Katalizator ispušnog sustava (VW Passat B5)

Katalizator

• 1 - tijelo,
• 2 - brtva,
• 3 - saćasti katalizator

Elementi koji ulaze u katalizator i proizvodi koji izlaze iz katalizatora

Sva vozila opremljena su katalizatorima kako bi se smanjila količina štetnih tvari ispuštenih u atmosferu kroz ispušne plinove.

Katalizator ispušnih plinova ima kućište od nehrđajućeg čelika na koje su zavareni ulazni i izlazni konusi s cijevima i montažnim prirubnicama, kao i reflektori topline koji drže keramičku oblogu. Cijeli unutarnji volumen tijela zauzima keramički porozni monolit, fiksiran prstenovima ili mrežicom od nehrđajućeg čelika. Struktura monolita je normalan filter, ali je cijela unutarnja i vanjska površina pora u kontaktu s plinovima prekrivena vrlo tankim molekularnim slojem legure koja sadrži platinu, rodij i paladij. Poroznost monolita ima veliku površinu prekrivenu ovom legurom vrlo skupih metala, što je ono što uglavnom određuje visoku cijenu katalizatora, vidi sl. Katalizator.



Katalizator izaziva reakciju koja pretvara potencijalno opasne ugljikovodike i ugljikov monoksid u ispušnim plinovima u bezopasne plinove i vodenu paru.

Motor zajedno s ispušnim plinovima u atmosferu ispušta produkte potpunog izgaranja (vodena para H 2 O, dušik N 2 itd.) i nepotpuna (ugljikov monoksid CO, kao i CnHm, dušikovi oksidi NOx) izgaranje goriva. Ukupan broj komponenti sadržanih u ovim plinovima prelazi nekoliko stotina, a većina njih je štetna za ljudsko zdravlje.

Ispušni plinovi, koji prodiru kroz poroznu površinu monolita, prvo ga zagrijavaju, a zatim oksidiraju. CO se pretvara u CO₂, koji je netoksičan ugljikov dioksid, CnHm se pretvara u nekoliko faza u CO₂ i H2O, NOx se pretvara u molekularni N₂, koji se nalazi u normalnom zraku, iu vodu. Ukratko, u katalizatoru se odvijaju prilično složene kemijske reakcije, zbog visoke temperature i prisutnosti posebnog premaza skupih metala.

Glavni pozitivni učinak katalizatora je potpuna neutralizacija tri komponente – CO, CnHm, NOx – koje su u ispušnim plinovima prisutne u većim količinama od ostalih štetnih tvari. A to se postiže ne samo zbog prisutnosti platine, rodija i paladija. Važnu ulogu ima temperatura koja se održava u rasponu od 300-800°C. Ako padne na 250°C, neće doći do kemijskih reakcija neutralizacije CO, CnHm, NOx, unatoč prisutnosti metalnih katalizatora. A na temperaturi od oko 900°C katalitički film počinje se topiti i raspadati.

Benzinski motori

Svi modeli s katalizatorom imaju sustav opskrbe gorivom zatvorene petlje, što znači da na temelju signala senzora za kisik ugrađenog u ispušni sustav upravljačka jedinica stalno optimizira sastav mješavine goriva i zraka. Ovisno o sadržaju kisika u ispušnim plinovima, senzor za kisik inducira napon od 0,1 V (visok sadržaj kisika, siromašna smjesa) do 0,9 V (niska koncentracija kisika, bogata smjesa). Na temelju tih podataka upravljačka jedinica motora mijenja vrijeme otvaranja mlaznica za gorivo i mijenja omjer goriva u smjesi goriva i zraka. Metrički omjer smjese goriva pri kojem dolazi do potpunog izgaranja i nema štetnih tvari u ispušnim plinovima je 14,7 težinskih dijelova zraka na 1 dio goriva, vidi sliku. Elementi koji ulaze u katalizator i proizvodi koji izlaze iz katalizatora.


Katalizator učinkovito djeluje na temperaturama od +300°C – +800°C.

Dizel motori

U vozilima s dizelskim motorima čišćenje ispušnih plinova provodi neregulirani oksidacijski katalizator.

Smanjenje postotka dušikovih oksida u ispušnim plinovima dizelskog motora postiže se ugradnjom sustava ponovnog sagorijevanja ispušnih plinova (EGR) na vozilo. EGR ventil sustava za recirkulaciju ispušnih plinova ugrađen je u koljeno ispušnog sustava i njime upravlja regulator vakuuma. EGR ventil na zagrijanom motoru usmjerava dio ispušnih plinova u komore za izgaranje motora, što rezultira smanjenjem temperature, a istovremeno i smanjenjem postotka dušikovih oksida u ispušnim plinovima.