Co je definováno jako problém s katalyzátorem?

Katalyzátor (katalyzátor) je klíčovou součástí systému řízení emisí vozidla. Snižuje škodlivé emise výfukových plynů. Katalyzátor je zabudován do výfukového potrubí motoru nebo do výfukového potrubí v blízkosti motoru.

Benzínové vozy jsou vybaveny „třícestnými“ katalyzátory, které snižují emise uhlovodíků (HC), oxidu uhelnatého (CO) a oxidů dusíku (NOx).

Mnoho moderních osobních a nákladních automobilů má více než jeden katalyzátor, takže pokud máte problémy s katalyzátorem, je důležité vědět, který je špatný.

Přední katalyzátor je umístěn vedle nebo uvnitř výfukového potrubí. U většiny vozidel lambda sondy monitorují pouze přední katalyzátory.

Snímač poměru vzduch/palivo (řídicí lambda sonda) je instalován před předním katalyzátorem a zadní lambda sonda (diagnostická) je instalována za ním. Úkolem zadního DC je hlídat účinnost katalyzátoru.

Další sekundární nebo zařazený katalyzátor může být instalován ve výfukovém systému. Lze to nazvat „katalyzátorem pod karoserií“.

Dvouválcový motor (jako V6 nebo V8) má dva přední katalyzátory, oba řízené kyslíkovými senzory. Skupiny válců jsou označeny Bank 1 (ten, který obsahuje válec 1) a Bank 2.

Jaké by mohly být problémy s katalyzátorem?

1. Kontrolka Check Engine svítí a další diagnostika odhalí chybové kódy související s katalyzátorem: P0420, P0430 nebo P0421 a P0431. Všechny tyto kódy indikují, že účinnost katalyzátoru je pod prahovou hodnotou. Napsali jsme samostatný článek, který vysvětluje tyto kódy: P0420 – Catalyst Efficiency Below Threshold.
2. Ucpaný katalyzátor. Na fotografii vlevo je ucpaný katalyzátor. Existuje mnoho důvodů, které mohou vést k ucpání katalyzátoru, včetně špatného benzínu, zvýšené spotřeby motorového oleje a úniku chladicí kapaliny. U vozů, které jezdí pouze na krátké jízdy, se katalyzátor často ucpe.
3. Spálený nebo roztavený katalyzátor. To se může stát v důsledku kódu P0421. Na fotografii je řezaný katalyzátor. Je částečně roztavený.
4. Fyzické poškození. Pokud je váš katalyzátor zbarvený nebo má jiné známky přehřátí, může být nutné jej vyměnit. Pokud dojde k fyzickému poškození, jako jsou praskliny, které nelze opravit, bude také nutné jej vyměnit.
5. Dalším problémem je znamení naší doby. To je, když nastartujete své auto a zjistíte, že to zní jako sportovní auto. To s největší pravděpodobností znamená, že katalyzátor byl odcizen. Bohužel se množí trend krádeží katalyzátorů. Pokud byl katalyzátor odříznut, může být nutné vyměnit některé další díly v závislosti na tom, kde byly vyříznuty.

Příznaky vadného katalyzátoru

• Zkontrolujte, zda svítí kontrolka motoru. Čtou se chybové kódy P0420, P0430 nebo P0421 a P0431. Při jízdě s těmito kódy často nejsou žádné problémy.
• Zápach nespáleného paliva z výfukového potrubí.
• Pokud se vnitřní keramický prvek porouchal, můžete slyšet chrastivý zvuk vycházející z katalyzátoru, jako by byly uvnitř oblázky.
• Pokud je katalyzátor spálený, zvuk výfuku může být hlasitější než obvykle.
• Pokud něco způsobilo přehřátí katalyzátoru, můžete cítit nadměrné teplo vycházející z motorového prostoru. Po zastavení a ochlazení dílů může motor vydávat cvakání.
• Pokud se katalyzátor ucpe, může dojít ke snížení výkonu při akceleraci. Motor může běžet normálně na volnoběh, ale s rostoucí rychlostí se zastaví. Často se motor přehřívá, pokud je omezen výstup výfukových plynů. Spálení EGR ventilu může způsobit i zanesený katalyzátor.

Princip činnosti

V chemii je katalyzátor látka, která urychluje nebo způsobuje chemickou reakci, aniž by byla spotřebována. Takovými látkami jsou zlato, nikl, palladium, měď, rhodium, chrom a většina drahých a vzácných kovů.

Při provozu motoru automobilu vznikají výfukové plyny. Tyto plyny vstupují do výfukového potrubí a poté do katalyzátoru.

Výfukové plyny, sestávající z toxických látek, procházejí konstrukcí konvertoru. Katalyzátorové látky v konvertoru vyvolávají chemické reakce, které přeměňují škodlivé látky na neškodné.

Moderní konvertor používá dva katalyzátory, a to redukční katalyzátor a oxidační katalyzátor.

Oxidační katalyzátor je vyroben z palladia a platiny a redukční katalyzátor je vyroben z rhodia a platiny. V důsledku reakcí v katalyzátoru vznikají: oxid uhličitý, dusík, voda.

Výstavba

Katalyzátor je kovový kryt z nerezové oceli obsahující voštinové jádro. Je pokovena drahými kovy, jako je platina a rhodium. Tyto kovy reagují s výfukovými plyny motoru. Snižují toxické plyny tím, že je přeměňují na oxid uhličitý a vodu.

Keramická konstrukce je levnější na výrobu, ale má velkou nevýhodu – křehkost. Malý náraz stačí k tomu, aby keramická voština praskla a rozpadla se.

Nejprve katalyzátor reaguje s oxidem uhelnatým vznikajícím při spalování benzínu. Reaguje také s uhlovodíky tvořenými nespáleným palivem a oxidy dusíku. Neutralizátor tak přemění tyto plyny na méně škodlivé vedlejší produkty, jako je oxid uhličitý, vodní pára a dusík.

Aby byl katalyzátor účinný, musí být jeho teplota asi 400 °C. To je důvod, proč jsou obvykle připojeny k výfukovému potrubí. Ze stejného důvodu mají kyslíkové senzory topné články.

Typy katalyzátorů

Existují tři různé typy automobilových katalyzátorů. Prvním typem je oxidační katalyzátor. Snižuje množství škodlivých znečišťujících látek, jako je oxid uhelnatý (CO) a palivové uhlovodíky (HC) ve výfukových plynech. Často se přitom používá vstřikování sekundárního vzduchu. Oxidační katalyzátor však redukuje pouze část škodlivin.

Dvousložkový katalyzátor

Druhým typem je dvoucestný katalyzátor, který je pokročilejší. Funguje ve dvou fázích. Existují dva prvky, které jsou umístěny jeden po druhém.

Dvoucestný (nebo “oxidační”) katalyzátor má dva současné úkoly:

1. Oxidace oxidu uhelnatého na oxid uhličitý:
   2CO+O₂ → 2CO₂ .
2. Oxidace uhlovodíků (nespálené a částečně spálené palivo) na oxid uhličitý a vodu:
   CxH₂x + 2 + [(3x + 1) ⁄ 2] O₂ → xCO₂ +(x+1)H₂O (spalovací reakce).

Tento typ automobilového katalyzátoru je široce používán v dieselových motorech ke snížení emisí uhlovodíků a oxidu uhelnatého. Byly také používány na benzínových motorech v amerických a kanadských tržních vozidlech až do roku 1981. Kvůli neschopnosti řídit oxidy dusíku byly nahrazeny třístupňovými měniči.

Třícestný katalyzátor

Třetím typem je třícestný katalyzátor. Začal se používat v roce 1981. Přeměňuje škodlivé plyny vycházející z motoru na neškodné.

Výfukové plyny motoru obsahují nebezpečné látky, které jsou škodlivé pro životní prostředí. Patří sem oxidy dusíku, uhlovodíky a oxid uhelnatý. Třícestný katalyzátor je přeměňuje na méně škodlivý oxid uhličitý, vodu a dusík.

Tři stupně čištění výfukových plynů vypadají takto:

1. Redukce oxidů dusíku na dusík (N2):
   2 CO + 2 NO → 2 CO₂ + N₂
   uhlovodík + NO → CO₂ + H₂O + N₂
   2 H₂ + 2 NO → 2 H₂O + N₂;
2. Oxidace oxidu uhelnatého na oxid uhličitý:
   2CO+O₂ → 2 CO₂;
3. Oxidace nespálených uhlovodíků (HC) na oxid uhličitý a vodu navíc k výše uvedené reakci NO:
   uhlovodík + O₂ → H₂O + CO₂;

Tyto tři reakce probíhají nejúčinněji, když katalyzátor přijímá výfukové plyny z motoru pracujícího mírně nad stechiometrickým bodem. Pro spalování benzínu je poměr 14,6 až 14,8 dílů vzduchu na jeden díl paliva. Účinnost přeměny velmi rychle klesá, když je motor provozován mimo tyto limity.

Když je směs chudá, výfukové plyny obsahují přebytek kyslíku a to nepřispívá k reakci redukce NO_x. V bohaté směsi přebytečné palivo spotřebuje veškerý dostupný kyslík před katalyzátorem, takže pro oxidační funkci zůstává pouze kyslík v katalyzátoru.

Třícestný katalyzátor je jediné zařízení, které redukuje všechny tři škodliviny najednou. Tento způsob čištění je nejekonomičtější.

Většina automobilek používá ve svých vozidlech třístupňové měniče, aby splnily přísné emisní normy.

Kde a jak je umístěn katalyzátor?

U většiny vozidel je katalyzátor umístěn v blízkosti výfukového potrubí motoru. Měnič se rychle zahřívá v důsledku vystavení velmi horkým výfukovým plynům, což snižuje škodlivé emise, zatímco se motor zahřívá.

Toho je dosaženo spalováním přebytečných uhlovodíků, které jsou výsledkem bohaté směsi potřebné pro studený start.

Některé třícestné katalyzátory mají systémy vstřikování vzduchu, které jsou dodávány mezi prvním (snížení NO_х) a druhý (oxidace uhlovodíků a CO) stupeň konvertoru.

Stejně jako u dvoustupňových katalyzátorů tento nucený vzduch poskytuje kyslík pro oxidační reakce. Někdy je také místo vstřikování vzduchu před katalyzátorem, které poskytuje další kyslík pouze během zahřívání motoru.

To způsobí vznícení nespáleného paliva ve výfukovém traktu, čímž se zabrání jeho vstupu do katalyzátoru. Tato metoda zkracuje dobu chodu motoru potřebnou k dosažení provozní teploty katalyzátoru.

Většina nových vozů má elektronické systémy vstřikování paliva a nevyžadují vstřikování vzduchu do jejich koncovek. Místo toho poskytují přesně řízenou směs vzduchu a paliva, která rychle a nepřetržitě přepíná mezi chudou a bohatou směsí.

Kyslíkové senzory sledují obsah kyslíku ve výfukových plynech před a za katalyzátorem a řídicí jednotka motoru na základě těchto informací upravuje vstřikování paliva.

Podívejte se také na video o tom, jak funguje katalyzátor automobilu:

Katalyzátor dieselového motoru

U vznětových (tj. naftových) motorů je nejčastěji používaným katalyzátorem dieselový oxidační katalyzátor (DOC).

DOC obsahují palladium, platinu a oxid hlinitý, které oxidují uhlovodíky a oxid uhelnatý kyslíkem za vzniku oxidu uhličitého a vody.

Tyto katalyzátory často pracují s 90procentní účinností, prakticky eliminují zápach nafty a pomáhají snižovat viditelné částice (saze).

Tyto konvertory neredukují NOx, protože jakékoli přítomné redukční činidlo bude reagovat nejprve s vysokou koncentrací O₂ ve výfukových plynech nafty.

Dříve bylo snižování emisí NOx z dieselových motorů dosahováno přidáváním výfukových plynů do sacího potrubí, známé jako recirkulace výfukových plynů (EGR).

V roce 2010 většina výrobců dieselových motorů přidala do svých vozidel katalytické systémy, aby splnila nové emisní předpisy.

Výfukové plyny nafty obsahují vysoké množství pevných částic (PM). Katalyzátory neodstraňují PM, proto je čistí filtr pevných částic (DPF).

Všechna dieselová vozidla vyrobená po 1. lednu 2007 musí splňovat emisní limity pevných částic, to znamená, že musí být vybavena dvoucestným katalyzátorem a filtrem pevných částic.