A katalizátor működésének feltételei és elvei
A modern autók lelke nemcsak a motor, hanem a környezetbarát működésért felelős katalizátor is. A környezetvédelem kérdése egyre nagyobb hangsúlyt kap manapság. Ez az alkatrész csökkenti a károsanyag-kibocsátást.
A katalizátor a motor kipufogórendszerében található speciális katalitikus berendezésre utal. Az autóiparban a katalizátor nem egy szer, hanem egy alkatrész, amelynek szerepe a motor által kibocsátott gázok (kipufogógázok) károsanyag-tartalmának csökkentése, bár ez a folyamat itt is a klasszikus kémiában katalizátoroknak nevezett anyagok révén valósul meg.
Mi a katalizátor?
A katalizátor a kémiában olyan anyag, ami úgy gyorsít fel egy kémiai reakciót, hogy ő maga annak során nem változik meg maradandóan. A szó a görög katalüszisz (feloldás) szóból keletkezett, latin végződéssel. A katalizátorok úgy fejtik ki hatásukat, hogy jelenlétükben a reakciók más úton, alacsonyabb aktiválási energiájú részfolyamatokon keresztül játszódnak le, ezzel növelvén a reakciósebességet.
Sokféle anyag lehet katalizátor: elemek, szervetlen és szerves vegyületek. Az egyszerűbb kémiai felépítésű katalizátorok (elemek, szervetlen vegyületek) gyakran több, különféle reakciót is katalizálnak.
A katalizátor felépítése és működési elve
A katalizátor feladata az, hogy a megfelelőn beállított robbanómotor kipufogógázának károsanyag-tartalmát csökkentse. Ezt azzal éri el, hogy a működése során fellépő magas hőmérsékleten a benne található nemesfémek a káros anyagok egy részét oxidálják, vagy ártalmatlan anyagokká alakítják.
Kipufogórendszerek katalizátor nélkül
Lényegében egy kis méretű alkatrészről van szó, azonban a kerámia betét kiterítve mindenki meglepne, még egy futballpályát is le tudnánk vele fedni. A gyártáskor a nemesfémeket a katalizátor-mag extrudált kerámia méhsejt szerkezetére viszik fel. A kerámia-mag áramlási csatornák százait tartalmazza, ezek biztosítják, hogy az átáramló kipufogógázok a lehető legnagyobb felületen érintkezzenek a katalitikus reakciót létrehozó nemesfémekkel. Az így megnövelt felületű magra viszik fel a nemesfémet, a tulajdonképpeni katalizátor anyagot.
Aktív katalizátoranyagok
A katalizátornak elég nagy felülettel kell rendelkeznie ahhoz, hogy a kipufogógáz hosszú ideig elegendő érintkezésbe kerüljön a katalizátor felületén található aktív katalizátoranyagokkal (főleg platina, ródium, palládium vagy ritkaföldfém hatóanyagokkal). Ezek a nemesfémek a platinafémek családjába tartozó platina, palládium és ródium.
- A platina a szénhidrogének és a szén-monoxid oxidációját gyorsítja meg.
- A ródium pedig a nitrogén-oxidok átalakítását végzi el.
Így járul hozzá a levegő minőségének megóvásához (és egyben a rákos és daganatos megbetegedések számának csökkentéséhez) az autó katalizátor.
Kémiai reakciók a katalizátorban
A háromutas katalizátor a kipufogógázban lévő szénhidrogéneket (HC) és szén-monoxidot (CO) képes oxidálni, a kipufogógázban lévő nitrogén-oxidokat (NOx) pedig ártalmatlan nitrogénné és oxigénné redukálni. Leegyszerűsítve úgy magyarázhatnánk meg, hogy a kipufogó gáz bemegy egy szerkezetbe, ahol kémiai reakciók segítségével olyan anyagokká alakítják a nem kívánatos termékeket, amik már nem annyira terhelőek a környezetre nézve. Így lesz a végeredmény víz és szén-dioxid. Pont ezért nem kell feltétlenül megijednünk, ha vizet találunk a kipufogóban, egészen addig, amíg normális mennyiségről van szó, hiszen ez teljesen természetes folyamat.
Komplett katalizátor vagy katalizátor csonk kerámia betét? Kipufogó alkatrészek webáruház.
A szénhidrogén (HC) és a szén-monoxid (CO) oxidációs reakciója a kipufogógázban lévő oxigén nyomaival könnyebben megy végbe katalizátor hatására, vagyis a reakcióhőmérséklet és a reagenskoncentráció jelentősen csökken. Ezért a katalizátor a szénhidrogén (HC) több mint 90%-át képes eltávolítani, és a szén-monoxid (CO) ártalmatlan gőzzé és oxigénné oxidálódik. Ha a kipufogógáz oxigénkoncentrációja nagyon alacsony, az NOx reakcióba lép a HC-vel, és ártalmatlan oxigénné és nitrogénné redukálódik. Ez azt tükrözi, hogy megfelelő feltételek mellett a konverziós hatásfok is elérheti a 90%-ot.
Accord 2001 katalizátor karbantartás
A katalizátor működésének alapvető feltételei
A katalitikus átalakítás hatékonyságát számos tényező befolyásolja.
1. Hőmérséklet
A legfontosabb tényező a katalizátor hőmérséklete. A redukció vagy az oxidáció megindulásához el kell érniük egy minimális működési hőmérsékletet. A gépkocsi indításától a katalizátor üzemi hőmérsékletének eléréséig tartó időszakban a leggyengébb a katalizátor hatásfoka, ekkor bocsájtja ki a gépkocsi a legtöbb káros anyagot. Pont ezért kerül a katalizátor a mai modern autókban a leömlő torokba, mert így sokkal gyorsabban melegszik át, és a hatását is hamarabb fejti ki.
Ezért egyes gépkocsiknál közvetlenül a beömlőcső után előkatalizátort iktatnak be a kipufogórendszerbe, amely "besegít" ezen felmelegedési időszak alatt. Az előkatalizátor kis mérete, és a motorhoz való közelsége miatt hamarabb üzemi hőmérsékletre melegszik, mint a fő katalizátor.
2. Kipufogógáz oxigénkoncentrációja (levegő-üzemanyag arány)
A másik kulcsfontosságú tényező a kipufogógáz oxigénkoncentrációja (azaz a hengerbe kerülő keverék levegő-üzemanyag aránya). Az optimális működéshez meghatározott oxigénszintre van szükség.
3. Ólommentes üzemanyag és kéntartalom
Az ólom és a kén, nagyon negatív hatással vannak a katalizátorra, mivel kölcsönhatásba lépnek a katalitikus aktív anyagokkal, új kristályos szerkezetet hozva létre, vagy lerakódnak a katalizátor felületén, és ezáltal károsítják a katalitikus anyagok felületi aktivitását. Ez az úgynevezett katalizátormérgezés, amely a katalizátor életének legsúlyosabb fizikai jelensége. Ezért a katalizátor használatának előfeltétele az ólommentes benzin.
Hogyan Javítsuk a Katalizátor Hőmérséklet Jeladó Hibáját?
Katalizátor típusok a gépjárművekben
A gépjármű katalizátoroknak három fő fajtája létezik: két gázkomponensre ható, három gázkomponensre ható, és az utóbbi levegőbefúvásos változata. (Ezek angol nevéből (2-Way, 3-Way) ered a nálunk helytelen tükörfordításban meghonosodott "kétutas" illetve "háromutas" elnevezés.) Ezek különböző módszerrel, más-más kémiai reakció útján csökkentik a kipufogógáz károsanyag-tartalmát.
Az első katalizátorokban szemcsés magot alkalmaztak, ma már a legtöbb modern katalizátorban szabad átfolyású kerámia méhsejt szerkezetű magot találunk. A gépkocsikon alkalmazott katalizátorok fajtája évjárattól, motor űrtartalomtól és a gépjármű súlyától függ.
| Katalizátor Típus | Működési Elv | Milyen gázkomponensekre hat? | Jellemző Alkalmazás |
|---|---|---|---|
| Két gázkomponensre ható | Az első egy redukciós katalizátor (nitrogén-oxidok redukciója), a második egy oxidációs (szénhidrogének és szén-monoxid átalakítása). | NOx, HC, CO | Amerikában 1975 és 1985 között gyártott gépkocsikon használták. |
| Három gázkomponensre ható (Háromutas) | A szénhidrogéneket (HC) és a szén-monoxidot (CO) oxidálja, a nitrogén-oxidokat (NOx) redukálja. | NOx, HC, CO | A legtöbb modern benzinmotoros autóban. |
| Három gázkomponensre ható levegőbefúvással | Ugyanazt a módszert alkalmazza mint az előbbi: redukál és oxidál. Két különálló katalizátor mag közé levegőt vezetnek, növelve az oxidáció hatékonyságát. Az első mag végzi a redukciót, a második az oxidációt. | NOx, HC, CO | Bizonyos típusú gépjárművek, ahol az oxidációs hatásfok növelése szükséges. |
Az univerzális vagy általános katalizátorok fő előnye az, hogy egy típussal gépjárműmárkák és típusok széles körét lefedhetjük. Katalizátorcsere esetén az univerzális katalizátorok megfizethető alternatívát jelentenek az autógyári katalizátorokkal szemben. Az alkatrész-kereskedőnek illetve a beszerelőműhelynek kevesebb alkatrészt kell készleten tartania, mégis teljes típusválasztékot tud nyújtani a várhatóan katalizátor-cserére jelentkező gépjárművekhez.
Katalizátor problémák és megoldások
A katalizátoroknak több problémája is lehet. Ez az alkatrész csökkenti a károsanyag-kibocsátást - egészen addig, amíg el nem tömődik.
Gyakori meghibásodások
- Természetes elhasználódás: Ez teljesen normális, és mindenki találkozik vele egyszer. Az oka, hogy az autó rengeteg kilométert tud maga mögött, vagy pedig az, hogy a futásteljesítmény átlagon felülinek nevezhető.
- Sérülések: A katalizátor könnyen sérül. Mivel a járműnek egy olyan részében található, ahol teljesen ki van téve a külső fizikai kontaktusnak, teljesen normális, ha meghibásodik egy ütés vagy padka miatt.
- Túlmelegedés/Olvadás: A katalizátor a kipufogógázba került üzemanyag miatt égett ki, amely a forró katalizátor-magot elérve begyulladt, és annak hőmérsékletét magasan a katalizátor normál üzemi hőmérséklete fölé emelte. A kerámia-mag nem képes elviselni ezt az igen magas hőmérsékletet (1400°C felett), és olvadni kezd, a kerámia összeesik, a katalizátor tönkremegy.
- Belső hiba (eltömődés/mérgezés): Amennyiben ez megtörténik, már nem fogja tudni a káros anyagokat átalakítani. A gyakori városi közlekedés, rövid távok és hidegindítások mind hozzájárulnak ahhoz, hogy az égéstérben keletkező korom és szennyeződések lerakódjanak. Különbség van egyszerű eltömődés (elszennyeződés), és mérgezés között. A mérgezés azt jelenti, hogy egy kondenzátum réteg befedte a nemesfém felületet, lakkréteget alkot.
Ha pedig arra gondolunk, hogy a járműnek egy olyan részében található, ahol teljesen ki van téve a külső fizikai kontaktusnak, akkor teljesen normális, ha meghibásodik. Úgy tudjuk gyorsan ellenőrizni, ha megkopogtatjuk kicsit. Amennyiben a katalizátorban belső hiba lép fel, ezt pedig csak a cserével tudjuk megoldani, viszont mindig figyelni kell arra, hogy miért következett be adott hiba. Általában más okok állnak a háttérben, mint például a gyújtógyertya kiégése. Ha a probléma megoldása nélkül cseréljük ki a katalizátort, akkor az újra tönkre fog menni.
Megoldások a problémákra
Egy elhanyagolt katalizátor komoly kiadásokat okozhat - egy új katalizátor nem olcsó dolog. A rettegett P0420 és P0430-as hibakódok (katalizátor hatásfoka alacsony) esetén már nem feltétlenül szükséges cserélni a katalizátort!
- Katalizátor hatásfokának helyreállítása (leszerelés nélkül): Ha a P0420 hibakód esetében (katalizátor hatásfoka alacsony) nem kell leszerelni a katalizátort, hogy helyreállítsuk a hatásfokot. Erre van egy nagyon költséghatékony megoldás, mivel a le- és felszerelés munkadíjára nem kell számolni. Ebben az esetben csak az autóval együtt tudjuk javítani a katalizátort.
- Katalizátorbetét cseréje: Törött vagy átégett (megolvadt) katalizátorok esetében a katalizátorbetét cseréjében gondolkodunk, mivel ez jelentősen olcsóbb megoldás az új katalizátor vásárlásánál. Kizárólag kiváló minőségű betéteket építünk be!
- Katalizátor tisztítása professzionális berendezéssel: Ez az eljárás akkor hatékony, ha a katalizátor szennyezettségét a gépjármű egyéb meghibásodása okozta, tehát “másodlagos tünet”.
- Katalizátor tisztító adalékok: A termék a benzintartályba öntve fejti ki hatását, és automatikusan keveredik az üzemanyaggal. A Liqui Moly katalizátor tisztító elérhető áron kínál megbízható megoldást, amit akár otthon is könnyen alkalmazhatsz. Ha igazán alapos karbantartást szeretnél, használd együtt az injektor- és katalizátor tisztító adalékokat!
- Katalizátor cseréje: Amennyiben nincs az autóhoz katalizátor betét, akkor sajnos nincs más megoldás, cserélni kell.
Szervizünk több éve katalizátorokra és DPF szűrőkre specializálódott hivatalos szakszerviz!
Egyéb katalizátor alkalmazások
A szilárd részecskékre ható készülékeket szűrőknek nevezzük, ezekben vegyileg a füstgáz nem alakul át, hanem a képződött, elégetlen korom, és egyéb szilárd részecske kiszűrésére szolgálnak.
A kályhákhoz ill. kazánokhoz alkalmazott katalizátorok az autó katalizátorokkal azonos célt szolgálnak, az elégetlen CO, por, egyéb szerves anyagok oxidálása, az emisszió csökkentése. Gyakran habkerámia szerkezetűek, melynek felületén nemesfém bevonat képezi a katalizátor réteget. Alkalmazhatóságuk határa kb. 1450 °C. A katalizátor szerkezet általában a tűztér felső részében van. A füstgáz átmegy a habkerámia szűrőn, és különösen az égés elején, ill. részterhelésen finom por ér a felülethez, ami teljes terhelésen kiég, és szabaddá válik a felület. A por 30-40%-át tartja vissza.
A kazánok füstgáz-katalizátora a csak 200 °C felett működik (ekkor lehet a füstgázt rajta csappantyúval átvezetni). Ha a katalizátor nem ég ki tisztára, akkor vagy nem érte el a szükséges gyulladási hőmérsékletet, vagy kevés a kazán huzata. A bypass füstgáz csappantyú használata megakadályozza a mérgezést. Nagyobb (erőművi) kazánokban nem alkalmazzák, mert könnyen elszennyeződik, ill. mérgeződik. Viszont utóégető hatású készülékeket alkalmaznak a kályhákban.
tags: #katalizator #mukodes #feltetelei