Katalizator układu wydechowego

Katalizator

• 1 - ciało,
• 2 - pieczęć,
• 3 - katalizator o strukturze plastra miodu

Pierwiastki wchodzące w skład katalizatora oraz produkty opuszczające katalizator

We wszystkich samochodach montowane są katalizatory, które zmniejszają ilość szkodliwych substancji emitowanych do atmosfery wraz ze spalinami.

Katalizator spalin posiada obudowę ze stali nierdzewnej, do której przyspawane są stożki wlotowe i wylotowe z dyszami i kołnierzami mocującymi oraz reflektory ciepła podtrzymujące okładzinę ceramiczną. Całą wewnętrzną objętość obudowy zajmuje ceramiczny porowaty monolit, mocowany za pomocą pierścieni lub siatki ze stali nierdzewnej. Struktura monolitu jest konwencjonalnym filtrem, ale cała wewnętrzna i zewnętrzna powierzchnia porów stykających się z gazami pokryta jest bardzo cienką warstwą molekularną stopu zawierającego platynę, rod i pallad. Porowatość monolitu ma dużą powierzchnię pokrytą tym stopem bardzo drogich metali, co głównie determinuje wysoką cenę katalizatorów, patrz rys. Katalizator.


W katalizatorze zachodzi reakcja, która przekształca potencjalnie niebezpieczne węglowodory i tlenek węgla w spalinach w nieszkodliwe gazy i parę wodną.

Silnik emituje do atmosfery wraz ze spalinami produkty kompletne (para wodna H ₂ O, azot N ₂ itd.) i niekompletne (tlenek węgla CO, a także CnHm, tlenki azotu NOx) Spalanie paliwa. Łączna liczba składników zawartych w tych gazach przekracza kilkaset, a większość z nich jest szkodliwa dla zdrowia człowieka.

Gazy spalinowe, przenikając przez porowatą powierzchnię monolitu, po pierwsze podgrzewają go, a po drugie są dodatkowo utleniane. Z CO otrzymuje się CO ₂, czyli nietoksyczny dwutlenek węgla, CnHm w kilku etapach przechodzi do CO ₂ i H ₂ O, NOx zamienia się w cząsteczkowy N2, który znajduje się w normalnym powietrzu iw wodzie. Jednym słowem w katalizatorze zachodzą dość złożone reakcje chemiczne, ze względu na wysoką temperaturę i obecność specjalnej powłoki z drogich metali.

Głównym pozytywnym efektem działania katalizatora jest całkowita neutralizacja trzech składników – CO, CnHm, NOx – których w spalinach jest więcej niż innych szkodliwych substancji. I to nie tylko dzięki obecności platyny, rodu i palladu. Ważną rolę odgrywa temperatura utrzymywana w przedziale 300-800°C. Jeśli spadnie do 250°C, reakcje chemiczne neutralizacji CO, CnHm, NOx, pomimo obecności metali katalizatorów, nie zajdą. W temperaturze około 900°C film katalityczny zaczyna się topić i rozpadać.

Silniki benzynowe

We wszystkich modelach z katalizatorem układ zasilania paliwem jest typu zamkniętego, to znaczy na podstawie sygnału z czujnika tlenu zainstalowanego w układzie wydechowym jednostka sterująca stale optymalizuje skład mieszanki paliwowo-powietrznej. W zależności od zawartości tlenu w spalinach czujnik tlenu indukuje napięcie 0,1 V (bogata w tlen, uboga mieszanka) do 0,9 V (uboga w tlen, bogata mieszanka). Na podstawie tych danych sterownik silnika zmienia czas otwarcia wtryskiwaczy paliwa oraz zmienia stosunek paliwa w mieszance paliwowo-powietrznej. Stosunek metryczny mieszanki paliwowej, przy którym następuje jej całkowite spalenie i nie ma szkodliwych substancji w spalinach, wynosi 14,7 części wagowych powietrza na 1 część paliwa, patrz ryc. Pierwiastki wchodzące w skład katalizatora oraz produkty opuszczające katalizator.


Katalizator działa skutecznie w temperaturach +300°С – +800°С.

Silniki Diesla

W pojazdach z silnikami wysokoprężnymi spaliny są oczyszczane przez nieregulowany katalizator utleniający.

Zmniejszenie procentowej zawartości tlenków azotu w spalinach silnika Diesla uzyskuje się poprzez zamontowanie w pojeździe instalacji dopalania części spalin (EGR). Zawór EGR układu dopalania spalin montowany jest w kolanku układu wydechowego i sterowany jest regulatorem podciśnienia. Zawór EGR w ciepłym silniku kieruje część spalin do komór spalania silnika, co powoduje spadek temperatury, a tym samym procentowej zawartości tlenków azotu w spalinach.