Katalizatory zrewolucjonizowały sposób, w jaki pojazdy oddziałują na środowisko naturalne. Stanowią one zasadniczy element systemów kontroli emisji spalin, poza tym są obowiązkowym wyposażeniem pojazdów wyprodukowanych po roku 1995.
Podstawy funkcjonowania i mechanizm działania katalizatorów
Katalizatory zamontowane w układzie wydechowym, mają za zadanie przekształcanie toksycznych składników spalin w substancje mniej szkodliwe dla środowiska. Konstrukcja katalizatora spalin obejmuje metalowy lub ceramiczny monolit o strukturze plastra miodu, pokryty cienką warstwą metali szlachetnych (np. platyna, rod czy pallad). Metale szlachetne nie znalazły się tam przypadkiem, pełnią one funkcję katalizatora właściwego, inicjując reakcje katalityczne.
Działanie katalizatorów w pojazdach jest stosunkowo złożone. Gazy spalinowe przechodząc przez katalizator samochodowy, poddawane są serii reakcji katalitycznych:
- Redukcji tlenków azotu (NOx) do azotu (N2) i tlenu (O2);
- Utlenianiu tlenku węgla (CO) do dwutlenku węgla (CO2);
- Utlenianiu niespalonych węglowodorów (HC) do dwutlenku węgla (CO2) i wody (H2O).
Reakcje katalityczne zachodzą na powierzchni metali szlachetnych w temperaturze od 300 do 600°C. Należy podkreślić, że dla optymalnego działanie katalizatorów, temperatura spalin nie powinna przekraczać 800°C, gdyż może to prowadzić do uszkodzenia struktury katalizatora.
Rodzaje katalizatorów stosowanych w motoryzacji
Poszczególne rodzaje katalizatorów, dostosowane są do specyficznych wymagań silników oraz obowiązujących norm emisji spalin.
Najczęściej spotykane rodzaje katalizatorów:
Katalizatory trójfunkcyjne
Najpopularniejsze w silnikach benzynowych, katalizatory te jednocześnie redukują tlenki azotu oraz utleniają tlenek węgla i węglowodory. Katalizatory dostosowane są do pracy z mieszanką stechiometryczną (współczynnik lambda równy 1), co wiąże się z koniecznością stosowania sondy lambda oraz elektronicznego sterowania składem mieszanki.
Katalizatory utleniające
Montowane głównie w silnikach Diesla, skupiają się na utlenianiu tlenku węgla i węglowodorów. Ze względu na specyfikę pracy silników wysokoprężnych (nadmiar tlenu w spalinach), kataliza redukcyjna tlenków azotu jest utrudniona, dlatego uzupełnia się je o systemy SCR (Selective Catalytic Reduction).
Katalizatory SCR
System selektywnej redukcji katalitycznej wykorzystuje dodatek AdBlue (roztwór mocznika), który w wysokiej temperaturze rozkłada się do amoniaku, reagującego następnie z tlenkami azotu. Katalizatory SCR wykazują najlepszą skuteczność w redukcji emisji NOx w silnikach Diesla.
Katalizatory akumulacyjne
Nazywane także adsorpcyjnymi, gromadzą tlenki azotu podczas pracy silnika z mieszanką ubogą, by następnie zredukować je podczas krótkotrwałego wzbogacenia mieszanki. Katalizatory tego typu stosuje się w nowoczesnych silnikach benzynowych z bezpośrednim wtryskiem paliwa.
W ostatnich latach coraz większą popularność zyskują katalizatory uniwersalne, które można montować w różnych modelach pojazdów. Należy jednak mieć na uwadze, że ich skuteczność może być niższa aniżeli katalizatorów przeznaczonych dla konkretnego modelu.
Praktyczne aspekty eksploatacji i diagnostyki katalizatorów
Średnia żywotność katalizatora spalin wynosi około 150 000 – 200 000 kilometrów, jednak przy odpowiedniej eksploatacji może on służyć znacznie dłużej.
Czynniki skracające żywotność katalizatory:
- Stosowanie paliwa złej jakości, szczególnie z dodatkiem ołowiu, który trwale zatruwa metale szlachetne;
- Awarie układu zapłonowego powodujące przedostawanie się niespalonej mieszanki do katalizatora spalin;
- Uszkodzenia mechaniczne monolitu na skutek uderzeń lub wibracji;
- Przegrzanie spowodowane awarią układu zasilania lub zapłonowego.
Diagnostyka katalizatora obejmuje kilka metod:
- Analiza składu spalin – zawartość tlenku węgla i węglowodorów za katalizatorem powinna być znacząco niższa niż przed nim;
- Pomiar różnicy temperatur przed i za katalizatorem – przy sprawnie działającym urządzeniu temperatura za katalizatorem powinna być wyższa ze względu na zachodzące reakcje katalityczne;
- Inspekcja wizualna – poszukiwanie uszkodzeń mechanicznych, wytopionych fragmentów monolitu;
- Diagnostyka komputerowa – odczyt kodów błędów z jednostki sterującej silnikiem.
W przypadku stwierdzenia uszkodzenia należy wymienić katalizator na nowy, zgodny z homologacją pojazdu. Dodajmy, że usuwanie katalizatora spalin jest niezgodne z prawem i podlega karze.
Uszkodzony lub niesprawny katalizator nie tylko negatywnie wpływa na środowisko, lecz może też spowodować problemy z pracą silnika.
Artykuł sponsorowany
