Avtomobilski katalizator: čemu služi, delovanje in napake

El katalizator vozila z motorjem z notranjim izgorevanjem je odgovoren za zmanjšanje škodljivih plinov, ki nastanejo pri zgorevanju goriva. Pravzaprav je njegovo polno ime katalizator in obstaja več glavnih vrst, odvisno od tega, ali so za dizel ali bencin.

Povemo vam njihovo zgodovino, čemu služijo, kako delujejo in koliko stanejo. Poleg simptomov, ki razkrivajo, da je prišlo do napake v katalizatorju.

Kratka zgodovina katalizatorja

Prvi prototip katalizatorja za te namene je bil razvit v Franciji in je bil prvi patentiral Eugene Houdry. Ta strojni inženir je v ZDA ustanovil podjetje Oxy-Catalyst, ki je prvo razvilo katalizatorji za dimnike in pozneje za viličarje, ki je uporabljal nizko kakovosten neosvinčen bencin. Kasneje je razvil katalizator za avtomobile, ki ga je leta 1956 patentiral.

Po izboljšavah korporacije Engelhard, ki so dosegle vrhunec en 1973, se je pojavila prvi katalizator, namenjen množični proizvodnji. Do leta 1975 je imel skoraj vsak avto v Združenih državah vgrajenega v skladu s predpisi Agencije za varstvo okolja.

Od takrat so katalizatorji se izboljšujejo tako glede uspešnosti kot uspešnosti, do različic, kot so selektivni redukcijski katalizatorji (SCR), ki uporabljajo AdBlue. Čeprav se ti uporabljajo kot dodatek, ne izključujejo običajnega katalizatorja.

Za kaj je katalizator?

Katalizator zmanjša škodljive pline, ki nastajajo v motorju z notranjim zgorevanjem. Brez tega bi bili veliko bolj izpostavljeni naslednjim škodljivim plinom:

• Z bogata mešanica (več goriva kot zraka) pride do nepopolnega zgorevanja, kar povzroči:
  • Nezgoreli ogljikovodiki (HC): so rakotvorne in dražijo dihalne poti in oči. Kar zadeva okolje, lahko ustvarijo kisli dež in fotokemične hlape.
  • Ogljikov monoksid (CO): v majhnih odmerkih povzroča glavobol, težko dihanje in koordinacijo, omotico, razdražljivost, zmedenost in vrzeli v spominu. V velikih odmerkih povzroči smrt, ne da bi se prizadeti tega zavedal, zato ga imenujejo tihi morilec.
• Z pusta mešanica (več zraka kot goriva) nastanejo dušikovi oksidi, ki jih predstavlja formula NOx. Imajo rakotvorne različice in povzročajo draženje dihalnih poti ter posledično bronhopulmonalna stanja in težave z dihanjem.

Kako deluje katalizator?

Uporaba materialov v katalizatorju

Katalizator deluje zahvaljujoč kovinam, kot so platina, rodij, cirkonij ali paladij, ki imajo katalitične lastnosti. To je sposobnost pospeševanja kemične reakcije. Vsak je namenjen različni vrsti škodljivih plinov:

• El Platinum pospešuje oksidacijo nezgorelih ogljikovodikov, da se pretvorijo v ogljikov dioksid in vodo. Kemijska formula je naslednja: CxH2x+2 + [(3x+1)/2] O2 -> xCO2 + (x+1) H2O.
• El rodij pospešuje redukcijo dušikovih oksidov v dušik in kisik: 2NOx -> xO2 + N2 in oksidacijo ogljikovega monoksida v ogljikov dioksid: 2CO + O2 -> 2CO2. Uporabljajo se tudi cirkonij o paladij, ki so cenejši, a manj učinkoviti.

Ne pozabite na druge materiale katalizatorja. Te kovine so razporejene na keramični strukturi kordierit, ki podpira visoke temperature izpušnih plinov.

Oblika katalizatorja

Kot lahko vidite, katalizator uporablja določene kovine v trdnem stanju za pretvorbo plinov. Kar vodi do ovire: kako doseči, da pride plin čim bolj v stik s temi materiali, ne da bi pri tem izgubil preveč hitrosti. Zaradi tega je keramična struktura katalizatorja v obliki matrice z vzdolžnimi kanali. Sistem podoben avtomobilske gorivne celice na vodik ki, mimogrede, uporablja tudi platino kot katalizator. Čeprav je v njegovem primeru porazdelitev plina veliko bolj fina, z veliko bolj zapleteno strukturo.

Ti vzdolžni kanali omogočajo, da plini prehajajo, ne da bi se predolgo ustavili, ampak da pridejo v stik s čim več stenami. Zato imajo več kot 70 cevi na cm2.

Poleg tega sodobni avtomobili pogosto uporabljajo dva ali celo tri katalizatorje, da čim bolj odstranijo škodljive pline, da bi leta 6 izpolnili predpise Euro 7 (na datum tega članka) in Euro 2025 proti onesnaževanju.

Okoli te katalizatorske matrice je toplotni ščit in kovinska plast. V nasprotnem primeru lahko toplota, akumulirana v njem, poškoduje vozilo ali površine, kjer je parkirano. Brez tega bi zlahka nastal požar.

Delovna temperatura katalizatorja

Da lahko kovine s katalitičnimi lastnostmi delujejo z največjo učinkovitostjo, je potreben običajen katalizator nad 500 ° C. Zato je vsaj eden od katalizatorjev motorja običajno blizu izpušni kolektor motorja, kjer imajo plini še vedno zelo visoko temperaturo.

Zahvaljujoč temu katalizator se prej segreje in traja manj časa, da začnemo izločati škodljive pline. Če bi lahko videli katalizator, ki deluje skozi svoje zaščitne plasti, bi to videli keramična matrica in kovine v njej so rdeče vroče.

Če to veste, boste to razumeli hladen motor sprošča več škodljivih plinov kot tisti, ki teče že nekaj časa. Anekdotično je, da se je morala Toyota spoprijeti s tem problemom emisij pri razvoju Prius. Izklop toplotnega motorja v korist električnega je povzročil, da katalizator velikokrat ni dosegel pravilne delovne temperature. Zaradi tega so morali izdelati sistem, ki bi toploto iz motorja z notranjim izgorevanjem prevedel v katalizator na drug način.

Katalizator bencinskega avtomobila

Ti katalizatorji so običajno trojni. To pomeni, da imajo tri zgoraj opisane katalizacijske sisteme: platino za odstranite nezgorele ogljikovodike in rodij, cirkonij ali paladij za odstranite NOx in CO.

To je tako zaradi bencinskih motorjev sprošča manj NOx kot pri dizlih in samo katalizator jih lahko zmanjša Dovolj. Čeprav imajo lahko zaradi napredka pri zmanjševanju onesnaževanja sodobnejši avtomobili druge vrste katalizatorjev.

katalizator dizelskega avtomobila

Pri dizelskih motorjih so običajni katalizatorji dvosmerni. To pomeni, da skrbijo samo za odstranitev nezgorelih ogljikovodikov in CO. NOx so pustili v rokah sistemov za recirkulacijo plina, kot je EGR ventil, ki jih je vrnila v zgorevalno komoro, da so popolnoma zgorele.

Obstaja tudi katalizator akumulatorja NOx, ki ima pomembno vlogo v boju sistemov za še čistejše dizelsko gorivo in doseganje prihodnjih mejnih vrednosti izpustov, ki bodo še strožje kot zdaj. Nameščen je za oksidacijskim katalizatorjem in filtrom trdnih delcev ter ima posebno plast, ki zbira dušikove okside iz izpušnih plinov.

V katalizatorju za shranjevanje NOx ločimo dve različni vrsti delovanja: pri normalnem delovanju (Lambda > 1) se NO najprej oksidira v NO2 in se nato s tvorbo nitrata (NO3) kopiči v katalizatorju v oksid alkalnega pretvornika. kovina (npr. barijev oksid).

Enako kot filter trdnih delcev pravi izziv za katalizator za shranjevanje NOx je regeneracija, torej občasno praznjenje akumulatorja. Za regeneracijo akumulatorja je treba ustvariti oljne razmere v izpušnih plinih (Lambda < 1). V teh delovnih pogojih je toliko reducenta (ogljikovega monoksida, vodika ali različnih ogljikovodikov), da se nitratna vez nenadoma sprosti in katalizator iz plemenitih kovin se pretvori v nestrupen dušik (N2). Trajanje polnjenja je približno 30 do 60 sekund, odvisno od mesta servisiranja, regeneracija pa traja od 1 do 2 sekundi.

Za zaznavanje potrebe po regeneraciji je potrebnih veliko temperaturnih in tlačnih senzorjev. Katalizator akumulator lahko zmanjša emisije NOx do 85 %.

Vendar pa trenutni dizelski avtomobili imajo tudi a SCR katalizator (selektivni redukcijski katalizator). To je tisti, ki se uporablja z dodatkom Oglas modra, ki ni nič drugega kot sečnina, ki se razprši v izpušne pline, preden dosežejo ta katalizator. To sproži kemično reakcijo, ki razgradi NOx v N2 in H2O, veliko bolj učinkovito kot starejši sistemi.

Napake katalizatorja in njihovi simptomi

Večina okvare katalizatorja so posledica predhodne težave v motorju. Na primer, presežek goriva v izpušnem sistemu (prebogata mešanica) zaradi slabih vžigalnih svečk, nepravilnega krmiljenja ali poškodovanega senzorja za kisik. To povzroči, da katalizator doseže previsoko temperaturo, kar stopi kovinske komponente in razbije keramično matrico.

Lahko se zgodi tudi, da pride olje ali antifriz v izpušni sistem, zaradi poškodovanih tesnil, tesnil oz. ventili pokvarjen oz batni obročki obrabljena. To povzroči kopičenje saj v katalizatorju.

P simptomi okvarjenega katalizatorja Zvok:

• Vonj po pokvarjenem jajcu povzroča žveplo v bencinu, ki se med zgorevanjem spremeni v vodikov sulfid. Ker zaradi poškodovanega katalizatorja ne pride do pretvorbe plinov, pride vodikov sulfid navzven.
• Izguba moči, ker je izpušni sistem delno oviran s katalizatorjem. Če je ta ovira posledica dejstva, da se materiali topijo in lomijo, boste morali zamenjati katalizator in ugotoviti, kaj je napaka v motorju, ki jo je povzročila. Če ga ovira samo umazanija, ga lahko poskusite očistiti.
• Test emisij ni uspel. O tem ni treba posebej razlagati, saj katalizator ne pretvarja škodljivih plinov in test pokaže, da ne deluje. V Španiji je to tehnični pregled vozil (ITV).

• ropotanje pod avtom, ko ta miruje ali se premika. Povzročajo ga deli zdrobljene keramične matrice znotraj katalizatorja, ki jih premikajo izpušni plini. Bodite previdni, ker če ti deli dosežejo dušilec zvoka, se lahko izpušni sistem bolj zamaši.
• Povečanje porabe. To ni simptom slabega katalizatorja, ampak je simptom bogate mešanice goriva, ki se nagiba k okvari katalizatorja. Zato je to simptom, ki ga je treba upoštevati.
• Sveti lučka za napako motorja. Če senzorji avtomobila zaznajo, da pretvorba plina ne poteka pravilno, bo krmilna enota prižgala to opozorilno lučko. Čeprav služi tudi za številne druge napake, je to simptom, ki sam po sebi ne pomeni okvare katalizatorja. Avto lahko povežete z bralnikom OBD, da vidite, katero kodo napake je registriral, da ugotovite, kakšna je specifična težava.

Pazite na blokade v izpušnem sistemu, saj povišajo temperaturo izpušnega kolektorja in drugih cevi ter lahko povzročijo veliko hujšo škodo na avtomobilu.

Čeprav je okvara motorja najpogostejši vzrok za okvaro katalizatorja, obstajajo tudi modeli, ki imajo ponavljajoče se težave s katalizatorjem zaradi konstrukcijskih ali proizvodnih napak.

Cena katalizatorja

Kot ste videli v celotnem članku, obstaja več vrst katalizatorjev. Tako se lahko njihove cene zelo razlikujejo od enega modela do drugega. Vendar pa je zamenjava katalizatorja z novim običajno med 600 in 1.000 evra za osebna vozila. Vsekakor pa je ta številka lahko višja, če so poleg klasičnega katalizatorja vključeni še drugi.

También existen univerzalni katalizatorji po ugodni ceni združljiv z različnimi modeli. Čeprav se morate prepričati tudi, da je v skladu z evro predpisi, ki jih vaš avto ima in je odobren. Potem priporočamo, da montažo opravi strokovnjak, saj gre za občutljiv element.

Slike – Frankieleon, Riley Kaminer, Duurzaam Bedrijfsleven, Gonzalo Malpartida