Technika

Katalizator – do czego służy i czy powoduje problemy?

Pod każdym samochodem znajduje się (a przynajmniej powinna) metalowa puszka, której zadaniem jest zmniejszenie toksyczności spalin. Taka puszka pracuje sobie spokojnie i spełnia swoją rolą, aż do chwili… gdy się zepsuje. Ile jest katalizator? W wielu przypadkach tyle, że kierowca może złapać się za głowę.  Do czego służy? Jakie problemy może generować? Jakie są objawy awarii katalizatora? Jak naprawić katalizator samochodowy? Czy można to zrobić tanio?

shutterstock_517140166.jpg

Bez względu na to, czy auto konsumuje olej napędowy, benzynę czy gaz, każde posiada układ wydechowy. Jego pierwszym zadaniem jest usuwanie wszystkich paskudztw, jakie powstają przy spalaniu paliwa. A drugim, zobojętnianie ich na tyle, aby stanowiły jak najmniejsze zagrożenie dla zdrowia. I do tego celu właśnie służy nasz bohater, zamontowany w metalowym walcu pod autem.

Pierwsze auta wyposażone w katalizatory, pojawiły się na rynku europejskim w 1986 roku. Auta, wyposażone w katalizatory, nosiły dumnie specjalne oznaczenia. Wraz z wprowadzeniem norm emisji spalin Euro (Euro 1 od 1993 roku), stosowanie katalizatorów stało się obowiązkowe. Kto katalizatora nie miał, nie otrzymywał homologacji i nie mógł sprzedawać aut na terenie UE. Sama konstrukcja ewoluowała. Im ostrzejsze były normy, tym większą pracę musiały wykonywać katalizatory.

Katalizatory, stosowane w benzyniakach i ropniakach różnią się budową powłoki aktywnej, bo różni się też ich skład spalin.

Jak zbudowany jest katalizator?

Katalizator składa się z czterech zasadniczych elementów. To:

  • Obudowa - metalowa, podłużna puszka, najczęściej w formie walca (albo bardziej spłaszczona) z izolacją cieplną. Od strony przodu auta doprowadzona jest do niej rura wydechowa, zbierająca spaliny z kolektora wydechowego. Z katalizatora wychodzi kolejna rura, która prowadzi oczyszczone spaliny do tłumika.
  • Nośnik – wewnętrzna struktura o przekroju plastra miodu, składająca się z tysięcy kanalików, umożliwiających przepływ spalin. Produkowana jest z metalu (nośnik metalowy), albo z ceramiki (nośnik ceramiczny, wykonany najczęściej z krzemianu aluminiowo magnezowego).
  • Powłoka pośrednia – jest porowata i pokrywa całą powierzchnię kanalików na nośniku. Jej zadaniem jest zapewnienie dobrych warunków dla kolejnej powłoki.
  • Powłoka aktywna katalitycznie – wykonana z pierwiastków, które mają za zadanie wchodzenie w reakcje chemiczne (katalityczne) ze szkodliwymi składnikami spalin i zobojętnianie ich do substancji nieszkodliwych dla środowiska. To najdroższa i najważniejsza część katalizatora.

Powłoka aktywna katalitycznie pokryta jest rzadkimi i drogimi pierwiastkami. Na przykład w typowym katalizatorze trójdrożnym stosuje się platynę, rod i palladium. I teraz już wiemy, dlaczego katalizatory kradziono, albo dlaczego się je skupuje. Żeby po szeregu zabiegów, wydobyć z nich platynę.

Wspomnieliśmy wcześniej o tym, że katalizatory w dieslach i benzyniakach nieco się od siebie różnią.

  • Katalizatory utleniające – zmniejszają ilości tlenków węgla i węglowodorów HC oraz cząstek stałych w spalinach diesli
  • Katalizatory trójfunkcyjne (trójdrożne) –utleniają tlenki węgla i węglowodory oraz redukują tlenki azotu w benzyniakach

Gdzie montuje się katalizator w samochodzie? Najczęściej kilkadziesiąt centymetrów za kolektorem wydechowym. Jest też inna metoda, tak zwane wkłady, montowane w kolektorze wylotowym.

W nowszych samochodach, spełniających wyśrubowane normy emisji spalin, stosuje się dwa albo trzy katalizatory.

Jak działa katalizator w praktyce? 

Po uruchomieniu jednostki napędowej, do katalizatora trafiają spaliny z silnika. Katalizator musi się rozgrzać, do minimum 300 st. C, aby mogły zachodzić w nim reakcje katalityczne. Katalizator pracuje optymalnie gdy jego wkład ma temperaturę od 400 do 800 st. C. Aby przyspieszyć nagrzewanie się katalizatora, stosuje się dodatkowe rozwiązania– najczęściej izolację termiczną pod obudową katalizatora (bo to najtańsze rozwiązanie), rzadziej grzałki albo dopływ dodatkowego powietrza do kolektora wydechowego.

Przed katalizatorem i zaraz za nim umieszczone są sondy lambda (lambda – wartość określająca stosunek paliwa do powietrza), czujniki, badające procentową zawartość powietrza w spalinach. Sondy dostarczają sygnał do komputera sterującego pracą silnika.  Jeśli zawartość powietrza w spalinach jest za wysoka, oznacza to, że silnik pracuje na ubogiej mieszance. Komputer zwiększa ilość wtryskiwanego paliwa. I odwrotnie. Jeśli tlenu w mieszance jest zbyt mało, dawka paliwa jest zmniejszania.

Czytaj więcej: Sonda lambda – jak działa i jak poznać jej awarię?

Co to ma wspólnego z katalizatorem? Wraz ze zmianami składu mieszanki paliwa, w katalizatorze zachodzą procesy redukcji i utleniania, wykorzystujące tlen. Procesy redukcji zmniejszają ilość trujących tlenków azotu, procesy utleniania zmniejszają ilość tlenków węgla (redukcja do dwutlenku węgla) i węglowodorów HC (redukcja do pary i dwutlenku węgla).  Procesy redukcji i utleniania występują naprzemiennie, a dzięki nim wzrasta stopień konwersji katalizatora (czyli jego skuteczności) – nawet do 98 %.

Spójrzmy, jak katalizator oczyszcza spaliny w praktyce (źródło: magazyn Autoexpert 10/2007)

  • Tlenek węgla – przed katalizatorem 1%, za katalizatorem – 0,1 %
  • Węglowodory HC – przed katalizatorem: do 100 ppm, za katalizatorem: do 20 ppm
  • Dwutlenek węgla – przed katalizatorem – do 14%, za katalizatorem – do 15,4 %

Wprowadzanie nowych, drastycznych norm emisji spalin sprawiło, że same katalizatory przestały wystarczać do oczyszczania spalin w dieslach. Konieczne stało się dodatkowo stosowanie filtrów cząstek stałych DPF/FAP (od Euro 4) i układów selektywnej redukcji katalitycznej SCR (od Euro 6). Poza tym obowiązkowo stosuje się (w autach z silnikami benzynowymi i wysokoprężnymi) układ recyrkulacji spalin EGR, zmniejszający ilość tlenków azotu.

Awaria katalizatora (reaktora katalicznego, dopalacza katalicznego) – dlaczego katalizatory zawodzą?  

Katalizator samochodowy narażony jest na bardzo ciężkie warunki pracy. Układ wydechowy drży w trakcie pracy, a do tego dochodzą dodatkowe wibracje, spowodowane jazdą po nierównościach.

Katalizator narażony jest na bardzo duże przeciążenia cieplne.  Z silnika trafiają do niego spaliny o temperaturze do 600 st. C (zależnej od prędkości i długotrwałości jazdy), a z drugiej, na jego obudowę wpływa temperatura zewnętrzna (minusowa w czasie zimy). Poza tym, z racji umieszczenia pod autem, jest podatny na uszkodzenia mechaniczne i korozję.

Katalizator ma określoną wytrzymałość. Powłoka aktywna katalitycznie starzeje się w trakcie eksploatacji. Trudno określić, w jakim czasie się to dzieje. Niemniej jednak można przyjąć, że wynosi ona od 180 do 200 tys. km przebiegu.

Istnieje jednak cały szereg czynników, które mogą znacząco skrócić techniczne życie katalizatora.

I najczęściej, to one są powodem jego awarii i w konsekwencji, konieczności wymiany. To na przykład:

  • Wjazd autem w głęboką kałużę. Katalizator jest rozgrzany do temperatury kilkuset st. C przez spaliny. Wjazd do wody powoduje jego szokowe schłodzenie i skurczenie się metalowej obudowy. To z kolei powoduje ściśnięcie wkładu wewnątrz katalizatora i jego skruszenie.
  • Awaria układu zapłonowego, powodująca wypadanie zapłonów. W zależności od konstrukcji i wieku auta, może dotyczyć uszkodzenia przewodów wysokiego napięcia, kopułki aparatu zapłonowego, palca rozdzielacza, albo pojedynczych cewek zapłonowych. Niespalone resztki paliwa trafiają do katalizatora i powodują jego zniszczenie.
  • Źle ustawiony kąt wyprzedzenia zapłonu – zbyt duże opóźnienie zapłonu powoduje zwiększenie temperatury w katalizatorze do ok. 1000 st. C, co go niszczy.
  • Starzenie się silnika, związane z zużyciem pierścieni tłokowych powoduje spalanie się oleju silnikowego i przedostawanie się jego resztek do katalizatora. Koks, powstały po spaleniu oleju silnikowego, zapycha kanaliki katalizatora.
  • Częsta/przeważająca jazda po mieście – znacząco skraca okres eksploatacji katalizatora.
  • Źle wyregulowana instalacja gazowa – również jest przyczyną przyspieszonego zużycia tego elementu
  • Uruchamianie samochodu na tzw. pych – co również powoduje przedostawanie się do katalizatora niespalonych dawek paliwa i niszczy go.
  • Uszkodzenia mechaniczne – uderzenie spodem samochodu o wystający element może spowodować wgięcie obudowy i uszkodzenie wkładu wewnętrznego.

Zużyty katalizator samochodowy (reaktor katalityczny) – jakie są objawy awarii? 

Istnieje kilka objawów, które świadczą o awarii/zużyciu katalizatora. To:

  • Grzechotanie w trakcie jazdy – gdy wkład wewnątrz katalizatora uległ wykruszeniu
  • Zapalanie się kontrolki check engine po przekroczeniu pewnej prędkości. Wraz z upływem czasu będzie to coraz mniejsza prędkość.
  • Po podłączeniu auta do diagnostyki, najczęściej pojawia się błąd PO420 (niska wydajność katalizatora)
  • Przyduszanie silnika, który czasem nie ma mocy, czasem może szarpnąć – świadczy to o zapchaniu katalizatora
  • Spadek mocy silnika
  • Możliwy wzrost zużycia paliwa

W razie awarii nie zawsze występują wszystkie wymienione wyżej objawy.

Naprawa uszkodzonego katalizatora samochodowego – ile kosztuje? Jak przebiega? 

Jakie rozwiązania ma przed sobą kierowca?

  • Usunięcie katalizatora
  • Wymianę katalizatora na nowy – oryginalny, zamiennik lub uniwersalny
  • Wymianę katalizatora na używany

Przyjrzyjmy się wszystkim rozwiązaniom. 

Usunięcie katalizatora 

Czy katalizator samochodowy można usunąć? Nie. Usuwanie jest zabronione przez prawo. Jeśli diagnosta wykryje, że auto ma wycięty katalizator, nie powinien podpisać badania technicznego. Samochód bez katalizatora nie spełnia norm emisji spalin i nie powinien zostać dopuszczony do ruchu.

Mimo tego, można bez trudu można znaleźć firmy, które zajmują się usuwaniem katalizatorów. Samo wycięcie katalizatora to tylko półśrodek, albowiem sondy lambda wykrywają jego brak i wprowadzają silnik w tryb awaryjny. Zamiast katalizatora montowane są tzw. strumienice – mają one kształt katalizatora a układ blach w ich wnętrzu powoduje łatwiejsze usuwanie spalin. Konieczne jest też wprowadzenie ingerencji w oprogramowanie silnika, aby druga sonda lambda nie wprowadzała go w tryb awaryjny. W praktyce, stosuje się też proste rozwiązanie mechaniczne w przypadku drugiej sondy lambda, polegające na zamocowaniu jej w taki sposób (za pomocą specjalnego elementu z metalu), że nie jest zanurzona w strumieniu spalin.

Strumienica kosztuje do 100 zł. Usunięcie katalizatora – do ok. 150 zł w przypadku samego wycięcia i więcej, jeśli warsztat wprowadza zmiany w oprogramowaniu silnika, mające na celu oszukanie drugiej sondy lambda (tzw. korekcyjnej).

O katalizatorze warto pamiętać przy zakupie auta używanego. Może się zdarzyć, że poprzedni właściciel go wyciął i nabywca będzie miał przed sobą kolejny, nieplanowany wydatek.

Wymiana kataliza torana nowy - oryginalny, zamiennik lub uniwersalny 

To rozwiązanie najdroższe, ale równocześnie, najbardziej pewne i najbardziej długotrwałe.

W odpowiednich warunkach wytrzymają do 200 tys. km przebiegu, jak te, które zastosowano na pierwszym montażu. Ile kosztuje taki katalizator? Wszystko zależy od modelu auta i wersji silnikowej. Katalizatory oryginalne w ASO kosztują od 3 tys. zł wzwyż (za sztukę)

U największych dystrybutorów części zamiennych można znaleźć markowe zamienniki, które kosztują od kilkuset do ok. 1500 zł. Są dość trwałe.

Najtańsze są katalizatory uniwersalne, które kosztują od 250 do 400 zł, w zależności od wielkości i normy emisji spalin. Te jednak nie cechują się dużą trwałością.

W przypadku katalizatorów, montowanych wewnątrz kolektora wylotowego, kupuje się specjalne wkłady. Niestety, wymiana jest dość droga, bo mechanik musi wymontować kolektor, rozciąć go i dostać się do wkładu. Samą obudowę również czasami również trzeba rozciąć, aby umieścić w niej nowy wkład.

W przypadku standardowych katalizatorów wymiana kosztuje od 40 do 150 zł (plus koszt katalizatora) i przebiega w następujący sposób:

  • Odpięcie wtyczek sond lambda (mogą znajdować się w tunelu środkowym, przy skrzyni biegów
  • Demontaż całego układu wydechowego
  • Wycięcie starego katalizatora za pomocą szlifierki kątowej
  • Przyspawanie nowego katalizatora w miejsce starego. Konieczne może być zamontowanie kilku dodatkowych elementów dystansowych.
  • Montaż układu wydechowego
  • Podłączenie wtyczek sond lambda

W trakcie wymiany mogą pojawić się dodatkowe wydatki, bo wieszaki układu wydechowego mogą być mocno zużyte. Nieostrożny mechanik może też ukręcić sondę lambda (czasem trzeba ją odkręcić, gdy jest montowana w obudowie katalizatora) albo przerwać jej przewód.

Jak dobiera się katalizator do auta? Potrzebne są takie dane, jak:

  • Marka, model, rok produkcji auta
  • Wersja silnikowa, pojemność, moc
  • Norma emisji spalin
  • Średnica rury wydechowej
  • Wymiary i kształt (zazwyczaj to kwestia drugorzędna za wyjątkiem katalizatorów montowanych w kolektorze wylotowym)

Jak zmniejszyć koszt wymiany katalizatora na nowy? Stary, zdemontowany katalizator można sprzedać. Na terenie Polski działa wiele firm, które zajmują się ich skupem. Cena zależna jest od stopnia wyeksploatowania.  Pomimo szumnych zapewnień, w praktyce można uzyskać kilkadziesiąt złotych.

Wymiana katalizatora na używany 

To metoda naprawy, obarczona największym ryzykiem. Używane katalizatory kupowane są najczęściej na szrotach albo na aukcjach internetowych. Nie należą do najtańszych, a za ich montaż trzeba zapłacić tyle samo, co za montaż nowych.

Nigdy nie wiadomo, w jakim stanie jest katalizator i po jakim czasie przestanie działać. Jeśli chcemy oszczędzać – lepszym rozwiązaniem jest kupno najtańszego, katalizatora uniwersalnego.

  • Jeśli w Twoim samochodzie pojawiły się oznaki zużycia katalizatora samochodowego
  • Jeśli chcesz dokonać wymiany katalizatora na nowy oryginalny albo uniwersalny
  • Jeśli potrzebujesz pomocy przy doborze i zakupie katalizatora

Na Motointegrator.com znajdziesz odpowiedni warsztat w swojej okolicy i umówisz wizytę w ciągu kilku chwil.

Artykuły powiązane