Katalysaattorit

Ympäristönsuojelu on nykyään erittäin tärkeää. Tämä tietoisuus kehittyi 1900-luvun viimeisinä vuosikymmeninä myös autoteollisuudessa. Katalysaattori on komponentti, joka tukee merkittävästi pakokaasujen puhdistusta. Katalysaattoria käytettiin laajamittaisessa tuotannossa ensimmäisen kerran 1980-luvulla. Sen jälkeen katalysaattori on kehittynyt huomattavasti.

Ensimmäiset ajoneuvot varustettiin sääntelemättömillä katalysaattoreilla, minkä jälkeen niihin tulivat säännellyt katalysaattorit. Säännöstely ei kuitenkaan viittaa itse katalysaattoriin, vaan moottorin viritettyyn säätöön moottorinohjauksen avulla, mikä tuli mahdolliseksi elektroniikan (ohjausyksiköiden) kehittymisen myötä. Kuten nimestä voi päätellä, katalysaattori osallistuu itse pakokaasujen puhdistukseen vain välillisesti. Menemättä sen rakenteen yksityiskohtiin, katalysaattorissa on tiettyjä aineita (jalometalleja). Kun koostumukseltaan tietynlaiset pakokaasut (typen oksidit NOx) kohtaavat nämä aineet hapettomassa ja lämpimässä ympäristössä, tapahtuu kemiallinen prosessi - pakokaasut muuttuvat vedeksi ja hiilidioksidiksi.

Erottelu on mahdollista monella eri tasolla. Ensinnäkin voidaan tehdä erottelu teknisen rakenteen osalta. Katalysaattoreiden on tarjottava pakokaasuille suuri pinta-ala. Tästä johtuu hunajakennorakenne. Kantavana materiaalina käytetään joko keraamista tai metallista kalvoa. Keraamisilla alustoilla jalometallit saadaan paremmin talteen. Toisaalta ne ovat paljon herkempiä lämmölle. Metallikatalyytit tarjoavat suuremman pinta-alan, koska niiden seinämäpaksuudet ovat vielä ohuempia. Ne ovat myös paljon vähemmän herkkiä lämmölle ja paremmin suojattuja iskuja ja tärinää vastaan.

Lisäksi on erotettava toisistaan bensiinimoottoreiden ja dieselmoottoreiden katalysaattorit. Dieselpolttoaineen pakokaasuissa on huomattavasti enemmän happea, minkä vuoksi tarvitaan erilainen katalysaattori. Kolmas ero liittyy enemmän edistykseen. Tähän asti perinteiset katalysaattorit ovat tyytyneet lambda-anturiin. Nykyaikaisissa katalysaattoreissa sen sijaan on katalysaattorin jälkeen myös pakokaasuanturi. Se, miten puhtaasti pakokaasut tulevat katalysaattorista ulos, vaikuttaa merkittävästi moottorin hallintaan.

Vastaus on lyhyt ja ytimekäs: ei. Katalysaattori sekoitetaan usein nokihiukkassuodattimeen, joka voidaan puhdistaa huuhtelemalla. Maallikot sekoittavat kuitenkin usein nokihiukkassuodattimen puhdistamisen katalysaattoriin. Ja sitten bensiinimoottoriajoneuvojen omistajat tietysti kysyvät, voiko katalysaattorin puhdistaa. Heillä on kuitenkin hyvin rajalliset mahdollisuudet saada katalysaattori jälleen tehokkaammaksi.

Kolmitoiminen katalysaattori myrkyttyy tai ylikuumenee ajan myötä. Ylikuumenemisen yhteydessä (yli 900 celsiusasteen lämpötilat) käynnistyy sintraantumisprosessi, joka pienentää katalysaattorin pintaa (terminen vanheneminen). Muussa tapauksessa tapahtuu joko kemiallinen tai mekaaninen myrkytys. Kemiallisessa myrkytyksessä tapahtuu ei-toivottu ja hallitsematon kemiallinen prosessi. Tämä voi johtua lisäaineista, huonosta polttoaineesta, huonosta palamisesta jne. Katalyyttinen kerros tuhoutuu merkittävästi.

Mekaaninen myrkytys on se, jota voidaan mahdollisesti (oletettavasti) parantaa jonkin verran. Öljy- ja polttoainejäämistä peräisin oleva lyijy ja rikki laskeutuvat katalyytin pinnalle (ilman kemiallista prosessia). Katalysaattoria lämmittämällä tämä kerros voidaan ehkä ainakin osittain polttaa pois. Tätä varten katalysaattoria olisi kuumennettava 10-15 minuuttia vähintään 4 000 kierroksen nopeudella. Tällöin on kuitenkin olemassa myös katalysaattorin ylikuumenemisen vaara, jos rajoitetun toiminnan vuoksi voidaan ylipäätään vielä saada riittävästi tehoa. Tätä tapaa ei suositella, eikä se juurikaan tuo parannusta.

Tämä on myös hypoteettinen väite, joka on samanlainen kuin se, joka esitettiin katalysaattorin mahdollisesta palamisesta. Eräs autojen kuntotarkastaja totesi kerran, että hinaaminen katalysaattorin kanssa ei ole hyvä asia, koska bensiini pääsee katalysaattoriin ja voi syttyä täällä myöhemmin. Tämä vaikuttaisi kuitenkin myös moottorin käynnistymiseen muissa tilanteissa. Itse asiassa huono käynnistyskäyttäytyminen voi johtaa siihen, että palamatonta polttoainetta pääsee katalysaattoriin, joka voi myös syttyä. Tämä voi johtaa jopa moottorin vaurioitumiseen. Tällainen käyttäytyminen on kuitenkin hyvin harvinaista. Lyhyen hinauksen pitäisi siis olla yhtä mahdollinen kuin useat yritykset käynnistää moottori sytytysavaimella. Puhumme muuten hinauksesta (jotta moottori käy uudelleen).

Tässä yhteydessä on huomattava, että kuumuus ei ole pohjimmiltaan huono asia. Koska esimerkiksi dieselpolttoaine palaa suhteellisen "kylmänä", katalysaattoria on käytettävä mahdollisimman lähellä moottoria, koska lämmöllä on tärkeä merkitys kemiallisessa prosessissa. Toisaalta olemme jo kirjoittaneet, että katalysaattori joutuu todellisiin vaikeuksiin yli 900 asteen lämpötiloissa.

Katalysaattori alkaa toimia noin 250 asteessa. Keskimääräinen käyttölämpötila on 400 ja 900 asteen välillä. Tällöin hyötysuhde on noin 90 prosenttia. Yli 900 asteen lämpötilan ylittyessä katalysaattori vanhenee, ja yli 1000 asteen lämpötilan ylittyessä katalysaattori voi sulaa ja tuhoutua.

Viallisen katalysaattorin voi havaita eri tavoin: tehon puute, moottorin epätasainen käynti, moottori pysähtyy aina jne. On myös äärimmäinen tilanne, jossa katalysaattori on tuhoutunut esimerkiksi sulaneen keraamisen aineen vuoksi. Silloin pakoputki suljetaan ja moottorin kampikammio pumpataan täyteen. Jos paine nousee niin suureksi, ettei moottori enää pääse tuulettumaan kampikammion tuuletuksen kautta, se työntää paineen sekä moottoriöljyn ulos öljyn mittatikusta.