Katalizatory - rodzaje i zastosowanie
We wszystkich współcześnie produkowanych samochodach, a konkretnie w ich układach wydechowych, montowane są konwertery (reaktory) katalityczne, powszechnie określane jako katalizatory. Ich podstawowym zadaniem jest zmniejszanie ilości szkodliwych składników spalin, przed ich przedostaniem się do atmosfery. Ze względu na coraz bardziej rygorystyczne normy emisji spalin, katalizatory są obecnie stosowane praktycznie we wszystkich pojazdach. Poza autami osobowymi znajdziemy je m.in. w ciężarówkach, autobusach, a nawet wózkach widłowych.
Jak to działa?
Sercem konwertera jest blok katalityczny składający się z szeregu kanałów. W najprostszym ujęciu, jego działanie opiera się na reakcji substancji zawartych w spalinach z katalizatorem, na który składają się pierwiastki zmniejszające ich ilość w układzie wydechowym pojazdu. We wnętrzu konwertera katalitycznego znajdziemy kilka warstw, m.in. powierzchnię utlenioną, pośrednią oraz aktywną. Ta ostatnia pełni najważniejszą funkcję, ponieważ to właśnie na niej zachodzi najwięcej reakcji utleniania i redukcji składników toksycznych. Ważne zadanie spełniają również tzw. promotory. Są to dodatki tlenku ceru, zwiększające odporność warstwy pośredniej na działanie wysokich temperatur. Optymalne warunki pracy katalizatora są dobierane dzięki sterowaniu silnikiem, na podstawie danych pochodzących z sondy lambda.
Ceramiczne i metalowe
Stosowane obecnie katalizatory samochodowe, różnią się od siebie materiałem, z którego zostały wykonane. Generalnie montowane są dwa ich rodzaje: z katalitycznym blokiem metalowym lub ceramicznym. W katalizatorach pierwszego typu, metal szybciej nagrzewa się od ceramiki i szybciej osiąga temperaturę pracy. W konsekwencji ten rodzaj katalizatorów potrzebuje mniej czasu na oczyszczenie spalin. Poza tym metaliczny blok katalizatora, jest bardziej odporny na uszkodzenia mechaniczne. W wyniku uderzenia, np. kamieniem poderwanym z nawierzchni drogi, metal jedynie odkształci się, ceramika natomiast ulegnie trwałemu pęknięciu. Nie bez znaczenia jest również większa odporność katalizatorów metalowych na szoki temperaturowe: maksymalna temperatura grożąca zniszczeniem bloku metalowego wynosi około 1.300 st. C, w przypadku ceramicznego zaś jedynie 800 st. C.
Katalizator katalizatorowi nierówny
Najprostszymi rodzajami konwerterów katalitycznych, są tzw. katalizatory redukujące i utleniające. Pierwszy z nich zmniejsza jedynie zawartość tlenków azotu w spalinach, drugi zaś redukuje wyłącznie zawartość tlenku węgla i węglowodorów. Obecnie tego typu katalizatory nie są stosowane pojedynczo. Wchodzą one w skład tzw. konwertorów trójfunkcyjnych, nazywanych również trójdrożnymi. Są one montowane wyłącznie w silnikach benzynowych. Reaktory trójfunkcyjne TWC (z ang. Three Way Catalyst), redukują zarówno tlenki azotu oraz jednocześnie utleniają węglowodory i tlenek węgla. Ze względu na rosnące wymagania ze strony norm emisji spalin, pojedyncze reaktory katalityczne są zastępowane układami kilku reaktorów. Nieco inaczej wygląda sytuacja w silnikach wysokoprężnych. W jednostkach tych stosowane są reaktory utleniające, które powodują jedynie utlenienie węglowodorów i tlenku węgla. Skąd takie rozwiązanie? Wynika to z faktu, iż w dieslach nie jest możliwa jednoczesna redukcja tlenków azotu (jak ma to miejsce w silnikach benzynowych), ze względu na pracę tych jednostek na mieszankach ubogich. Aby zredukować tlenki azotu, stosowane są często dodatkowe konwertery. Wykorzystują one najczęściej roztwór mocznika jako katalizatora reakcji.
Kiedy wymieniać?
Konwertery katalityczne, podobnie jak inne mocno eksploatowane części, należy okresowo wymieniać. Żywotność nowoczesnych katalizatorów jest jednak stosunkowo długa, bo sięga przebiegów rzędu 80 tys. km. W wielu pojazdach są one użytkowane znacznie dłużej – należy jednak pamiętać, iż skutkuje to spadkiem ich sprawności, w wielu przypadkach nawet o jedną czwartą.