Automobilių katalizatoriai: paskirtis, veikimo principai, gedimai ir priežiūra

Automobilių katalizatoriai yra neatsiejama išmetamųjų dujų sistemos dalis, skirta apsaugoti mus ir aplinką nuo didelio kiekio kenksmingų išmetamųjų dujų. Šis įtaisas atlieka esminį vaidmenį mažinant oro taršą, paverčiant anglies monoksidą, angliavandenilius ir azoto oksidus į mažiau kenksmingas medžiagas: anglies dioksidą, vandenį ir azotą.

Katalizatorius yra sumontuotas automobilio dugne, tarp variklio ir išmetimo vamzdžio. Ši strateginė vieta leidžia jam efektyviai veikti aukštoje temperatūroje, kuri yra būtina cheminėms reakcijoms vykti. Apie automobilių katalizatorius girdėjo kone kiekvienas, tačiau daugelis nežino, kas tiksliai yra katalizatorius, kodėl jis reikalingas ir kokią naudą teikia.

Katalizatoriaus istorija ir aplinkosauginė reikšmė

Katalizatoriaus atsiradimas ir raida

Katalizatorių prototipai pirmą kartą buvo sukurti Prancūzijoje XIX amžiaus pabaigoje. Šie prototipai, pagaminti iš molio ir padengti platina, iridžiu, paladžiu, buvo užsandarinti į dvigubą metalinį cilindrą ir jau tada vadinti katalizatoriais. Po kelių dešimtmečių prancūzų mechanikos inžinierius Eugene'as Houdry užpatentavo savo sukurtą katalizatoriaus pirmtaką.

Pirmasis plačiai paplitęs katalizatorių panaudojimas buvo Jungtinių Amerikos Valstijų automobilių pramonėje. Siekiant laikytis JAV aplinkos apsaugos agentūros naujų išmetamųjų teršalų reguliavimo reikalavimų, daugumoje benzinu varomų transporto priemonių, pradedant nuo 1975 metų modelio, buvo sumontuoti katalizatoriai. Pirmieji automobiliai su katalizatoriais Europoje pasirodė 1986 metais.

Katalizatorius tapo būtina transporto priemonių įranga, kad atitiktų „Euro“ išmetamųjų dujų standartus. Tai leido žymiai sumažinti automobilių neigiamą poveikį aplinkai. Devintajame dešimtmetyje katalizatorių montavimas į automobilius stipriai pradėjo populiarėti.

Aplinkosauginė nauda ir svarba

Automobilių katalizatoriai gaminami ir integruojami į automobilio išmetamųjų dujų sistemą tam, kad mus ir aplinką apsaugotų nuo didelio kiekio kenksmingų išmetamųjų dujų. Veikdamas katalizatorius su išmetamosiomis dujomis išskiriantį anglies monoksidą, angliavandenilį ir azoto oksidą paverčia į mažiau kenksmingus anglies dvideginį, vandenį ir azotą.

Pagrindinis ir didžiausias automobilio katalizatoriaus privalumas yra tai, kad jis reikšmingai prisideda prie oro taršos mažinimo. Jų dėka į orą išmetamas minimalus teršalų kiekis, todėl labiau tausojama gamta. Mokslininkų teigimu, būtent automobilių katalizatorių naudojimas padeda sulaikyti net 98 proc. sukuriamų taršiųjų dujų. Be to, švarus oras teigiamai veikia žmogaus sveikatą. Galima teigti, kad jei ne katalizatoriai, miestai būtų kur kas labiau paskendę smoge nei dabar, o smogas būtų daug kenksmingesnis aplinkai ir žmonėms.

Katalizatoriai yra tokie efektyvūs, kad automobilių su jais ir be jų išmetamųjų teršalų rodmenų skirtumas yra labai didelis. Taip pat verta paminėti, kad katalizatoriai yra viena iš priežasčių, kodėl šiandien automobiliuose privalome naudoti bešvinį kurą, nes degalai su švinu neleidžia katalizatoriams suskaidyti išmetamosiose dujose esančių teršalų. Naujausiuose automobilių modeliuose, kuriems keliami vis aukštesni saugumo ir draugiškumo aplinkai kriterijai, gali būti naudojami net keli katalizatoriai.

Katalizatoriaus sandara ir veikimo principai

Katalizatoriaus pagrindinės dalys

Katalizatorius yra transporto priemonės išmetimo sistemoje esantis įtaisas. Jis paprastai yra sumontuotas tarp variklio ir išmetimo vamzdžio. Kiekvienas katalizatorius susideda iš keturių pagrindinių dalių: korpuso, karkaso, tarpinio sluoksnio ir aktyviojo katalitinio sluoksnio. Kiekvienas šis elementas yra būtinas, kad katalizatorius efektyviai veiktų.

• Korpusas yra metalinis bakelis, kuris saugo katalizatorių nuo perkaitimo. Dažniausiai įkaitimui pagreitinti naudojama korpuso termoizoliacija.
• Karkasas yra pagrindas, per kurį dujos pereina. Dažniausiai karkasas yra iš keramikos arba metalo.
• Tarpinis sluoksnis apsaugo aktyvųjį sluoksnį nuo mechaninių pažeidimų ir užtikrina jo darbą.
• Aktyvusis katalitinis sluoksnis yra pagrindinis veiksmo centras. Jis pagamintas iš specialių tauriųjų metalų (platinos, paladžio, rodžio), kurie šalina kenksmingas dujas.

Katalizatoriaus kameroje yra korio struktūra, kurioje yra įvairių tauriųjų metalų. Jie atlieka pagrindinį vaidmenį kovojant su kenksmingomis dujomis, einančiomis per išmetimo sistemą.

Cheminiai procesai ir deguonies mainai

Katalizatorius veikia kaip tarpininkas, pagreitinantis chemines reakcijas. Jis mažina toksiškas medžiagas išmetamosiose dujose. Katalizatoriuje vyksta trys pagrindinės cheminės reakcijos, todėl jis vadinamas trijų reakcijų katalizatoriumi. Oksidacijos ir redukcijos efektyvumas priklauso nuo jo gebėjimo pasisavinti deguonį.

Šių katalizės reakcijų metu kenksmingos dujos virsta nekenksmingomis: anglies monoksidas oksiduojamas į anglies dioksidą, nesudegę angliavandeniliai oksiduojami į anglies dioksidą ir vandenį, o azoto oksidai redukuojami į azotą. Šioje temperatūroje cheminiai procesai vyksta geriausiai, kas garantuoja gerą katalizės reakcijų rezultatą.

Katalizatorius pradeda veikti, kai jo temperatūra pasiekia 300°C. Deguonies jutikliai stebi degalų ir oro santykį ir perduoda šią informaciją į variklio kompiuterį. Variklio kompiuteris reguliuoja degalų įpurškimą, kad palaikytų optimalų degalų ir oro mišinį, kuris yra svarbus katalizatorių efektyvumui. Jei deguonies kiekis išmetamosiose dujose per aukštas, kompiuteris padidina įpurškiamų degalų kiekį. Jei deguonies kiekis mažas, atitinkamai mažinamas ir degalų kiekis.

Benzininių ir dyzelinių katalizatorių skirtumai

Katalizatorių technologija ir savybės yra labai svarbios automobilių pramonei. Jos padeda mažinti dujų taršą, kurią išmeta transporto priemonės. Benzininiai ir dyzeliniai katalizatoriai skiriasi, kadangi pasižymi unikaliomis savybėmis.

• Benzininiai katalizatoriai vadinami „trijų funkcijų“ dėl savo veiksmo. Jie neutralizuoja anglies monoksidą, angliavandenilius ir sumažina azoto oksidų kiekį. Tai svarbu mažinant miesto taršą.
• Dyzelinių katalizatorių paskirtis skiriasi. Jie labiau koncentruojasi į anglies monoksido, angliavandenilių ir kietųjų dalelių sumažinimą. Dėl dyzelinių variklių specifikos, šiems katalizatoriams reikia papildomo kietųjų dalelių filtro (DPF) ir SCR (selektyvinės katalitinės redukcijos) sistemos.

Naujuose automobilių modeliuose dažnai naudojami keli katalizatoriai. Jie padeda užtikrinti didžiausią išmetamųjų dujų valymą ir atitikti aplinkosaugos standartus.

Katalizatorių tipai: metaliniai ir keramikiniai

Automobilių išmetamosiose dujose esančius teršalus šalina įvairių tipų katalizatoriai. Pagrindinės dvi kategorijos yra metaliniai ir keramikiniai katalizatoriai. Jie skiriasi savo savybėmis ir pritaikymu.

• Metaliniai katalizatoriai pasižymi greitesne darbine temperatūra ir yra atsparūs mechaniniams pažeidimams. Jie atlaiko iki 1300°C temperatūrą ir yra efektyvesni, leidžiantys greičiau sumažinti išmetamųjų dujų teršalus.
• Keramikiniai katalizatoriai atlaiko aukštesnę temperatūrą nei daugelis medžiagų, tačiau nepasiekia metalinių katalizatorių darbinės temperatūros, veikia iki 800°C. Jie yra mažiau patvarūs, tačiau pigiau pagaminami.

Katalizatorių gamybos procesas ir taikymas yra labai svarbūs siekiant efektyvaus išmetamųjų dujų valymo. Kiekvieno tipo katalizatorius turi savų privalumų ir tinka konkrečioms transporto priemonėms.

Katalizatoriaus gedimai ir jų priežastys

Dažniausi gedimo požymiai

Katalizatorius automobilyje negali sugesti staiga. Tam tikri požymiai signalizuoja apie jo gedimą:

• Rytais sunkiau užsiveda automobilio variklis, arba ženkliai padidėjęs automobilio užkūrimo laikas.
• „Dingsta apsukos“, o spaudžiant greičio pedalą, tachometro strėlė sunkiai pasiekia du ar keturis tūkstančius apsukų ir sustoja. Variklio trauka ir dinamika kelyje yra mažesnė, o apsukos nekyla aukščiau 5000 apsisukimų, arba kyla labai lėtai.
• Neįprastai padidėjo kuro suvartojimas.
• Padidėjusi tarša iš automobilio išmetamųjų dujų vamzdžio. Be katalizatoriaus automobilis išmeta daugiau teršalų.
• Automobilio važiavimo netolygumas: vieną dieną automobilis gali važiuoti tarsi pakelta variklio galia, o kitą - lyg būtų užtrauktas rankinis stabdis.
• Prietaisų skydelyje užsidega indikatoriaus lemputė „Check Engine“. Ji užsidega, jei sistema nustato variklio klaidą, arba kai netinkamai veikia lambda zondas. Norėdami patikrinti, ar indikatoriaus lemputė užsidegė dėl katalizatoriaus kaltės, efektyviausias būdas tai padaryti yra automobilio kompiuterinė diagnostika.
• Pašaliniai garsai po dugnu. Ar girdite neįprastus garsus esant dideliems variklio sūkiams arba užvedant automobilį? Dažniausiai tai atsitinka, kai keraminė katalizatoriaus dalis pradeda irti.
• Silpnas iš duslintuvo sklindančių dujų slėgis. Jei katalizatorius automobilyje veikia normaliai, tada, priglaudę delną prie išmetimo vamzdžio, pajausite, kad išeinantis dujų srautas pulsuoja. Jei dujų srautas silpnas arba nėra pulsavimo, tai greičiausiai katalizatoriaus kaltė.

Pagrindinės gedimo priežastys

Katalizatorių gedimai atsiranda dėl kelių priežasčių. Pirmiausia - jie natūraliai susidėvi. Vidutiniškai jie tarnauja iki 100 000 kilometrų. Jei jūsų automobilio kilometražo žyma artėja prie šios ribos - didelė tikimybė, kad greitu metu prireiks keisti katalizatorių. Toliau pateikiamos kitos dažniausios gedimo priežastys:

• Blogai veikiantis lambda zondas - didžiausias katalizatoriaus priešas. Lambda zondas reguliuoja kuro ir oro mišinį.
• Nusidėvėjusi variklio mechanika (suspaudimo laipsnis, pridegę vožtuvai ir kt.). Jei variklis prastai veikia, jis gali leisti tepalui ar nesudegusiems degalams patekti į išmetimo sistemą.
• Turbokompresoriaus gedimas. Jei jūsų automobilis turi turbokompresorių, užsikimšęs katalizatorius trukdo lambda zondui tinkamai reguliuoti kuro ir oro mišinį. Dėl to degimo kameroje nesudega kuras, o tai gali greitai lemti turbokompresoriaus perkaitimą.
• Vožtuvų pažeidimai. Nuolat neveikianti išmetimo sistema lemia, kad ant vožtuvų kaupiasi sunkiai nuimamos apnašos.
• Variklio galvutės pažeidimai.
• Mechaniniai pažeidimai: smūgiai, deformacijos, įvažiavimas į duobes ar didelį objektą kelyje, automobilio dugnu užkabinant didelį objektą. Taip pat gali pažeisti didelis temperatūrų skirtumas, pavyzdžiui, įvažiavus į gilią balą.
• Ilgai nekeičiamas oro filtras, nekokybiški tepalai ar kuras.
• Uždegimo sistemos gedimai.
• Netinkamai sureguliuotos dujinės įrangos gedimai.

Jeigu katalizatorius neveikia arba užsikimšo, tai gali sukelti rimtų variklio gedimų - ypač, jei automobilis turi turbokompresorių. Todėl, jei pastebite požymius, nedelsdami atlikite diagnostiką, kad nustatytumėte problemos mastą ir imtumėtės atitinkamų priemonių.

Katalizatoriaus keitimas ir priežiūra

Kada reikėtų keisti katalizatorių?

Nusidėvėjus ar užsikimšus katalizatoriui, belieka jį keisti. Vidutinė katalizatoriaus tarnavimo trukmė yra iki 100 000 kilometrų, tačiau tinkamai prižiūrint, jo efektyvumas gali būti išlaikomas iki 180-200 tūkstančių km. Be veikiančio katalizatoriaus nepavyks atitikti techninės apžiūros reikalavimų. Šiuo metu automobilių techninės apžiūros centruose itin atidžiai tikrinamas automobilis ir išoriškai, ir per vidinę automobilių borto diagnostikos sistemą. Apžiūros metu ypatingas dėmesys teikiamas išmetamųjų dujų koncentracijos įvertinimui. Lietuvoje katalizatorius yra reikalingas norint praeiti techninę apžiūrą. Taisyklėse nurodyta, kad visi automobiliai, kurie Lietuvoje užregistruoti nuo 2013 metų kovo 1 dienos ar vėliau, privalo turėti katalizatorius.

Katalizatoriaus keitimo galimybės ir kainos

Kai nusidėvi ar užsikemša katalizatorius, galimi du pasirinkimai - seną keisti nauju arba dėvėtu. Naują, originalų katalizatorių galima rasti oficialioje automobilio atstovybėje. Naujo katalizatoriaus kaina gali siekti 1000 ir daugiau eurų, priklausomai nuo automobilio modelio. Naujo originalaus katalizatoriaus pirkimas - pats idealiausias variantas, kai reikia pakeisti katalizatorių.

Dažnas renkasi pigesnį variantą ir ieško naudoto, kuris yra kur kas pigesnis. Abejotina naudoto katalizatoriaus kokybė, nes abejotina kaina. Jeigu radote pigų naudotą katalizatorių - paklauskite apie garantiją. Neoriginalūs katalizatoriai būna dviejų rūšių: originali konstrukcija su bakeliu ir vien tik bakelis. Einant techninę apžiūrą, labai didelis dėmesys skiriamas virinimo siūlėms, ir paprasto bakelio įvirinimas tiesiai į tą pačią vietą, kur buvo išpjautas, bus vertinamas kaip konstrukcijos pažeidimas.

Katalizatorių pakaitalai, arba „tušti“ katalitiniai konverteriai, yra alternatyvi detalė, montuojama vietoj sugedusio ar pašalinto katalizatoriaus. Šie pakaitalai neturi tauriųjų metalų ir paprastai neatlieka visų tų pačių funkcijų, tačiau leidžia transporto priemonei veikti techniškai sklandžiai. Pagrindinė katalizatoriaus pakaitalo paskirtis yra atkurti išmetimo sistemos vientisumą ir užtikrinti tinkamą variklio darbą. Vis dėlto, aplinkosaugos požiūriu tai nėra itin efektyvus sprendimas, nes išmetamosios dujos išvalomos prasčiau nei naudojant katalizatorių. Katalizatoriaus pakaitalo kaina gali svyruoti nuo maždaug 20 iki 120 eurų, priklausomai nuo jo tipo, medžiagų ir suderinamumo su konkrečiu automobiliu. Montavimo darbai kainuoja papildomai - apie 20-80 eurų.

Katalizatorių kainų orientacinė lentelė (su montavimo darbais)

Jeigu kalba eina apie katalizatorių, kuris išmetimo konstrukcijoje stovi atskirai nuo DPF suodžių filtro, jis kainuoja su montavimo darbais kartu sudėjus nuo 120 iki 500 eurų.

Žinoma, užsikimšusį katalizatorių pakeisti nauju yra brangu, todėl yra alternatyva seną katalizatorių pilnai atnaujinti. Servisuose galima pasiūlyti tik katalizatoriaus, Jūsų turimo katalizatoriaus, valymo/plovimo darbus. Jis turi būti pristatomas jau išimtas ir paliekamas nuo kelių dienų iki savaitės, priklausomai nuo dydžio, konstrukcijos ar priežasčių kodėl norite jį valyti. Jei katalizatorius yra vizualiai švarus ir kompiuteris meta prasto efektyvumo klaidą - valymas jam gyvybės jau nepridės, tokį katalizatorių reikia keisti nauju. Katalizatoriaus valymas padeda esant variklio problemoms, kai katalizatorius yra užpilamas tepalu, suodžiais, tokiu atveju išvalius jį atstatoma dalis katalizatoriaus efektyvumo.

Katalizatoriaus priežiūra ir ilgaamžiškumo užtikrinimas

Norint prailginti katalizatoriaus tarnavimo laiką, būtina tinkamai prižiūrėti šią dalį transporto priemonėje. Katalizatorių efektyvumas gali būti išlaikomas iki 180-200 tūkstančių km, tačiau tai reikalauja laikytis tam tikrų rekomendacijų:

• Vengti mechaninių pažeidimų - svarbu saugoti katalizatorių nuo didelių smūgių ir vibracijos.
• Naudoti tik kokybišką kurą - prastos kokybės degalai gali sukelti katalizatoriaus užsikimšimą.
• Reguliariai keisti oro filtrą - užsiteršęs filtras gali sutrikdyti tinkamą oro tiekimą į variklį.
• Tinkamai prižiūrėti uždegimo sistemą - netinkamai sureguliuota uždegimo sistema gali padidinti kenksmingų medžiagų išmetimą į katalizatorių.
• Vengti dažno važinėjimo trumpais atstumais mieste ir netinkamo dujinės įrangos sureguliavimo. Tai gali sutrumpinti katalizatoriaus eksploatacijos laiką.

Reguliari katalizatorių priežiūra ir tinkama eksploatacija padeda išlaikyti optimalią šios sistemos būklę. Svarbu taip pat užtikrinti tinkamą kuro sistemų, uždegimo ir kitų komponentų veikimą, kad katalizatorius būtų apkraunamas optimaliomis sąlygomis.

Vertingieji metalai ir katalizatorių perdirbimas

Katalizatorių vagystės ir jų priežastys

Katalizatorių elementai yra pagaminti iš tauriųjų metalų: platinos, paladžio bei rodžio. Šių elementų kaina yra aukšta, todėl katalizatorių vagystės jau daug metų yra rizika daugeliui vairuotojų. Lietuvoje jau kurį laiką vyrauja kalbos apie katalizatorius, jų svarbą, kainą ir t.t. Pastebėta, kad katalizatorių vagysčių skaičius taip pat šoktelėjo. Vagys katalizatorių nori dėl juose esančių brangiųjų metalų - platinos, paladžio ir rodžio. Šie metalai turi didelę vertę rinkoje, todėl vagystė - pelningas verslas. Ilgapirščiams patrauklu ir tai, kad šių detalių beveik neįmanoma atsekti, o juos taip pat nėra sunku išpjauti. Be to, vagys neretai turi kontaktus užsienyje, todėl katalizatorių vagysčių galai veda nebūtinai į Lietuvą. Katalizatorius yra pažeidžiamas vagystės atveju, ypač transporto priemonėse su didesne prošvaisa, pavyzdžiui, visureigiuose ir sunkvežimiuose, kadangi po jais lengviau patekti.

Seno katalizatoriaus pridavimas ir perdirbimas

Pakeitus katalizatorių reikėtų nepamiršti ir atsakingo atsisveikinimo su senuoju. Net ir neveikiantys katalizatoriai yra vertinga žaliava, tinkama perdirbimui. Visapusiškai naudingai jį perparduoti - tokiu būdu ne tik gausite finansinę naudą, bet ir užtikrinsite galimybę, kad katalizatorius būtų panaudotas antrąkart. Greičiausias ir patogiausias būdas tai padaryti - kreiptis į įmonę, kuri superka automobilių katalizatorius.

Katalizatoriaus kaina įvertinama pagal faktinį tauriųjų metalų kiekį (nustatant preliminariosios (XRF) arba cheminės (ICP) analizės būdu) katalizatoriuje, atsižvelgiant į esamas tauriųjų metalų biržos kainas. Kiekvieno modelio katalizatoriaus cheminė sudėtis yra skirtinga (kadangi gaminama pagal skirtingų gamintojų bei valstybių reikalavimus), tačiau po ilgesnio eksploatavimo laiko net ir vienodo modelio katalizatorių cheminė sudėtis gali pakisti. Vertingųjų metalų kiekis katalizatoriuje priklauso nuo jo modelio, eksploatacijos laiko ir šalies reikalavimų. Pavyzdžiui, automobilių katalizatoriuose gali būti nuo 2 iki 7 gramų platinos, rodžio ir paladžio. Pramoniniai katalizatoriai gali turėti daugiau.

Be finansinės naudos, svarbus ir aplinkosaugos aspektas. Katalizatorius yra sudarytas iš įvairių metalų ir kitų medžiagų, kurios, netinkamai utilizuotos, gali turėti neigiamą poveikį aplinkai. Jų gavyba gana sudėtinga - ji reikalauja daug energijos, kasybos darbų ir cheminių procesų, kurie didina oro bei vandens taršą ir daro žalą aplinkai. Taigi geriausia šiuos metalus susigrąžinti ir panaudoti dar kartą, o ne tiesiog prarasti kartu su išmetamu katalizatoriumi.

tags: #katalizatorius #pasiulyti #redagavima