Czym jest katalizator?
Zgodnie z aktualnie obowiązującymi przepisami, wszystkie samochody powinny być wyposażone w katalizator spalin. Z zewnątrz wygląda jak metalowa puszka, która umieszczona jest w układzie wydechowym pojazdu. Jego naważniejszym zadaniem jest usuwanie najgorszych skutków spalin i neutralizowanie ich w jak największym stopniu.
W europie, pierwsze samochody, które były wyposażone w katalizatory spalin, pojawiły się już w 1986 roku. Dopiero wprowadzenie normy Euro 1 spowodowało, że wszystkie nowo wyprodukowane pojazdy musiały być wyposażone w fabryczny katalizator spalin, aby otrzymać homologację. W zależności od tego, czy pojazd zasilany jest olejem napędowym czy benzyną, stosuje się różne powłoki aktywne ze względu na zróżnicowany skład spalin.
Jak zbudowany jest katalizator?
Współczesne katalizatory zbudowane są z czterech elementów. Jest to:
- Obudowa katalizatora – podłużna, metalowa puszka, spotykana w formie walca (lub spłaszczonego walca), z dołączoną izolacją cieplną. Do niej podłączony jest wydech, który przekazuje bezpośrednio do katalizatora spaliny z kolektora wydechowego. Po oczyszczeniu spaliny przechodzą dalej, już do tłumika.
- Nośnik – jest to wewnętrzna struktura, wyglądem przypominająca plaster miodu, która składa się z ogromnej ilości kanalików, które umożliwiają przepływ spalin. Jest wykonana z metalu lub ceramiki.
- Powłoka pośrednia – ma porowatą strukturę i znajduje się na całej powierzchni kanalików nośnika. Zapewnia odpowiednie warunku dla kolejnej powłoki.
- Powłoka aktywna katalitycznie – serce katalizatora, jest wykonane z pierwiastków, których zadaniem jest wejście w reakcje chemiczne ze wszystkimi szkodliwymi składnikami spalin dla środowiska.
Rodzaje katalizatorów
- Katalizatory utleniające – ich zadaniem jest zmniejszenie ilości tlenków węgla i węglowodorów HC oraz cząstek stałych w spalinach w silnikach diesla.
- Katalizatory trójfunkcyjne (trójdrożne) – te z kolei utleniają tlenki węgla i węglowodory oraz redukują tlenki azotu w silnikach benzynowych.
Jak działa katalizator spalin?
W momencie uruchomienia silnika do katalizatora zaczynają trafiać spaliny. Aby zaczął on swoją pracę, musi zostać rozgrzany do minimum 300°C, dopiero wtedy zaczną w nim zachodzić reakcje. Optymalna temperatura pracy katalizatora wacha się między 400°C do 800°C. Aby przyśpieszyć proces nagrzewania katalizatora, używa się w jego budowie termoizolacji. W niektórych samochodach stosuje się specjalne grzałki lub ciepłe powietrze z kolektora wydechowego.
Istotne są tutaj również sondy lambda (określają one wartości stosunku paliwa do powietrza). Dzięki nim, komputer samochodowy sterujący pracą silnika, wie, jaką mieszankę dobrać, aby dawkowanie paliwa było optymalne.
Zmiana składu mieszanki paliwa powoduje zachodzenie procesu redukcji i utleniania z wykorzystaniem tlenu w katalizatorze. Proces redukcji zmniejsza ilość tlenków azotu, natomiast proces utleniania zmniejsza ilość tlenków węgla, redukując go do dwutlenku węgla oraz węglowodorów HC. Procesy te występują naprzemiennie. Skuteczność konwersji katalizatora wynosi nawet 98%!
Jak wygląda redukcja zanieczyszczeń z użyciem katalizatora?
- Tlenek węgla – przed katalizatorem 1%, za katalizatorem – 0,1 %
- Węglowodory HC – przed katalizatorem: do 100 ppm, za katalizatorem: do 20 ppm
- Dwutlenek węgla – przed katalizatorem – do 14%, za katalizatorem – do 15,4 %
Dodatkowo w silnikach diesla stosuje się filtry cząsteczek stałych FAP/DPF (Euro 4 i wyżej) oraz układy selektywnej redukcji katalitycznej SCR (Euro 6 i wyżej). Z kolei układy EGR recyrkulacji spalin, których zadaniem jest redukcja szkodliwych tlenków azotu, stosuje się w obu rodzajach jednostek napędowych – benzynowych oraz diesla.