Ist der Harley Katalysator nun geregelt oder ungeregelt?
Natürlich haben alle modernen HD Modelle Lambdasonden vor dem Katalysator. Das mag manch einen zu der (vorschnellen) Ansicht verleiten, es würde sich um ein geregeltes 3-Wege Kat System (G-Kat) handeln, wie man es seit Jahrzehnten aus dem Automobilbau kennt.
Was ist ein G-Kat?
Ein Katalysator kann nur dann wirksam arbeiten, wenn ihm ein optimales Abgasgemisch zugeführt wird. Dieses Gemisch entsteht, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis ziemlich genau bei einem Wert um Lambda 1 liegt. Bei diesem Wert wird exakt soviel Kraftstoff eingespritzt, wie auch an passender Sauerstoffmenge vorhanden ist. Die Verbrennung erfolgt also (theoretisch) vollständig. Jedes Benzinmolekül wird auch verbrannt. Dieser Optimalzustand wird von der Einspritzung mit Hilfe der Lambda-Sonde sichergestellt. Zur exakten Messung müssen die Sonden vor dem Kat sitzen. Der Kat ist also nur ein 'passives' Bauteil, das seine Arbeit machen kann, wenn vorher alles geregelt wurde. Siehe auch Wikipedia:
Fahrzeugkatalysator
Was passiert bei einer Harley?
Eben diese optimale Regelung des Gemischs machen die Harley Lambdasonden nicht. Was wir unter einem 3-Wege Kat verstehen ist, dass eine Lambdasonde in Echtzeit die Werte misst, und auch in Echtzeit sicherstellt, dass das Gemisch immer und jederzeit im Bereich zwischen Lambda 0.9 und 1 bleibt. Das entspricht einem AFR von 13,3 bis 14,6. Denn nur in diesem Bereich arbeitet der Kat überhaupt. Und seine Effizienz sinkt rapide, je weiter das Gemisch von Lambda 1 entfernt ist.
Die Harley Lambdasonden
Die Harley Lambdasonden arbeiten ganz und gar nicht in Echtzeit. Zunächst einmal ist die Messwertaufnahme sehr viel langsamer, etwa alle 2 sek einmal. Wenn man mal einen kleinen USB-Monitor vorne an den Lenker hängt und während der Fahrt die Motormesswerte sieht, dann erkennt man das ganz deutlich. Auch ein Lambda-Messgerät ist da ganz aufschlussreich, siehe auch Video in:
http://www.rbracing-rsr.com/rsrgauge.htm
Die Harley Lambdasonden selber sind vom "switching" Typ, und können sowieso nur Werte zwischen AFR 14.2 und AFR 14.8 erkennen. Siehe auch:
Weiterhin wird nicht etwa das Gemisch nachgeregelt, sondern über längere Zeit gemittelt die Adaptive Fuel Value Table (AFV) umgeschrieben, die für ganze Drehzahlbereiche Einspritz-Werte addiert/subtrahiert. Und nicht etwa für jede AFR-Table Zelle, deshalb ist es noch nichtmal ein Autotune Feature. Es gibt 24 AFV Zellen pro Zylinder, aber mehr als 4x soviele AFR Zellen, die für eine Korrektur in Frage kommen:
Die Gemischregelung
Zum anderen ist es keinesfalls so, dass das Gemisch von HD gewollt immer bei Lambda 1 ist. Zum Beispiel beim Beschleunigen, Abbremssen, Vollgas und weiteren "merkwürdigen" Fahrsituationen verändert die EFI das Gemisch in einen Bereich hinein, in dem der Kat gar nicht mehr arbeitet.
Die Lambdaregelung selber funktioniert auch nur im Teillastbereich bis etwa 3500 rpm. Wenn es "richtig zur Sache" geht, dann kann sich die EFi nicht mehr auf die (simplen) Lambdasonden verlassen. Da wird dann Drehzahl/Lastabhängig ein Gemisch mit AFR von 13,5 bis runter auf 12,5 eingespritzt. Damit der Motor schön kühl bleibt. Ein geregelter Kat würde dagegen bei so einem fetten Gemisch auf Dauer "verbrennen".
Für eine Echtzeitregelung muss der Motor zudem in jedem Moment wissen, wieviel Luft gerade eingesaugt wird. Deshalb wäre ein Luftmengenmesser notwendig, wie man ihn aus dem Automobilbau kennt. Heutzutage verwendet man einen Glühdraht-Luftmengenmesser. Aber dieser Luftmengenmesser ist zum einen voluminös, er wäre nur schlecht hinter dem Luftfilter zu "verstecken" (ausnahme die V-Rod mit der Tankattrappe).
Zum anderen würde bei den chaotischen Strömungsverhältnissen im Manifold ein Luftmengenmesser sowieso nicht funktionieren. Jedenfalls bei niedrigen Drehzahlen, die ja für eine Harley eher typisch sind. Die Harley EFI verlässt sich statt dessen auf eine vordefinierte (und hoffentlich passende) VE-Table, aus der zusammen mit dem Unterdruck im Manifold eine theoretische Luftmenge extrapoliert wird.
Dabei werden Lufttemperatur und barometrischer Druck korrigierend in die Rechnung einbezogen. Der dritte entscheidende Faktor, nämlich die Luftfeuchtigkeit, wird nicht gemessen. Ein Luftmengenmesser misst dagegen die tatsächliche Menge an Molekülen, und braucht deshalb keine weiteren Korrekturwerte.
Die Einspritzwerte der EFI sind sehr sehr nahe an den Magerbetrieb programmiert, es gibt praktisch keine Reserven. Der Abgastester beim TÜV staunt immer über die sehr guten Abgaswerte einer Serienharley. Das Lambdasonden System sorgt also nur dafür, dass die Maschine nicht durch unglückliche Umstände auf Dauer ZU MAGER läuft. Das wäre der Motoren GAU. Insbesonderen in dem Fall, dass enthusiastische Nutzer original Harley Zubehör wie den Heavy Breather anschrauben.
Das Harley EFI-Kat System ist demnach höchstens ein ungeregelter Kat mit Lambdasonden-Unterstützung.
Ein Frühlingstag macht noch keinen Sommer, und eine Lambdasonde macht noch keinen geregelten Kat.
Was sagt Harley Davidson?
Im Netz findet man immer einen Standardbrief von Harley Davidson zum Thema G-Kat. Ich habe diese Briefe von:
Street Bob Forum • Thema anzeigen - Arme Leute Tuning
"Hallo Herr ...,
die verbaute Lambdasonde vergleicht permanent den Restsauerstoffgehalt im Abgas mit dem Luftsauerstoffgehalt und leitet diesen Wert als analoges elektrisches Signal an das ECM, das zusammen mit anderen Kenngrößen daraus ein Steuersignal zur Gemischbildung erzeugt welches im Motor im allgemeinen in der Anpassung der Einspritzmenge mündet --- Lambdareglung).
Die Lambdareglung arbeitet im Teillastbereich dort sollte der Lambdawert bei 1 (optimal) liegen. Beim Beschleunigen wird die Lambdaregelung ebenso überbrückt wie im oberen Lastbereich.
Der Vorteil somit: im Teillastbereich den man ja meistens fährt findet eine optimale Verbrennung statt (optimales Luft-Kraftstoffverhältnis) ? somit weniger Schadstoffausstoß! "
"Sehr geehrter Herr ...,
alle Harley-Davidson Motorräder haben keinen 3 Wege Katalysator (auch G-Kat genannt).Unsere Fahrzeuge sind mit Lambdasonden ausgestattet die auch zur Abgasreglung beitragen , außerdem sind die Fahrzeug mit einem so genannten U-Kat ausgerüstet.Ab Modelljahr 2008 sind unsere Fahrzeuge zusätzlich mit einer aktiven Klappensteuerung ausgerüstet um der Euro3 Norm gerecht zu werden.
Die neueren Fahrzeuge die mit einem 3 Wege Kat ausgestattet sind besitzen in der Regel 2 Lambdasonden, vor und nach Kat (Lambdasonde & Monitorsonde).
Bei dem 3 Wege Kat (auch G-Kat genannt) findet die Oxidation von CO und HmCn sowie die Reduktion von NOx parallel zueinander statt: Es werden HmCn mit O2 zu CO2 und H2O oxidiert, CO mit O2 zu CO2 oxidiert und NOx mit CO zu N2, O2 und CO2 reduziert.
Bei einem U-kat wird lediglich der Abgasstrom durch einen im Aufbau ansonsten dem Drei-Wege-Katalysator ähnlichen platinbeschichteten Keramikblock geleitet."
Euro3
Um Euro3 Abgaswerte zu erreichen, braucht es offensichtlich auch keinen G-Kat, sondern es reicht die Ansaugklappe im Luftfilter. Diese ist wohl in den meisten neueren Modellen verbaut (aber nicht in denen, die ich gekauft haben.. ). Diese Klappe sitzt meist vorne am Luftfiltereinlass. Man kann diese Klappe mit einem Adapterstecker (Trickstecker) überbrücken und damit auf Daueroffen stellen. Mit dem TTS Mastertune lässt sich diese Mimik auch softwaremässig abschalten, genauso wie die Auspuffklappe.
Probleme anderer Hersteller
Andere Hersteller, die Euro3 mit einem echten G-Kat erreichen, bringen ihre Fahrer bei der Abgasprüfung immer wieder in echte Schwierigkeiten. Siehe zum Beispiel die Unmenge an "TÜV nicht bestanden" Meldungen von "begeisterten" BMW Fahrern:
1150 GS bei AU/HU durchgefallen! : BMW Motorrad
Ausfall der Lambdasonden
Wenn die Lambdasonde ausfällt, wird der Unterschied zwischen einer echten 3-Punkte Regelung und dem Harley System deutlich. Der Harley Motor fällt auf die einprogrammierten Werte der AFR und VE Tabelle zurück. Die liegen relativ nahe am zu erreichenden Wert von Lambda=1, sofern nix am Motorrad geändert wurde (Lufi, Auspuff). Man könnte die Abgasprüfung wahrscheinlich auch mit defektem Kat bestehen.
Ein System mit echtem G-Kat (siehe BMW) fällt völlig aus, die Abgaswerte gehen durch die Decke.
Haltbarkeit von Katalysatoren
Je nach Herstellungsland muss ein Katalysator nur 15.000 bis 30.000 km am Motorrad halten. Wenn danach die Abgaswerte nicht mehr stimmen, muss der KAT ausgetauscht werden. Weil er im Auspuff fest verschweisst ist, wird dann ein neuer Auspuff fällig. Hier ein interessantes Papier zu dem Thema:
© 2010, Peter Viczena
Natürlich haben alle modernen HD Modelle Lambdasonden vor dem Katalysator. Das mag manch einen zu der (vorschnellen) Ansicht verleiten, es würde sich um ein geregeltes 3-Wege Kat System (G-Kat) handeln, wie man es seit Jahrzehnten aus dem Automobilbau kennt.
Was ist ein G-Kat?
Ein Katalysator kann nur dann wirksam arbeiten, wenn ihm ein optimales Abgasgemisch zugeführt wird. Dieses Gemisch entsteht, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis ziemlich genau bei einem Wert um Lambda 1 liegt. Bei diesem Wert wird exakt soviel Kraftstoff eingespritzt, wie auch an passender Sauerstoffmenge vorhanden ist. Die Verbrennung erfolgt also (theoretisch) vollständig. Jedes Benzinmolekül wird auch verbrannt. Dieser Optimalzustand wird von der Einspritzung mit Hilfe der Lambda-Sonde sichergestellt. Zur exakten Messung müssen die Sonden vor dem Kat sitzen. Der Kat ist also nur ein 'passives' Bauteil, das seine Arbeit machen kann, wenn vorher alles geregelt wurde. Siehe auch Wikipedia:
Fahrzeugkatalysator
Was passiert bei einer Harley?
Eben diese optimale Regelung des Gemischs machen die Harley Lambdasonden nicht. Was wir unter einem 3-Wege Kat verstehen ist, dass eine Lambdasonde in Echtzeit die Werte misst, und auch in Echtzeit sicherstellt, dass das Gemisch immer und jederzeit im Bereich zwischen Lambda 0.9 und 1 bleibt. Das entspricht einem AFR von 13,3 bis 14,6. Denn nur in diesem Bereich arbeitet der Kat überhaupt. Und seine Effizienz sinkt rapide, je weiter das Gemisch von Lambda 1 entfernt ist.
Die Harley Lambdasonden
Die Harley Lambdasonden arbeiten ganz und gar nicht in Echtzeit. Zunächst einmal ist die Messwertaufnahme sehr viel langsamer, etwa alle 2 sek einmal. Wenn man mal einen kleinen USB-Monitor vorne an den Lenker hängt und während der Fahrt die Motormesswerte sieht, dann erkennt man das ganz deutlich. Auch ein Lambda-Messgerät ist da ganz aufschlussreich, siehe auch Video in:
http://www.rbracing-rsr.com/rsrgauge.htm
Die Harley Lambdasonden selber sind vom "switching" Typ, und können sowieso nur Werte zwischen AFR 14.2 und AFR 14.8 erkennen. Siehe auch:
Weiterhin wird nicht etwa das Gemisch nachgeregelt, sondern über längere Zeit gemittelt die Adaptive Fuel Value Table (AFV) umgeschrieben, die für ganze Drehzahlbereiche Einspritz-Werte addiert/subtrahiert. Und nicht etwa für jede AFR-Table Zelle, deshalb ist es noch nichtmal ein Autotune Feature. Es gibt 24 AFV Zellen pro Zylinder, aber mehr als 4x soviele AFR Zellen, die für eine Korrektur in Frage kommen:
Die Gemischregelung
Zum anderen ist es keinesfalls so, dass das Gemisch von HD gewollt immer bei Lambda 1 ist. Zum Beispiel beim Beschleunigen, Abbremssen, Vollgas und weiteren "merkwürdigen" Fahrsituationen verändert die EFI das Gemisch in einen Bereich hinein, in dem der Kat gar nicht mehr arbeitet.
Die Lambdaregelung selber funktioniert auch nur im Teillastbereich bis etwa 3500 rpm. Wenn es "richtig zur Sache" geht, dann kann sich die EFi nicht mehr auf die (simplen) Lambdasonden verlassen. Da wird dann Drehzahl/Lastabhängig ein Gemisch mit AFR von 13,5 bis runter auf 12,5 eingespritzt. Damit der Motor schön kühl bleibt. Ein geregelter Kat würde dagegen bei so einem fetten Gemisch auf Dauer "verbrennen".
Für eine Echtzeitregelung muss der Motor zudem in jedem Moment wissen, wieviel Luft gerade eingesaugt wird. Deshalb wäre ein Luftmengenmesser notwendig, wie man ihn aus dem Automobilbau kennt. Heutzutage verwendet man einen Glühdraht-Luftmengenmesser. Aber dieser Luftmengenmesser ist zum einen voluminös, er wäre nur schlecht hinter dem Luftfilter zu "verstecken" (ausnahme die V-Rod mit der Tankattrappe).
Zum anderen würde bei den chaotischen Strömungsverhältnissen im Manifold ein Luftmengenmesser sowieso nicht funktionieren. Jedenfalls bei niedrigen Drehzahlen, die ja für eine Harley eher typisch sind. Die Harley EFI verlässt sich statt dessen auf eine vordefinierte (und hoffentlich passende) VE-Table, aus der zusammen mit dem Unterdruck im Manifold eine theoretische Luftmenge extrapoliert wird.
Dabei werden Lufttemperatur und barometrischer Druck korrigierend in die Rechnung einbezogen. Der dritte entscheidende Faktor, nämlich die Luftfeuchtigkeit, wird nicht gemessen. Ein Luftmengenmesser misst dagegen die tatsächliche Menge an Molekülen, und braucht deshalb keine weiteren Korrekturwerte.
Die Einspritzwerte der EFI sind sehr sehr nahe an den Magerbetrieb programmiert, es gibt praktisch keine Reserven. Der Abgastester beim TÜV staunt immer über die sehr guten Abgaswerte einer Serienharley. Das Lambdasonden System sorgt also nur dafür, dass die Maschine nicht durch unglückliche Umstände auf Dauer ZU MAGER läuft. Das wäre der Motoren GAU. Insbesonderen in dem Fall, dass enthusiastische Nutzer original Harley Zubehör wie den Heavy Breather anschrauben.
Das Harley EFI-Kat System ist demnach höchstens ein ungeregelter Kat mit Lambdasonden-Unterstützung.
Ein Frühlingstag macht noch keinen Sommer, und eine Lambdasonde macht noch keinen geregelten Kat.
Was sagt Harley Davidson?
Im Netz findet man immer einen Standardbrief von Harley Davidson zum Thema G-Kat. Ich habe diese Briefe von:
Street Bob Forum • Thema anzeigen - Arme Leute Tuning
"Hallo Herr ...,
die verbaute Lambdasonde vergleicht permanent den Restsauerstoffgehalt im Abgas mit dem Luftsauerstoffgehalt und leitet diesen Wert als analoges elektrisches Signal an das ECM, das zusammen mit anderen Kenngrößen daraus ein Steuersignal zur Gemischbildung erzeugt welches im Motor im allgemeinen in der Anpassung der Einspritzmenge mündet --- Lambdareglung).
Die Lambdareglung arbeitet im Teillastbereich dort sollte der Lambdawert bei 1 (optimal) liegen. Beim Beschleunigen wird die Lambdaregelung ebenso überbrückt wie im oberen Lastbereich.
Der Vorteil somit: im Teillastbereich den man ja meistens fährt findet eine optimale Verbrennung statt (optimales Luft-Kraftstoffverhältnis) ? somit weniger Schadstoffausstoß! "
"Sehr geehrter Herr ...,
alle Harley-Davidson Motorräder haben keinen 3 Wege Katalysator (auch G-Kat genannt).Unsere Fahrzeuge sind mit Lambdasonden ausgestattet die auch zur Abgasreglung beitragen , außerdem sind die Fahrzeug mit einem so genannten U-Kat ausgerüstet.Ab Modelljahr 2008 sind unsere Fahrzeuge zusätzlich mit einer aktiven Klappensteuerung ausgerüstet um der Euro3 Norm gerecht zu werden.
Die neueren Fahrzeuge die mit einem 3 Wege Kat ausgestattet sind besitzen in der Regel 2 Lambdasonden, vor und nach Kat (Lambdasonde & Monitorsonde).
Bei dem 3 Wege Kat (auch G-Kat genannt) findet die Oxidation von CO und HmCn sowie die Reduktion von NOx parallel zueinander statt: Es werden HmCn mit O2 zu CO2 und H2O oxidiert, CO mit O2 zu CO2 oxidiert und NOx mit CO zu N2, O2 und CO2 reduziert.
Bei einem U-kat wird lediglich der Abgasstrom durch einen im Aufbau ansonsten dem Drei-Wege-Katalysator ähnlichen platinbeschichteten Keramikblock geleitet."
Euro3
Um Euro3 Abgaswerte zu erreichen, braucht es offensichtlich auch keinen G-Kat, sondern es reicht die Ansaugklappe im Luftfilter. Diese ist wohl in den meisten neueren Modellen verbaut (aber nicht in denen, die ich gekauft haben.. ). Diese Klappe sitzt meist vorne am Luftfiltereinlass. Man kann diese Klappe mit einem Adapterstecker (Trickstecker) überbrücken und damit auf Daueroffen stellen. Mit dem TTS Mastertune lässt sich diese Mimik auch softwaremässig abschalten, genauso wie die Auspuffklappe.
Probleme anderer Hersteller
Andere Hersteller, die Euro3 mit einem echten G-Kat erreichen, bringen ihre Fahrer bei der Abgasprüfung immer wieder in echte Schwierigkeiten. Siehe zum Beispiel die Unmenge an "TÜV nicht bestanden" Meldungen von "begeisterten" BMW Fahrern:
1150 GS bei AU/HU durchgefallen! : BMW Motorrad
Ausfall der Lambdasonden
Wenn die Lambdasonde ausfällt, wird der Unterschied zwischen einer echten 3-Punkte Regelung und dem Harley System deutlich. Der Harley Motor fällt auf die einprogrammierten Werte der AFR und VE Tabelle zurück. Die liegen relativ nahe am zu erreichenden Wert von Lambda=1, sofern nix am Motorrad geändert wurde (Lufi, Auspuff). Man könnte die Abgasprüfung wahrscheinlich auch mit defektem Kat bestehen.
Ein System mit echtem G-Kat (siehe BMW) fällt völlig aus, die Abgaswerte gehen durch die Decke.
Haltbarkeit von Katalysatoren
Je nach Herstellungsland muss ein Katalysator nur 15.000 bis 30.000 km am Motorrad halten. Wenn danach die Abgaswerte nicht mehr stimmen, muss der KAT ausgetauscht werden. Weil er im Auspuff fest verschweisst ist, wird dann ein neuer Auspuff fällig. Hier ein interessantes Papier zu dem Thema:
© 2010, Peter Viczena