Teemad:
- üld-
- Kolmekäiguline/oksüdatsioonikatalüsaator
- Töötemperatuurid
- NOx katalüsaatori töö
- Vananemine ja selle põhjused
Üldine:
Nimi Katalüsaator pärineb algselt kreekakeelsest sõnast Katalysis (mis tähendab lahustumist). Keskkonnanõuete täitmiseks on katalüsaator olnud vajalik alates 1992. aasta lõpust. Heitgaasid sisaldavad kahjulikke aineid: CO (süsinikmonooksiid), NOx (lämmastikoksiid) ja CH (põlemata süsivesinik). Need ained (oksüdeeritakse) mittekahjulikeks aineteks. Sellest ka nimi oksüdatsioonikatalüsaator.
Keemias on katalüsaator aine, mis kutsub esile keemilise reaktsiooni ja kiirendab või aeglustab seda, ilma et see ise muutuks.
Kolmekäiguline/oksüdatsioonikatalüsaatori töö:
Katalüsaator ei ole filter, vaid seda võib vaadelda kui konversioonielementi, millesse on lisatud väärismetalle nagu plaatina, roodium või palaadium. Kui heitgaasid sellega kokku puutuvad, toimub väga kiire keemiline reaktsioon. Kahjulike gaaside molekulid lagunevad ja seotakse teiste molekulidega, mille tulemuseks on mittekahjulik gaas. Katalüsaator on võimeline puhastama heitgaase 90% ulatuses. See tuleb aga suurema tarbimise ja väiksema võimsuse arvelt. Selle põhjuseks on asjaolu, et see tekitab väljalasketeedes teatud õhutakistuse.
Heitgaasides sisalduvad ained:
- CO2: Süsinikdioksiid (Kahjulik keskkonnale, inimestele ja loomadele suurtes kontsentratsioonides)
- CO: vingugaas (mittetäielikult põlenud gaas, samuti tervisele kahjulik)
- CH: süsivesinikud (põlemata bensiini osad)
- O2: hapniku osad (mis ei osalenud põlemisel)
- NOx: lämmastikuühend (mis tekib ainult väga kõrgel põlemistemperatuuril.
Katalüsaator muudab 3 kahjulikku komponenti CO, HC ja NOx kolmeks kahjutuks komponendiks: CO3, H2O ja N2. Siit pärineb ka nimetus kolmekäiguline katalüsaator.
O2 ja CO lisamiseks katalüsaatorile, et konversioon saaks toimuda, tuleb mootori sissepritsemustrit reguleerida. O2 moodustamiseks peab segu olema lahja (vähem kütust, rohkem õhku). CO moodustamiseks peab segu olema rikkalik (rohkem kütust, vähem õhku). Viimane ei kehti lahja seguga mootorite puhul, vt NOx-katalüsaatori peatükki lehe allpool.
Silindritesse alati natuke liiga palju ja natuke liiga vähe kütust süstides tekib alati rikkalik ja lahja segu. CO ja O2 ülejäägid satuvad seega katalüsaatorisse. Katalüsaatoris reageerib plaatina CO ja HC-ga. Roodium tagab NOx vähendamise. See selgitab ka seda, miks lambdaanduril mõõtmisel mõõdetakse erinevat pinget. Seal on pinge vahemikus 0,2 kuni 0,8 V (vaesest rikkani jne) Auto mootori juhtimissüsteem (ECU) reguleerib seda ise. Seega pole vaja midagi kohandada.
| Kahjulik aine: | Lisa asukohast: | Tulemused: |
| CO+ | O2 = | CO2 |
| HC+ | O2 = | CO2 + H2O |
| NOx+ | CO = | N2 + CO2 |
O2 ja CO lisamiseks katalüsaatorile, et konversioon saaks toimuda, tuleb mootori sissepritsemustrit reguleerida. O2 moodustamiseks peab segu olema lahja (vähem kütust, rohkem õhku). CO moodustamiseks peab segu olema rikkalik (rohkem kütust, vähem õhku). Viimane ei kehti lahja seguga mootorite puhul, vt NOx-katalüsaatori peatükki lehe allpool.
Silindritesse alati natuke liiga palju ja natuke liiga vähe kütust süstides tekib alati rikkalik ja lahja segu. CO ja O2 ülejäägid satuvad seega katalüsaatorisse. Katalüsaatoris reageerib plaatina CO ja HC-ga. Roodium tagab NOx vähendamise. See selgitab ka seda, miks mõõdetakse muutuvat pinget, kui lambda andur mõõdetakse. Seal on pinge 0,2 ja 0,8 V vahel (vaesest rikkani jne) Auto mootori juhtimissüsteem (ECU) reguleerib seda ise. Seega pole vaja midagi kohandada.
Ülaltoodud tabelist on näha, et kõik ained muudetakse muu hulgas CO2-ks. CO2-d peetakse nüüd keskkonnale ohtlikuks ja globaalse soojenemise eest vastutavaks aineks. Inimene aga hingab välja ka CO2. Puud ja taimed muudavad selle tagasi O2-ks (hapnikuks). Liiga palju CO2 avaldab kahjulikku mõju. Puud ja taimed on vähemuses ega suuda kõike O2-ks muuta. Sisepõlemismootorite puhul peaks CO2 sisaldus olema võimalikult kõrge. See kõlab hullumeelselt, sest võiks arvata, et seda hoitakse nii madalal kui võimalik. Asi on selline; mida suurem on CO2 sisaldus, seda vähem CO ja HC eraldub. CO ja HC on sissehingamisel otseselt tervisele kahjulikud. Ainus viis CO2 taseme vähendamiseks on üleminek alternatiivkütustele, väiksematele (säästlikumatele) sisepõlemismootoritele ja vaiksemale sõidule.
Töötemperatuurid:
Katalüsaatori kasulik toime algab temperatuurist 250 kraadi ja on maksimaalne 450 kraadi juures. Pärast mootori käivitamist kulub veidi aega, enne kui puhastav toime algab. Katalüüsmuundur on paigaldatud väljalaskekollektorile võimalikult lähedale, kuna see saavutab töötemperatuuri varem. Heitgaaside temperatuur vahemikus 800 kuni 1000 kraadi tagab kiirema termilise vananemise, mis lühendab eluiga ja seega vähendab aktiivset pinda.
Samuti on katalüsaatoreid kütteelemendiga, mis tagab, et katalüsaator saavutab pärast külmkäivitust veelgi kiiremini temperatuuri. See võib pärast mootori sisselülitamist veelgi kiiremini reguleerida, mille tulemuseks on puhtamad heitgaasid
Katalüsaatori võimalikult kiireks soojendamiseks pärast külmkäivitust, a sekundaarne õhupump.
NOx katalüsaatori töö:
Eelnevalt selgitati, et NOx-i saab vähendada katalüsaatori abil, saades heitgaasi lisa CO. See on võimalik ainult segu rikkalikumaks muutmiseks. Muuhulgas Volkswageni (FSI) ja BMW (Efficient Dynamics) lahja seguga mootorites töötavad mootorid osalise koormuse ja madalatel pööretel alati õhu ülejäägiga segul (st lahja ja mitte kunagi rikas). Seetõttu on tavalise kolmekäigulise katalüsaatoriga võimatu NOx-i muundada N2 + CO2-ks. NOx eemaldamiseks heitgaasidest on vaja spetsiaalset baariumikomponendiga spetsiaalset NOx (salvestus)katalüsaatorit. Lisaks baariumikomponendile sisaldab see katalüsaator ka väärismetalle nagu plaatina ja roodium.
Kolmekäiguline katalüsaator muudab CO ja HC väärtused CO2-ks ja H2O-ks, nagu varem kirjeldatud. NOx muundatakse NOx katalüsaatori abil. Väärtuste pidevaks jälgimiseks on vaja täiendavaid temperatuuriandureid ja NOx andurit.
Alloleval pildil on väljalaskesüsteem, mida kasutavad VW, BMW (ja rohkem ja rohkem teisi kaubamärke).
NOx gaase hoitakse selles katalüsaatoris külmas olekus. Teised heitgaasid võivad jätkata oma teed läbi heitgaasi. Hapnikurikkal perioodil hoitakse NOx gaase baariumikomponendis. NOx koguneb (nagu tahma koguneb tahkete osakeste filtrisse). Aja jooksul katalüsaator küllastub. Sel hetkel on see NOx täis. Seejärel tuleb katalüsaator regenereerida. NOx andur tunneb selle ära ja saadab signaali ECU-le. Sel ajal muudetakse segu rikkalikuks, eriti NOx katalüsaatori regenereerimiseks. See juhtub ainult siis, kui NOx katalüsaator on saavutanud temperatuuri 800 kraadini (selle registreerib temperatuuriandur ja edastab ka mootori juhtploki). Ajutine rikastamine vabastab täiendavalt CO. Selle CO abil saab plaatina ja roodiumi komponentide kaudu toimuda muundamine N2 + CO2-ks. Pärast regenereerimist töötab mootor uuesti lahja seguga, kuni katalüsaator on uuesti küllastunud.
Selle süsteemiga võib ka esineda tõrkeid. Kui autoga sõidetakse vaid lühikesi vahemaid (mis on halb kogu autole), ei suuda NOx katalüsaator oma töötemperatuuri saavutada. Niipea, kui see on küllastunud (täis), tuleb see regenereerida. Ainult siis, kui temperatuuriandur jätkab liiga madala temperatuuri mõõtmist, ei rikasta ECU kunagi segu. Kui katalüsaator ei ole töötemperatuuril, ei saa plaatina ja roodiumi komponendid veel konversiooni mõjutada. Sel ajal süttib mootori rikke tuli ja põhjus selgub auto kontrollimisel. Katalüsaator regenereeritakse seejärel katsekapi või kiire proovisõidu abil. Seetõttu on parem aeg-ajalt sõita pikkadel lõikudel (nt maanteel 50 km või rohkem) ja eelistatavalt suurema kiirusega. Seejärel saavutab katalüsaator kergesti oma töötemperatuuri.
Tänapäeval kasutavad diiselmootorid SCR (Selective Catalytic Reduction) katalüsaator rakendatud. See SCR-katalüsaator salvestab ka NOx, kuid seal on ka üks AdBlue doseerimissüsteem lisatud.
Vananemine ja selle põhjused:
- Bensiin: kolmekäiguline katalüüsmuundur töötab ainult pliivaba bensiiniga. Kui pliibensiini tankida, kleepub see väärismetalli külge õhukese kihina, mis vähendab kokkupuudet heitgaasidega ja muudab selle mõne aja pärast isegi võimatuks. Keemiline reaktsioon ei saa siis enam toimuda. Katalüsaator on nüüd korrast ära ja tuleb välja vahetada. See on kulukas asi. Teatud löögipiiri saavutamiseks lisati pliibensiini. Kuna tänapäeval kasutatakse koputusandureid, on kütusest eemaldatud plii.
- Õli mõjub laastavalt ka interjöörile. Kui näiteks kolvirõngaste, klapijuhikute või turbo juurest lekib palju õli, võib palju õli sattuda katalüsaatorisse. Õli paneb ka väärismetalli külge kleepuma kihi, mis seejärel kaotab oma efektiivsuse.
- Lühikesi vahemaid sõites: Sõites palju lühikesi vahemaid, saavutab katalüsaator harva või üldse mitte oma töötemperatuuri. Põlemata HC (bensiini) jäägid kleepuvad keraamilisele pinnale. Kui sellega pikka maad sõita, põlevad need HC jäägid ikkagi ära. Kui jätkate sellega lühikest vahemaad sõitmist, kleepuvad need HC jäägid ka sisemusse, mistõttu katalüsaator kaotab aja jooksul oma tõhususe.
Teine lambda-andur (hüppeandur) mõõdab sageli, kas katalüsaator on gaasid õigesti muundanud. Kui katalüsaator vananeb või kui sisemus on defektne, mõõdab see teine lambda-andur seda. Seejärel süttib armatuurlaual veatuli. Seejärel on vaja katalüsaatorit vahetada. Rohkem infot lambdaanduri kohta leiab lehelt Lambda andur.
