Katalizator – Šta radi katalizator i kakve probleme pravi ?

Katalizator

Katalizator

Katalizatori su neizbežan deo izduvnog sistema svakog novog vozila u poslednjih desetak godina. Razlog leži u propisanim ekološkim normama o sastavu izduvnih gasova koje vozila moraju zadovoljavati. Razlozi prestanka rada katalizatora te njihovi uzroci pobliže su pojašnjeni u ovom članku. Takođe su odgovorena i učestalo postavljana pitanja o radu katalizatora.

Katalizator                  Katalizator   

Motorna vozila uzrokuju zagađenje vazduha ostacima štetnih gasova u sistemu izduvnih gasova. Štetni gasovi najčešće nastaju kao posledica nepotpunog sagorevanja u prostoru cilindra. Osim vode (H20) i ugljen diokosida (CO2) u izduvnom sistemu se nalaze i sljedeći gasovi:

CO – otrovan gas bez boje i mirisa
HC – nesagoreli ugljovodonici koji pridonose stvaranju smoga
NOx –  oksidi azota aktivni pri nastajanju kiselih kiša

Katalizatori uklanjaju prisustvo nabrojanih gasova u izduvnim gasovima pretvarajući ih u relativno bezopasne gasove poput vode i ugljen dioksida. Stoga ih nazivamo i trostepenim katalizatorima.
Upotreba katalizatora je najefektivnija metoda uklanjanja štetnih gasova, a njihova efektivnost iznosi oko 90%.

Katalizator
Slika prikazuje zavisnost učinka katalizatora o lambda faktoru.

Katalizator postiže maksimalnu funkcionalnost kada motor radi sa odnosom goriva i vazduha u smesi u stehiometrijskom odnosu 14,7:1 (lambda faktor = 1) – odnosno sa 1 gramom goriva na 14,7 grama vazduha. Tada je odnos vazduha i goriva takav da se svaki molekul goriva može spojiti sa odgovarajućom molekulom kiseonika iz vazduha, odnosno smanjuje se mogućnost pojave neizgorenih gasova u izduvnim gasovima. Takođe smanjuje se i mogućnost pojave viška molekula kiseonika koje se pri visokim temperaturama i pritiscima tokom procesa sagorevanja spajaju sa azotom iz vazduha i stvaraju štetne azotne okside.
Stihiometrijski odnos vazduha i goriva održava se regulacijskim krugom u kojem sudeluju lambda sonda i ECU vozila.

NAPOMENA: lambda faktor pri radu dizel motora i otto motora sa direktnim ubrizgavanjem u cilindar (noviji Volkswagenovi FSI motori) je u većem delu rada znatno veći od jedan te se katalizatori za takve motore razlikuju konstrukcijom.

U zavisnosti u očitanom lambda faktoru putem lambda sonde, centralni računar reguliše količinu ubrizganog goriva u usisnoj cevi te se na taj način održava potreban stehiometrijski odnos goriva i vazduha neophodan za maksimalan učinak rada katalizatora.
Na slici je prikazan regulacijski krug katalizatora:
Katalizator

Katalizator se uvek postavlja bliže motoru kako bi se smanjilo vreme zagrevanja na potrebnu radnu temperaturu (250 – 270 °C  min). Tek pri tim temperaturama počinje odvijanje hemijskih reakcija u aktivnom jezgru.
Katalizatore razlikujemo po materijalu od kojih je izrađena aktivna jezgra katalizatora odnosno monolit. Postoje dve vrste aktivnog jezgra katalizatora i po njima katalizatore delimo na:
METALNE – jezgra od metala presvučenog aktivnim slojem
KERAMIČKE – jezgra od keramike presvučene aktivnim slojem
Metalni katalizatori su kvalitetniji, otporniji na toplotna opterećenja, stvaraju manji otpor prolasku izduvnih gasova, ali su i skuplji. Aktivna površina je prekrivena tankim slojem platine, rodijum ili paladijum koji deluju kao katalizatori pri hemijskim reakcijama. Monolit je zavaren za nosivu konstrukciju te na taj način i otporniji na fizička oštećenja. Na slici se vidi presek saćaste strukture metalnog jezgra.

Katalizator

Keramički katalizatori su jeftiniji i nalaze se na većini manjih vozila kao serijski ugrađeni katalizatori. Monolit je krh i osetljiv na udarce te je stoga omotan zaštitnim omotačem i umetnut u metalno kućište katalizatora. Aktivna površina je prekrivena aktivnim elementima (AlMg – silikat). Kvadratični oblik preseka jezgra vidljiv je na slici.

Šematski prikaz rada katalizatora i njegove strukture prikazan je na sledećoj slici:Katalizator

Postoje mnogi razlozi otkazivanja katalizatora. izuzetno je važno da se prilikom zamene katalizatora utvrdi i razlog otkazivanja katalizatora kako bi se izbegao ubrzani kvar zamenskog katalizatora.

Fizička oštećenja katalizatora

Jaki udari u kućište katalizatora mogu uzrokovati oštećenja keramičkog monolita. Keramički se monolit može izlomiti i nošen izduvnim gasovima začepiti u stražnjim delovima izduvnog sistema uzrokujući 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 udubljenja i ogrebotine na kućištu katalizatora ili zvonjavu unutar izduvnog sistema uzrokovanu odlomljenim delovima. Takođe i neispravni nosači izduvnog sistema odnosno motora uzrokuju vibracije koje mogu oštetiti monolit.
Rešenje: 
Ugradnja novog katalizatora. Zamena nosača izduvnog sistema.

Katalizator

Katalizator začepljen olovom

Kako bi se izbeglo začepljenje 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 dovoljni za osetnu degradaciju radnog učinka katalizatora.
Dijagnoza:
Nivo začepljenja, odnosno učinak katalizatora proporcionalna je količini nataloženog olova u katalizatoru. Pomoću specijalnih detektora olova može se utvrditi začepljen katalizatora olovom.
Rešenje: 
Ugradnja novog katalizatora.

Greška u radu Lambda sonde

Greška u radu lambda sonde vodi do stvaranja smeše goriva u kojoj sudeluje odstupanje vazduha i goriva od idealnog stehiometrijskog odnosa pri kojem je funkcija katalizatora maksimalno iskorištena. Ako je smeša prebogata gorivom ponavlja se gore spomenuti problem ulaska neizgorenog goriva u izduvni sistem, 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 izduvnim gasovima).
Dijagnoza:
Neispravan lambda faktor se može utvrditi na rezultatima eko-testa, dok se neispravnost lambda sonde proverava specijalnim aparatima za tu namenu.
Rešenje:
Zamjena katalizatora neće uticati na rešenje ovog problema. Potrebno je zameniti lambda sondu.

Ulazak ulja i antifriza u prostor izgaranja

Ulje i antifriz koji greškom uđu u izduvni sistem mogu preprečiti prolaz izduvnim gasovima u katalizatoru stvarajući guste obloge čađi unutar samog punjenja katalizatora.  Neizgoreni ugljenik u obliku čađi nataložen u katalizatoru stvara sledeće probleme. Kao prvo, naslage čađi onemogućuju odvijanje primarne funkcije katalizatora – smanjenja količine štetnih gasova (HC, CO, NOx) u izduvnim gasovima, te, kao drugo, zagušuju sitne rupice u punjenju katalizatora i na taj način blokiraju prolaz izduvnih gasova, stvarajući povećani povratni pritisak u izduvnom sistemu. Posledica toga su povećana toplotna opterećenja motora – time i kraći vek trajanja, te povratak izduvnih gasova 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 neispravan dihtung na glavi motora.
Rešenje: 
Zamena katalizatora je privremeno rešenje jer potrebno je ukloniti problem koji uzrokuje ulazak ulja u izduvni sistem.

Istrošene svećice ili kablovi svećica

Svećice koje ne stvaraju iskru ili pak to čine u pogrešnom trenutku, razlog su ulazu nesagorelog goriva u izduvni sistem. Nesagorelo gorivo u izduvnom sistemu  u katalizatoru sagoreva, zbog visokih temperatura odvijanja  procesa u njemu, te još više povećavaju vršne temperature procesa, koje pogoduju rastapanju i raspadanju samog katalizatora. Ispravnost svećica i kablova svećica trebalo bi redovno proveravati i menjati u slučaju eventualnih neispravnosti.
Dijagnoza: 
Provera ispravnosti svećica i kablova.
Rešenje: 
Zamjena katalizatora je privremeno rešenje, jer  je potrebno zameniti neispravne svećice odnosno kablove kako bi se izbegao ponovni kvar katalizatora.

Višak nesagorelog goriva u izduvnim gasovima
Katalizator

Gorivo koje sagoreva i  na taj način daje snagu motora, predviđeno je da u potpunosti sagoreva u cilindru. Višak goriva koji ne stigne sagoreti u cilindru ulazi u izduvni sistem, te sagoreva u trenutku kad izduvni gasovi dođu do katalizatora, gde je ujedno i najviša temperatura u celom izduvnom sistemu. To neželjeno sagorevanje dodatno zagreva katalizator do ekstremno visokih temperatura koje dovode do otapanja keramičkog punjenja katalizatora.
Mogući razlozi neispravnog odnosa vazduha i benzina u smeši goriva mogu biti sledeći: pogrešan trenutak paljenja svećice, korodirali visokonaponski kablovi svećica, neispravna lambda sonda, neispravna brizgaljka goriva ili neispravni senzori rada motora.
Dijagnoza: 
Neispravan rad motora, gubitak snage i momenta, čađ u izduvnim gasovima.
Rešenje:
Katalizator treba menjati tek kad se ukloni primarni izvor neispravnosti u radu motora.

Starenje katalizatora

Tokom godina eksploatacije katalizatori gube svoju efikasnist. Razni aditivi goriva i ulja, čestice metala i smeća u izduvnim gasovima, te opšti zamor materijala u katalizatoru uzrokuju smanjenje radnog učinka, a samim time i porast štetnih gasova u izduvnim gasovima.
Rešenje:
Zamena katalizatora najbolje je rešenje problema, a kao prevencija preporučuje se redovni servis vozila i korištenje aditiva koji su označeni kao CAT friendly.

Koliko često je potrebno menjati katalizator?

Teoretski, katalizator bi trebao nadmašiti radni vek vozila. Međutim, usled ekstremnih termičkih i mehaničkih opterećenja kojima je katalizator izložen na vozilu potrebno je katalizator zameniti barem jedanput tokom radnog veka vozila (svakih 100000 – 150000 km). Kod nekih vozila katalizatori se kvare i mnogo pre zbog keramičkih monolita.

Deluje li katalizator tokom kratkih intervala vožnje?

Katalizator treba postići radnu temperaturu kako bi počeo vršiti predviđene hemijske procese. Vreme zagrijavanja iznosi otprilike 3 minute tokom zimskog perioda. Približavanjem katalizatora motoru moguće je dodatno skratiti vrijeme potrebno za postizanje radne temperature.

Zašto izduvnih gasova katalizatora ponekad smrde po trulim jajima?

Smrad po trulim jajima se ponekad pojavljuje usled stvaranja sumpor vodonika u katalizatoru od neizgorenih elemenata sumpora iz goriva. Obično se pojavljuje uslijed naglih promjena režima rada motora. Taj fenomen se najčešće javlja kod novijih vozila i postepeno nestaje s godinama.

Može li se katalizator popraviti?

Katalizator je element koji se ne popravlja već menja. Nepovoljan sastav izduvnih gasova može biti prisutan i uz ispravni katalizator te je tada potrebno dijagnostikovati i ukloniti uzrok.

Da li katalizator utiče na performanse moga vozila?

Ne, zato što je rad vozila optimizovana za konstrukciju izduvnog sistema kojem je standardni i neizostavni član katalizator. Katalizator doduše uzrokuje dodatni podpritisak u izduvnom sistemu, no zahvaljujući tome zadnji izduvni lonac su manje restriktivne konstrukcije.

Postoje li katalizatori za dizel vozila?

Postoje. Njihova konstrukcija je utoliko drugačija što su oni predviđeni prvenstveno za reakcije redukcije u svrhu smanjenja količine NOx – azot oksida, koja je znatan kod dizel motora. Emisije HC i CO kod dizel motora su zanemarive.

Mogu li koristiti aditive za ulja i gorivo u vozila s katalizatorom?

Preporučljivo je koristiti aditive koji su deklasiran kao CAT friendly.

Kako prepoznati ima li moje vozilo ili je imalo katalizator?

Prisutnost lambda sonda pokazuje da je vaše vozilo imalo katalizator.



Ostavite odgovor

Vaša adresa e-pošte neće biti objavljena. Neophodna polja su označena *