Automobilový katalyzátor je zariadenie znižujúce emisie výfukových plynov, ktoré vznikajú vďaka nedokonalostiam spaľovacieho procesu. Katalyzátor premieňa za pomoci chemických reakcií škodlivé látky na vodu, oxid uhličitý a ďalšie menej nebezpečné látky.
Primárnou úlohou katalyzátora je premena uhľovodíkov, oxidu uhoľnatého a oxidov dusíka, ktoré sú produkované motorom, na menej škodlivé látky - vodnú paru, oxid uhličitý a dusík. Pomenovanie katalyzátor pochádza z gréckeho katalýtis, ktoré označuje látku vstupujúce do chemickej reakcie, túto chemickú reakciu urýchli, ale sama z nej vystúpi nezmenená. V našom prípade je katalyzátorom pre chemickú reakciu vrstva vzácnych kovov. Použitie katalyzátora vo výfukovej sústave vyžaduje používanie bezolovnatého benzínu, pretože olovo ničí katalytický účinok vzácnych kovov.
Automobilový katalyzátor obsahuje vzácne kovy nanesenej na reakčné plochy nosiče, obyčajne sa používajú zmesi platiny (oxidačné časť) a ródia (redukčné časť). Nosič má jemnú štruktúru podobnú včelím plástvím, ktorá aj pri kompaktných rozmeroch katalyzátora zaručuje veľký povrch. Pri teplotách 300 - 600 ° C vznikajú chemické reakcie, ktoré znižujú obsah škodlivých zložiek. Najskôr platina a ródium štiepi oxidy dusíka na dusík (N) a kyslík (O) a potom platina a paládium spájajú kyslík s oxidom uhoľnatým a uhľovodíky. Výsledkom je nejedovatý oxid uhličitý (CO 2) a voda (H 2 O). V súčasnej dobe je katalyzátor schopný odstrániť až 97% uhľovodíkov, 96% oxidu uhoľnatého a 90% oxidov dusíka.
Video:
Pri studených štartoch nie je katalyzátor účinný, začína fungovať až od teploty cca 300 ˚ C. Pre dosiahnutie tejto teploty je potrebný istý čas, aby bolo možné tento čas skrátiť, je nutné zaradiť do výfukovej sústavy rozmerovo menšie předkatalyzátor, ktorý je umiestnený bližšie k motoru. Tento katalyzátor je menší a je umiestnený v blízkosti zberného potrubia, takže dosahuje prevádzkovej teploty oveľa skôr.
výfukové potrubie - předkatalyzátor
Princíp:
Katalyzátor (správnejšie: katalytický konvertor) je súčasť výfukového potrubia. Skladá sa z takzvanej lambda sondy a následne samotného katalytického zariadenia. Lambda sonda reaguje na zloženie spalín a je dôležitá predovšetkým u trojcestných katalyzátorov, pozri nižšie.
Konvenčné motory spaľujúce uhľovodíkové palivá majú nedokonalé spaľovanie, preto pri ich chode vznikajú škodlivé plyny - emisie . Napr. oxid uhličitý (CO 2), voda (H 2 O), oxid uhoľnatý (CO), dráždivý oxidu dusíka (NOx), karcinogénne nespálené uhľovodíky (HC), oxidy síry (SO x) av prípade vznetových motorov vznikajú pevné častice (DPM) . Na produkciu týchto nežiaducich plynov má vplyv kvalita horenia, teda stav motora, režim jeho chodu, kvalita a čistota paliva atď Katalyzátor pomáha výrazne znížiť emisie takýchto škodlivých výfukových plynov.
Katalyzátor nie je filrt! V katalytickej komore prechádzajú výfukové plyny keramickými plastmi, ktoré sú pokryté vzácnymi kovmi. Vďaka týmto kovom vznikajú chemické reakcie, ktoré pomáhajú rozkladať škodliviny na neškodné látky. Čistenie výfukových plynov v katalyzátore sa skladá z dvoch základných procesov (chemických reakcií) redukcia (zlúčeninám je kyslík odoberaný O 2) a oxidácia (zlúčeninám je kyslík dodávaný O 2).
Redukcia
pri redukcii sa oxidy dusíka NO x sa mení (redukujú) na dusík N 2 a na oxid uhličitý CO 2.
Oxidácie
pri oxidácii je oxid uhoľnatý CO premieňa (oxiduje) na oxid uhličitý CO 2, zároveň uhľovodíky HC oxidujú na vodu H 2 O a oxid uhličitý CO 2. V podstate sa jedná o dodatočné spaľovanie.
Rozdelenie katalyzátorov
V praxi sa veľmi často používa rozdelenie katalyzátorov na dvojcestné a trojcestné. Tým je myslené, koľko základných škodlivín je schopný katalyzátor účinne likvidovať (CO, HC a NOx). Tiež môžeme katalyzátory deliť na keramické a kovové.
Dvojcestný oxidačný katalyzátor znižuje emisie oxidu uhoľnatého (CO) a nespálených uhľovodíkov (HC). Podmienkou pre správnu funkciu je dostatočné množstvo kyslíka v spalinách.
Trojcestný (trojcestný) katalyzátor na rozdiel od dvojcestného redukuje aj emisie oxidov dusíka NO X. Trojcestný katalyzátor môže správne fungovať len v úzkej oblasti pomeru paliva a vzduchu v tzv okne. Aby sa motor mohol pohybovať v tomto okne, je nutné použiť spätnoväzbové slučku pre riadenie palivovej zmesi s tzv lambda sondou . Týmto spôsobom dnes pracujú všetky modernejšie motory so vstrekovaním paliva. Lambda sonda cez riadiaci počítač motora jednoducho nastavuje pomer paliva a vzduchu tak, aby motor pracoval v optimálnom režime s tzv stechiometrické zmesí. Preto montáž trojcestného katalyzátora do motora s karburátorom nikdy nemôže priniesť požadovaný výsledok.
Katalyzátory keramické majú keramickú vložku. Jedinou výhodou týchto katalyzátorov je o niečo nižšia cena. Keramické katalyzátory sú však oveľa citlivejšie na poškodenie ako mechanické (uder cudzieho predmetu na vozovke) tak chemické a to najmä pri zlom nastavení motora. Keramické katalyzátory sa nehodí pre vozidlá upravené na alternatívny pohon LPG / CNG ani do dieselových motorov.
Katalyzátory kovové majú vložku kovovú. Tieto katalyzátory nie sú tak citlivé na mechanické poškodenie, nie je tak veľké riziko poškodenia vplyvom horšieho chodu motora. Kovové katalyzátory sú vhodné pre benzínové a dieselové motory i motory poháňané alternatívnym pohonom LPG / CNG.
História:
Prvý katalyzátor bol montovaný do vozidiel Cadillac už roku 1975. P rvé sériový automobil vybavený čiastočným katalyzátorom sa stal Cadillac Seville. Tento katalyzátor do určitej miery znižoval obsah škodlivín vo výfukových plynoch, ale prvý skutočný katalyzátor bol vynájdený tímom engelhardských vedcov pod vedením Johna J. Mooneye a Carla D. Keitha v roku 1979. O rok neskôr bol vylepšený a vznikol tzv trojcestný katalyzátor.
Cadillac Seville prvý automobil s katalyzátorom
Čo ste nevedeli:
Ako veľká je činná plocha katalyzátora?
Vnútorná štruktúra katalyzátora je podobná včelí plástu, čo umožňuje maximalizovať jeho činnú plochu pri zachovaní kompaktných rozmerov. V prípade bežného motora 1.8 ccm je plocha katalyzátora približne porovnateľná s plochou dvoch futbalových ihrísk
Ako spoznať chybný katalyzátor?
Podľa výrobcov katalyzátorov môžu medzi príznaky chybného katalyzátora patriť:
▪ zápach pripomínajúci skazené vajcia zostávajúci dlho po zahriatí motora
▪ problémy s naštartovaním vozidla
▪ zlé zrýchlenie
▪ strata výkonu približne od 80 km / ha vyššia spotreba benzínu
▪ klepavý zvuk pod vozidlom pri akcelerácii.
Čo môže zničiť katalyzátor?
▪ fyzické poškodenie, napríklad retardérom alebo v teréne
▪ nechceným použitím olovnatého benzínu, alebo po použití prísad obsahujú olovo
▪ katalyzátor môže byť znečistený fosforom, ktorý sa produkuje, ak vozidlo spotrebuje viac ako jeden liter oleja na 1 000 km, fosfor blokuje aktívnu vrstvu katalyzátora
▪ veľmi nebezpečný je kontakt katalyzátora s nespáleným palivom. K tomu môže dôjsť, napríklad keď existuje problém so systémom zapaľovania, keď je vozidlo Roztlačenie alebo roztiahnuté sa zahriatym motorom, keď je zmes ovplyvnená zlou údržbou systému sania (znečistený vzduchový filter alebo sacie potrubie), alebo keď dôjde k poruche lambda sondy. Ak sa do katalyzátora dostane nespálená zmes, ktorá v ňom zhoria, prudko vzrastie teplota v katalyzátore. Ak teplota presiahne 1400 ° C dôjde k zničeniu katalyzátora.
Katalyzátor pre dieselové motory
Vznetové motory pracujú s prebytkom vzduchu (λ> 1), preto nie je možné vykonávať reguláciu podielu kyslíka v zmesi palivo-vzduch. Čistenia výfukových plynov dodatočným spaľovaním preberá oxidačný katalyzátor. K dodatočnému spaľovaniu (oxidácii) je použité zvyškového kyslíka vo výfukových plynoch, tým sa zníži obsah uhľovodíkov (HC) a oxidu uhoľnatého (CO). U vznetových motorov sa teda nepoužíva riadené čistenie výfukových plynov, a oxidačný katalyzátor premieňa len tie zložky výfukových plynov, ktoré je možné meniť oxidáciou.
Množstvo dusíkatých zložiek nie je možné v oxidačnom katalyzátore meniť. Vzniknuté oxidy dusíka sa preto redukujú už počas spaľovania za pomocou systému recirkulácie, čo znamená, že sa kontrolovane zavádza výfukové plyny späť do spaľovacieho priestoru. Ochladenej výfukové plyny sa privádza späť do spaľovacej komory, a tak dochádza k zníženiu emisií NO X. Ak spaľovanie prebieha za nízkeho prebytku vzduchu, zväčšuje sa vo výfukových plynoch podiel oxidu uhoľnatého (CO), uhľovodíkov (HC) a pevných častíc (PM). Častice sadzí (PM) je možné zachytávať špeciálnym filtrom pevných častíc (DPF) .
Text: Jan Sajdl
Foto: www.productioncars.com, www.eurocats.co.uk, z prameňov Škoda Auto as
Kľúčové slová: emisie výfukových plynov, katalyzátor, emisie
Partneri
Čo nás zaujalo na YouTUBE
Súťaž
Buďte chytrí a vyhrajte s autolexiconem zaujímavé ceny:
Systém zapaľovania zmesi vo valcoch pomocou dvoch sviečok sa volá:
Súťaž je ukončená, poznáme víťaza!
