Kataliticheskiy-neytralizator

Konstruktéři moderních spalovacích motorů jsou nuceni věnovat velkou pozornost nejen jejich technickým vlastnostem, ale také věcem na hony vzdáleným, a to především – bezpečnosti životního prostředí. Za „ekologii“ automobilů je zodpovědný nejen motor, ale také výfukový systém, zejména v něm nainstalovaný katalyzátor. Toto je zařízení, o kterém bude řeč v tomto článku.

Co je to katalyzátor a k čemu slouží?

Výfukové plyny automobilů jsou směsí mnoha látek vznikajících při spalování směsi paliva a vzduchu a mezi těmito látkami jsou i ty, které jsou nebezpečné pro životní prostředí a člověka. Největší nebezpečí představuje oxid uhelnatý (CO) a dvě velké skupiny látek: oxidy dusíku (obecný vzorec NOx) a různé uhlovodíky (z nichž některé jsou produkty spalování paliva a některé jsou nespálené složky paliva). Znečištění životního prostředí těmito látkami je dlouhodobě celosvětovým problémem a právě tento problém mají řešit katalyzátory ve výfukovém systému motoru.

Katalyzátor je zařízení ve výfukovém systému motoru, které snižuje množství toxických látek ve výfukových plynech. Toho se dosahuje katalytickými reakcemi, při kterých se oxidy dusíku rozkládají na dusík a vodu, uhlovodíky na vodu a oxid uhličitý a oxid uhelnatý se oxiduje na méně nebezpečný oxid uhličitý. V důsledku průchodu katalyzátorem ztrácejí výfukové plyny až 90 % toxických látek a mají méně škodlivý dopad na životní prostředí.

Zajímavé je, že koncentrace oxidu uhelnatého, uhlovodíků a oxidů dusíku ve výfukových plynech sotva přesahuje 1 %, ale i tak malé množství působí nemalé potíže a nutí nás k nejrozhodnějším opatřením.

Typy a druhy katalyzátorů

Dnes existují dvě velké skupiny katalyzátorů, které se liší principy jejich fungování:

— Třísložkové neutralizátory, ve kterých se jako katalyzátory používají platina, palladium a rhodium. Používají se ve výfukových systémech benzínových motorů;
— Neutralizátory používající močovinu (vodný roztok amoniaku). Používá se ve výfukových systémech dieselových motorů.

Třísložkové katalyzátory jsou zase rozděleny do dvou typů v závislosti na materiálu nosného bloku (matrice):

— Keramika — nosný blok je vyroben ze žáruvzdorné keramiky, navržený ve formě bloku prostoupeného voštinou, kterou procházejí výfukové plyny. Keramika je levná, takže je široce používána, ale je křehká, což často způsobuje selhání neutralizátoru;
— Kov — nosný blok je vyroben ze žáruvzdorné slitiny. Kov je spolehlivější než keramika, ale je to složitější a dražší řešení, takže je méně obvyklé.

Třísložkový neutralizátor a neutralizátor s močovinou mají značné rozdíly v konstrukci a principu činnosti.

Třícestný katalyzátor

Základem třísložkového neutralizátoru je konvertor – nosný blok v podobě keramického monolitu, prostoupeného mnoha podélnými kanály (voštinou). Na vnitřních plochách voštin je tenká vrstva katalyzátorů – platina, palladium a rhodium. Tato porézní struktura monolitu mnohonásobně zvětšuje povrch katalyzátoru v malém objemu a zajišťuje lepší reakce katalyzátoru s toxickými látkami.

Blok je vyroben ze žáruvzdorné keramiky. Je umístěn uvnitř dvoustěnného pouzdra z legované oceli. Uvnitř pouzdra je blok upevněn pomocí těsnění z ohnivzdorného plošného materiálu. Mezi stěnami pouzdra je umístěn tepelně izolační materiál.

Činnost třísložkového měniče je následující. Výfukové plyny procházejí kanály v keramickém bloku, zahřívají jej a při teplotě 270°C začnou na katalyzátoru redukční a oxidační reakce. Ale neutralizátor dosáhne svého optimálního provozního režimu při teplotě cca 450-500°C. Tepelná izolace v pouzdře neutralizátoru je nezbytná k tomu, aby se jeho teplota příliš neměnila vlivem kolísání teploty atmosférického vzduchu.

Je třeba poznamenat, že platina, palladium a rhodium jsou katalyzátory, to znamená, že výrazně urychlují průběh chemických reakcí, ale samy se na nich nepodílejí a nespotřebovávají se. To znamená, že zdroj katalyzátoru je omezen pouze životností keramického bloku, silou nástřiku vrstvy katalyzátoru a celkovou pevností neutralizátoru.

Katalyzátor s močovinou pro dieselové motory

Hlavním problémem neutralizátorů pro vznětové motory je, že výfukové plyny tohoto typu motoru mají relativně nízkou teplotu, a proto jsou oxidačně-redukční reakce méně aktivní. To se projevuje zejména odstraňováním oxidů dusíku z výfukových plynů.

Problém lze částečně vyřešit umístěním neutralizátoru co nejblíže k výfukovému potrubí, kde je stále vysoká teplota plynu, ale ne vždy je to možné. U vznětových motorů se proto neutralizátor vyrábí jinak: zde se do potrubí (bezprostředně za výfukové potrubí) vstřikuje vodný roztok čpavku (močovina). Močovina při teplotě cca 250-300°C aktivně reaguje s oxidy dusíku, čímž vzniká čistý dusík a voda.

Vznětové motory však také používají katalyzátor podobný výše popsanému a právě zde močovina reaguje s oxidy dusíku. Používají se ale pouze dva katalyzátory – platina a palladium, a rhodium, které se používá k redukci oxidů dusíku, zde není potřeba, protože je nahrazeno močovinou.

Závažnou nevýhodou tohoto typu neutralizátoru je nutnost pravidelného doplňování zásob močoviny. Močovina se neustále spotřebovává a čím je motor výkonnější, tím je spotřeba močoviny vyšší. Nicméně i u SUV stačí 20litrová nádrž močoviny na jeden servisní interval (15-20 tisíc km), takže se močovina moc často nepřidává.

Nutno podotknout, že u dieselových motorů se používá filtr pevných částic spolu s neutralizátorem, který zachycuje pevné částice.

Problémy a vlastnosti katalyzátorů

I když katalyzátory dnes najdeme na všech nových autech, stále mají řadu problémů.

Neutralizátory například nejsou schopny zcela vyčistit výfukové plyny a v některých případech situaci částečně zhoršují. Problém je zvláště akutní u dieselových motorů. Motorová nafta totiž obsahuje síru, která se po spálení paliva dostává do výfukových plynů a v neutralizátoru při vysoké teplotě interaguje s vodou – tak vzniká kyselina sírová a oxidy síry. Z oxidů síry jsou nejnebezpečnější oxid siřičitý a sirné plyny (SO₂ a SO₃), které jsou velmi toxické a mají škodlivý účinek na člověka. Proto byly nyní stanoveny přísné normy pro obsah síry v palivu.

Další problém neutralizátorů leží v jiné rovině: pro jejich správnou funkci je nutné, aby směs paliva a vzduchu vstupující do válců měla přesně definované složení a aby výfukové plyny obsahovaly určité množství vzduchu, který je nezbytný pro normální spalování uhlovodíků a oxidu uhelnatého. Proto je před vstupem do neutralizátoru instalována lambda sonda (kyslíková sonda), která zjišťuje množství kyslíku ve výfukových plynech. Na základě těchto informací elektronická řídicí jednotka mění složení směsi paliva a vzduchu přiváděné do spalovacích komor a neustále udržuje normální provoz motoru a neutralizátoru.

Řešení těchto a dalších problémů, o kterých jsme neuvažovali, se však dříve nebo později najde a v budoucnu se spalovací motory stanou mnohem ekologičtější a bezpečnější než ty moderní.

Další články

#Promývací kapaliny
29.09.2023 | Články o náhradních dílech

Zima a léto, dva póly, mezi kterými se mění celý náš svět. A v tomto světě existují kapaliny do ostřikovačů – asistenti, kteří zajišťují naši bezpečnost na silnici. V tomto článku se vrhneme do světa kapalin do ostřikovačů a zjistíme, co to je, na čem závisí jejich bod tuhnutí a jak je správně vybrat.

#Vysoušedlo ventilů
21.06.2023 | Články o náhradních dílech

Výměna ventilů spalovacího motoru je ztížena nutností odstranit crackery – pro tuto operaci se používají speciální ventilové crackery. Vše o tomto nástroji, jeho stávajících typech, konstrukci a principu fungování, jakož i jeho výběru a použití, si přečtěte v tomto článku.

# Světelný spínač s nastavením stupnice
14.06.2023 | Články o náhradních dílech

V mnoha raných domácích automobilech byly široce používány centrální spínače světel s reostatem, které umožňovaly nastavení jasu osvětlení přístrojů. Vše o těchto zařízeních, jejich stávajících typech, konstrukci, provozu, ale i jejich správném výběru a výměně si přečtěte v článku.

# Rozdělovací deska zapalování
07.06.2023 | Články o náhradních dílech

Jednou z hlavních částí rozdělovače zapalování je základní deska, která je zodpovědná za činnost zhášedla. Vše o deskách jističe, jejich stávajících typech a konstrukčních prvcích, jakož i o výběru, výměně a seřízení těchto součástí je podrobně popsáno v tomto článku.