Какво е катализатор на кола и защо е важен?

По време на работа на автомобилния двигател се отделят изпарения и газове, които замърсяват въздуха. За ограничаване на това замърсяване е въведено законодателство, което определя допустимите норми за емисии. 

Само превозни средства, които покриват тези норми, имат право да се движат по пътищата.

Изпускателната система на автомобилите е съставена от много части, които спомагат за контролиране на вредните емисии и ги правят по екологични. 

От тях най-важният е каталитичният преобразувател (катализатор), тъй като от него зависи автомобилите да покрият нормите от закона за вредните емисии.

Източник на изображението: https://lsgauto.bg/

Какво представлява катализатора?

Катализаторът е устройство, което предизвиква химическа реакция, без самото то да се променя. При автомобилите той преобразува вредните газове, отделяни при горене на гориво, в по-малко вредни вещества, преди да бъдат изпуснати в атмосферата.

Съвременните екологични изисквания изискват строго ограничаване на вредните емисии, затова повечето автомобили днес са оборудвани с катализатори.

Катализаторът съдържа метална или керамична пита, покрита с ценни метали като платина, паладий и родий. Те предизвикват химични реакции, които разграждат въглеродния оксид, азотните оксиди и неизгорелите въглеводороди в по-безопасни вещества като въглероден диоксид, азот и водна пара.

Има два основни типа катализатори, които могат да бъдат монтирани в автомобила:

• Катализатори на окисление;
• Редукционни катализатори.

В близост до катализатора е разположен кислороден сензор,на който функцията му е да измери количеството на кислорода в изгорелите газове на автомобила, и да ги предаде на електронния блок за управление (ECU).

Чрез тези стойности ECU изчислява точното съотношение въздух/гориво за по добра горивна смес и да достигне до катализатора достатъчно кислород, за да завърши процеса на окисление.

Как функционира?

За да работи ефективно, катализаторът трябва да достигне работна температура от поне 250°C. При тази температура започват две основни химически реакции – редукция и окисление. 

Ако температурата е по-ниска, тези реакции не се активират и катализаторът не може да изпълни функцията си.

Процес на редукция

При редукцията азотните оксиди (NOx) се разпадат на азот (N₂) и кислород (O₂). Тези елементи се срещат естествено в атмосферата и не са вредни.

Процес на окисление

При процеса окислениевъглеродния оксид (CO) и въглеводородите (HC) се превръщат във въглероден диоксид (CO₂) и вода (H₂O);

След като преминат през тези химични процеси, изгорелите газове, които се отделят от ауспуха, са значително по-малко токсични и по-безопасни за околната среда.

Видове катализатори

В зависимост от вида на двигателя на колата има различни видове катализатори, всеки един от които има своите спецификации. 

Двупосочен катализатор

Този тип катализатор работи главно в два етапа. Първият етап помага за намаляване на количеството емисии от NiO2, а втория реагира чрез въглеводородите, които се образуват от неизгорял въглероден монооксид и гориво. 

Най-големият проблем при двупосочните конвертори е, че могат да работят само с бедно гориво.

Трипосочен катализатор (3-way catalyst)

Този тип се среща при бензиновите автомобили. Предназначен е да неутрализира три вида замърсители: въглероден оксид (CO), въглеводороди (HC) и азотни оксиди (NOx). 

Трипътните каталитични конвертори съдържат два отделни катализатора: редукционен катализатор и окислителен катализатор. Автомобилите, които са с трипътен катализатор не могат да използват оловен бензин. 

Дизелов окислителен катализатор

Дизеловият окислителен катализатор е най-разпространеният тип катализатор при дизеловите автомобили. Той използва наличния кислород в изгорелите газове, за да превърне вредните вещества в по-малко опасни.

DOC може да намали до 90% от тези вредни емисии. Освен това значително намалява миризмата на изгорял дизел и видимите частици в димните газове. 

Въпреки това, този тип катализатор не е ефективен при редуциране на азотни оксиди (NOₓ) – за тази цел се използват други системи като SCR (селективна каталитична редукция).

Филтър за твърди частици (DPF)

Дизеловите двигатели отделят отработени газове с високо съдържание на твърди частици – основно сажди, съставени предимно от елементарен въглерод. Тези частици не се неутрализират ефективно от стандартните катализатори, поради което се използва филтър за твърди частици (DPF).

DPF филтърът улавя саждите, натрупва ги и след достигане на определено количество ги изгаря при висока температура. Този процес, наречен регенерация, превръща вредните частици в безвредни съединения катовъглероден диоксид (CO₂).

Източник на изображението: https://whykaren.com/

Метален катализатор

Металните катализатори се използват предимно в по-стари автомобили и могат да имат различна конструкция в зависимост от модела и производителя. 

За разлика от керамичните, те не предлагат същата ефективност при пречистване на отработените газове, особено при по-ниски температури.

Въпреки това, металните катализатори също използват благородни метали като платина, паладий и родий, които ускоряват химичните реакции и спомагат за преобразуване на вредните емисии в по-безвредни вещества.

Какви са техните предимства и недостатъци?

Всеки един вид катализатор има различни предимства и недостатъци. 

Двупосочен катализатор

Сред основните предимства на двупосочния катализатор са по-ниската му цена за изработка и по-лесното му производство, монтаж и поддръжка. Освен това е подходящ за двигатели без електронно управление на горивната смес.

Като недостатъци можем да посочим, че се използва се при по-стари автомобили, не намалява азотните оксиди и не покрива съвременните екологични стандарти.

Трипосочен катализатор (3-way catalyst)

Това са едни от най-ефикасните типове катализатори. Те играят роля при разграждане на три типа замърсители на околната среда въглероден оксид (CO), въглеводороди (HC) и азотни оксиди (NOx). Най-подходящи са за автомобили с бензинов двигател. 

Сред недостатъците им са неефиктивносттапри ниски температури на отработените газове. Освен това не са подходящи за дизелови двигатели. 

Дизелов окислителен катализатор

Предимството на този тип катализатор е, че е много подходящ за дизелови двигатели, тъй като намалява въглеродния оксид и въглеводородите и помага на автомобилите с дизелов двигател да покрият екологичните норми.

Основните му недостатъци са, че не е подходящ за разграждане на азотни оксиди и не улавя сажди и твърди частици.

Филтър за твърди частици (DPF)

Голямото предимство на DPF е, чеуспешно улавя характерните за дизеловите автомобили сажди и твърди частици. 

Като недостатък може да се посочи, че събира сажди и твърди частици, поради което се нуждае от често регенериране.

Метален катализатор

Основното предимство на този вид катализатори е по-ниската им цена, а техните минуси са по-краткия им експлоатационен живот и по-малката устойчивост на високи температури.

Основни причини за повреда

Катализаторът е ключов компонент в изпускателната система на автомобила, който намалява вредните емисии. Въпреки това, с времето той може да се повреди. 

Основните причини за повреда на катализатора са:

• Механични повреди: Такива повреди са удари по автомобила (например при преминаване през дълбоки дупки или препятствия), както и вибрации и резки удари, които могат да доведат до напукване на керамичната структура и други.

• Замърсяване и запушване: Получават се ототлагания на сажди, масла и горивни остатъци от неправилно горене, при използване на некачествено гориво с високо съдържание на сяра, при прекомерно изгаряне на масло в двигателя (например при износени сегменти или гумички на клапаните).

Източник на изображението: https://grassrootsmotorsports.com/

• Прегряване: Повредата се дължи основно на неправилно работеща горивна система, която позволява излишно гориво да попадне в изпускателната система, където изгаря и повишава температурата. Възможно е да има и проблеми със запалителната система (неизправни свещи, бобини или инжектори), водещи до неправилно изгаряне на горивото.

• Износване с времето: Катализаторът има ограничен живот (обикновено между 100 000 и 200 000 км), след което ефективността му намалява.

• Добавки и химически агенти: Използване на неподходящи добавки за гориво или масло, които могат да повредят катализатора. Изтичане на охлаждаща течност в горивната камера (например при повредена гарнитура на главата), което води до натрупване на остатъци върху катализатора.

За да удължите живота на катализатора, е важно да поддържате двигателя в добро състояние, да използвате качествено гориво и да избягвате механични удари върху изпускателната система.

Заключение

Катализаторът е компонент на автомобилната изпускателна система, който с времето може да се повреди поради механични удари, замърсяване, прегряване, износване или използване на некачествени горива и масла. 

За да се удължи животът му, е необходимо редовно обслужване на двигателя, внимателно шофиране и използване на качествени горивни и маслени продукти.

Ранното разпознаване на проблемите може да предотврати скъпи ремонти и да осигури по-добра работа на автомобила и екологично по-чисти емисии.