Katalizator – jak prawidłowo diagnozować jego działanie?

Od kiedy stosowany?

Przepisy dotyczące kontroli emisji spalin mają już blisko 60-letnią historię. Po raz pierwszy zostały wprowadzone do obowiązującego prawa w USA w 1960 roku. Również w Stanach Zjednoczonych, jako jednym z pierwszych krajów (później dołączyła Japonia i Europa), wprowadzony został nie tylko obowiązek stosowania reaktorów katalitycznych w układach wydechowych, ale również jednolity system diagnostyki pokładowej. Ten ostatni obejmował przede wszystkim monitorowanie skuteczności działania katalizatorów, oczywiście w mocno ograniczonym jak na owe czasy zakresie kontroli emisji szkodliwych związków spalin.

Gdzie montowany i jak działa?

Zewnętrznie konwerter katalityczny to blaszana puszka przypominająca tłumik w układzie wydechowym. Ze względu na użyty do budowy materiał, rozróżniamy dwa typy katalizatorów: ceramiczny z blokiem ceramicznym oraz metalowy z blokiem metalowym. Wnętrza bloków zawierają dużą liczbę kanałów o strukturze przypominającej plaster miodu. Są one pokryte warstwą metali szlachetnych: najczęściej jest to platyna, ale montuje się również katalizatory z rodem i palladem. Metale szlachetne wchodzą w reakcję chemiczną ze składnikami toksycznymi zawartymi w spalinach, w wyniku której następuje redukcja tych ostatnich.

HC, CO i NOx – tylko w benzyniakach

Jednym z najczęściej stosowanych elementów w samochodach z silnikiem benzynowym, jest katalizator trójfunkcyjny TWC (od ang. Three Way Catalyst). Nazwa bierze się z jego działania, czyli jednoczesnej redukcji tlenków azotu (NOx) oraz utleniania węglowodorów (HC) i tlenku węgla (CO). Z kolei w jednostkach o zapłonie samoczynnym, stosowane są reaktory utleniające wyłącznie związki HC i CO. Jednoczesna redukcja NOx jest niemożliwa ze względu na fakt pracy tych silników na ubogich mieszankach.

Kiedy i jak monitorować?

Nie wszyscy wiedzą, że w pojazdach produkowanych w pierwszych latach XXI wieku, skuteczność reaktorów katalitycznych nie była kontrolowana przez układ diagnostyki pokładowej. W konsekwencji właściciel mógł poruszać się samochodem z niesprawnym układem, nie mając świadomości tego faktu. Sytuacja zmieniła się w styczniu 2005 roku, kiedy weszły w życie przepisy Euro IV. Wprowadziły one obowiązek monitorowania skuteczności pracy reaktora katalitycznego przez system autodiagnostyki pokładowej pojazdu. W momencie znacznego obniżenia skuteczności reaktora katalitycznego, kierowca jest informowany o zaistniałej sytuacji poprzez zapalenie kontrolki MIL (z ang. Malfunction Indicator Light) na zestawie wskaźników.

Autodiagnostyka – jak to działa?

Do systemu autodiagnostyki wykorzystywane są dwie sondy mierzące zawartość tlenu w spalinach. Jedna z sond jest umieszczona przed reaktorem katalitycznym (kontrola niektórych systemów ograniczenia emisji spalin oraz pracy silnika), druga zaś za reaktorem katalitycznym (kontrola niektórych systemów ograniczenia emisji spalin, a także samego katalizatora). Przy rozgrzanym do temperatury pracy reaktorze katalitycznym, sonda – znajdująca się za reaktorem katalitycznym – powinna utrzymywać stan napięcia, wynoszący około 0,8V. Przy sprawnym katalizatorze w spalinach znajduje się mała ilość wolnych cząsteczek tlenu. To normalne zjawisko, ponieważ tlen zużywany jest w procesie katalitycznym do utleniania szkodliwych gazów do postaci gazów nieszkodliwych. Natomiast jeśli dojdzie do uszkodzenia katalizatora lub przynajmniej znacznego zmniejszenia jego efektywności, sonda za katalizatorem będzie wskazywać zbliżoną ilość cząsteczek tlenu do sondy przed katalizatorem. W konsekwencji przebieg napięcia sondy za katalizatorem będzie oscylował pomiędzy stanem 0,8 a 0,45V, w zależności od proporcji mieszanki paliwowo-powietrznej regulowanej przez elektroniczną jednostkę sterującą. Odchylenia w działaniu od wartości zapisanych w pamięci jednostki sterującej powodują zapisanie odpowiedniego kodu błędu w pamięci i zapalenie wspomnianej już wyżej kontrolki MIL na zestawie wskaźników.