Kto dnes nemá aspoň štyridsať rokov, len ťažko si môže pamätať časy, kedy sa ešte okolo auta šírila typická vôňa olovnatého benzínu. Výfukovým plynom vtedy dávali arómu predovšetkým nespálené uhľovodíky, ktoré sa dali bez problémov identifikovať čuchom. Okrem toho k nim patrili aj vtedy takmer nezapáchajúce, no rovnako jedovaté oxidy dusíka a oxid uhoľnatý.

Bol to nebezpečný koktail, ktorý bol na frekventovaných miestach s intenzívnou dopravou pôvodcom poriadneho znečistenia ovzdušia. V minulosti však bola takáto situácia absolútne normálna a považovala sa skôr za známku prosperity. Výsledok a vlastne i dôkaz toho, že si už auto, a vozenie sa v ňom, mohol dovoliť skoro každý.

Na Slovensku trval tento stav až do konca 80-tych rokov a ani ostatné európske krajiny nás pri jeho riešení nejako výrazne nepredbehli. V Spojených štátoch, najväčšom spotrebiteľovi benzínu na svete, sa však začalo uvažovať o škodlivosti výfukových plynov už v 50-tych rokoch. Prvotnou príčinou tam bol trvalý smog nad Los Angeles.

Na myšlienku ako sa s kalifornským problémom vysporiadať prišiel Francúz Eugene Houdry. Vyvinul zariadenie, ktoré bolo možné namontovať do výfuku, kde bolo schopné znížiť škodlivé zložky výfukových plynov na minimum. V roku 1956 naň dostal patent a to bol zrod automobilového katalytického konvertora, väčšinou nazývaného nie celkom správne katalyzátor.

Čo sa stane, ak katalyzátor stratí funkčnosť? V najlepšom prípade nič, samozrejme okrem toho, že sa zvýši množstvo škodlivých emisií vo výfukových plynoch. Pri automobiloch, vybavených palubnou diagnostikou EOBD, predpísanou od zavedenia normy Euro IV, sa ale jeho funkcia monitoruje druhou lambda sondou, umiestnenou vo výfuku za ním. Ak tento systém rozozná poruchu, rozsvieti sa na prístrojovej doske kontrolka.

Pri starších vozidlách, pre ktoré platia predchádzajúce normy, je potrebné postupovať podľa závady a typu motora. Pri zážihových agregátoch je pokles účinku prejavom normálneho starnutia a zväčša ostáva bez povšimnutia. Ukáže sa až pri meraní emisií veľmi vysokými hodnotami oxidu uhoľnatého (CO). Pri vznetových motoroch sa neúčinný oxidačný katalyzátor v podstate nedá odhaliť ani na emisnej kontrole, pretože má na meranie dymivosti zanedbateľný vplyv. Jeho poruchu si preto zväčša nikto ani nevšimne.

Iná situácia však nastáva, ak dôjde k mechanickému poškodeniu, ak je porušený zvonka, prípadne zvnútra rozpadnutý a jeho obsah hrká. To je možné zvlášť pri keramických katalyzátoroch, ale tiež pri filtroch pevných častíc. V extrémnom prípade sa môže blok keramiky vo vnútri vzpriečiť a brániť tak toku výfukových plynov, čo môže spôsobiť prehriatie niektorých častí motora aj následné poškodenie turbodúchadla.

Prvým vážnym varovným príznakom poškodeného katalyzátora je pokles výkonu motora sprevádzaný stúpajúcou spotrebou. Ak je jeho vnútro rozpadnuté úplne, na výkone to bude možné pocítiť aj pri bežnej jazde.

Ani chybný katalyzátor však už dnes nie je dôvod na paniku, zvlášť pri starších automobiloch plniacich emisnú normu Euro IV, či niektorú predchádzajúcu. Náhradný diel dobrej kvality sa dá na ne zohnať za celkom prijateľné sumy a ani jeho výmena nie je o nič náročnejšia ako v prípade bežného tlmiča výfuku. Len to chce trošku dodržiavať poriadok, aby sa nečistoty pri montáži nedostali do vnútra a neznížili tak prietok cez neho, a tým aj výkon motora hneď na začiatku.

A ako sa k autu správať, aby sa katalyzátoru nič nestalo? Najväčším rizikom preň je jeho tepelné zničenie. Spôsobiť ho môže nespálené palivo unikajúce do výfuku, ktoré vzplanie práve v jeho rozhorúčenom vnútri. Príčinou je takmer vždy vynechávajúce zapaľovanie. Z rovnakého dôvodu výrobcovia neodporúčajú autá rozťahovať, v tomto prípade však hrozí oveľa väčšie nebezpečenstvo skôr rozvodu motora.

V minulosti bol významným nepriateľom katalyzátora aj olovnatý benzín, ten však v našich končinách nie je kde natankovať už niekoľko desaťročí. Pozor si však treba dať na rôzne prísady do paliva a prípadne aj do oleja, ktoré by ho poškodiť mohli.

Podobné zásady platia aj pre filtre pevných častíc. Na ich životnosti sa ale významne negatívne podieľa neustála, alebo viacnásobná nedostatočná regenerácia. Tá je problémom zvlášť automobilov so silnejším motorom, jazdiacim prevažne na veľmi nízke zaťaženie, hlavne po meste. V tomto prípade je jediným riešením zmeniť režim prevádzky.

Princíp práce je v podstate veľmi jednoduchý – v kovovom obale, podobnom normálnemu tlmiču výfuku, sa nachádza z keramiky vyrobená voština, ktorej nespočetné kanáliky sú potiahnuté povlakom oxidu hlinitého. Jeho štruktúra je mierne drsná, čo pomáha dosiahnuť celkovú plochu povrchu v rádovo stovkách metrov štvorcových. Táto vrstva obsahuje aj drobné častice vzácnych kovov ako je platina, paládium a rhódium.

Práve tieto kovy slúžia ako katalyzátory, ktoré pri teplotách od približne 450 stupňov Celzia podporujú ďalšie vzájomné reakcie výfukových plynov – z uhľovodíkov a oxidu uhoľnatého sa vďaka nim stáva oxid uhličitý a oxidy dusíka sa redukujú na dusík. Znižuje sa tak množstvo všetkých troch škodlivín, preto sa takémuto zariadeniu hovorí aj trojčinný, alebo nie celkom správne trojcestný katalyzátor.

Ako mnoho iných vynálezcov, aj Houdry však predbehol dobu, pretože jeho zariadenie nepracovalo s vtedajším benzínom. Obsahoval totiž olovo, ktoré vytváralo na činnej ploche povlak a tým prudko znižovalo jej účinok. No ťahalo sa to až do začiatku 70-tych rokov, kedy už Američania nemohli problémy so znečistením životného prostredia ignorovať, zaviedli do výroby bezolovnatý benzín, a tak katalyzátorom otvorili cestu.

V Európe to išlo ešte pomalšie, pričom prvou lastovičkou bolo začiatkom 80-tych rokov Švajčiarsko, zakrátko nasledované Nemeckom. Prvé autá mali katalyzátor ako voliteľnú výbavu, ktorú si mohol vybrať zákazník, žijúci v regióne, kde mal možnosť čerpať benzín bez olova. Od konca roku 1985 už ale bolo takéto palivo v oboch krajinách k dispozícii celoplošne. Slovensko síce o pár rokov zaostalo, i tak však patrilo vo zvyšku Európy medzi prvých.

Vo výfukovom systéme áut s trojčinným katalyzátorom však musí byť ešte jedno zariadenie, snímač zvaný lambda sonda, ktorého úlohou je merať obsah kyslíka vo výfukových plynoch. V ideálnom prípade by mal byť nulový, keďže bráni redukcii škodlivých oxidov dusíka. Úlohou sondy je strážiť zmiešavací pomer zmesi tak, aby v nej bolo práve toľko vzduchu, koľko si dané palivo vyžaduje. To je, v závislosti od zloženia, asi 15 kg vzduchu na 1 kg paliva.

Dosiahnuť takú presnosť s dovtedajšími karburátormi, či jednoduchými mechanickými, alebo aj elektronickými vstrekovaniami však už nebolo možné, preto museli nastúpiť nové, oveľa sofistikovanejšie systémy. To všetko sa samozrejme premietlo aj do ceny automobilov.

Až do vydania emisnej normy Euro I, ktorá vstúpila do platnosti v januáru 2003 bolo možné splniť limity emisií aj systémom, nazývaným neregulovaný, alebo neriadený katalyzátor, to znamená bez regulácie zloženia zmesi pomocou lambda sondy. Nimi boli zväčša vybavené automobily, ktorých životný cyklus v tom čase už len dobiehal.

Práve s nimi môžu mať majitelia na emisných kontrolách najväčšie problémy. Často sa však dajú vyriešiť novým katalyzátorom, ktorý môže znížiť emisie oveľa výraznejšie než ten, ktorý je v aute zabudovaný od výroby. Niekedy bola totiž ich životnosť približne 100 až 150 000 kilometrov, potom už ich účinnosť výrazne klesala. Aktuálna náhrada pritom bude, vďaka vývoju techniky, premieňať škodliviny ešte intenzívnejšie, než keď bol pôvodný továrenský diel nový.

Katalyzátory zážihových motorov sú v zásade stále rovnaké, zmenil sa len ich počet, umiestnenie a množstvo lambda sond. Okrem toho je už dlhšiu dobu známa aj ich alternatívna konštrukcia, ktorá sa ale presadzuje stále častejšie a do budúcnosti bude jej podiel narastať. Pri nej sa ako nosný materiál nevyužíva keramika, ale tesne zvinutá kovová fólia. Vďaka tomu sa po studenom štarte rýchlejšie zohrievajú na prevádzkovú teplotu a sú tiež menej citlivé na vibrácie.

Po prvých krokoch k čistejším zážihovým motorom, prišli v 90-tych rokoch na rad aj vznetové agregáty, pri ktorých emisné predpisy začali výrazne obmedzovať hlavne množstvo pevných častíc. V ich výfukovom trakte sa ale takisto najskôr objavil katalyzátor, v tomto prípade však pracoval len ako oxidačný, to znamená, že oxidáciou premieňal uhľovodíky a oxid uhoľnatý na vodu a oxid uhličitý.

O čosi neskôr, po ďalšom sprísnení emisných predpisov, prišiel na scénu aj filter pevných častíc – zariadenie, ktoré doslova zachytáva zložky spalín istej veľkosti a nepustí ich ďalej do ovzdušia. Keď potom jeho naplnenie dosiahne istú medzu, detekovateľnú podľa protitlaku ktorý spôsobuje, musí sa spustiť jeho regenerácia. Ňou je vypálenie uložených častíc, na čo riadiaca jednotka musí nastaviť špeciálny režim, ktorý je ideálne kombinovať so zvýšeným zaťažením.

Ďalším stupňom vývoja katalyzátor sa stalo jeho zásobníkové prevedenie, schopné ukladať oxidy dusíka. Najskôr sa používal pri zážihových motoroch spaľujúcich chudobnú zmes. Aj v ich ostáva v spalinách množstvo kyslíka a preto sa aj pri nich objavil rovnaký problém s emisiami ako pri vznetových motoroch, ktorý nie je možné riešiť trojčinným katalyzátorom.

Oxidy dusíka sa preto pri jazde dočasne ukladajú v zásobníku, až kým riadiaca jednotka vo vhodnom okamihu, zväčša pri akcelerácii, nedá pokyn na obohatenie zmesi. Počas tohto krátkeho okamihu, trvajúceho približne dve sekundy, sa zvýši aj množstvo uhľovodíkov vo výfuku, čo umožní, aby sa v zásobníku nahromadené oxidy dusíka mohli redukovať na dusík. Cyklus je potrebné opakovať každých približne 60 až 90 sekúnd.

Takéto zariadenie možno nájsť vo výfukových systémoch zážihových motorov aj dnes a v spolupráci s filtrom pevných častíc sa používa aj pri vznetových. Pri automobiloch s vyšším výkonom motora ale prichádza do hry zložitejšia metóda. Pri nej sa do výfukových plynov po prejdení oxidačným katalyzátorom vstrekuje vodný roztok močoviny, známy pod obchodným názvom AdBlue.

Rozkladom močoviny v tomto prostredí vzniká oxid uhličitý a amoniak, ktorý potom v SCR katalyzátore redukuje oxidy dusíka na samotný dusík a kyslík. Táto technika sa nazýva selektívna katalytická redukcia, pretože odstraňuje iba oxidy dusíka. Práve na ne je však obzvlášť účinná. Nevýhodou je zložitejší výfukový trakt so vstrekovacím systémom a tiež nároky na priestor, ktorý zaberá nádrž na močovinu, preto sa zatiaľ pri osobných vozidlách príliš nepoužíva.

Katalyzátor: Čo môže spôsobiť jeho porucha?

Výber pre vás

Katalyzátor: Čo môže spôsobiť jeho porucha?

Súvisiace články

Tichý zabijak v aute: Opotrebované tlmiče

Rozvodový remeň je časovaná bomba motora

Plánujete chiptuning? Môže vám zničiť motor

Výber pre vás