Autokatalysator: waar het voor is, werking en storingen

El katalysator van een voertuig met een verbrandingsmotor is verantwoordelijk voor het verminderen van de schadelijke gassen die vrijkomen bij het verbranden van de brandstof. Zijn volledige naam is eigenlijk katalysator en er zijn verschillende hoofdtypen, afhankelijk van of ze voor diesel of benzine zijn.

We vertellen u hun geschiedenis, waar ze voor zijn, hoe ze werken en hoeveel ze kosten. Naast de symptomen die aangeven dat er een storing is in de katalysator.

Korte geschiedenis van de katalysator

Het eerste prototype van een katalysator voor deze doeleinden werd in Frankrijk ontwikkeld en werd eerst gepatenteerd door Eugene Houdry. Deze werktuigbouwkundig ingenieur richtte in de Verenigde Staten het bedrijf Oxy-Catalyst op, dat zich voor het eerst ontwikkelde katalysatoren voor schoorstenen en later voor heftrucks, die een laagwaardige loodvrije benzine gebruikte. Later ontwikkelde hij een katalysator voor auto's die hij in 1956 patenteerde.

Na de verbeteringen van Engelhard Corporation die hun hoogtepunt bereikten: en 1973, verscheen de eerste katalysator bedoeld voor massaproductie. In 1975 had bijna elke auto in de Verenigde Staten er een om te voldoen aan de voorschriften van de Environmental Protection Agency.

Sindsdien zijn de katalysatoren zijn zowel in effectiviteit als efficiëntie verbeterd, tot varianten zoals selectieve reductiekatalysatoren (SCR) die AdBlue gebruiken. Hoewel deze als add-on worden gebruikt en de conventionele katalysator niet uitsluiten.

Waar is de katalysator voor?

Een katalysator vermindert de schadelijke gassen die in een verbrandingsmotor worden gegenereerd. Zonder dit zouden we veel meer worden blootgesteld aan de volgende schadelijke gassen:

• Met rijke mix (meer brandstof dan lucht) er vindt onvolledige verbranding plaats, waardoor:
  • Onverbrande koolwaterstoffen (HC): zijn kankerverwekkend en irriteren de luchtwegen en ogen. Wat het milieu betreft, ze kunnen zure regen en fotochemische dampen veroorzaken.
  • Koolmonoxide (CO): in lage doses veroorzaakt het hoofdpijn, kortademigheid en coördinatie, duizeligheid, prikkelbaarheid, verwardheid en geheugenlacunes. In hoge doses veroorzaakt het de dood zonder dat de getroffen persoon het beseft, vandaar dat ze het de stille moordenaar noemen.
• Met magere mix (meer lucht dan brandstof) stikstofoxiden worden geproduceerd, die worden weergegeven door de formule NOx. Ze hebben kankerverwekkende varianten en veroorzaken irritatie van de luchtwegen en als gevolg daarvan bronchopulmonale aandoeningen en ademhalingsproblemen.

Hoe werkt een katalysator?

Gebruik van materialen in de katalysator

Een katalysator werkt dankzij metalen zoals platina, rhodium, zirkonium of palladium, die katalytische eigenschappen hebben. Dat wil zeggen, het vermogen om een ​​chemische reactie te versnellen. Elk is bestemd voor een ander type schadelijk gas:

• El Platina versnelt de oxidatie van onverbrande koolwaterstoffen om ze om te zetten in koolstofdioxide en water. De chemische formule is als volgt: CxH2x+2 + [(3x+1)/2] O2 -> xCO2 + (x+1) H2O.
• El rhodium versnelt de reductie van stikstofoxiden tot stikstof en zuurstof: 2NOx -> xO2 + N2 en de oxidatie van koolmonoxide tot kooldioxide: 2CO + O2 -> 2CO2. Ze worden ook gebruikt zirkonium o palladium, die goedkoper maar minder efficiënt zijn.

Vergeet ander katalysatormateriaal niet. Deze metalen zijn gerangschikt op een keramische structuur van cordieriet, die de hoge temperaturen van de uitlaatgassen ondersteunt.

Katalysatorvorm

Zoals je kunt zien, gebruikt de katalysator bepaalde metalen in vaste toestand om gassen om te zetten. Wat leidt tot een obstakel: hoe een gas zoveel mogelijk in contact te laten komen met deze materialen, zonder al te veel snelheid te verliezen. Om deze reden heeft de keramische structuur van de katalysator de vorm van een matrix met longitudinale kanalen. Een systeem vergelijkbaar met waterstof auto brandstofcel die overigens ook platina als katalysator gebruikt. Al is in zijn geval de verdeling van het gas veel fijner, met een veel ingewikkelder structuur.

Deze longitudinale kanalen laten de gassen passeren zonder te lang te stoppen, maar om in contact te komen met zoveel mogelijk wanden. Ze hebben dus meer dan 70 buizen per cm2.

Daarnaast gebruiken moderne auto's vaak twee of zelfs drie katalysatoren om schadelijke gassen zoveel mogelijk te elimineren om te voldoen aan de Euro 6 (op datum van dit artikel) en Euro 7 anti-vervuilingsregelgeving in 2025.

Om deze katalysatormatrix heen zit een hitteschild en een metalen laag. Anders kan de warmte die erin wordt opgehoopt het voertuig of de oppervlakken waarop het geparkeerd staat beschadigen. Zonder dat zou er gemakkelijk een brand kunnen ontstaan.

De werktemperatuur van een katalysator

Om metalen met katalytische eigenschappen met hun maximale efficiëntie te laten werken, moet een conventionele katalysator zijn: boven 500ºC. Dit is de reden waarom ten minste één van de katalysatoren van de motor zich meestal dicht bij de uitlaatspruitstuk van de motor, waar de gassen nog steeds een zeer hoge temperatuur hebben.

Dankzij dit, de katalysator wordt eerder verwarmd en het kost minder tijd om schadelijke gassen te verwijderen. Als we een katalysator door zijn beschermende lagen zouden kunnen zien werken, zouden we dat zien de keramische matrix en de metalen erin zijn roodgloeiend.

Als je dit weet, zul je dat begrijpen een koude motor geeft meer schadelijke gassen vrij dan een die al een tijdje draait. Anekdotisch had Toyota te maken met dit emissieprobleem bij de ontwikkeling van de Prius. Door de verbrandingsmotor uit te schakelen ten gunste van de elektrische, kwam de katalysator vaak niet op de juiste bedrijfstemperatuur. Daarom moesten ze een systeem bedenken dat de warmte van de verbrandingsmotor op een andere manier naar de katalysator zou brengen.

Katalysator van een benzineauto

Deze katalysatoren zijn meestal drievoudig. Dat wil zeggen, ze hebben de drie hierboven beschreven katalyserende systemen: platina voor verwijder onverbrande koolwaterstoffen en rhodium, zirkonium of palladium voor verwijder NOx en CO.

Dit komt omdat benzinemotoren laat minder NOx vrij dan de diesels en de katalysator alleen kan ze verminderen Genoeg. Hoewel als gevolg van de vooruitgang in de bestrijding van vervuiling, modernere auto's mogelijk andere soorten katalysatoren hebben.

katalysator van een dieselauto

In dieselmotoren zijn conventionele katalysatoren tweerichtingsverkeer. Dat wil zeggen, ze zorgen alleen voor de verwijdering van onverbrande koolwaterstoffen en CO. De NOx bleef in handen van gasrecirculatiesystemen zoals de EGR-klep, die ze terugbracht naar de verbrandingskamer om volledig te verbranden.

Er is ook de NOx accumulator katalysator, dat een belangrijke rol speelt in de strijd van de systemen om diesel nog schoner te maken en te voldoen aan toekomstige emissiegrenswaarden, die nog strenger zullen zijn dan nu. Het zit achter de oxidatiekatalysator en het roetfilter en heeft een speciale laag die stikstofoxiden uit de uitlaatgassen opvangt.

In de NOx-opslagkatalysator worden twee verschillende soorten bewerkingen onderscheiden: Bij normaal bedrijf (Lambda > 1) wordt NO eerst geoxideerd tot NO2 en vervolgens, onder vorming van nitraat (NO3), accumuleert het in de katalysator tot een oxide-alkalimetaal (bijv. bariumoxide).

Hetzelfde als roetfilter de echte uitdaging voor de NOx-opslagkatalysator is de regeneración, dat wil zeggen, het periodiek legen van de accu. Voor accumulatorregeneratie moeten in de uitlaatgassen olieachtige toestanden worden gecreëerd (Lambda < 1). Onder deze gebruiksomstandigheden is er zoveel reductiemiddel (koolmonoxide, waterstof of verschillende koolwaterstoffen) dat de nitraatbinding plotseling vrijkomt en de edelmetaalkatalysator wordt omgezet in niet-toxisch stikstof (N2). De duur van het opladen is ongeveer 30 tot 60 seconden, afhankelijk van het servicepunt en de regeneratie duurt tussen de 1 en 2 seconden.

Er zijn veel temperatuur- en druksensoren nodig om de noodzaak van regeneratie te detecteren. De katalysator accumulator kan NOx-emissies tot 85% verminderen.

Echter, de huidige dieselauto's ze hebben ook een SCR-katalysator (selectieve reductiekatalysator). Het is degene die wordt gebruikt met het additief van Advertentie blauw, wat niets meer is dan ureum dat in de uitlaatgassen wordt gespoten, voordat ze deze katalysator bereiken. Dit initieert een chemische reactie die NOx veel efficiënter afbreekt in N2 en H2O dan oudere systemen.

Katalysatorfouten en hun symptomen

De meeste van storingen van een katalysator zijn te wijten aan een eerder probleem in de motor. Bijvoorbeeld teveel brandstof in het uitlaatsysteem (te rijk mengsel) door slechte bougies, verkeerde timing of beschadigde zuurstofsensor. Dit veroorzaakt dat de katalysator een te hoge temperatuur bereikt, waardoor metalen componenten smelten en de keramische matrix breekt.

Ook kan het voorkomen dat er olie of antivries in het uitlaatsysteem komt door beschadigde pakkingen, afdichtingen van kleppen verwend of zuigerveren versleten. Dit veroorzaakt de ophoping van roet in de katalysator.

De symptomen van een defecte katalysator  zijn:

• geur van rotte eieren veroorzaakt door de zwavel in benzine, die tijdens de verbranding verandert in waterstofsulfide. Omdat de omzetting van gassen niet plaatsvindt door een beschadigde katalysator, komt het waterstofsulfide naar buiten.
• Vermogensverlies, omdat het uitlaatsysteem gedeeltelijk wordt geblokkeerd door de katalysator. Als deze obstructie te wijten is aan het feit dat de materialen smelten en breken, moet u de katalysator vervangen en detecteren wat de storing in de motor is die dit heeft veroorzaakt. Als het alleen verstopping door vuil is, kunt u proberen het schoon te maken.
• Emissietest mislukt. Onnodig uit te leggen, want de katalysator zet geen schadelijke gassen om en de test geeft aan dat het niet werkt. In Spanje is dat de Technische Inspectie van Voertuigen (ITV).

• ratelend geluid onder de auto wanneer deze stationair draait of beweegt. Het wordt veroorzaakt door delen van de gebroken keramische matrix in de katalysator, die worden verplaatst door de uitlaatgassen. Wees voorzichtig, want als deze stukken de geluiddemper bereiken, kan het uitlaatsysteem meer verstopt raken.
• Verbruiksverhoging. Dit is geen symptoom van een slechte katalysator, maar het is een symptoom van een rijk brandstofmengsel dat de neiging heeft de katalysator af te breken. Daarom is het een symptoom om rekening mee te houden.
• Motorstoringslampje aan. Als de sensoren van de auto detecteren dat de gasconversie niet goed plaatsvindt, zal de regeleenheid dit waarschuwingslampje gaan branden. Hoewel het ook voor veel andere storingen dient, is het een symptoom dat op zichzelf niet wijst op het falen van de katalysator. U kunt de auto aansluiten op een OBD-lezer om te zien welke foutcode hij heeft geregistreerd om te weten wat het specifieke probleem is.

Pas op voor verstoppingen in het uitlaatsysteem, omdat ze de temperatuur van het uitlaatspruitstuk en andere leidingen verhogen en veel ernstigere schade aan de auto kunnen veroorzaken.

Hoewel motorstoring de meest voorkomende oorzaak is van defecte katalysatoren, zijn er ook modellen met terugkerende katalysatorproblemen als gevolg van ontwerp- of fabricagefouten.

De prijs van een katalysator

Zoals je in het hele artikel hebt gezien, zijn er verschillende soorten katalysatoren. Hun prijzen kunnen dus sterk verschillen van model tot model. Het vervangen van een katalysator door een nieuwe is echter meestal: tussen de 600 en de 1.000-euro voor personenauto's. Dat cijfer kan in ieder geval hoger zijn als er naast de conventionele ook nog andere katalysatoren bij betrokken zijn.

ook daar universele katalysatoren voor een goede prijs compatibel met verschillende modellen. Al moet u er ook voor zorgen dat deze voldoet aan de Euro-regelgeving die uw auto heeft en is goedgekeurd. Dan raden we aan om de montage door een professional te laten doen, aangezien het een delicaat onderdeel is.

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