigend und maßgeblich am sauren Regen beteiligt. Auf seine Entstehung kann seitens der Konstrukteure kein Einfluss genommen werden.
    Vom Verkehr verursacht: 3,4%.
  • Stickoxyde (NOx): Sammelbezeichnung für Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen. Sie bilden in Verbindung mit Wasser pflanzenschädigende Salpetersäure. Wichtig: NOx wird gerade von verbrauchsoptimierten Motoren verstärkt emittiert !
    Vom Verkehr verursacht: 55%.
  • Kohlenwasserstoffe (CH): Entstehen bei unvollständiger Verbrennung und durch Verdampfen im Kraftstoffsystem. Besonders gesundheitsschädlich; nach Reaktion mit NOx und Einwirkung von Sonnenlicht pflanzenschädigend.
    Vom Verkehr verursacht: 39%.
  • Blei (Pb): Hochgiftiges Schwermetall, das sich im menschlichen Körper ablagert und nicht abgebaut wird. Wurde dem Kraftstoff als Klopfbremse und Verschleissschutz für Ventilsitze beigemischt.

Einfach ist die Frage nach dem Blei zu beantworten, das seit Jahren als Kraftstoffzusatz nicht mehr verwendet wird. Frühe K100-Modelle, die noch nicht uneingeschränkt bleifrei-tauglich sind, können mit Benzinzusatzstoffen gefahren werden, die den gewünschten Verschleißschutz für die Ventilsitze bieten. Als Klopfbremse wird Blei ohnehin nicht mehr benötigt, da die beim Superbenzin früher üblichen 98 Oktan heute bei Super Plus zur Verfügung stehen.

Prinzipiell bringt die K100 vom ersten Modell an ideale Voraussetzungen für saubere Verbrennung mit: eine elektronische Einspritzanlage, eine Schubabschaltung und eine vollelektronische Zündung an einem modernen Motor. Und so können sich auch die Abgaswerte durchaus sehen lassen. Die damals gültige Euronorm für PKW unterbot eine serienmäßige K100 bei weitem. Nach der damals üblichen FTP75-Messung sah das Ergebnis so aus (alle auf dieser Seite genannten Daten bedeuten Ausstoß in Gramm/Kilometer Fahrstrecke):

NOx

CO

CH

BMW K100

0,26

7,90

1,70

Euro-Norm PKW

2,90

10,62

2,50

US-Norm PKW

0,60

2,10

0,25

Für Kalifornien rüstete BMW 1983 die K100 mit zahmeren Nockenwellen aus (Öffnungswinkel 254 statt 284 Grad). Die Ventilüberschneidung wurde durch die Nockenwellen ebenfalls reduziert. Das Ergebnis: nur noch 80 PS, dafür ein wesentlich gesteigertes Drehmoment. Bei ähnlicher Beschleunigung verbesserte sich der Durchzug im großen Gang, der Testverbrauch sank von 7,0 auf 6,5 Liter. Die Abgaswerte, ermittelt nach der FTP75-Messung (wie oben):

NOx

CO

CH

BMW K100

0,28

4,60

1,30

Langfristig war jedoch eine Abgasreinigung der einzig gründliche Weg. War BMW schon bei der Einspritzanlage einer der Vorreiter (lediglich Kawasaki mit den DFI-Modellen hatte etwas Vergleichbares, und auch heute, 21 Jahre danach, kommen die meisten Motorräder noch mit Vergasern daher), so war man mit der „Umweltoffensive Motorrad“ 1991 gar weltweit der erste Anbieter eines geregelten Kats am Motorrad. Dieser G-Kat konnte für die K100RS 16V und die K1 geordert werden. Die Zweiventiler konnten per Auspufftausch auf ungeregelten Kat umgerüstet werden. Natürlich wurden die späteren 1100er-Modelle ebenfalls mit G-Kat angeboten, die 1200er sogar serienmäßig mit Doppel-G-Kat.

Bild links: Üblicherweise verdeckt die Fußrastenplatte den Blick auf die Lambdasonde. Gut erkennbar ist auf diesem Foto, dass der Katalysator dieser K1 noch vor der Sonde sitzt. Direkt hinter den Auspuffkrümmern ist sichergestellt, dass der Kat die zur Umwandlung notwendigen Temperaturen möglichst frühzeitig erreicht.

Worin unterscheiden sich beide Varianten ? Nun, zunächst einmal gibt es keinen „geregelten“ Kat. Ein Katalysator ist ein zylindrisches Teil aus Metall. Sein Inneres weist eine Wabenstruktur auf, das Abgas durchströmt den Kat über viele tausend Kanäle. Die Oberfläche der Kanäle, mit Edelmetall hauchdünn beschichtet, ist größer als ein Fußballfeld. Durch Nachoxydation der Abgase am Edelmetall werden Stickoxyde, Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxyd erheblich verringert.

Daraus ergibt sich, dass hier nichts „geregelt“ werden kann. Allerdings arbeit der Kat am effizientesten, wenn er genau das richtige Luft-Kraftstoff-Gemisch zur Nachverbrennung erhält. Dieses Verhältnis, Lambda=1 genannt, besteht aus 1 Gewichtsanteil Kraftstoff und 14 Teilen Luft. Und genau hier setzt die Regelung ein. Eine sogenannte Lambdasonde, in unserem Fall hinter dem Kat eingebaut und zur besseren Wirksamkeit beheizt, misst permanent die Abgaszusammensetzung. Bei Abweichungen wird die Motronic der Vierventiler aktiv und verändert sofort das Gemisch. Darum sind die Werte der G-Kat-BMW nochmals erheblich verbessert (Achtung: neuere Messnorm !):

NOx

CO

CH

BMW K100 G-Kat

0,08

1,60

0,30

Aktuelle Norm (Euro 1, nach ECE-R 40.01)

0,30

13,00

3,00

EU-Vorschlag ab 2003 (Euro 2, nach ECE-R 40.01)

0,30

5,50

1,20

Somit unterbietet die G-Kat-BMW die aktuelle Norm noch um 70-90% und die für 2003 vorgeschlagenen EU-Norm noch um rund 75%. Ein schönes Ergebnis für ein zehn Jahre altes Motorrad ! Leider verhindern geänderte Messverfahren direkte Vergleiche mit der Kat-losen K100. Übrigens verläuft die Leistungskurve der Katversion praktisch deckungsgleich mit der Version ohne Kat.

Noch einmal zum Zweiventiler: die ältere LE-Jetronik verhindert laut BMW leider die Regelung. Der ungeregelte Kat ist aber immerhin Partner einer Einspritzanlage, die das Gemisch auch ohne Lambdasonde recht gut dosiert; wesentlich genauer jedenfalls, als dies ein mechanischer Vergaser im 21. Jahrhundert schafft. Es wäre daher falsch, den U-Kat als nutzlos abzutun. Zwar ist er weniger effektiv als der „große Bruder“, dennoch wird das Abgasniveau einer K100 mit U-Kat wohl nur von wenigen Motorrädern unterboten. Die Firma ProTerra, die z.B. über Hein Gericke ungeregelte Kats zur Nachrüstung für viele Motorräder anbot, schränkte schon vor Jahren ein, dass der Kat nur in Verbindung mit einer relativ mageren Motoreinstellung Sinn macht. Ein Vergaser ist jedoch nur recht grob einstellbar und wird magere Abstimmung mit unruhigem Motorlauf ahnden. Anders die Einspritzanlage, deren Gemisch an alle möglichen und unmöglichen Rahmenbedingungen angepasst wird.

Wer heute eine K mit einem Kat nachrüsten möchte, kann dies problemlos tun -wenn man denn bereit ist, EUR 700,- für einen Auspuff mit ungeregeltem Kat oder EUR 1300,- plus Montage für den G-Kat-Satz zu bezahlen.