Καταλυτικός μετατροπέας αυτοκινήτου: σε τι χρησιμεύει, λειτουργία και σφάλματα

El καταλύτη ενός οχήματος με κινητήρα εσωτερικής καύσης είναι υπεύθυνο για τη μείωση των επιβλαβών αερίων που προκύπτουν από την καύση του καυσίμου. Στην πραγματικότητα, το πλήρες όνομά του είναι καταλυτικός μετατροπέας και υπάρχουν αρκετοί κύριοι τύποι ανάλογα αν είναι για ντίζελ ή βενζίνη.

Σας λέμε την ιστορία τους, για ποιο σκοπό είναι, πώς λειτουργούν και πόσο κοστίζουν. Εκτός από τα συμπτώματα που αποκαλύπτουν ότι υπάρχει βλάβη στον καταλύτη.

Σύντομη ιστορία του καταλύτη

Το πρώτο πρωτότυπο ενός καταλυτικού μετατροπέα για αυτούς τους σκοπούς αναπτύχθηκε στη Γαλλία και ήταν κατοχυρώθηκε για πρώτη φορά από τον Eugene Houdry. Αυτός ο μηχανολόγος μηχανικός ίδρυσε την εταιρεία Oxy-Catalyst στις Ηνωμένες Πολιτείες, η οποία αναπτύχθηκε για πρώτη φορά καταλύτες για καμινάδες και αργότερα για περονοφόρα ανυψωτικά, η οποία χρησιμοποιούσε αμόλυβδη βενζίνη χαμηλής ποιότητας. Αργότερα, ανέπτυξε έναν καταλυτικό μετατροπέα για αυτοκίνητα τον οποίο κατοχύρωσε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1956.

Μετά τις βελτιώσεις της Engelhard Corporation που κορυφώθηκαν en 1973, εμφανίστηκε το πρώτος καταλύτης που προορίζεται για μαζική παραγωγή. Μέχρι το 1975 σχεδόν κάθε αυτοκίνητο στις Ηνωμένες Πολιτείες είχε εγκαταστήσει ένα για να συμμορφώνεται με τους κανονισμούς της Υπηρεσίας Προστασίας του Περιβάλλοντος.

Από τότε οι καταλύτες έχουν βελτιωθεί τόσο ως προς την αποτελεσματικότητα όσο και ως προς την αποδοτικότητα, έως και παραλλαγές όπως καταλύτες επιλεκτικής αναγωγής (SCR) που χρησιμοποιούν AdBlue. Αν και χρησιμοποιούνται ως πρόσθετα και δεν αποκλείουν τον συμβατικό καταλυτικό μετατροπέα.

Σε τι χρησιμεύει ο καταλύτης;

Ένας καταλύτης μειώνει τα επιβλαβή αέρια που παράγονται σε έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης. Χωρίς αυτό θα ήμασταν πολύ πιο εκτεθειμένοι στα ακόλουθα επιβλαβή αέρια:

• Με ένα πλούσιο μείγμα (περισσότερο καύσιμο από αέρα) συμβαίνει ατελής καύση, που δημιουργεί:
  • Άκαυστοι υδρογονάνθρακες (HC): είναι καρκινογόνες και ερεθίζουν την αναπνευστική οδό και τα μάτια. Όσο για το περιβάλλον, μπορούν να δημιουργήσουν όξινη βροχή και φωτοχημικούς αναθυμιάσεις.
  • Μονοξείδιο του άνθρακα (CO): σε χαμηλές δόσεις προκαλεί πονοκέφαλο, δύσπνοια και συντονισμό, ζάλη, ευερεθιστότητα, σύγχυση και κενά μνήμης. Σε υψηλές δόσεις προκαλεί θάνατο χωρίς να το καταλάβει ο πάσχων, γι' αυτό το αποκαλούν σιωπηλό δολοφόνο.
• Με ένα άπαχο μείγμα (περισσότερος αέρας παρά καύσιμο) παράγονται οξείδια του αζώτου, τα οποία αντιπροσωπεύονται από τον τύπο NOx. Έχουν καρκινογόνες παραλλαγές και προκαλούν ερεθισμό της αναπνευστικής οδού και, κατά συνέπεια, βρογχοπνευμονικές παθήσεις και αναπνευστικά προβλήματα.

Πώς λειτουργεί ένας καταλύτης;

Χρήση υλικών στον καταλύτη

Ένας καταλύτης λειτουργεί χάρη σε μέταλλα όπως η πλατίνα, το ρόδιο, το ζιρκόνιο ή το παλλάδιο, τα οποία έχουν καταλυτικές ιδιότητες. Δηλαδή την ικανότητα να επιταχύνει μια χημική αντίδραση. Καθένα είναι αφιερωμένο σε διαφορετικό τύπο επιβλαβούς αερίου:

• El Πλατίνα επιταχύνει την οξείδωση των άκαυστων υδρογονανθράκων για τη μετατροπή τους σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Ο χημικός τύπος έχει ως εξής: CxH2x+2 + [(3x+1)/2] O2 -> xCO2 + (x+1) H2O.
• El ρόδιο επιταχύνει την αναγωγή των οξειδίων του αζώτου σε άζωτο και οξυγόνο: 2NOx -> xO2 + N2 και την οξείδωση του μονοξειδίου του άνθρακα σε διοξείδιο του άνθρακα: 2CO + O2 -> 2CO2. Χρησιμοποιούνται επίσης ζιρκόνιο o παλλάδιο, τα οποία είναι φθηνότερα αλλά λιγότερο αποτελεσματικά.

Μην ξεχνάτε άλλο καταλυτικό υλικό. Αυτά τα μέταλλα είναι διατεταγμένα σε μια κεραμική δομή από κορδιερίτης, που υποστηρίζει τις υψηλές θερμοκρασίες των καυσαερίων.

Σχήμα καταλύτη

Όπως μπορείτε να δείτε, ο καταλύτης χρησιμοποιεί ορισμένα μέταλλα σε στερεή κατάσταση για να μετατρέψει τα αέρια. Κάτι που οδηγεί σε ένα εμπόδιο: πώς να κάνετε ένα αέριο να έρθει σε επαφή με αυτά τα υλικά όσο το δυνατόν περισσότερο, χωρίς να χάσει υπερβολική ταχύτητα. Για το λόγο αυτό, η κεραμική δομή του καταλύτη έχει τη μορφή μήτρας με διαμήκη κανάλια. Ένα σύστημα παρόμοιο με κυψέλη καυσίμου αυτοκινήτου υδρογόνου η οποία, παρεμπιπτόντως, χρησιμοποιεί και την πλατίνα ως καταλύτη. Αν και στην περίπτωσή του η κατανομή του αερίου είναι πολύ πιο λεπτή, με πολύ πιο περίπλοκη δομή.

Αυτά τα διαμήκη κανάλια επιτρέπουν στα αέρια να περνούν χωρίς να σταματούν πολύ, αλλά να έρχονται σε επαφή με όσο το δυνατόν περισσότερους τοίχους. Ως εκ τούτου, έχουν περισσότερους από 70 σωλήνες ανά cm2.

Επιπλέον, τα σύγχρονα αυτοκίνητα χρησιμοποιούν συχνά δύο ή και τρεις καταλυτικούς μετατροπείς προκειμένου να εξαλείψουν όσο το δυνατόν περισσότερο τα επιβλαβή αέρια για να συμμορφωθούν με τους κανονισμούς Euro 6 (κατά την ημερομηνία αυτού του άρθρου) και Euro 7 αντιρρυπαντικούς κανονισμούς το 2025.

Το τύλιγμα γύρω από αυτή τη μήτρα καταλύτη είναι μια ασπίδα θερμότητας και ένα μεταλλικό στρώμα. Διαφορετικά, η θερμότητα που συσσωρεύεται σε αυτό μπορεί να βλάψει το όχημα ή τις επιφάνειες όπου είναι σταθμευμένο. Χωρίς αυτό, μια φωτιά θα μπορούσε εύκολα να ξεκινήσει.

Η θερμοκρασία λειτουργίας ενός καταλύτη

Για να λειτουργήσουν μέταλλα με καταλυτικές ιδιότητες με τη μέγιστη απόδοση τους, ένας συμβατικός καταλύτης πρέπει να πάνω από 500ºC. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τουλάχιστον ένας από τους καταλύτες του κινητήρα είναι συνήθως κοντά στον πολλαπλή εξαγωγής κινητήρα, όπου τα αέρια εξακολουθούν να έχουν πολύ υψηλή θερμοκρασία.

Χάρη σε αυτό, ο καταλύτης θερμαίνεται πριν και χρειάζεται λιγότερος χρόνος για να ξεκινήσει η εξάλειψη των επιβλαβών αερίων. Αν μπορούσαμε να δούμε έναν καταλύτη να λειτουργεί μέσα από τα προστατευτικά του στρώματα, θα το βλέπαμε αυτό η κεραμική μήτρα και τα μέταλλα σε αυτήν είναι καυτά.

Γνωρίζοντας αυτό, θα το καταλάβετε ένας ψυχρός κινητήρας απελευθερώνει περισσότερα επιβλαβή αέρια από ένα που τρέχει εδώ και λίγο καιρό. Ανέκδοτα, η Toyota έπρεπε να αντιμετωπίσει αυτό το πρόβλημα εκπομπών στην ανάπτυξη του Prius. Το σβήσιμο της θερμικής μηχανής προς όφελος της ηλεκτρικής έκανε τον καταλυτικό μετατροπέα να μην φτάσει στη σωστή θερμοκρασία λειτουργίας σε πολλές περιπτώσεις. Για το λόγο αυτό, έπρεπε να επινοήσουν ένα σύστημα που θα μετέφερε τη θερμότητα από τον κινητήρα εσωτερικής καύσης στον καταλυτικό μετατροπέα με άλλα μέσα.

Καταλύτης αυτοκινήτου βενζίνης

Αυτοί οι καταλύτες είναι συνήθως τριπλής οδού. Δηλαδή έχουν τα τρία καταλυτικά συστήματα που περιγράφηκαν παραπάνω: πλατίνα για αφαιρέστε τους άκαυστους υδρογονάνθρακες και ρόδιο, ζιρκόνιο ή παλλάδιο για αφαιρέστε NOx και CO.

Αυτό συμβαίνει επειδή οι βενζινοκινητήρες απελευθερώνουν λιγότερο NOx από τα ντίζελ και μόνο ο καταλύτης μπορεί να τα μειώσει Αρκετά. Αν και λόγω της προόδου στην αντιρρύπανση, τα πιο σύγχρονα αυτοκίνητα μπορεί να διαθέτουν άλλους τύπους καταλυτών.

καταλυτικός μετατροπέας πετρελαιοκίνητου αυτοκινήτου

Στους κινητήρες ντίζελ, οι συμβατικοί καταλύτες είναι αμφίδρομοι. Δηλαδή, φροντίζουν μόνο για το απομάκρυνση άκαυστων υδρογονανθράκων και CO. Το NOx αφέθηκε στα χέρια συστημάτων ανακυκλοφορίας αερίων όπως το Βαλβίδα EGR, που τα επέστρεψε στον θάλαμο καύσης για να καούν εντελώς.

Υπάρχει επίσης το Καταλύτης συσσωρευτών NOx, που έχει σημαντικό ρόλο στον αγώνα των συστημάτων να κάνουν το ντίζελ ακόμα πιο καθαρό και να τηρούν μελλοντικά όρια εκπομπών, τα οποία θα είναι ακόμη πιο αυστηρά από τώρα. Τοποθετείται πίσω από τον καταλύτη οξείδωσης και το φίλτρο σωματιδίων και έχει ένα ειδικό στρώμα που συλλέγει τα οξείδια του αζώτου από τα καυσαέρια.

Στον καταλύτη αποθήκευσης NOx διακρίνονται δύο διαφορετικοί τύποι λειτουργίας: Σε κανονική λειτουργία (Λάμδα > 1), το NO αρχικά οξειδώνεται σε NO2 και στη συνέχεια, με το σχηματισμό νιτρικού (NO3), συσσωρεύεται στον καταλύτη σε οξείδιο αλκαλιμετάλλου. (π.χ. οξείδιο του βαρίου).

Το ίδιο με το φίλτρο σωματιδίων η πραγματική πρόκληση για τον καταλύτη αποθήκευσης NOx είναι η αναγέννηση, δηλαδή το περιοδικό άδειασμα του συσσωρευτή. Για την αναγέννηση του συσσωρευτή, πρέπει να δημιουργηθούν συνθήκες ελαίου στα καυσαέρια (Λάμδα < 1). Κάτω από αυτές τις συνθήκες λειτουργίας υπάρχει τόσο πολύ αναγωγικό (μονοξείδιο του άνθρακα, υδρογόνο ή διάφοροι υδρογονάνθρακες) που ο νιτρικός δεσμός απελευθερώνεται ξαφνικά και ο καταλύτης ευγενών μετάλλων μετατρέπεται σε μη τοξικό άζωτο (N2). Η διάρκεια της φόρτισης είναι περίπου 30 έως 60 δευτερόλεπτα, ανάλογα με το σημείο εξυπηρέτησης και η αναγέννηση διαρκεί από 1 έως 2 δευτερόλεπτα.

Απαιτούνται πολλοί αισθητήρες θερμοκρασίας και πίεσης για την ανίχνευση της ανάγκης για αναγέννηση. Ο καταλύτης Ο συσσωρευτής μπορεί να μειώσει τις εκπομπές NOx έως και 85%.

Ωστόσο, τρέχοντα αυτοκίνητα ντίζελ έχουν επίσης ένα SCR καταλύτης (επιλεκτικός καταλύτης αναγωγής). Είναι αυτό που χρησιμοποιείται με το πρόσθετο του Διαφήμιση μπλε, που δεν είναι τίποτα άλλο από ουρία που ψεκάζεται στα καυσαέρια, πριν φτάσουν σε αυτόν τον καταλύτη. Αυτό ξεκινά μια χημική αντίδραση που διασπά τα NOx σε N2 και H2O, πολύ πιο αποτελεσματικά από τα παλαιότερα συστήματα.

Βλάβες καταλύτη και τα συμπτώματά τους

Η πλειοψηφία των βλάβες ενός καταλύτη οφείλονται σε κάποιο προηγούμενο πρόβλημα στον κινητήρα. Για παράδειγμα, περίσσεια καυσίμου στο σύστημα εξάτμισης (πολύ πλούσιο μείγμα) λόγω κακών μπουζί, λανθασμένου χρονισμού ή κατεστραμμένου αισθητήρα οξυγόνου. Αυτό που προκαλεί αυτό είναι ότι ο καταλυτικός μετατροπέας φτάνει σε πολύ υψηλή θερμοκρασία, η οποία λιώνει τα μεταλλικά εξαρτήματα και σπάει την κεραμική μήτρα.

Μπορεί επίσης να συμβεί να εισέλθει λάδι ή αντιψυκτικό στο σύστημα εξάτμισης, λόγω κατεστραμμένων παρεμβυσμάτων, στεγανοποιήσεων βαλβίδες χαλασμένο ή δακτύλιοι εμβόλου φθαρμένο. Αυτό προκαλεί τη συσσώρευση αιθάλης στον καταλυτικό μετατροπέα.

Ο συμπτώματα αποτυχίας καταλυτικού μετατροπέα ήχου:

• μυρωδιά από σάπια αυγά προκαλείται από το θείο της βενζίνης, το οποίο κατά την καύση μετατρέπεται σε υδρόθειο. Καθώς η μετατροπή των αερίων δεν πραγματοποιείται λόγω κατεστραμμένου καταλύτη, το υδρόθειο φτάνει έξω.
• Απώλεια ισχύος, επειδή το σύστημα εξάτμισης εμποδίζεται μερικώς από τον καταλυτικό μετατροπέα. Εάν αυτό το εμπόδιο οφείλεται στο γεγονός ότι τα υλικά λιώνουν και σπάνε, θα πρέπει να αντικαταστήσετε τον καταλύτη και να εντοπίσετε ποιο είναι το σφάλμα στον κινητήρα που το προκάλεσε. Εάν είναι μόνο απόφραξη από βρωμιά, μπορείτε να προσπαθήσετε να το καθαρίσετε.
• Η δοκιμή εκπομπών απέτυχε. Περιττό να εξηγήσω σχετικά, γιατί ο καταλύτης δεν μετατρέπει επιβλαβή αέρια και η δοκιμή δείχνει ότι δεν λειτουργεί. Στην Ισπανία, είναι ο Τεχνικός Έλεγχος Οχημάτων (ITV).

• κροτάλισμα κάτω από το αυτοκίνητο όταν είναι σε ρελαντί ή κινείται. Προκαλείται από τμήματα της σπασμένης κεραμικής μήτρας μέσα στον καταλύτη, τα οποία κινούνται από τα καυσαέρια. Να είστε προσεκτικοί γιατί εάν αυτά τα κομμάτια φτάσουν στον σιγαστήρα, το σύστημα εξάτμισης μπορεί να παρεμποδιστεί περισσότερο.
• Αύξηση κατανάλωσης. Αυτό δεν είναι σύμπτωμα κακού καταλύτη, αλλά είναι σύμπτωμα πλούσιου μείγματος καυσίμου που τείνει να διασπάσει τον καταλυτικό μετατροπέα. Γι' αυτό είναι σύμπτωμα που πρέπει να λαμβάνεται υπόψη.
• Λυχνία βλάβης κινητήρα αναμμένη. Εάν οι αισθητήρες του αυτοκινήτου εντοπίσουν ότι η μετατροπή αερίου δεν πραγματοποιείται σωστά, η μονάδα ελέγχου θα ανάψει αυτήν την προειδοποιητική λυχνία. Αν και καθώς χρησιμεύει και για πολλές άλλες βλάβες, είναι ένα σύμπτωμα που από μόνο του δεν υποδηλώνει την αστοχία του καταλυτικού μετατροπέα. Μπορείτε να συνδέσετε το αυτοκίνητο σε έναν αναγνώστη OBD για να δείτε ποιον κωδικό σφάλματος έχει καταχωρίσει για να μάθετε ποιο είναι το συγκεκριμένο πρόβλημα.

Προσέξτε για μπλοκαρίσματα στο σύστημα εξάτμισης, γιατί ανεβάζουν τη θερμοκρασία της πολλαπλής εξαγωγής και άλλων σωλήνων και μπορεί να προκαλέσουν πολύ πιο σοβαρές ζημιές στο αυτοκίνητο.

Αν και η αστοχία του κινητήρα είναι η πιο κοινή αιτία βλάβης του καταλύτη, υπάρχουν επίσης μοντέλα που παρουσιάζουν επαναλαμβανόμενα προβλήματα καταλύτη λόγω ελαττωμάτων σχεδιασμού ή κατασκευής.

Η τιμή ενός καταλύτη

Όπως έχετε δει σε όλο το άρθρο, υπάρχουν διάφοροι τύποι καταλυτών. Έτσι οι τιμές τους μπορεί να διαφέρουν πολύ από το ένα μοντέλο στο άλλο. Ωστόσο, η αντικατάσταση ενός καταλυτικού μετατροπέα με έναν νέο είναι συνήθως μεταξύ 600 και 1.000 ευρώ για επιβατικά αυτοκίνητα. Σε κάθε περίπτωση, αυτό το ποσοστό μπορεί να είναι υψηλότερο εάν εμπλέκονται και άλλοι καταλύτες εκτός από τον συμβατικό.

επίσης, υπάρχει καταλυτικοί μετατροπείς γενικής χρήσης σε καλή τιμή συμβατό με διάφορα μοντέλα. Αν και πρέπει επίσης να βεβαιωθείτε ότι συμμορφώνεται με τους κανονισμούς Euro που έχει και είναι το αυτοκίνητό σας εγκεκριμένο. Στη συνέχεια προτείνουμε η συναρμολόγηση να γίνει από επαγγελματία, μιας και είναι ένα λεπτό στοιχείο.

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