Konverter katalitik mobil: untuk apa, operasi, dan kesalahan

El katalisator kendaraan dengan mesin pembakaran bertanggung jawab untuk mengurangi gas berbahaya yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar. Sebenarnya, nama lengkapnya adalah Konventer Katalitik dan ada beberapa jenis utama tergantung pada apakah mereka untuk diesel atau bensin.

Kami memberi tahu Anda sejarah mereka, untuk apa mereka, bagaimana mereka bekerja, dan berapa biayanya. Selain gejala yang menunjukkan bahwa ada kesalahan pada catalytic converter.

Sejarah singkat katalis

Prototipe pertama dari catalytic converter untuk tujuan ini dikembangkan di Perancis dan telah pertama kali dipatenkan oleh Eugene Houdry. Insinyur mekanik ini mendirikan perusahaan Oxy-Catalyst di Amerika Serikat, yang pertama kali dikembangkan katalis untuk cerobong asap dan nanti untuk forklift, yang menggunakan bensin tanpa timbal bermutu rendah. Kemudian, ia mengembangkan catalytic converter untuk mobil yang dipatenkannya pada tahun 1956.

Mengikuti peningkatan Engelhard Corporation yang memuncak di 1973, muncul katalis pertama yang ditujukan untuk produksi massal. Pada tahun 1975 hampir setiap mobil di Amerika Serikat memasang satu untuk mematuhi peraturan Badan Perlindungan Lingkungan.

Sejak itu, katalis telah meningkat baik dalam efektivitas dan efisiensi, hingga varian seperti katalis reduksi selektif (SCR) yang menggunakan AdBlue. Meskipun ini digunakan sebagai tambahan, dan tidak mengecualikan catalytic converter konvensional.

Untuk apa katalisator?

Katalis mengurangi gas berbahaya yang dihasilkan dalam mesin pembakaran internal. Tanpa itu kita akan jauh lebih terkena gas berbahaya berikut:

• Dengan campuran kaya (lebih banyak bahan bakar daripada udara) terjadi pembakaran tidak sempurna, menghasilkan:
  • Hidrokarbon yang tidak terbakar (HC): bersifat karsinogenik dan mengiritasi saluran pernafasan dan mata. Adapun lingkungan, mereka dapat menciptakan hujan asam dan asap fotokimia.
  • Karbon monoksida (CO): dalam dosis rendah menghasilkan sakit kepala, sesak napas dan koordinasi, pusing, lekas marah, kebingungan dan kesenjangan memori. Dalam dosis tinggi menyebabkan kematian tanpa disadari oleh orang yang terkena, maka mereka menyebutnya sebagai silent killer.
• Dengan campuran ramping (lebih banyak udara daripada bahan bakar) oksida nitrogen diproduksi, yang diwakili oleh rumus: NOx. Mereka memiliki varian karsinogenik dan menyebabkan iritasi pada saluran pernapasan dan, sebagai akibatnya, kondisi bronkopulmoner dan masalah pernapasan.

Bagaimana cara kerja katalis?

Penggunaan bahan dalam katalis

Katalis bekerja berkat logam seperti platinum, rhodium, zirkonium atau paladium, yang memiliki sifat katalitik. Artinya, kemampuan untuk mempercepat reaksi kimia. Masing-masing didedikasikan untuk jenis gas berbahaya yang berbeda:

• El platinum mempercepat oksidasi hidrokarbon yang tidak terbakar untuk mengubahnya menjadi karbon dioksida dan air. Rumus kimianya adalah sebagai berikut: CxH2x+2 + [(3x+1)/2] O2 -> xCO2 + (x+1) H2O.
• El rodium mempercepat reduksi oksida nitrogen menjadi nitrogen dan oksigen: 2NOx -> xO2 + N2 dan oksidasi karbon monoksida menjadi karbon dioksida: 2CO + O2 -> 2CO2. Mereka juga digunakan zirkonium o paladium, yang lebih murah tetapi kurang efisien.

Jangan lupakan bahan katalis lainnya. Logam-logam ini disusun pada struktur keramik cordierite, yang mendukung suhu tinggi gas buang.

Bentuk Katalis

Seperti yang Anda lihat, katalis menggunakan logam tertentu dalam keadaan padat untuk mengubah gas. Yang mengarah ke kendala: bagaimana membuat gas bersentuhan dengan bahan-bahan ini sebanyak mungkin, tanpa kehilangan kecepatan terlalu banyak. Untuk itu struktur keramik katalis berupa matriks dengan saluran memanjang. Sebuah sistem yang mirip dengan sel bahan bakar mobil hidrogen yang, omong-omong, juga menggunakan platinum sebagai katalis. Meskipun dalam kasusnya distribusi gas jauh lebih halus, dengan struktur yang jauh lebih rumit.

Saluran memanjang ini memungkinkan gas lewat tanpa berhenti terlalu lama tetapi bersentuhan dengan sebanyak mungkin dinding. Oleh karena itu, mereka memiliki lebih dari 70 tabung per cm2.

Selain itu, mobil modern sering menggunakan dua atau bahkan tiga catalytic converter untuk menghilangkan gas berbahaya sebanyak mungkin untuk mematuhi peraturan anti-polusi Euro 6 (pada tanggal artikel ini) dan Euro 7 pada tahun 2025.

Membungkus matriks katalis ini adalah pelindung panas dan lapisan logam. Jika tidak, panas yang terkumpul di dalamnya dapat merusak kendaraan atau permukaan tempat parkir. Tanpa itu, api bisa dengan mudah menyala.

Suhu kerja katalis

Untuk logam dengan sifat katalitik untuk bekerja pada efisiensi maksimumnya, katalis konvensional harus di atas 500ºC. Inilah sebabnya mengapa setidaknya salah satu catalytic converter mesin biasanya dekat dengan manifold knalpot mesin, yang mana gas masih memiliki suhu yang sangat tinggi.

Terima kasih untuk ini, katalis dipanaskan sebelum dan dibutuhkan lebih sedikit waktu untuk mulai menghilangkan gas berbahaya. Jika kita bisa melihat katalis bekerja melalui lapisan pelindungnya, kita akan melihatnya matriks keramik dan logam di dalamnya berwarna merah panas.

Mengetahui hal ini, Anda akan mengerti bahwa mesin dingin melepaskan lebih banyak gas berbahaya dari satu yang telah berjalan untuk sementara waktu sekarang. Secara anekdot, Toyota harus menangani masalah emisi ini dalam pengembangan Prius. Mematikan mesin panas demi mesin listrik menyebabkan catalytic converter tidak mencapai suhu operasi yang benar dalam banyak kesempatan. Untuk alasan ini, mereka harus merancang sistem yang akan mengambil panas dari mesin pembakaran ke catalytic converter dengan cara lain.

Katalis mobil bensin

Katalis ini biasanya jalur tiga. Artinya, mereka memiliki tiga sistem katalis yang dijelaskan di atas: platinum untuk menghilangkan hidrokarbon yang tidak terbakar dan rhodium, zirkonium atau paladium untuk hapus NOx dan CO.

Ini karena mesin bensin melepaskan lebih sedikit NOx daripada mesin diesel dan katalis saja dapat menguranginya Cukup. Meskipun karena kemajuan anti-polusi, mobil yang lebih modern mungkin memiliki jenis catalytic converter lain.

catalytic converter mobil diesel

Pada mesin diesel, katalis konvensional bersifat dua arah. Artinya, mereka hanya mengurus penghapusan hidrokarbon yang tidak terbakar dan CO. NOx ditinggalkan di tangan sistem resirkulasi gas seperti katup EGR, yang mengembalikannya ke ruang bakar untuk terbakar sempurna.

Ada juga Katalis akumulator NOx, yang memiliki peran penting dalam perjuangan sistem untuk membuat diesel lebih bersih dan memenuhi batas emisi di masa depan, yang akan lebih ketat dari sekarang. Itu ditempatkan di belakang katalis oksidasi dan filter partikulat dan memiliki lapisan khusus yang mengumpulkan oksida nitrogen dari gas buang.

Dua jenis operasi yang berbeda dibedakan dalam catalytic converter penyimpanan NOx: Dalam operasi normal (Lambda > 1), NO pertama-tama dioksidasi menjadi NO2 dan kemudian, dengan pembentukan nitrat (NO3), terakumulasi dalam catalytic converter menjadi oksida alkali. logam (misalnya barium oksida).

Sama seperti filter partikulat tantangan nyata untuk katalis penyimpanan NOx adalah regenerasi, yaitu pengosongan akumulator secara berkala. Untuk regenerasi akumulator, kondisi minyak harus dibuat dalam gas buang (Lambda < 1). Di bawah kondisi layanan ini ada begitu banyak reduktor (karbon monoksida, hidrogen atau berbagai hidrokarbon) sehingga ikatan nitrat tiba-tiba dilepaskan dan katalis logam mulia diubah menjadi nitrogen tidak beracun (N2). Durasi pengisian adalah sekitar 30 hingga 60 detik, tergantung pada titik layanan dan regenerasi berlangsung antara 1 dan 2 detik.

Banyak sensor suhu dan tekanan diperlukan untuk mendeteksi kebutuhan regenerasi. Katalis akumulator dapat mengurangi emisi NOx hingga 85%.

Namun, mobil diesel saat ini mereka juga memiliki Katalis SCR (katalis reduksi selektif). Ini adalah yang digunakan dengan aditif biru iklan, yang tidak lebih dari urea yang disemprotkan ke gas buang, sebelum mencapai katalis ini. Ini memulai reaksi kimia yang memecah NOx menjadi N2 dan H2O, jauh lebih efisien daripada sistem yang lebih tua.

Kesalahan katalis dan gejalanya

Sebagian besar kegagalan catalytic converter disebabkan oleh beberapa masalah sebelumnya di mesin. Misalnya, kelebihan bahan bakar di sistem pembuangan (campuran terlalu kaya) karena busi yang buruk, timing yang salah atau sensor oksigen yang rusak. Apa yang menyebabkannya adalah bahwa catalytic converter mencapai suhu yang terlalu tinggi, yang melelehkan komponen logam dan merusak matriks keramik.

Juga dapat terjadi bahwa oli atau antibeku masuk ke sistem pembuangan, karena gasket yang rusak, segel dari katup manja atau cincin piston dipakai. Hal ini menyebabkan akumulasi jelaga di catalytic converter.

Los gejala catalytic converter yang gagal suara:

• Bau telur busuk disebabkan oleh belerang dalam bensin, yang selama pembakaran berubah menjadi hidrogen sulfida. Karena konversi gas tidak terjadi karena katalis yang rusak, hidrogen sulfida tiba di luar.
• Kehilangan daya, karena sistem pembuangan sebagian terhalang oleh catalytic converter. Jika penghalang ini disebabkan oleh fakta bahwa bahannya meleleh dan pecah, Anda harus mengganti catalytic converter dan mendeteksi apa kesalahan pada mesin yang menyebabkannya. Jika hanya terhalang oleh kotoran, Anda bisa mencoba membersihkannya.
• Uji emisi gagal. Tidak perlu dijelaskan tentang itu, karena katalis tidak mengubah gas berbahaya dan pengujian menunjukkan bahwa itu tidak berfungsi. Di Spanyol, itu adalah Inspeksi Teknis Kendaraan (ITV).

• suara berderak di bawah mobil saat diam atau bergerak. Hal ini disebabkan oleh bagian-bagian dari matriks keramik yang rusak di dalam katalis, yang digerakkan oleh gas buang. Hati-hati karena jika potongan ini mencapai knalpot, sistem pembuangan bisa menjadi lebih terhambat.
• Peningkatan konsumsi. Ini bukan gejala catalytic converter yang buruk, tetapi gejala campuran bahan bakar yang kaya yang cenderung merusak catalytic converter. Itulah mengapa itu adalah gejala yang harus diperhitungkan.
• Lampu kesalahan mesin menyala. Jika sensor mobil mendeteksi bahwa konversi gas tidak berlangsung dengan benar, unit kontrol akan menyalakan lampu peringatan ini. Meskipun juga berfungsi untuk banyak kesalahan lainnya, itu adalah gejala yang dengan sendirinya tidak menunjukkan kegagalan catalytic converter. Anda dapat menghubungkan mobil ke Pembaca OBD untuk melihat kode kesalahan apa yang telah didaftarkan untuk mengetahui apa masalah spesifiknya.

Hati-hati terhadap penyumbatan di sistem pembuangan, karena mereka menaikkan suhu manifold buang dan pipa lainnya dan dapat menyebabkan kerusakan yang jauh lebih serius pada mobil.

Meskipun kegagalan mesin adalah penyebab paling umum dari kegagalan catalytic converter, ada juga model yang memiliki masalah catalytic converter berulang karena cacat desain atau manufaktur.

harga katalis

Seperti yang telah Anda lihat di seluruh artikel, ada beberapa jenis katalis. Jadi harganya bisa sangat bervariasi dari satu model ke model lainnya. Namun, mengganti catalytic converter dengan yang baru biasanya antara 600 dan 1.000 euro untuk mobil penumpang. Bagaimanapun, angka itu bisa lebih tinggi jika katalis lain terlibat selain katalis konvensional.

También ada konverter katalitik universal dengan harga bagus kompatibel dengan berbagai model. Meskipun Anda juga harus memastikan bahwa itu mematuhi peraturan Euro yang dimiliki dan dimiliki mobil Anda disetujui. Maka kami merekomendasikan agar perakitan dilakukan oleh seorang profesional, karena ini adalah elemen yang rumit.

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