Reaktor katalityczny, potocznie niepoprawnie nazywany katalizatorem jest częścią układu wydechowego wszystkich współczesnych samochodów osobowych, którego zadaniem jest zredukowanie i ograniczenie szkodliwych składników zawartych w spalinach. Dawniej reaktory katalityczne nie były stosowane ze względu na mało rygorystyczne normy dotyczące emisji spalin. Głównym celem stosowania reaktorów katalitycznych inaczej nazywanych konwerterami katalitycznymi jest zmniejszenie ilości szkodliwych związków chemicznych w gazach wydechowych, a mianowicie tlenków węgla (CO), węglowodorów (HC) czy też tlenków azotu (NOx).
Zasada
działania reaktora opiera się na reakcji substancji zawartych w
spalinach z katalizatorem ( m. in. platyna, pallad, rod). Optymalne warunki
pracy katalizatora dobierane są dzięki sterowaniu silnikiem na podstawie danych
z czujników tlenu – sond lambda.
Reakcje zachodzące w reaktorach katalitycznych:
·
utleniania – reakcji tlenków węgla i węglowodorów z tlenem, w wyniku której otrzymywany
jest dwutlenek węgla i para wodna,
· redukcji – reakcji tlenków węgla z tlenkami azotu, której produktem jest azot i dwutlenek węgla.
Stosowane w układach wydechowych katalizatory
dzielą się na:
a) utleniające – dwufunkcyjne,
przyspieszające reakcje utleniania, obniżające w spalinach zawartość tlenku
węgla i węglowodorów,
b) redukujące – jednofunkcyjne, przyspieszające redukcję, obniżające w spalinach zawartość tlenków azotu,
c) utleniająco-redukujące – trójfunkcyjne, przyspieszające reakcje utleniania i redukowania, obniżające w spalinach zawartość tlenku węgla, węglowodorów i tlenków azotu.
W dzisiejszych czasach głównie montowane są dwa rodzaje konwerterów katalitycznych: z katalitycznym blokiem metalowym lub ceramicznym. Lepsze są te z katalitycznym blokiem metalowym, ponieważ charakteryzują się większą odpornością na wysokie temperatury (rzędu 1300 st. C) i wydajnością oraz odpornością na uszkodzenia mechaniczne. Dla porównania konwertery z blokiem ceramicznym mogą ulec zniszczeniu już w temperaturach rzędu 800 st. C.
Reaktory katalityczne stosowane w silnikach
ZI:
W układach wydechowych silników z zapłonem iskrowym
stosowane są obecnie niemal wyłącznie konwertery katalityczne trójfunkcyjne,
współpracujące z tzw. sondami lambda, reagującymi na obecność tlenu w
spalinach. Nośniki reaktorów, czyli szkielety konstrukcyjne do rozmieszczania
warstw substancji katalitycznych (katalizatorów) mogą być:
• ceramiczne – wykonane z materiału zwanego kardierytem,
• metalowe – wykonane z cienkiej, odpowiednio ukształtowanej stalowej foli żaroodpornej. Praca katalizatora trójfunkcyjnego rozpoczyna się w chwili, gdy temperatura wnętrza osiągnie poziom 400 st. C. W celu zapewnienia skutecznej jego pracy przy nieznacznych obciążeniach silnika, zwłaszcza w okresie zimowym, umieszcza się go w pobliżu kolektora wydechowego silnika lub stosuje się dwa katalizatory: rozruchowy i główny. Pierwszy, rozruchowy umieszczony jest w pobliżu kolektora wydechowego i dzięki temu szybko osiąga optymalną temperaturę pracy i oczyszcza spaliny, zanim zacznie pracować katalizator główny.
Reaktory katalityczne
stosowane w silnikach ZS:
W silnikach z zapłonem samoczynnym stosowane są wyłącznie katalizatory
utleniające, służące zmniejszeniu zawartości tlenku węgla i węglowodorów.
Znacznie istotniejszą kwestią w przypadku silników z zapłonem samoczynnym jest
ograniczenie ilości sadzy zawartej w spalinach. Obecne układy wydechowe
silników z zapłonem samoczynnym wyposażone są w filtry cząstek stałych, w
których proces ich oczyszczania realizowany jest samoczynnie podczas
eksploatacji pojazdu na skutek wypalania zebranych cząstek stałych w filtrach
cząstek stałych DPF.
Ze względu na rosnące wymagania ze strony norm emisji spalin pojedyncze reaktory katalityczne są zastępowane układami kilku reaktorów.
Nasze reaktory katalityczne powinny działać poprawnie do przebiegów rzędu 80 – 100 tys km. Często jednak zdarzają się wyjątki i potrafią one działać poprawnie nawet dwa razy dłużej.