Katalizator – działanie i konsekwencje jego braku
W Polsce katalizator stał się obowiązkowym elementem samochodu w roku 1995, kiedy zaczęto montować go w każdym nowo sprzedawanym pojeździe, zagraniczni producenci zaczęli to robić wcześniej. Właściwą nazwą tego urządzenia jest: reaktor katalityczny, ponieważ jego działanie opiera się na reakcji substancji zawartych w spalinach z katalizatorem, którym są najczęściej metale szlachetne (substancja katalityczna).
Artykuł ukazał się w numerze 19/2022 "Lasu Polskiego".
Wnowoczesnych autach znajdziemy nawet trzy katalizatory, które – współpracując z układem elektronicznym (poprzez sondy) i układem zasilania (układ wtryskowy) – wychwytują i neutralizują szkodliwe związki zawarte w spalinach. Większość pracy katalizatora wykonuje jego metalowy lub ceramiczny wkład. Struktura plastra miodu z tysiącami drobnych kanalików umożliwia swobodny przepływ spalin oraz zapewnia należyte warunki działania dla powłoki aktywnej katalitycznie. Jej zadaniem jest wchodzenie w reakcję chemiczną ze szkodliwymi cząstkami spalin i zobojętnianie ich do mniej szkodliwych postaci. Producenci wykorzystują kosztowne pierwiastki: platynę, pallad, rod.
Działanie
Katalizator działa poprawnie dopiero po osiągnięciu określonej temperatury roboczej wynoszącej min. 300°C. Dzięki zlokalizowaniu w układzie wydechowym jest szybko rozgrzewany jest przez gorące spaliny. Dla przyspieszenia procesu nagrzewania producenci stosują izolowane osłony, czasami dodatkowe grzałki, a nawet nadmuch powietrza do kolektora wydechowego. Optymalne warunki pracy katalizatora to 400–800°C, w takiej temperaturze procesy katalityczne przebiegają najsprawniej. Działanie katalizatora jest ściśle związane z poprawnie działającymi sondami lambda zainstalowanymi w układzie wydechowym (zarówno przed, jak i za katalizatorem), określającymi procentową zawartość tlenu w spalinach. Jego za wysoki udział w składzie spalin oznacza pracę silnika na ubogiej mieszance paliwowej, a za niski – pracę na zbyt bogatej mieszance. Reagując na odczyty sond lambda, jednostka sterująca pracą silnika (komputer) reguluje skład mieszanki paliwowej, odpowiednio dozując ilość wtryskiwanego paliwa. W efekcie przekłada się to na zachodzące w katalizatorze procesy redukcji i utleniania. Proces utleniania zmniejsza liczbę tlenków węgla oraz węglowodorów HC, a proces redukcji ogranicza liczbę tlenków azotu. Warto dodać, że redukcja i utlenianie odbywają się naprzemiennie, co wzmaga stopień konwersji katalizatora (skuteczność na poziomie nawet 98%).
Rodzaj paliwa a katalizator
Budowa katalizatorów instalowanych w samochodach benzynowych i dieslach jest inna. Najważniejsza różnica jest w budowie powłoki aktywnej chemicznie. Wynika to z różnic między składem emitowanych przez nie spalin. W samochodach benzynowych instalowane są katalizatory trójfunkcyjne, utleniające obecne w spalinach węglowodory i tlenek węgla, silniki diesla są zaś wyposażone w katalizatory utleniające tlenek węgla, węglowodory HC oraz cząstki stałe. Obniżają również w spalinach ilość wyjątkowo szkodliwych dla środowiska naturalnego i ludzkiego organizmu tlenków azotu. Często w ich wnętrzu zamiast kanałów znajduje się roztwór amoniaku i wody destylowanej, który usuwa zanieczyszczenia. Pracę tych katalizatorów wspomagają filtry DPF lub FAP.
Awarie i objawy
Większość kierowców nie zastanawia się, czy stan techniczny i działanie katalizatora jest poprawne. Ewentualne awarie są z reguły wykrywane w czasie corocznego badania technicznego lub na podstawie kilku charakterystycznych symptomów, do których należą:
• obniżenie mocy silnika;
• dobiegający z podwozia odgłos grzechotania albo dzwonienia;
• zapalenie się kontrolki check engine – początkowo zwykle włącza się ona przy większych prędkościach. Im bardziej awaria się pogłębia, tym niższe prędkości powodują zapalenie się kontrolki;
• wzrost zużycia paliwa, choć nie we wszystkich przypadkach.
W przypadku podejrzenia awarii katalizatora warto podjechać do warsztatu samochodowego i zdiagnozować problem. Zwykle po podłączeniu samochodu do diagnostyki, jeżeli rzeczywiście usterka dotyczy omawianej części, komputer wykaże błąd PO420.
Głównymi przyczynami awarii bądź szybszego zużycia katalizatora są:
• zużycie tej części układu wydechowego. Katalizatory, jak wszystkie elementy, „starzeją się”, trudno określić, jak długo działa katalizator, ale zwykle jego żywotność szacuje się na ok. 180–200 tys. km;
• usterki w obrębie układu zapłonowego, czego skutkiem jest spalanie mieszanki paliwowej w reaktorze zamiast w cylindrach;
• nieprawidłowe postępowanie kierowcy, jednym z błędów (w niektórych sytuacjach trudne do uniknięcia) jest odpalanie samochodu na tzw. „pych”
lub „zaciąg”;
• niepoprawnie działająca instalacja LPG;
• częste użytkowanie auta na krótkich dystansach – silnik nie ma szansy rozgrzać się do roboczej temperatury i pracuje na bogatej mieszance;
• uszkodzenia mechaniczne.
Konsekwencje braku katalizatora
O problemach z prawidłową pracą silnika czy zwiększonym zanieczyszczeniu spalin wspomnę marginalnie. Podstawowym następstwem braku katalizatora jest zatrzymanie dowodu rejestracyjnego podczas kontroli na stacji diagnostycznej z powodu przekroczenia norm emisji spalin – do momentu zamontowania nowego nie będziemy mogli poruszać się po drogach. Jeśli podczas kontroli policjant ujawni brak katalizatora,
to dodatkowo nałoży na nas mandat. Aktualna wysokość takiego mandatu to maksymalnie 1500 zł, policjanci mają tutaj jednak dużą dowolność i jak pokazuje praktyka, najczęściej nakładane są mandaty w wysokości ok. 100–150 zł.
Cena nowego
Nie mam dobrych wiadomości, jeśli chodzi o ceny oryginalnych katalizatorów – w serwisach wynoszą one min. 2–3 tys. zł. Często decydujemy się na założenie katalizatora uniwersalnego, który jest znacznie tańszy (ceny zaczynają się od 1000 zł), warunkiem jest jednak odpowiedni dobór elementu do naszego silnika, a także do poziomu emitowanych spalin (norma Euro). Należy dobrać odpowiednio wymiary zewnętrzne puszki i średnicę rur wydechowych. Obudowy katalizatora nie wolno wyginać i dostosowywać do miejsca – wszelkie takie działania mogą spowodować uszkodzenia zewnętrzne, które mogą uszkodzić wkład, co doprowadzi do zniszczenia katalizatora. Na rynku możemy znaleźć usługi regeneracji katalizatora polegające na wymianie samego wkładu lub czyszczeniu katalizatora (płukaniu wodą pod dużym ciśnieniem z użyciem stosownych środków chemicznych). Czyszczenie jest możliwe tylko przy nieuszkodzonym wkładzie. Wybór technologii pozostawiam czytelnikom.
Lokalizacja katalizatora w aucie osobowym pod osłoną termiczną
Kradzieże
W ostatnich czasach plagą stały się kradzieże katalizatorów z zaparkowanych aut, cena używanych katalizatorów waha się od kilkuset do kilku tysięcy złotych i przy dostępie do ręcznych narzędzi zasilanych akumulatorami kradzież staje się szybka i łatwa. Trudno się przed nią zabezpieczyć, sposobem jest montaż specjalnych, rozbudowanych osłon antykradzieżowych, utrudniających wycięcie i demontaż katalizatora i/lub filtra cząstek stałych. Są one montowane przy użyciu śrub i nakrętek zrywalnych, więc nie da się ich odkręcić, a blacha jest tak gruba, że wycięcie osłony wymaga zastosowania cięższego sprzętu albo mnóstwa czasu. Innym sposobem jest montowanie czujnika ruchu połączonego z alarmem, w tym wypadku po podniesieniu auta zadziała alarm. Nie ma oczywiście metod w stu procentach chroniących przed kradzieżą… Powstaje projekt oznaczania katalizatorów w sposób umożliwiający identyfikację auta, z którego pochodzi, na to trzeba jednak czasu i uczciwości skupujących.
Sonda lambda zlokalizowana przy kolektorze wydechowym
Podsumowanie
Katalizator jest ważnym elementem wpływającym na poprawne działanie silnika i ograniczenie emisji nieczystości w spalinach. Dbając o układ zapłonowy i wtryskowy silnika, przedłużamy jego żywotność, musimy również zwracać uwagę podczas zakupu auta (szczególnie od pośredników), często mają one wycięte katalizatory, co naraża nas na wydatki przy ujawnieniu tego faktu na stacji diagnostycznej. Musimy też pamiętać o tym, że parkując auto z rozgrzanym katalizatorem, powinniśmy unikać miejsc z wysoką (suchą) trawą, gdyż zdarzają się przypadki pożarów.
Pozdrawiam terenowo.
Sebastian Kołacz
Uwagi, sugestie lub zapotrzebowanie na tematy proszę kierować na adres: seba4x4@o2.pl.
Fot.: Sebastian Kołacz (2), www.moto.pl