Što je katalizator i čemu služi? (problemi i uklanjanje)

Sadržaj

1. Što je katalizator?
2. Razlog postojanja katalizatora
3. Dijelovi katalizatora
4. Način rada katalizatora
5. Gdje se nalazi katalizator u automobilu?
6. Problemi i simptomi neispravnog katalizatora
7. Kako spriječiti probleme s katalizatorom?
8. Cijena katalizatora i troškovi zamjene
9. Uklanjanje i vožnja bez katalizatora
10. Zašto se katalizatori kradu?
    

Što je katalizator?

Katalizator (eng. CAT-CON - Catalytic Converter) je uređaj za kontrolu emisija štetnih ispušnih plinova vozila kod motora s unutrašnjim sagorijevanjem.

Katalizator kemijskim reakcijama oksidacije i redukcije pretvara štetne ispušne plinove, ugljični monoksid, ugljikovodike i dušikove okside, u plinove koji nisu štetni za ljudsko zdravlje, poput ugljikovog dioksida, kisika, dušika i vodene pare.

Razlog postojanja katalizatora

Glavni razlog postojanja katalizatora je smanjenje emisija štetnih ispušnih plinova automobila s ciljem zaštite ljudskog zdravlja.

S pojavom sve većeg broja vozila na prometnicama, Europska Unija je regulativom propisala granične vrijednosti emisija štetnih plinova u ispuhu vozila s dizelskim i benzinskim motorima.

Te propisane granične vrijednosti su još poznate pod nazivom Euro norme.

Razlog za ugradnju katalizatora je prva tj. Euro 1 norma koja je stupila na snagu davne 1992. godine.

Euro 1 norma propisala je sljedeće maksimalne granične vrijednosti štetnih ispušnih plinova:

• Ugljični monoksid (CO) - 2,72 g/km
• Ugljikovodici (HC) i dušikovi oksidi (NOx) - 0,97 g/km

Obveza ugradnje katalizatora u osobne automobile M1 kategorije smanjila je količine štetnih ispušnih plinova u ispuhu preko 80 %.

Dijelovi katalizatora

Katalizator izgledom podsjeća na DPF filter, a u ovisnosti o vrsti i veličini vozila u koje se ugrađuje može izgledati poput valjka ili spljoštenog valjka.

Glavni dijelovi katalizatora su:

• kućište,
• saćasti nosač,
• katalizator,
• toplinska izolacija,
• lambda sonde.

Kućište je podijeljeno na usis, jezgru i ispuh.

Usis i ispuh kućišta katalizatora su spojeni na ispušnu cijev i kroz njih ulaze štetni ispušni plinovi iz motora i izlaze manje štetnih ispušni plinovi u nastavak ispušne cijev, te potom u atmosferu.

Jezgra kućišta je šira u odnosu na ispušnu cijev jer se u njoj nalazi saćasti nosač kroz koji prolaze ispušni plinovi.

Na saćastom nosaču raspoređen je tanki sloj katalizatora (platine, paladija i rodija) preko kojeg struje ispušni plinovi koji potom reagiraju i sudjeluju u kemijskim procesima katalizacije.

Saćasta struktura osigurava protok plinova preko što veće površine kako bi što veća količina plinova sudjelovala u procesu i bila pretvorena u one manje štetne.

Središnja jezgra katalizatora je obložena toplinskom izolacijom koja služi da zadrži toplinu ispušnih plinova od napuštanja kućišta katalizatora kako bi katalizator što prije postigao "radnu" temperaturu na kojoj je katalizacija najefikasnija.

Lambda sonde su uređaji koji mjere količinu kisika u ispušnim plinovima i tu informaciju šalju računalu koje kontrolira rad motora (eng. ECU - Engine Control Unit).

Najčešće se ugrađuju dvije lambda sonde, jedna na ulazu, a druga na izlazu iz katalizatora.

Na temelju očitanja kisika s lambda sondi motor prilagođava omjer kisika i goriva u smjesi onom optimalnom za što manje emisije štetnih ispušnih plinova.

Način rada katalizatora

Način rada katalizatora je u osnovi vrlo jednostavan.

Ispušni plinovi nastali sagorijevanjem goriva u motoru kreću se kroz ispušnu cijev, te nailaze na katalizator.

Prolaskom kroz jezgru katalizatora koja je obložena česticama katalizatora, spojevi štetni po ljudsko zdravlje kemijskim reakcijama se pretvaraju u one manje štetne koji potom izlaze u atmosferu.

Kemijske reakcije

U današnjim suvremenim katalizatorima se odvijaju dvije kemijske reakcije:

• redukcija, i 
• oksidacija.

Nalaskom na katalizatore, dušikovi oksidi (NOx) iz ispušnih plinova se u kemijskoj reakciji katalitičke redukcije pretvaraju u dušik (N) i kisik (O2).

NOx -> O2 + N2

U drugom dijelu katalizatora odvija se kemijska reakcija oksidacije u kojoj se ugljični monoksid (CO) pretvara u ugljični dioksid (CO2), te neizgoreno gorivo (CxHy) u ugljični dioksid (CO2) i vodu (H2O).

2CO + O2 -> 2CO2

CxHy + O2 -> CO2 + H2O

Važno je napomenuti da katalizatori ubrzavaju kemijske reakcije, ali pri tome ne sudjeluju aktivno u njima niti mijenjaju svoja svojstva (ne troše se).

Omjer goriva i zraka u smjesi

Katalizator je najefikasniji pri temperaturama ispušnih plinova između 400 i 800 stupnjeva Celzijevih, te kada je omjer zraka i goriva u smjesi približno 14.7:1.

Takav omjer zraka i goriva u smjesi naziva se stehiometrijski omjer.

Kada je smjesa goriva i zraka siromašna, u smjesi i ispuhu se nalazi više kisika (O2) nego li je to potrebno, a kad je smjesa prebogata, u njoj se nalazi više goriva nego što je to potrebno.

Kad je smjesa bogata, zbog nepotpunog izgaranja se u ispuhu nalazi povećana količina ugljikovog monoksida (CO) i ugljikovodika (CxHy) koje se oksidacijom u katalizatoru ne uspijevaju u potpunosti pretvoriti u manje štetne plinove.

S druge strane, zbog nepotpunog izgaranja, temperatura izgaranja je manja što smanjuje nastajanje štetnih dušikovih oksida (NOx).

Kod siromašne smjese, povećana količina kisika u ispušnim plinovima pospješuje nastanak dušikovih oksida (NOx) što smanjuje efikasnost katalizatora da ih pretvori u manje štetne spojeve, kisik (O2) i dušik (N).

Opet, s druge strane, siromašna smjesa pospješuje rad katalizatora u pretvorbi ugljičnog monoksida i ugljikovodika u ugljikov dioksid (CO2) i vodenu paru (H2O).

Zatvoreni sustav s povratnom vezom

Da bi katalizator imao maksimalnu učinkovitost omjer smjese goriva i zraka u motoru većinu vremena mora biti što bliže stehiometrijskom omjeru.

Da bi se to osiguralo, ispred i i iza katalizatora se ugrađuju senzori za mjerenje kisika, tzv. lambda sonde.

Informacija o količini kisika u ispušnim plinovima šalje se u računalo motora koje ovisno o tome ima li previše ili premalo kisika u ispušnim plinovima prilagođava omjer kisika i zraka u smjesi.

Ako je u ispušnim plinovima manjak kisika, računalo povećava omjer kisika u smjesi, i obratno.

Tako se osigurava da je katalizator u svakom trenutku najefikasniji.

Gdje se nalazi katalizator u automobilu?

Kao što već znaš, katalizator se nalazi u ispušnom sustavu vozila, točnije na ispušnoj grani između motora i prigušnog lonca.

Katalizator je u pravilu postavljen vrlo blizu motora jer je za njegov efikasan rad bitno da je temperatura ispušnih plinova što viša, tj. između 400 i 800 stupnjeva Celzijevih.

Problemi i simptomi neispravnog katalizatora

Kod katalizatora se uglavnom javljaju tri najveća problema:

• začepljenje,
• uništenje zbog prevelike temperature, i
• smanjenje performansi zbog starosti i istrošenosti.

Ovo su neki od simptoma koji ukazuju na to da je došlo do nekog od navedenih problema i greške u radu katalizatora:

Povećana potrošnja goriva

Začepljenje katalizatora može smanjiti količinu zraka koji prolazi kroz motor što smanjuje performanse.

Kako bi to nadoknadio, motor može početi ubrizgavati više goriva, što rezultira povećanom potrošnjom goriva.

Paljenje “check engine” upozorenja

Paljenje “check engine” lampice na instrument ploči vozila nije isključivo povezano s problemima s katalizatorom, ona se pali prilikom raznih drugih problema s vozilom.

Međutim, postoji dijagnostički sustav koji se ugrađuje na sve automobila od 1996. godine koji kontinuirano provjerava rad sustava katalizatora.

Ako je katalizator neispravan, senzori koji provjeravaju omjer smjese zraka i goriva mogu biti razlog zašto se “check engine” lampicu upalila.

Miris pokvarenih jaja iz auspuha

U određenom trenutku u životnom vijeku katalizatora, on se jednostavno može uništiti.

Do toga ponekad dolazi zbog previsokih temperatura uzrokovanih greškom u radu motora ili njegovim približavanjem kraju radnog vijeka.

Fizičko uništenje katalizatora smanjuje njegovu funkcionalnost neutraliziranja štetnih ispušnih plinova.

Znak da katalizator dobro ne obavlja svoj posao je nekontrolirani izlazak štetnih plinova iz auspuha koji često imaju sumporni miris pokvarenih jaja.

Kada se to dogodi, najčešće je potrebno zamijeniti katalizator novim.

Slabo ubrzvanje i gubitak snage

Ako je katalizator djelomično začepljen, ispušni plinovi sporije napuštaju ispušnu cijev što za posljedicu ima povećan pritisak u ispušnoj grani.

Povećan pritisak u ispušnoj grani smanjuje protok zraka kroz motor što smanjuje performanse motora.

Kod većih začepljenja doći će do potpunog gašenja motora.

Problemi s pokretanjem motora

Problemi s pokretanjem i prisilnim gašenjem motora često su povezani sa začepljenim katalizatorom.

Ako je ispuh začepljen, ispušni plinovi ne mogu napustiti ispušnu cijev i motor, zbog čega niti novi zrak potreban za radu motora ne može niti ući u motor.

Ako novi zrak ne može ući u motor, smjesa se zbog nedostatka kisika ne može upaliti.

Rezultat toga je prislini prekid rada motora ili potpuna nemogućnost njegovog paljenja.

Pad na ekotestu

Pri obavljanju redovnog tehničkog pregleda mjeri se količina štetnih plinova u ispuhu vozila.

Iako nije jedini razlog za pad na eko testu, problem u radu katalizatora je jedan od najčešćih razloga za prekomjernu količinu štetnih plinova u ispuhu.

Kako spriječiti probleme s katalizatorom?

Kao što vidiš, postoji mnoštvo različitih problema zbog katalizatora.

Uzroci tih problema su različiti, a većina automehaničara se slaže u jednom, a to je da je za njihovu prevenciju najbitnije redovito održavanje vozila.

Cijena katalizatora i troškovi zamjene

Kod djelomično začepljenog katalizatora problemi se mogu riješiti čišćenjem.

Ako dođe do kvara lambda sonde, problem se rješava zamjenom lambda sonde.

Međutim, razlog većine ostalih problema je fizičko uništenje katalizatora što zahtjeva zamjenu za novi.

Ovisno o načinu održavanja vozila, stilu vožnje i kvaliteti katalizatora, radni vijek katalizatora je u pravilu između 100.000 i 200.000 km ili 10 godina starosti.

Problem kod zamjene katalizatora nije u postupku zamjene već u njegovoj izrazito visokoj cijeni.

Cijene katalizatora kreću se od 200,00 pa sve do 2.000,00 EUR.

Cijena najviše ovisi o marki i modelu, te radi li se o originalnom ili zamjenskom katalizatoru.

Zamjenski katalizatori su značajno jeftiniji od originalnih, no često su lošije kvalitete što smanjuje njihovu efikasnost i trajnost.

Kako bi dodatno uštedjeli, vlasnici vozila često kupuju i ugrađuju već korištene katalizatore koji su višestruko jeftiniji od novih.

Problem kod ugradnje korištenih katalizatora je u tome što je vrlo teško procijeniti njihovo stvarno stanje i vijek trajanja.

Dotrajali neispravni katalizatori se mogu reciklirati zbog čega ih vlasnici mogu prodati i tako barem djelomično smanjiti trošak kupnje novog.

Uklanjanje i vožnja bez katalizatora

Neki vlasnici vozila smatraju kako katalizator povećava troškove održavanja, a smanjuje potrošnju i performanse njihovih vozila, pa se odlučuju na njegovo potpuno uklanjanje iz vozila.

Vožnja vozila bez katalizatora zbog povećane emisije štetnih plinova u ispuhu može ostaviti negativne posljedice na ekologiju i život ljudi.

Osim toga, vozila s uklonjenim katalizatorom nisu zakonski legalna za prometovanje na javnim cestama.

Takva vozila često ne zadovoljavaju propisane norme i ispuštaju više štetnih čestica nego li je to dozvoljeno zbog čega ne mogu proći tehnički pregled i registraciju.

Ako se iz nekog nerazumnog razloga odlučiš za uklanjanje katalizatora, trebaš znati kako taj postupak nije jednostavan kao što se na prvu čini.

Postupak uklanjanja katalizatora s vozila znači njegovo fizičko uklanjanje i zamjenu za komad prazne ispušne cijevi.

Osim fizičkog uklanjanja samog uređaja, postupak uključuje i rekalibriranje sustava motora što mogu napraviti isključivo obučeni automehaničari.

Proizvođači automobila nisu predvidjeli korištenje vozila na takav način, pa vožnja automobila bez katalizatora može trajno oštetiti motor i nikako se ne preporučuje.

Zašto se katalizatori kradu?

Razlog krađe katalizatora iz vozila je njihova visoka cijena i mogućnost preprodaje na crnom tržištu.

Već sam spomenuo kako se neki vlasnici vozila zbog manjih troškova prilikom zamjene katalizatora odlučuju na ugradnju već korištenih katalizatora.

Katalizatori su skupi jer se u njih ugrađuju rijetki plemeniti metali poput paladija, platine i rodija.

Takvi plemeniti metali izrazito su rijetki što im značajno podiže cijenu.

Najveće količine tih plemenitih metala dolaze iz rudnika u Rusiji i Južnoj Africi što u današnje vrijeme dodatno komplicira njihovu nabavku.

Osim što su vrlo rijetki, zbog povećanja popularnosti hibridnih vozila njihova potražnja raste.

U hibridnim vozilima temperature ispušnih plinova su niže, što smanjuje učinkovitost katalizatora.

Zbog toga je potrebno koristiti veće količine skupih plemenitih metala kako bi se poboljšale katalitičke reakcije.

Jedan od najboljih načina zaštite od krađe katalizatora je osiguranje vozila policom kasko osiguranja koje uključuje osiguranje od krađe.