Šiuolaikiniai „Euro 6“ standarto reikalavimus atitinkantys automobiliai turi kompleksines išmetamųjų dujų neutralizavimo sistemas, kurių svarbiausi komponentai, atsakingi už taršos mažinimą, yra katalizatorius ir kietųjų dalelių filtras (DPF). Šie įrenginiai padeda sumažinti kenksmingų išmetamųjų dujų kiekį, užtikrindami, kad transporto priemonės atitiktų aplinkosaugos standartus.
Kas yra katalizatorius ir jo paskirtis
Katalizatorius yra svarbi automobilio išmetimo sistemos dalis, sukurta XX amžiaus viduryje. Pirmieji automobiliai su katalizatoriais Europoje pasirodė 1986 metais. Nuo 1993 metų Europoje įsigalioję teršalų išmetimo standartai įpareigojo automobilių gamintojus juos diegti, siekiant sumažinti oro taršą. Katalizatoriai veikia kaip tarpininkai, pagreitinantys chemines reakcijas ir mažinantys toksiškas medžiagas išmetamosiose dujose.
VGTU Transporto inžinerijos fakulteto docentas dr. Alfredas Rimkus paaiškino, kad katalizatorius - tai korėtas elementas, turintis tauriųjų metalų, kurie paskatina išmetamosiose dujose esančių teršalų neutralizavimo reakcijas. Būtent jame toksiški cheminiai junginiai - azoto oksidas (NOX), anglies monoksidas (CO) ir nesudegę angliavandeniliai (CH) - išskaidomi į netoksiškus elementus: gryną azotą (N2), vandens garus (H2O) ir anglies dioksido dujas (CO2). Tai padeda sumažinti teršalų kiekį, išleidžiamą į aplinką, ir yra ypač svarbu kovojant su oro tarša miestų centruose, prisidedant prie šiltnamio efekto mažinimo ir gerinant variklio efektyvumą.
Katalizatoriaus sandara ir komponentai
Kiekvienas katalizatorius susideda iš keturių pagrindinių dalių, kurios yra būtinos efektyviam veikimui:
- Korpusas: metalinis bakelis, apsaugantis katalizatorių nuo perkaitimo.
- Karkasas: pagrindas, dažnai keramikinis arba metalinis, per kurį dujos pereina.
- Tarpinis sluoksnis: apsaugo aktyvųjį sluoksnį nuo mechaninių pažeidimų.
- Aktyvusis katalitinis sluoksnis: pagrindinis veiksmo centras, pagamintas iš specialių medžiagų (tauriųjų metalų, tokių kaip platina, paladis, rodis), kurios šalina kenksmingas dujas.
Cheminiai procesai katalizatoriuje
Katalizatoriuje vyksta trys pagrindinės cheminės reakcijos, todėl jis vadinamas trijų reakcijų katalizatoriumi. Šių reakcijų metu kenksmingos dujos virsta nekenksmingomis. Oksidacijos ir redukcijos efektyvumas priklauso nuo jo gebėjimo pasisavinti deguonį. Katalizatoriuje vienu metu vienos medžiagos oksiduojamos, o kitos redukuojamos. Šie cheminiai procesai geriausiai vyksta tam tikroje temperatūroje, kuri garantuoja gerą katalizės reakcijų rezultatą.
Redukcijos reakcija sumažina azoto oksidų (NOx) kiekį, paversdama juos azotu (N2) ir deguonimi (O2). Oksidacijos reakcija paverčia anglies monoksidą (CO) ir angliavandenilius (HC) į anglies dioksidą (CO2) ir vandens garus (H2O).
Benzininių ir dyzelinių katalizatorių skirtumai
Katalizatorių technologija ir savybės skiriasi priklausomai nuo variklio tipo:
- Benzininiai katalizatoriai vadinami „trijų funkcijų“ dėl to, kad neutralizuoja anglies monoksidą, angliavandenilius ir sumažina azoto oksidų kiekį. Tai ypač svarbu mažinant miesto taršą.
- Dyzelinių katalizatorių veikla labiau koncentruojasi į anglies monoksido, angliavandenilių ir kietųjų dalelių sumažinimą. Dėl dyzelinių variklių specifikos, šiems katalizatoriams dažnai reikia papildomo kietųjų dalelių filtro (DPF) ir selektyviosios katalitinės redukcijos (SCR) sistemos. Naujuose automobilių modeliuose dažnai naudojami keli katalizatoriai, siekiant užtikrinti maksimalų išmetamųjų dujų valymą ir atitikti griežtus aplinkosaugos standartus.
Katalizatorių tipai ir jų ypatybės
Automobilių išmetamosiose dujose esančius teršalus šalina įvairių tipų katalizatoriai. Pagrindinės dvi kategorijos yra metaliniai ir keramikiniai katalizatoriai, kurie skiriasi savo savybėmis ir pritaikymu.
- Metaliniai katalizatoriai pasižymi greitesniu darbinės temperatūros pasiekimu ir atsparumu mechaniniams pažeidimams, atlaikydami iki 1300°C temperatūrą. Jie yra efektyvesni ir leidžia greičiau sumažinti išmetamųjų dujų teršalus.
- Keramikiniai katalizatoriai atlaiko aukštesnę temperatūrą nei daugelis kitų medžiagų (iki 800°C), tačiau jų darbinė temperatūra yra žemesnė nei metalinių. Jie yra mažiau patvarūs, bet pigiau pagaminami.
Sistemos, mažinančios dujų poveikį: DPF ir SCR
Šiuolaikiniuose dyzeliniuose automobiliuose be katalizatoriaus svarbų vaidmenį atlieka ir kitos sistemos.
Kietųjų dalelių filtras (DPF)
Kietųjų dalelių filtras (DPF), priklausomai nuo neutralizavimo sistemos konfigūracijos, gali būti sumontuotas atskirai arba integruotas į bendrą katalizatorių bloką. Jo pagrindinė paskirtis - sulaikyti iš variklio išmetamus suodžius. Filtre susikaupus tam tikram dalelių kiekiui ir sumažėjus DPF pralaidumui, suodžiai yra išdeginami į CO2 ir pelenus. DPF regeneracijai į cilindrą arba išmetimo kolektorių papildomai įpurškiamas dyzelinas, kuris degdamas pakelia temperatūrą dalelių filtre iki apie 600 laipsnių Celsijaus.
DPF užsikimšimo problemos dažnai atsiranda, kai automobilis ilgą laiką važinėja trumpais atstumais, variklis pilnai neįkaista, arba smarkiai užsikemša oro filtras. DPF savaiminei regeneracijai aktyvuoti ir sėkmingai atlikti reikia, kad variklis ilgesnį laiką veiktų aukštais sūkiais, pastebi A. Rimkus. Kai kurie automobilių gamintojai numatė specialius degalų priedus, padedančius DPF regeneracijai vykti sparčiau, kokybiškiau ir žemesnėje temperatūroje, dėl ko prailginamas DPF tarnavimo laikas.
Selektyvioji katalitinė redukcija (SCR) ir „AdBlue“
Šiuolaikiniuose dyzeliniuose automobiliuose dažniausiai naudojamos selektyviosios katalitinės redukcijos (SCR) sistemos, kuriose prieš katalizatorių įpurškiamas karbamido tirpalas „AdBlue“. Dėl jo beveik visi degimo metu variklyje susidarę azoto oksidai virsta aplinkai nekenksmingu azotu ir vandens garais. Vairuotojams reikia rūpintis, kad šio skysčio nepritrūktų - lengvieji automobiliai sunaudoja 0,5-1,5 l „AdBlue“ skysčio 1000 km. Automobilis apie reikalingą papildymą perspėja panašiai kaip apie besibaigiantį kurą.
A. Rimkus taip pat pastebi, kad dėl SCR sistemų atsiranda papildomų gedimų tikimybė, ypač šaltuoju laikotarpiu. Todėl, siekiant supaprastinti automobilių eksploataciją, tobulinamos katalizatorių sistemos, nenaudojančios „AdBlue“. Kita vertus, SCR technologija, jei reguliariai vyksta kietųjų dalelių filtro regeneracija, naudojami kokybiški degalai ir alyva, leido prailginti šio filtro keitimo intervalą iki maždaug 300 000 km ir sumažinti eksploatacijos kainą.
Katalizatoriaus veikimo principai ir dujų poveikis
Katalizatorius pradeda efektyviai veikti, kai jo temperatūra pasiekia 300°C. Deguonies jutikliai nuolat stebi degalų ir oro santykį, perduodami šią informaciją į variklio kompiuterį. Variklio kompiuteris reguliuoja degalų įpurškimą, palaikydamas optimalų degalų ir oro mišinį, o tai yra itin svarbu katalizatorių efektyvumui. Katalizatoriuje vykstantys katalizės mechanizmai, apimantys oksidacijos ir redukcijos reakcijas, reikalauja deguonies ir padeda sumažinti teršalų kiekį.
Temperatūros svyravimai gali turėti didelės įtakos katalizatorių efektyvumui - žema temperatūra lėtina vykstančias reakcijas, o per aukšta gali pažeisti patį katalizatorių. Tinkamas katalizatoriaus veikimas pagerina išmetamųjų dujų kokybę ir sumažina kenksmingų medžiagų išsiskyrimą į aplinką.
Katalizės pagrindai
Dažniausios gedimo priežastys ir požymiai
Katalizatoriai gali gedinti dėl daugelio priežasčių, tiesiogiai susijusių su dujų poveikiu ir variklio darbu.
Gedimų priežastys
Sumažėjus variklio našumui arba pastebėjus padidėjusį degalų suvartojimą, tai gali būti ženklas, kad katalizatorius užsikimšęs. Įvairius sutrikimus gali lemti vairavimo įpročiai, pavyzdžiui, kai dyzeliniai varikliai eksploatuojami trumpais intervalais, nepakankamai juos įšildant, varikliai veikia mažais sūkiais ir nesudaromos galimybės sistemoms savaime išsivalyti.
Tarp pagrindinių priežasčių, dėl kurių katalizatorius gali užsikimšti arba sugesti, yra:
- Amžius ir rida: Laikui bėgant, katalizatorius gali užsikimšti anglies nuosėdomis, susikaupiančiomis iš išmetamųjų dujų.
- Prastas variklio darbas: Dėl netinkamai veikiančio variklio į išmetimo sistemą gali patekti nesudegusių degalų, o tai tiesiogiai įtakoja dujų sudėtį ir gali sukelti katalizatoriaus perkaitimą ar užsikimšimą.
- Teršalai: Į išmetimo sistemą patekę teršalai, pavyzdžiui, alyva ar antifrizas, taip pat gali užkimšti šį komponentą, sukeldami cheminių reakcijų sutrikimus.
- Netinkamai sureguliuota dujinė įranga: Gali pakeisti išmetamųjų dujų sudėtį, paveikdama katalizatoriaus veikimą.
- Uždegimo sistemos gedimai: Stūmoklių žiedai, žvakės, ilgai nekeičiamas oro filtras ir nekokybiškas kuras gali sukelti problemas, didindami kenksmingų dujų kiekį.
- Mechaniniai pažeidimai: Katalizatoriai gali būti pažeidžiami įvažiuojant į kelkraščius, smarkiai įvažiuojant į duobes ar apvažiuojant kliūtis. Taip pat netinkamas išmontavimas ar montavimas gali jį sugadinti.
- Trumpos kelionės: Ilgas važinėjimas trumpais atstumais mieste, kai variklis nepilnai įkaista, neleidžia pasiekti reikiamos katalizatoriaus darbinės temperatūros ir sutrikdo regeneracijos procesus.
Vidaus degimo varikliai išmeta plataus diapazono pavojingas kietąsias daleles: nuo stambių (10-2,5 mikrometrų skersmens) iki smulkių (2,5-0,1 mikrometrų) ir net nanodalelių (mažesnių nei 0,1 mikrometro). Smulkios kietosios dalelės gali prasiskverbti į kvėpavimo sistemą, o nanodalelės - patekti į kraujotaką arba giliai į vidaus organus, todėl kelia didžiausią pavojų žmonių sveikatai.
Gedimo požymiai
Atpažinus užsikimšusio katalizatoriaus požymius, galima tai išspręsti, kol nekilo rimtesnių problemų. Svarbu atkreipti dėmesį į šiuos galimus gedimo požymius:
- Sumažėjęs variklio našumas: Užsikimšęs katalizatorius gali riboti išmetamųjų dujų srautą, dėl ko sumažėja variklio galia, lėtėja akceleracija ir sunku palaikyti greitį.
- Išaugusios kuro sąnaudos: Neefektyvus katalizatorius gali lemti didesnį degalų sunaudojimą.
- Degimo proceso pertrūkiai (misfire): Jei užsikemša katalizatorius, gali atsirasti variklio užsidegimo pertrūkių.
- „Check Engine“ lemputė: Užsikimšęs katalizatorius gali įžiebti „Check Engine“ lemputę prietaisų skydelyje. Šiuolaikinėse transporto priemonėse sumontuoti deguonies jutikliai stebi katalizatoriaus efektyvumą, ir pastebėjus nukrypimą nuo normalaus veikimo, ši lemputė gali užsidegti.
- Neįprastas, nemalonus kvapas: Užsikimšęs katalizatorius gali skleisti sieros kvapą (dažnai lyginamą su supuvusių kiaušinių kvapu).
- Nesėkmingas išmetamųjų teršalų testas: Tai yra vienas lengviausiai interpretuojamų katalizatoriaus problemos požymių.
Nesprendžiant užsikimšimo ir užsiblokavimo problemų, jos gali peraugti į daug didesnes bėdas. Dėl padidėjusio priešslėgio pats katalizatorius taip pat gali perkaisti, o DPF regeneracijai skirti degalai gali patekti į alyvą ir bloginti jos kokybę.
Katalizatoriaus priežiūra, remontas ir eksploatacija
Norint prailginti katalizatoriaus tarnavimo laiką, būtina tinkamai prižiūrėti šią detalę. Katalizatorių efektyvumas gali būti išlaikomas iki 112 000-160 000 km arba apie 10 metų, tačiau tai reikalauja laikymosi tam tikrų rekomendacijų. „Volkswagen“ automobilių priežiūros vadovo Lietuvoje Valerijaus Matyžonoko teigimu, planinių apžiūrų metu šios sistemos specialios priežiūros nereikalauja, tačiau priklausomai nuo ridos ir vairavimo stiliaus, jas gali tekti remontuoti arba pakeisti.
Svarbiausios rekomendacijos priežiūrai:
- Vengti mechaninių pažeidimų: Svarbu saugoti katalizatorių nuo didelių smūgių ir vibracijos.
- Naudoti tik kokybišką kurą: Prastos kokybės degalai gali sukelti katalizatoriaus užsikimšimą.
- Reguliariai keisti oro filtrą: Užsiteršęs filtras gali sutrikdyti tinkamą oro tiekimą į variklį, paveikdamas degimo procesą ir dujų sudėtį.
- Tinkamai prižiūrėti uždegimo sistemą: Netinkamai sureguliuota uždegimo sistema gali padidinti kenksmingų medžiagų išmetimą į katalizatorių.
- Vengti dažno važinėjimo trumpais atstumais mieste: Tai gali sutrumpinti katalizatoriaus eksploatacijos laiką, nes sistema nespėja pasiekti darbinės temperatūros.
- Nevalyti netinkamais būdais: Nors rinkoje yra produktų, skirtų katalizatoriaus valymui, jų veiksmingumas skiriasi.
Reguliari katalizatorių priežiūra ir tinkama eksploatacija padeda išlaikyti optimalią šios sistemos būklę. Svarbu laiku reaguoti į automobilio prietaisų skydelio perspėjimus ir taisyti tai, kas sugedo. Pastebėjus nenormaliai veikiantį variklį arba nustačius variklio sistemų gedimus, reikia nedelsiant juos šalinti, nes šie gedimai gali „persimesti“ ir į kitas sistemas.
Prie taršos mažinimo taip pat prisideda įvairios diegiamos technologijos: išmetamųjų dujų recirkuliacijos, labai aukšto slėgio įpurškimo sistemos, daugiasluoksniai oro įsiurbimo kolektoriai, temperatūros valdymo sprendimai ir kt. Tačiau tai nėra jų pirminė paskirtis, o ir specialios priežiūros jie nereikalauja.
Gedimų šalinimas
Jei pastebėjote katalizatoriaus gedimo požymius, svarbu kuo greičiau imtis veiksmų:
- Valymas: Kai kuriais atvejais, norint sunaikinti anglies nuosėdas ir atkurti gerą katalizatoriaus funkciją, galima naudoti specialų valiklį. Iš dalies atstatyti DPF filtro funkcionavimą galima ir pasinaudojus įvairiais mechaninio, cheminio plovimo būdais, kuriuos siūlo specializuoti servisai. Diagnostikos testai gali užtrukti nuo 1 iki 2 valandų ir paprastai kainuoja nuo keliasdešimt iki maždaug šimto eurų. Jei galima valyti, prie darbo prisideda dar pora valandų.
- Keitimas: Veiksmingiausias sprendimas, kai dalis labai užsikišusi, yra jos pakeitimas. Keisti rekomenduojame tik naujais elementais, nes jų netinkamas veikimas prognozuoja įvairius kitus gedimus: gali sumažėti automobilio galia, išaugti degalų sąnaudos, DPF regeneracijai skirti degalai gali patekti į alyvą ir bloginti jos kokybę. Katalizatoriaus keitimas yra sudėtingesnis darbas; jo laikas gali svyruoti nuo kelių valandų iki visos dienos, priklausomai nuo automobilio modelio ir išmetimo sistemos sudėtingumo.
Perkant naudotą dyzelinį automobilį, reikėtų atkreipti dėmesį, ar jo išmetamųjų dujų neutralizavimo sistema funkcionuoja tinkamai, kadangi aplinkos taršą mažinančios sistemos atstatymas gali sudaryti didelę dalį perkamo automobilio kainos.
Legalumas ir aplinkosauga
Lietuvoje vis dar apstu transporto priemonių, turinčių netvarkingą išmetamųjų dujų sistemą dėl juose pašalintų katalizatorių ir kietųjų dalelių filtrų. Kai kurie vairuotojai, siekdami sumažinti degalų sąnaudas ir prailginti variklio bei turbinos ilgaamžiškumą, kietųjų dalelių filtrus netgi šalina arba išjungia.
Tačiau tai yra neteisėta, kadangi automobilių techninės apžiūros reikalavimai draudžia eksploatuoti automobilius, kurie neturi DPF ir kitų teršalų neutralizavimo sistemų, kai jos neveikia ar yra pažeistos. „Kietųjų dalelių filtro problemas kai kurie „auksarankiai“ siūlo spręsti tiesiog jį pašalinant - tai atliekama fiziškai išmontuojant suodžių filtrą ir koreguojant variklio elektroninio valdymo bloko programą“, - pabrėžia VGTU ekspertas A. Rimkus.
Lietuvos techninės apžiūros įmonių asociacijos „Transeksta“ teigimu, šiuo metu nėra sukurta jokios kitos metodikos ar diagnostinės įrangos, kuri leistų tiksliai fiksuoti katalizatoriaus ar kietųjų dalelių filtro pašalinimo atvejus. Tačiau atliekant vizualią automobilio išmetimo sistemos apžiūrą, techninės apžiūros kontrolierius neturės pastabų dėl katalizatoriaus tik dviem atvejais:
- Jei transporto priemonė buvo pagaminta be jo arba pirmą kartą įregistruota iki 2004 metų sausio 1 dienos.
- Jei Lietuvoje automobiliui pirmą kartą privalomoji techninė apžiūra buvo atlikta iki 2013-ųjų kovo 1 dienos.
Visais kitais atvejais automobiliai su išpjautais katalizatoriais arba katalizatoriais, turinčiais bakelio pjovimo, jį gaubiančio elemento virinimo žymių ar panašių konstrukcijos pakeitimų, bus laikomi turinčiais didelių trūkumų. 2020 metais atlikta statistika rodo, kad su netvarkinga ir nesandaria išmetimo sistema į patikrą atvyko 6,41 proc. visų tikrintų M1 (lengvasis automobilis) ir N1 (lengvasis krovininis automobilis) klasių transporto priemonių. Per didelis dūmingumas buvo nustatytas 6,26 proc. dyzelinius variklius turintiems automobiliams, o dėl per didelio išmetamųjų dujų kiekio teigiamos techninės apžiūros išvados negavo 3,37 proc. benzininių automobilių. Šie rodikliai buvo šiek tiek prastesni nei 2019 metais.
Vertingieji metalai katalizatoriuose ir perdirbimas
Katalizatoriuose naudojami reti ir brangūs cheminiai elementai, tokie kaip platina, rodis ir paladis. Dėl to katalizatoriai yra vertingi perdirbimui. Net ir neveikiantis katalizatorius gali būti parduotas antriniam naudojimui, suteikiant jam antrą gyvenimą.
Vertingųjų metalų kiekis katalizatoriuje priklauso nuo jo modelio, eksploatacijos laiko ir šalies reikalavimų. Pavyzdžiui, automobilių katalizatoriai gali turėti nuo 2 iki 7 gramų platinos, rodžio ir paladžio. Pramoniniai katalizatoriai gali turėti ir daugiau. Šių metalų perdirbimas padeda išgauti ir panaudoti juos pakartotinai, užtikrinant tvarų jų naudojimą įvairiose industrijose. Katalizatorių perdirbimo procesas yra sudėtingas, tačiau svarbus siekiant mažinti priklausomybę nuo ribotų gamtinių išteklių.
Automobilių katalizatoriai ir kietųjų dalelių filtrai yra vertinga antrinė žaliava dėl juose esančių brangiųjų metalų, todėl už jų pridavimą atliekų tvarkytojams gaunamas atlygis. Katalizatorių, filtrų, kaip ir kitų automobilių atliekų (akumuliatorių, amortizatorių, padangų, alyvos, stiklo ar plastiko), daugiausia susikaupia autoservisuose transporto priemonių remonto metu. Gyventojai gali perduoti tokias atliekas tvarkyti teisę turinčiam atliekų tvarkytojui. Jei transporto priemonė remontuojama namuose, susidariusias atliekas galima nuvežti ir į savivaldybių didelių gabaritų atliekų aikšteles.
tags: #duju #poveikis #katalizatoriui