Katalizator samochodowy.

Katalizator samochodowy stanowi kluczowy element układu wydechowego. Urządzenie ma kształt lekko spłaszczonej, niewielkiej puszki montowanej zazwyczaj pomiędzy rurami wydechowymi zaraz za kolektorem w okolicach przedniej osi. Zadanie katalizatora w samochodzie jest bardzo precyzyjnie określone – ma on wyłapywać i neutralizować wszelkie szkodliwe zanieczyszczenia i substancje powstające w wyniku spalania paliwa w komorze silnika. To o tyle istotne, że od 1993 r. jego montaż w autach produkowanych i rejestrowanych na rynku europejskim to absolutny obowiązek. Obecne restrykcyjne normy emisji spalin powodują, że katalizatory muszą być coraz precyzyjniejsze i wydajniejsze w działaniu.

Współczesne katalizatory są bardzo trwałymi urządzeniami, których konstrukcja musi oprzeć się wielu niekorzystnym czynnikom eksploatacyjnym – wilgoci, sporym różnicom temperatur czy uderzeniom o dużej sile. Optymalna temperatura, w której zachodzą pełne reakcje katalityczne, to przedział od 400 do 800 stopni Celsjusza. Dlatego aby przyspieszyć osiągnięcie takiego nagrzania, często katalizator posiada dodatkową izolację termiczną pod obudową.

Obudowa – zewnętrzna warstwa konstrukcyjna jest zbudowana ze stali nierdzewnej i ma kształt lekko spłaszczonego walca, który łączy kolektor w przedniej części rury wydechowej z rurą w tylnej części auta zakończoną tłumikiem.

Rdzeń – to wewnętrzna część katalizatora zbudowana z ceramiki lub metalu, posiadająca strukturę plastra miodu z gęstą siecią drobnych kanalików filtrujących, przez które przepływają spaliny.

Otulina – zazwyczaj są to dwie niezależne powłoki stanowiące warstwę pośrednią między obudową a rdzeniem katalizatora. Porowata powłoka pośrednia przylega bezpośrednio do rdzenia, izolując go i zapewniając mu elastyczną ochronę. Z kolei aktywna powłoka katalityczna składa się z pierwiastków szlachetnych (np. rodu, palladu czy platyny), których zadaniem jest wchodzenie w reakcje chemiczne ze szkodliwymi związkami w spalinach, czego efektem jest zobojętnianie ich niepożądanego wpływu na środowisko naturalne. Sprawnie działająca powłoka katalityczna jest w stanie zredukować trujące tlenki węgla do mniej groźnego dwutlenku węgla, węglowodory HC do pary i dwutlenku węgla, a niebezpieczny dla zdrowia tlenek azotu do azotu i tlenu.

Katalizatory w samochodach możemy podzielić na dwie zasadnicze grupy – urządzenia montowane w układach napędowych opartych na silnikach benzynowych oraz katalizatory przeznaczone dla jednostek Diesla. Każdy z nich ma nieco inne działanie.

Katalizatory do silników benzynowych – są to urządzenia utleniające, które redukują w spalinach ilości tlenków węgla i węglowodorów HC oraz cząstek stałych.

Katalizatory do silników Diesla – są to urządzenia trójfunkcyjne, które w spalinach powstałych z ropy utleniają tlenki węgla i węglowodory oraz redukują tlenki azotu.

Katalizatory to bardzo trwałe urządzenia, które powinny zachować pełną sprawność do przebiegu sięgającego nawet ponad 200 tys. km. Nie jest jednak tak, że są absolutnie bezawaryjne. Na szybsze zużycie lub awarię katalizatora mogą wpływać rozmaite czynniki eksploatacyjne. Należą do nich m.in.: uderzenia o wystający element, zalanie w głębokiej kałuży, zbyt częsta jazda na krótkich dystansach czy wyeksploatowanie silnika. Pierwszymi oznakami, że katalizator jest uszkodzony, będzie spory wzrost zużycia paliwa, spadek mocy silnika, a nawet niemożliwość jego uruchomienia.

Tak jak opisaliśmy to wcześniej, katalizator uczestniczy w oczyszczaniu spalin z nadmiaru szkodliwych dla środowiska związków i cząstek stałych. Na przykład auta hybrydowe Toyoty są oparte na współdziałaniu silnika spalinowego z elektrycznym, a zatem katalizator jest integralną częścią także ich układu wydechowego. Kiedy pracuje zatem jednostka benzynowa, katalizator – podobnie jak w przypadku napędów konwencjonalnych – redukuje zanieczyszczenia. Jednakże samochody hybrydowe mają dodatkowy atut wpływający na ekologiczną jazdę – dużą część napędu bierze bowiem na siebie silnik elektryczny, który nie emituje żadnych spalin. Dodatkowo w pełnych hybrydach Toyoty energia jest odzyskiwana podczas hamowania, ładując w ten sposób akumulator.

Wszystkie nowe samochody wyposażone w silniki spalinowe posiadają katalizatory, aby ograniczać emisje. Coraz częstsze są jednak auta z napędami elektrycznymi czy wodorowymi. W elektrykach urządzenie to jest oczywiście zbędne. Tak samo mogłoby się wydawać w przypadku wodoru. Jednak na przykład wodorowa Toyota Mirai jest wyposażona w innowacyjny filtr katalityczny z włókniny, który wychwytuje mikroskopijne cząsteczki zanieczyszczeń z powietrza przelatującego przez system ogniw paliwowych. Dzięki temu rozwiązaniu nie tylko auto nie emituje żadnych spalin, ale wręcz w niewielkiej skali oczyszcza powietrze ze szkodliwych substancji wyemitowanych przez inne pojazdy.