Katalizatori

Katalizatori

Član
Čemu služe? Kako rade? Prevencija i dijagnoza kvarova.

Sve stroži eko propisi iziskuju naprednije katalizatore koji će pomagati u smanjivanju emisija štetnih plinova u atmosferu. Zbog tih propisa, katalizatori su postali sastavni dio ispušnog sustava u modernim automobilima. Iz cilindra u ispušnu granu izlaze dimni plinovi koji se sastaju od:

1. glavnih plinova koji su neizbježni produkti izgaranja:
- dušik (N2) - kako je zrak koji ulazi u motor sačinjen od 78% dušika se i on nalazi u ispušnim plinovima, ali on najčešće samo prođe kroz motor bez kemijskih reakcija
- ugljik dioksid (CO2) - ugljik koji se nalazi u gorivu se veže sa kisikom, a ovaj spoj nastaje pri potpunom izgaranju
- vodena para (H2O) - nastaje pri spajanju vodika u gorivu i kisika, bitna je kod određivanja gornje i donje ogrjevne vrijednosti goriva, gornja ogrjevna vrijednost goriva je dobivena od topline koja se oslobodi kondenziranjem vodene pare
- dušićni oksidi (NOx) - pri spojevima u prirodi stvaraju kisele kiše
U principu ove emisije nisu opasne iako se govori da ugljični dioksid uzrokuje efekt staklenika. No to je rasprava za drugu temu pošto postoje dvije strane sa svojim teorijama o toj priči.

2. produkti nepotpunog izgaranja:
- ugljični monoksid (CO) - otrovan plin bez boje i mirisa
- ugljikovodik (HC) - neizgoreni ugljikovodici, pridonose stvaranju smoga, predstavljaju neiskorišten potencijal goriva
2zowwfb.jpg

CO i HC se mogu ukloniti sa potpunim izgaranjem koje se dobije određenim omjerom goriva i zraka, 14,7:1 što znači da 14,7 grama zraka ide na 1 gram goriva.
s4o2h5.jpg

Time se uvjetuje da nema neizgorenih molekula u dimnim plinovima, a spriječava i nastajanje samostalnih molekula kisika koje bi se spajale sa dušikom. To je zadaća lambda sonde. No pri vožnji taj omjer ne može uvijek biti optimalan tj. varira tokom vožnje. Tada nastupa na scenu katalizator u kojem se dešavaju kemijske reakcije i stvaraju se neopasni plinovi za ljudsko zdravlje.

Katalizator je smješten što bliže samom izlazu dimnih plinova iz motora odmah nakon lambda sonde da se smanji vrijeme potrebno da se katalizator zagrije. Naime u katalizatoru počinju reakcije tek kada se dostigne temperatura od 250-2700C. To je u biti razlog zašto dok čekate tehnički pregled morate imati upaljeno vozilo.
Postoje dvije vrste katalizatora s obzirom na jezgru tj. monolit:
-metalni - jezgra je metalna i presvučena aktivnim slojem, stvaraju manji otpor pri strujanju ispušnih plinova, kvalitetniji, otporniji na toplinska naprezanja no i skuplji
280p5k8.jpg

- keramički - jezgra je od keramike presvučena aktivnim slojem, nalaze se na većini malih automobila pošto su jeftiniji, jezgra je krhka i lako lomljiva
r1lkiq.jpg

U oba slučaja aktivni slojevi mogu biti platina (Pt), rodij (Rh) i paladij (Pd). Katalizator je podijeljen u dva dijela:
- redukcijski dio - prvi stupanj katalizatora u kojem platina i rodij smanjuju NOx spojeve, aktivni sloj na sebe preuzme atom dušika koji se spoji sa drugim atomom dušika i dobije se N2, a atom kisika se spaja sa drugim slobodnim atomom kisika (Os)
2NO => N2+O2 ili 2NO2=> N2+O2
- oksidirajući dio - drugi stupanj katalizatora koji stvara reakcije sa neizgorenim česticama ispušnih plinova, u ovom stupnju se obrađuju ugljični monoksid i ugljikovodik dobivajuči ugljični dioksid i vodenu paru.
2CO+O2=>2CO2

Ove kemijske reakcije katalizator obrađuje u desetinki sekunde dok ispušni plinovi prolaze kroz jezgru, koja kada bi se raširila bi bila veličine nogometnog igrališta.
Katalizatori su obično napravljeni da im je vijek trajanja kao i vijek trajanja motora tako da nije potrebna zamjena. Ipak najčešći razlog zamjene katalizatora je zbog mehaničkih oštećenja ili nepravilnim rukovanjem, a zamjena nije jeftina. najjeftiniji su od nekih 500kn do nekoliko tisuća. Kao i za sve ovdje isto vrijedi: "kolko para tolko muzike"
Primjer jeftinog katalizatora:
http://www.youtube.com/watch?v=OYwCBzZ-9aM&NR=1#normal

Na šta obratiti pažnju za duži vijek trajanja katalizatora:
1. Nikako točiti gorivo sa olovom u vozilo za katalizatorom, olovo će napraviti naslage na metalnoj oblozi saća i time smanjiti učinkovitost
2. Redovno održavanje sistema ubrizgavanja i paljenja goriva, najvažniji su filter zraka, filter goriva i svječiće, ako smjesa zbog neodržavanja postane prebogata, neizgoreno gorivo će dospijet u katalizator i tamo izgoriti te pregrijati katalizator i tako ga uništiti
3. Ako paljenje nije uštimano NE vozite automobil, ili bar što manje moguće dok se kvar ne otkloni jer i u ovom slučaju neizgoreno gorivo dolazi u katalizator, a posljedica je kao i pod 2.
4. NEMOJTE paliti auto na guranje, katalizator će se natopiti gorivom, a posljedica istako kao pod 2. i 3.
5. NEMOJTE gasiti auto na visokim okretajima ili na većim okretajima od ler-a jer opet postoji opasnost od ulaska neizgorenog goriva u katalizator
6. NE koristite aditive za ulje i gorivo koji su namijenjeni vozilima bez katalizatora, pri kupnji takvih aditiva provjerite ako su "cat friendly"
7. NEMOJTE voziti ako u motoru izgara ulje do tog stupnja da iz auspuha izlazi plavi dim, neizgorene ugljikove naslage će začepiti katalizator smanjujući efikasnost, a u najgorem slučaju pregrijavanje
8. Katalizator radi na visokim temperaturama te je kućište dovoljno vruće da zapali bilo koji zapaljivi materijal u dodiru sa kućištem, nije preporučljivo parkirati vozilo iznad suhe trave, lišća ili visokog raslinja
9. Katalizator je veoma krhak, obratite pozornost da ne udarate alatom po njemu pri radovima i pri skidanju istog da ga ne bacate nego lagano odložite
10. U slučajevima kada je vozilo novo ili kada se koristi za kreni/stani vožnju, postoji mogućnost da se osjeti sumporni miris (poput trulih jaja), moguće je u većini vozila sa katalizatorom a uzrokovan je maloj koncentraciji sumpora u nekim gorivima koji reagira sa vodikom tvoreći HsS, iako je plin otrovan, ne nastaje u problematičnim količinama, nakon nekoliko tisuća km problem bi trebao nestati, a rješenje bi moglo biti i promjena goriva
11. Vijek trajanja katalizatora bi na održavanom vozilu terbao biti 100 000km do 150 000km.

provjera ispravnosti katalizatora mjerenjem tlaka:
http://www.youtube.com/watch?v=IzyvL5tQLzU#normal

Oštećenja, dijagnoze i riješenja (c/pwww.autoispuh.hr

Fizička oštećenja -------------------------------------------------------------------

Jaki udari u kučište katalizatora mogu uzrokovati oštećenja keramičkog monolita. Keramički se monolit može izlomiti i nošen ispušnim plinovima začepiti u stražnjim dijelovima ispušnog sustava uzrokojući na taj način otežan rad motora. Fizička oštećenja su najčešći uzrok problema sa katalizatorima danas. Metalni monoliti su gotovo u potpunosti otporni na taj oblik oštećenja.

Dijagnoza:

Potražite udubine i ogrebotine na kučištu katalizatora ili zvonjavu unutar ispušnog sustava uzrokovanu odlomljenim dijelovima. Također i neispravni nosači ispušnog sustava odnosno motora uzrokuju vibracije koje mogu oštetiti monolit.

Rješenje:

Ugradnja novog katalizatora. Zamjena nosača ispušnog sustava.

Onečišćenje olovom----------------------------------------------------------------

Kako bi se izbjeglo onečišćenje katalizatora olovom neophodno je koristiti bezolovna goriva. Naime, olovo stvara tanki film na aktivnoj površini katalizatora koji onemogućuje odvijanje procesa redukcije i oksidacije. Jedan ili dva puna tanka goriva s olovom su već dostatni za osjetnu degradaciju radne učinkovitosti katalizatora.

Dijagnoza:
Razina trovanja, odnosno učinkovitosti katalizatora proporcionalna je količini nataloženog olova u katalizatoru. Pomoču specijalnih detektora olova može se utvrditi onečišćenost katalizatora olovom. U slučajevima onečišćenja i od nekoliko miligrama potrebno je zamijeniti katalizator.

Rješenje:
Ugradnja novog katalizatora.

Greška u radu Lambda sonde-------------------------------------------------------

Greška u radu lambda sonde vodi do stvaranja gorive smjese u kojoj udjeli goriva i benzina odstupaju od idealnog stehiometrijskog omjera pri kojem je funkcija katalizatora maksimalno iskorištena. Ako je smjesa prebogata gorivom ponavlja se gore spomenuti problem ulaska neizgorenog goriva u sastav ispušnih plinova, a ako je presiromašna gorivom vozilo gubi na snazi. U tom slučaju katalizator ne obavlja zadovoljavajuće svoju funkciju te ne prolazi na eko-testu (previsok sastav NOx-a u ispušnim plinovima).

Dijagnoza:
Neispravan lambda faktor se može utvrditi na rezultatima eko-testa, dok se neispravnost lambda sonde provjerava specijalnim aparatima za tu namjenu.

Rješenje:
Zamjena katalizatora neće utjecati na rješenje ovog problema. Potrebno je zamjeniti lambda sondu.

Ulazak ulja i antifriza u prostor izgaranja--------------------------------------------

Ulje i antifriz koji greškom uđu u sastav ispušnih plinova mogu zapriječiti prolaz ispušnim plinovima u katalizatoru stvarajući guste obloge čađe unutar samog punjenja katalizatora. Neizgoreni ugljik u obliku čađe nataložen u katalizatoru stvara slijedeće probleme. Kao prvo, naslage čađe onemogućuju odvijanje primarne funkcije katalizatora – smanjenja količine štetnih tvari (HC, CO, NOx) u ispušnim plinovima, te, kao drugo, zagušuju sitne rupice u punjenju katalizatora i na taj način blokiraju prolaz ispušnim plinovima, stvarajući povećani povratni pritisak u ispušnom sustavu. Posljedica toga su povećana toplinska opterećenja motora – time i kraći vijek trajanja, te povratak ispušnih plinova natrag u cilindar što znatno smanjuje korisnost procesa koji se odvija u cilindru i samim time manju snagu motora uz povećanu potrošnju goriva. Uzroci tomu mogu biti istrošene karike na klipovima, istrošene gumice na ventilima ili neispravna brtva na glavi motora.

Rješenje:

Zamjena katalizatora je privremeno rješenje jer potrebno je ukloniti problem koji uzrokuje ulazak ulja u ispušni sustav.

Istrošene sviječiće ili kablovi svijećica----------------------------------------------

Svijećice koje ne stvaraju iskru ili pak to čine u krivi trenutak, razlog su ulazu neizgorenog goriva u sastav ispušnih plinova. Neizgoreno gorivo u ispušnim plinovima izgara u katalizatoru zbog visokih temperatura odvijanja redukcijskih i oksidacijskih procesa u njemu, te još više povisuje vršne temperature procesa, koje pogoduju rastapanju i raspadanju punjenja samog katalizatora. Ispravnost svijećica i kablova svijećica trebalo bi redovito provjeravati i mijenjati u slučaju eventualnih neispravnosti

Dijagnoza:
Provjera ispravnosti svijećica i kablova

Rješenje:
Zamjena katalizatora je privremeno rješenje jer potrebno je zamijeniti neispravne svijećice odnosno kablove kako bi se izbjegao ponovni kvar katalizatora.

Višak neizgorenog goriva u ispušnim plinovima-----------------------------------

Gorivo koje izgara i na taj način daje snagu motora, predviđeno je da u potpunosti izgara u cilindru. Višak goriva koji ne stigne izgoriti u cilindru ulazi u sastav ispušnih plinova, te izgara u trenutku kad ispušni plinovi dođu do katalizatora, gdje je ujedno i najviša temperatura u cijelom ispušnom sustavu. To neželjeno izgaranje dodatno zagrijava katalizator do ekstremno visokih temperatura koje dovode do otapanja keramičkog punjenja katalizatora.

Mogući razlozi neispravnog omjera u zraka i benzina u gorivoj smjesi mogu biti slijedeći: nepravodoban trenutak paljenja svijećice, korodirani visokonaponski kablovi svijećica, neispravni senzor kisika u ispušnim plinovima (lambda sonda), neispravna brizgaljka goriva ili neispravni senzori rada motora.

Dijagnoza:
Neispravan rad motora, gubitak snage i momenta, čađa u ispušnim plinovima

Rješenje:
Katalizator treba mijenjati tek kad se ukloni primarni izvor neispravnosti u radu motora.

Starenje katalizatora-------------------------------------------------------------

Tijekom godina eksploatacije katalizatori gube svoju učinkovitost. Razni aditivi goriva i ulja, čestice metala i smeća u ispušnim plinovima te općeniti zamor materijala u katalizatoru uzrokuju smanjenje radne učinkovitosti, a samim time i porast štetnih tvari u ispušnim plinovima

Rješenje:
Zamjena katalizatora najbolje je rješenje problema, a kao prevencija preporučuje se redoviti servis vozila i korištenje aditiva koji su označeni kao CAT friendly.

za kraj jedan filmić koji lijepo prikazuje princip rada i konstrukciju
http://www.youtube.com/watch?v=rmtFp-SV0tY#norma
 
Top