Bilkatalysator: vad den är till för, funktion och fel

El katalysator av ett fordon med en förbränningsmotor är ansvarig för att minska de skadliga gaser som uppstår vid förbränning av bränslet. Egentligen är hans fullständiga namn katalytisk omvandlare och det finns flera huvudtyper beroende på om de är för diesel eller bensin.

Vi berättar om deras historia, vad de är till för, hur de fungerar och hur mycket de kostar. Förutom symtomen som avslöjar att det är fel på katalysatorn.

Kort historik om katalysatorn

Den första prototypen av en katalysator för dessa ändamål utvecklades i Frankrike och var först patenterad av Eugene Houdry. Denna maskiningenjör grundade företaget Oxy-Catalyst i USA, som först utvecklades katalysatorer för skorstenar och senare för gaffeltruckar, som använde en lågkvalitativ blyfri bensin. Senare utvecklade han en katalysator för bilar som han patenterade 1956.

Efter Engelhard Corporation förbättringar som kulminerade i 1973, dök upp första katalysator avsedd för massproduktion. År 1975 hade nästan varje bil i USA en installerad för att följa miljöskyddsmyndighetens föreskrifter.

Sedan dess har katalysatorerna har förbättrats både i effektivitet och effektivitet, upp till varianter som selektiva reduktionskatalysatorer (SCR) som använder AdBlue. Även om dessa används som ett tillägg och inte utesluter den konventionella katalysatorn.

Vad är katalysatorn för?

En katalysator minskar de skadliga gaser som genereras i en förbränningsmotor. Utan det skulle vi vara mycket mer utsatta för följande skadliga gaser:

• Med en rik blandning (mer bränsle än luft) ofullständig förbränning inträffar, vilket genererar:
  • Oförbrända kolväten (HC): är cancerframkallande och irriterar luftvägarna och ögonen. När det gäller miljön kan de skapa surt regn och fotokemiska ångor.
  • Kolmonoxid (CO): i låga doser ger det huvudvärk, andnöd och koordination, yrsel, irritabilitet, förvirring och minnesluckor. I höga doser orsakar det döden utan att den drabbade personen inser det, därför kallar de det den tysta mördaren.
• Med en mager blandning (mer luft än bränsle) kväveoxider produceras, som representeras av formeln NOx. De har cancerframkallande varianter och orsakar irritation i luftvägarna och som en konsekvens bronkopulmonella tillstånd och andningsproblem.

Hur fungerar en katalysator?

Användning av material i katalysatorn

En katalysator fungerar tack vare metaller som platina, rodium, zirkonium eller palladium, som har katalytiska egenskaper. Det vill säga förmågan att påskynda en kemisk reaktion. Var och en är tillägnad en annan typ av skadlig gas:

• El Platina accelererar oxidationen av oförbrända kolväten för att omvandla dem till koldioxid och vatten. Den kemiska formeln är följande: CxH2x+2 + [(3x+1)/2] O2 -> xCO2 + (x+1) H2O.
• El rodium accelererar reduktionen av kväveoxider till kväve och syre: 2NOx -> xO2 + N2 och oxidationen av kolmonoxid till koldioxid: 2CO + O2 -> 2CO2. De används också zirkonium o palladium, som är billigare men mindre effektiva.

Glöm inte annat katalysatormaterial. Dessa metaller är arrangerade på en keramisk struktur av kordierit, som stöder avgasernas höga temperaturer.

Katalysator form

Som du kan se använder katalysatorn vissa metaller i fast tillstånd för att omvandla gaser. Vilket leder till ett hinder: hur man får en gas att komma i kontakt med dessa material så mycket som möjligt, utan att tappa för mycket hastighet. Av denna anledning är den keramiska strukturen hos katalysatorn i form av en matris med längsgående kanaler. Ett system liknande vätebil bränslecell som för övrigt också använder platina som katalysator. Även om fördelningen av gasen i hans fall är mycket finare, med en mycket mer invecklad struktur.

Dessa längsgående kanaler tillåter gaserna att passera utan att stanna för länge utan att komma i kontakt med så många väggar som möjligt. Därför har de mer än 70 rör per cm2.

Dessutom använder moderna bilar ofta två eller till och med tre katalysatorer för att eliminera skadliga gaser så mycket som möjligt för att följa Euro 6 (vid datumet för denna artikel) och Euro 7 anti-föroreningsföreskrifter 2025.

Omkring denna katalysatormatris finns en värmesköld och ett metallskikt. Annars kan värmen som samlas i den skada fordonet eller ytorna där det står parkerat. Utan den skulle en brand lätt kunna starta.

Arbetstemperaturen för en katalysator

För att metaller med katalytiska egenskaper ska fungera med maximal effektivitet måste en konventionell katalysator vara det över 500 ° C. Det är därför minst en av motorns katalysatorer vanligtvis är nära motorns avgasgrenrör, vilket är där gaserna fortfarande har en mycket hög temperatur.

Tack vare detta, katalysatorn upphettas innan och det tar mindre tid att börja eliminera skadliga gaser. Om vi ​​kunde se en katalysator arbeta genom sina skyddande lager, skulle vi se det den keramiska matrisen och metallerna i den är glödheta.

När du vet detta kommer du att förstå det en kall motor släpper ut mer skadliga gaser än en som har varit igång ett tag nu. Anekdotiskt var Toyota tvungen att ta itu med detta utsläppsproblem i utvecklingen av Prius. Att stänga av värmemotorn till förmån för den elektriska gjorde att katalysatorn vid många tillfällen inte nådde rätt driftstemperatur. Av denna anledning var de tvungna att utforma ett system som skulle ta värmen från förbränningsmotorn till katalysatorn på annat sätt.

Katalysator för en bensinbil

Dessa katalysatorer är vanligtvis trippelvägar. Det vill säga, de har de tre katalyserande systemen som beskrivs ovan: platina för avlägsna oförbrända kolväten och rodium, zirkonium eller palladium för ta bort NOx och CO.

Detta beror på att bensinmotorer släpper ut mindre NOx än dieslarna och katalysatorn ensam kan minska dem Tillräckligt. Även om på grund av framstegen inom anti-föroreningar, kan mer moderna bilar ha andra typer av katalysatorer.

katalysator för en dieselbil

I dieselmotorer är konventionella katalysatorer tvåvägs. Det vill säga att de bara tar hand om avlägsnande av oförbrända kolväten och CO. NOx lämnades i händerna på gasrecirkulationssystem som t.ex EGR-ventil, vilket återförde dem till förbränningskammaren för att brinna helt.

Det finns också NOx-ackumulatorkatalysator, som har en viktig roll i systemens kamp för att göra dieseln ännu renare och för att klara framtida utsläppsgränser, som blir ännu strängare än nu. Den är placerad bakom oxidationskatalysatorn och partikelfiltret och har ett speciellt lager som samlar upp kväveoxider från avgaserna.

Två olika typer av drift urskiljs i NOx-lagringskatalysatorn: Vid normal drift (Lambda > 1) oxideras NO först till NO2 och sedan, med bildning av nitrat (NO3), ackumuleras det i katalysatorn till en oxidalkalimetall (t.ex. bariumoxid).

Samma som partikelfilter den verkliga utmaningen för NOx-lagringskatalysatorn är regenereringdet vill säga den periodiska tömningen av ackumulatorn. För ackumulatorregenerering måste oljiga förhållanden skapas i avgaserna (Lambda < 1). Under dessa driftförhållanden finns det så mycket reduktionsmedel (kolmonoxid, väte eller olika kolväten) att nitratbindningen plötsligt frigörs och ädelmetallkatalysatorn omvandlas till giftfritt kväve (N2). Laddningens varaktighet är cirka 30 till 60 sekunder, beroende på serviceställe, och regenereringen varar mellan 1 och 2 sekunder.

Många temperatur- och trycksensorer krävs för att upptäcka behovet av regenerering. Katalysatorn ackumulator kan minska NOx-utsläppen med upp till 85 %.

Men nuvarande dieselbilar de har också en SCR-katalysator (selektiv reduktionskatalysator). Det är den som används med tillsatsen av adblue, vilket inte är något annat än urea som sprutas in i avgaserna, innan de når denna katalysator. Detta initierar en kemisk reaktion som bryter ner NOx till N2 och H2O, mycket mer effektivt än äldre system.

Katalysatorfel och deras symptom

De flesta fel på en katalysator beror på något tidigare problem i motorn. Till exempel överskott av bränsle i avgassystemet (för rik blandning) på grund av dåliga tändstift, felaktig timing eller skadad syresensor. Vad detta orsakar är att katalysatorn når för hög temperatur, vilket smälter metallkomponenter och bryter sönder den keramiska matrisen.

Det kan också hända att olja eller frostskyddsmedel kommer in i avgassystemet, på grund av skadade packningar, tätningar av ventiler bortskämda eller kolvringar bärs. Detta orsakar ackumulering av sot i katalysatorn.

mycket symtom på en misslyckad katalysator ljud:

• Lukt av ruttna ägg orsakas av svavlet i bensin, som vid förbränning övergår till svavelväte. Eftersom omvandlingen av gaser inte sker på grund av en skadad katalysator kommer vätesulfiden utanför.
• Effektförlust, eftersom avgassystemet delvis blockeras av katalysatorn. Om detta hinder beror på att materialen smälter och går sönder, måste du byta ut katalysatorn och upptäcka vad som är felet i motorn som har orsakat det. Om det bara är hinder av smuts kan du försöka rengöra det.
• Utsläppstest misslyckades. Onödigt att förklara om det, eftersom katalysatorn inte omvandlar skadliga gaser och testet visar att det inte fungerar. I Spanien är det teknisk besiktning av fordon (ITV).

• skramlande ljud under bilen när den går på tomgång eller rör sig. Det orsakas av delar av den trasiga keramiska matrisen inuti katalysatorn, som förflyttas av avgaserna. Var försiktig eftersom om dessa bitar når ljuddämparen kan avgassystemet bli mer blockerat.
• Förbrukning ökar. Detta är inte ett symptom på en dålig katalysator, men det är ett symptom på en rik bränsleblandning som tenderar att bryta ner katalysatorn. Det är därför det är ett symptom att ta hänsyn till.
• Motorfelslampa lyser. Om bilens sensorer upptäcker att gasomvandlingen inte sker korrekt tänder styrenheten denna varningslampa. Även om det också tjänar till många andra fel, är det ett symptom som i sig inte indikerar fel på katalysatorn. Du kan koppla bilen till en OBD-läsare för att se vilken felkod den har registrerat för att veta vad det specifika problemet är.

Se upp för stopp i avgassystemet, eftersom de höjer temperaturen på avgasgrenröret och andra rör och kan orsaka mycket allvarligare skador på bilen.

Även om motorfel är den vanligaste orsaken till katalysatorfel, finns det också modeller som har återkommande katalysatorproblem på grund av konstruktions- eller tillverkningsfel.

Priset på en katalysator

Som du har sett i hela artikeln finns det flera typer av katalysatorer. Så deras priser kan variera mycket från en modell till en annan. Men att ersätta en katalysator med en ny är vanligtvis mellan 600 och 1.000 euro för personbilar. I vilket fall som helst kan den siffran vara högre om andra katalysatorer är inblandade utöver den konventionella.

También existen universalkatalysatorer till ett bra pris kompatibel med olika modeller. Fast du måste också se till att den följer de Euro-regler som din bil har och är godkänd. Då rekommenderar vi att monteringen görs av en fackman, eftersom det är ett känsligt element.

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