Bilkatalysator: hvad den er til, drift og fejl

El katalysator af et køretøj med en forbrændingsmotor er ansvarlig for at reducere de skadelige gasser, der opstår ved afbrænding af brændstoffet. Faktisk er hans fulde navn katalysator og der er flere hovedtyper alt efter om de er til diesel eller benzin.

Vi fortæller dig deres historie, hvad de er til, hvordan de virker, og hvor meget de koster. Ud over de symptomer, der afslører, at der er en fejl i katalysatoren.

Kort historie om katalysatoren

Den første prototype af en katalysator til disse formål blev udviklet i Frankrig og blev første gang patenteret af Eugene Houdry. Denne maskiningeniør grundlagde Oxy-Catalyst-virksomheden i USA, som først udviklede sig katalysatorer til skorstene og senere til gaffeltrucks, som brugte en lavkvalitets blyfri benzin. Senere udviklede han en katalysator til biler, som han patenterede i 1956.

Efter Engelhard Corporations forbedringer kulminerede da 1973, dukkede op første katalysator beregnet til masseproduktion. I 1975 havde næsten alle biler i USA en installeret for at overholde dets Environmental Protection Agency-regler.

Siden da er katalysatorerne er blevet forbedret både i effektivitet og effektivitet, op til varianter såsom selektive reduktionskatalysatorer (SCR), der bruger AdBlue. Selvom disse bruges som en tilføjelse, og ikke udelukker den konventionelle katalysator.

Hvad er katalysatoren til?

En katalysator reducerer de skadelige gasser, der dannes i en forbrændingsmotor. Uden det ville vi være meget mere udsat for følgende skadelige gasser:

• Med en rig blanding (mere brændstof end luft) ufuldstændig forbrænding forekommer, hvilket genererer:
  • Uforbrændte kulbrinter (HC): er kræftfremkaldende og irriterer luftveje og øjne. Hvad angår miljøet, kan de skabe sur regn og fotokemiske dampe.
  • Kulilte (CO): i lave doser giver det hovedpine, åndenød og koordination, svimmelhed, irritabilitet, forvirring og hukommelseshuller. I høje doser forårsager det døden, uden at den ramte person opdager det, derfor kalder de det den tavse morder.
• Med en magert blanding (mere luft end brændstof) produceres nitrogenoxider, som er repræsenteret ved formlen NOx. De har kræftfremkaldende varianter og forårsager irritation af luftvejene og som følge heraf bronkopulmonale tilstande og luftvejsproblemer.

Hvordan fungerer en katalysator?

Anvendelse af materialer i katalysatoren

En katalysator virker takket være metaller som platin, rhodium, zirconium eller palladium, som har katalytiske egenskaber. Det vil sige evnen til at fremskynde en kemisk reaktion. Hver er dedikeret til en anden type skadelig gas:

• El Platin accelererer oxidationen af ​​uforbrændte kulbrinter for at omdanne dem til kuldioxid og vand. Den kemiske formel er som følger: CxH2x+2 + [(3x+1)/2] O2 -> xCO2 + (x+1) H2O.
• El rhodium accelererer reduktionen af ​​nitrogenoxider til nitrogen og oxygen: 2NOx -> xO2 + N2 og oxidationen af ​​kulilte til kuldioxid: 2CO + O2 -> 2CO2. De bruges også zirkonium o palladium, som er billigere, men mindre effektive.

Glem ikke andet katalysatormateriale. Disse metaller er arrangeret på en keramisk struktur af cordierit, som understøtter udstødningsgassernes høje temperaturer.

Katalysator form

Som du kan se, bruger katalysatoren visse metaller i fast tilstand til at omdanne gasser. Hvilket fører til en forhindring: hvordan man får en gas til at komme i kontakt med disse materialer så meget som muligt uden at miste for meget hastighed. Af denne grund er den keramiske struktur af katalysatoren i form af en matrix med langsgående kanaler. Et system, der ligner brint bil brændselscelle som i øvrigt også bruger platin som katalysator. Selvom fordelingen af ​​gassen i hans tilfælde er meget finere, med en meget mere indviklet struktur.

Disse langsgående kanaler tillader gasserne at passere uden at stoppe for længe, ​​men at komme i kontakt med så mange vægge som muligt. Derfor har de mere end 70 rør pr. cm2.

Derudover bruger moderne biler ofte to eller endda tre katalysatorer for at eliminere skadelige gasser så meget som muligt for at overholde Euro 6 (på datoen for denne artikel) og Euro 7 anti-forureningsbestemmelser i 2025.

Omkring denne katalysatormatrix er et varmeskjold og et metallag. Ellers kan varmen, der ophobes i det, beskadige køretøjet eller de overflader, hvor det er parkeret. Uden den kunne en brand nemt starte.

Arbejdstemperaturen for en katalysator

For at metaller med katalytiske egenskaber skal fungere med deres maksimale effektivitet, skal en konventionel katalysator være det over 500 ºC. Dette er grunden til, at mindst en af ​​motorens katalysatorer normalt er tæt på motorens udstødningsmanifold, hvor gasserne stadig har en meget høj temperatur.

Takket være dette, katalysatoren opvarmes før og det tager kortere tid at begynde at eliminere skadelige gasser. Hvis vi kunne se en katalysator arbejde gennem sine beskyttende lag, ville vi se det den keramiske matrix og metallerne i den er rødglødende.

Når du ved dette, vil du forstå det en kold motor frigiver flere skadelige gasser end en, der har kørt i et stykke tid nu. Anekdotisk var Toyota nødt til at håndtere dette emissionsproblem i udviklingen af Prius. Slukning af varmemotoren til fordel for den elektriske gjorde, at katalysatoren ved mange lejligheder ikke nåede den korrekte driftstemperatur. Af denne grund var de nødt til at udtænke et system, der ville føre varmen fra forbrændingsmotoren til katalysatoren på andre måder.

Katalysator af en benzinbil

Disse katalysatorer er normalt triple pathway. Det vil sige, at de har de tre katalyserende systemer beskrevet ovenfor: platin for fjerne uforbrændte kulbrinter og rhodium, zirconium eller palladium til fjerne NOx og CO.

Dette skyldes, at benzinmotorer frigiver mindre NOx end dieselmotorerne og katalysatoren alene kan reducere dem Nok. Selvom på grund af fremskridt inden for anti-forurening, kan mere moderne biler have andre typer katalysatorer.

katalysator på en dieselbil

I dieselmotorer er konventionelle katalysatorer tovejs. Det vil sige, at de kun tager sig af fjernelse af uforbrændte kulbrinter og CO. NOx blev efterladt i hænderne på gasrecirkulationssystemer som f.eks EGR ventil, hvilket førte dem tilbage til forbrændingskammeret for at brænde fuldstændigt.

Der er også NOx akkumulator katalysator, som har en vigtig rolle i systemernes kamp for at gøre diesel endnu renere og for at overholde fremtidige emissionsgrænser, som bliver endnu strengere end nu. Den er placeret bag oxidationskatalysatoren og partikelfilteret og har et specielt lag, der opsamler nitrogenoxider fra udstødningsgasserne.

Der skelnes mellem to forskellige driftstyper i NOx-lagringskatalysatoren: Ved normal drift (Lambda > 1) oxideres NO først til NO2 og akkumuleres derefter under dannelsen af ​​nitrat (NO3) i katalysatoren til en oxidalkali metal (f.eks. bariumoxid).

Samme som partikelfilter den virkelige udfordring for NOx-lagringskatalysatoren er regenerering, det vil sige den periodiske tømning af akkumulatoren. Til akkumulatorregenerering skal der skabes olieholdige forhold i udstødningsgasserne (Lambda < 1). Under disse driftsforhold er der så meget reduktionsmiddel (kulilte, brint eller forskellige kulbrinter), at nitratbindingen pludselig frigives, og ædelmetalkatalysatoren omdannes til ugiftigt nitrogen (N2). Varigheden af ​​opladningen er omkring 30 til 60 sekunder, afhængigt af servicestedet, og regenereringen varer mellem 1 og 2 sekunder.

Der kræves mange temperatur- og tryksensorer for at detektere behovet for regenerering. Katalysatoren akkumulator kan reducere NOx-emissioner med op til 85 %.

dog nuværende dieselbiler de har også en SCR katalysator (selektiv reduktionskatalysator). Det er den, der bruges med tilsætningen af AdBlue, som ikke er andet end urinstof, der sprøjtes ind i udstødningsgasserne, før de når denne katalysator. Dette igangsætter en kemisk reaktion, der nedbryder NOx til N2 og H2O, meget mere effektivt end ældre systemer.

Katalysatorfejl og deres symptomer

Størstedelen af fejl i en katalysator skyldes et tidligere problem i motoren. For eksempel overskydende brændstof i udstødningssystemet (for fed blanding) på grund af dårlige tændrør, forkert timing eller beskadiget iltsensor. Det skyldes, at katalysatoren når en for høj temperatur, hvilket smelter metalliske komponenter og bryder den keramiske matrix.

Det kan også ske, at olie eller frostvæske kommer ind i udstødningssystemet, på grund af beskadigede pakninger, tætninger af ventiler forkælet eller stempelringe slidt. Dette forårsager ophobning af sod i katalysatoren.

masse symptomer på en defekt katalysator lyd:

• lugt af rådne æg forårsaget af svovlen i benzin, som under forbrændingen bliver til svovlbrinte. Da omdannelsen af ​​gasser ikke finder sted på grund af en beskadiget katalysator, kommer svovlbrinte udenfor.
• Strømtab, fordi udstødningssystemet er delvist blokeret af katalysatoren. Hvis denne forhindring skyldes, at materialerne smelter og går i stykker, bliver du nødt til at udskifte katalysatoren og opdage, hvad der er fejlen i motoren, der har forårsaget det. Hvis det kun er blokering af snavs, kan du prøve at rense det.
• Emissionstest mislykkedes. Det er unødvendigt at forklare det, for katalysatoren omdanner ikke skadelige gasser, og testen viser, at den ikke virker. I Spanien er det den tekniske inspektion af køretøjer (ITV).

• raslende støj under bilen, når den kører i tomgang eller kører. Det er forårsaget af dele af den ødelagte keramiske matrix inde i katalysatoren, som flyttes af udstødningsgasserne. Vær forsigtig, for hvis disse stykker når lyddæmperen, kan udstødningssystemet blive mere blokeret.
• Forbrug stiger. Dette er ikke et symptom på en dårlig katalysator, men det er et symptom på en rig brændstofblanding, der har tendens til at nedbryde katalysatoren. Derfor er det et symptom, der skal tages hensyn til.
• Motorfejllampe tændt. Hvis bilens sensorer registrerer, at gaskonverteringen ikke foregår korrekt, tænder styreenheden denne advarselslampe. Selvom det også tjener til mange andre fejl, er det et symptom, der i sig selv ikke indikerer svigt af katalysatoren. Du kan tilslutte bilen til en OBD-læser for at se, hvilken fejlkode den har registreret for at vide, hvad det specifikke problem er.

Pas på blokeringer i udstødningssystemet, fordi de hæver temperaturen på udstødningsmanifolden og andre rør og kan forårsage meget mere alvorlig skade på bilen.

Selvom motorfejl er den mest almindelige årsag til katalysatorfejl, er der også modeller, der har tilbagevendende katalysatorproblemer på grund af design- eller fabrikationsfejl.

Prisen på en katalysator

Som du har set gennem artiklen, er der flere typer katalysatorer. Så deres priser kan variere meget fra model til model. Det er dog normalt at udskifte en katalysator med en ny mellem 600 og 1.000 euro til personbiler. Under alle omstændigheder kan det tal være højere, hvis andre katalysatorer er involveret ud over den konventionelle.

Der er også universal katalysatorer til en god pris kompatibel med forskellige modeller. Selvom du også skal sikre dig, at den overholder de Euro-regler, som din bil har og er godkendt. Så anbefaler vi, at montagen foretages af en fagmand, da det er et sart element.

Billeder – Frankieleon, Riley Kaminer, Duurzaam Bedrijfsleven, Gonzalo Malpartida