المواضيع:
- عام
- تشغيل محفز ثلاثي/الأكسدة
- درجات حرارة العمل
- تشغيل محفز أكاسيد النيتروجين
- الشيخوخة وأسبابها
عموما:
يأتي اسم محفز في الأصل من الكلمة اليونانية كاتاليس (التي تعني الذوبان). لقد أصبح المحفز ضروريًا منذ نهاية عام 1992 لتلبية المتطلبات البيئية. تحتوي غازات العادم على مواد ضارة: ثاني أكسيد الكربون (أول أكسيد الكربون)، وأكسيد النيتروجين (أكسيد النيتروجين)، وCH (الهيدروكربون غير المحترق). ويتم (تأكسد) هذه المواد إلى مواد غير ضارة. ومن هنا جاء اسم محفز الأكسدة.
في الكيمياء، المحفز هو مادة تعمل على إثارة تفاعل كيميائي وتسريعه أو إبطائه دون أن تتغير هي نفسها.
عملية محفز ثلاثي/الأكسدة:
المحفز ليس مرشحًا، ولكن يمكن اعتباره عنصر تحويل تمت فيه إضافة معادن ثمينة مثل البلاتين أو الروديوم أو البلاديوم. وإذا تلامست غازات العادم معها، يحدث تفاعل كيميائي سريع جدًا. تتحلل جزيئات الغازات الضارة وتترابط مع جزيئات أخرى مما يؤدي إلى تكوين غاز غير ضار. المحفز قادر على تنقية غازات العادم بنسبة 90%. ومع ذلك، يأتي هذا على حساب ارتفاع الاستهلاك وانخفاض الطاقة. وذلك لأنه يخلق مقاومة معينة للهواء في مسار العادم.
المواد الموجودة في غازات العادم:
- ثاني أكسيد الكربون: ثاني أكسيد الكربون (ضار بالبيئة والبشر والحيوانات بتركيزات عالية)
- CO: أول أكسيد الكربون (غاز محترق بشكل غير كامل، وهو ضار بالصحة أيضًا)
- CH: الهيدروكربونات (أجزاء البنزين غير المحترقة)
- O2: أجزاء الأكسجين (التي لم تشارك في الاحتراق)
- أكاسيد النيتروجين: مركب النيتروجين (الذي يتكون فقط عند درجات حرارة احتراق عالية جدًا).
يقوم المحفز بتحويل المكونات الضارة الثلاثة CO وHC وNOx إلى 3 مكونات غير ضارة: CO3 وH2O وN2. يأتي اسم المحفز ثلاثي الاتجاه أيضًا من هنا.
لإضافة O2 وCO إلى المحفز بحيث يمكن إجراء التحويل، يجب تعديل نمط حقن المحرك. لتكوين O2 يجب أن يكون الخليط خاليًا من الدهون (وقود أقل وهواء أكثر). لتكوين ثاني أكسيد الكربون، يجب أن يكون الخليط غنيًا (وقود أكثر وهواء أقل). هذا الأخير ليس هو الحال مع محركات الخليط الهزيل، راجع فصل محفز أكاسيد النيتروجين في أسفل الصفحة.
ومن خلال حقن كمية كبيرة جدًا وقليل جدًا من الوقود دائمًا في الأسطوانات، يتم دائمًا إنشاء خليط غني وخفيف الوزن. وهكذا ينتهي الأمر بفائض ثاني أكسيد الكربون والأكسجين في المحفز. في المحفز، يتفاعل البلاتين مع ثاني أكسيد الكربون وHC. يضمن الروديوم تقليل أكاسيد النيتروجين. وهذا ما يفسر أيضًا سبب قياس الجهد المتغير عند القياس على مستشعر Lambda. ويتراوح الجهد الكهربي هناك بين 2 و0,2 فولت (من الفقراء إلى الأغنياء، وما إلى ذلك)، ويقوم نظام إدارة محرك السيارة (ECU) بتنظيم ذلك بنفسه. لذلك لا شيء يحتاج إلى تعديل.
| مادة ضارة: | إضافة من: | النتائج في: |
| ثاني أكسيد الكربون + | O2 = | CO2 |
| HC+ | O2 = | ثاني أكسيد الكربون + H2O |
| أكاسيد النيتروجين + | ثاني أكسيد الكربون = | N2 + ثاني أكسيد الكربون |
لإضافة O2 وCO إلى المحفز بحيث يمكن إجراء التحويل، يجب تعديل نمط حقن المحرك. لتكوين O2 يجب أن يكون الخليط خاليًا من الدهون (وقود أقل وهواء أكثر). لتكوين ثاني أكسيد الكربون، يجب أن يكون الخليط غنيًا (وقود أكثر وهواء أقل). هذا الأخير ليس هو الحال مع محركات الخليط الهزيل، راجع فصل محفز أكاسيد النيتروجين في أسفل الصفحة.
ومن خلال حقن كمية كبيرة جدًا وقليل جدًا من الوقود دائمًا في الأسطوانات، يتم دائمًا إنشاء خليط غني وخفيف الوزن. وهكذا ينتهي الأمر بفائض ثاني أكسيد الكربون والأكسجين في المحفز. في المحفز، يتفاعل البلاتين مع ثاني أكسيد الكربون وHC. يضمن الروديوم تقليل أكاسيد النيتروجين. وهذا ما يفسر أيضًا سبب قياس الجهد المتغير عند لامدا الاستشعار يتم قياسه. ويتراوح الجهد الكهربي هناك بين 0,2 و0,8 فولت (من الفقراء إلى الأغنياء، وما إلى ذلك)، ويقوم نظام إدارة محرك السيارة (ECU) بتنظيم ذلك بنفسه. لذلك لا شيء يحتاج إلى تعديل.
ما يمكن ملاحظته في الجدول أعلاه هو أن المواد كلها تتحول إلى ثاني أكسيد الكربون، من بين أشياء أخرى. يُنظر الآن إلى ثاني أكسيد الكربون على أنه مادة خطرة على البيئة ومسؤولة عن ظاهرة الاحتباس الحراري. ومع ذلك، يقوم الشخص أيضًا بإخراج ثاني أكسيد الكربون. يتم تحويل هذا مرة أخرى إلى O2 (الأكسجين) عن طريق الأشجار والنباتات. الكثير من ثاني أكسيد الكربون له تأثير ضار. الأشجار والنباتات قليلة وليست قادرة على تحويل كل شيء إلى O2. بالنسبة لمحركات الاحتراق، يجب أن يكون محتوى ثاني أكسيد الكربون أعلى ما يمكن. يبدو هذا جنونًا، لأنك قد تعتقد أن هذا المبلغ سيبقى عند أدنى مستوى ممكن. الأمر هكذا؛ كلما زاد محتوى ثاني أكسيد الكربون، قل إطلاق ثاني أكسيد الكربون والهيدروكربونات. إن ثاني أكسيد الكربون وحمض الهيدروكلوريك ضاران بالصحة بشكل مباشر عند استنشاقهما. والطريقة الوحيدة لتقليل مستويات ثاني أكسيد الكربون هي التحول إلى أنواع الوقود البديلة، ومحركات الاحتراق الأصغر (الأكثر اقتصادا) والقيادة الأكثر هدوءا.
درجات حرارة العمل:
يبدأ التأثير المفيد للمحفز من درجة حرارة 250 درجة ويصل إلى الحد الأقصى عند درجة حرارة 450 درجة. بعد تشغيل المحرك، يستغرق الأمر بعض الوقت قبل أن يبدأ تأثير التنقية. يتم تركيب المحول الحفاز في أقرب مكان ممكن من مشعب العادم، لأنه يصل إلى درجة حرارة العمل بشكل أسرع. وتضمن درجات حرارة غاز العادم التي تتراوح بين 800 و1000 درجة شيخوخة حرارية أسرع، مما يقلل من العمر الافتراضي وبالتالي يقلل من مساحة السطح النشطة.
هناك أيضًا محولات حفازة مزودة بعنصر تسخين يضمن وصول المحفز إلى درجة الحرارة بشكل أسرع بعد البداية الباردة. ويمكن بعد ذلك تنظيم ذلك بشكل أسرع بعد تشغيل المحرك، مما يؤدي إلى غازات عادم أنظف
لتسخين المحفز في أسرع وقت ممكن بعد بداية باردة، أ مضخة هواء ثانوية.
عملية محفز أكاسيد النيتروجين:
لقد تم توضيح ذلك سابقًا أنه يمكن تقليل أكاسيد النيتروجين بواسطة المحفز عن طريق الحصول على ثاني أكسيد الكربون الإضافي في غاز العادم. هذا ممكن فقط لجعل الخليط أكثر ثراءً. في محركات الخليط الهزيل لشركة فولكس فاجن (FSI) وبي إم دبليو (الديناميكيات الفعالة)، من بين محركات أخرى، تعمل المحركات دائمًا بمزيج مع فائض من الهواء عند التحميل الجزئي وسرعات منخفضة (أي هزيلة وغير غنية أبدًا). باستخدام محفز عادي ثلاثي الاتجاه، من المستحيل تحويل أكاسيد النيتروجين إلى N2 + CO2. لإزالة أكاسيد النيتروجين من غازات العادم، يلزم وجود محفز خاص لأكاسيد النيتروجين (تخزين) مع مكون باريوم خاص. بالإضافة إلى عنصر الباريوم، يحتوي هذا المحفز أيضًا على معادن ثمينة مثل البلاتين والروديوم.
يقوم المحفز ثلاثي الاتجاهات بتحويل قيم ثاني أكسيد الكربون وHC إلى ثاني أكسيد الكربون وH2O كما هو موضح سابقًا. يتم تحويل أكاسيد النيتروجين بواسطة محفز أكاسيد النيتروجين. يلزم وجود أجهزة استشعار إضافية لدرجة الحرارة ومستشعر أكاسيد النيتروجين لمراقبة القيم باستمرار.
تُظهر الصورة أدناه نظام العادم الذي تستخدمه شركة VW وBMW (والمزيد والمزيد من العلامات التجارية الأخرى).
يتم تخزين غازات أكاسيد النيتروجين في حالة باردة في هذا المحفز. يمكن لغازات العادم الأخرى أن تستمر في طريقها عبر العادم. خلال الفترة الغنية بالأكسجين، يتم تخزين غازات أكاسيد النيتروجين في مكون الباريوم. تتراكم أكاسيد النيتروجين (تمامًا كما يتم تخزين السخام في مرشح الجسيمات). بمرور الوقت، يصبح المحفز مشبعًا. هذه هي اللحظة التي تكون فيها مليئة بأكاسيد النيتروجين. ويجب بعد ذلك إعادة توليد المحفز. يتعرف مستشعر أكاسيد النيتروجين على ذلك ويرسل إشارة إلى وحدة التحكم الإلكترونية. في هذا الوقت، يصبح الخليط غنيًا، خاصة لتجديد محفز أكاسيد النيتروجين. يحدث هذا فقط عندما يصل محفز أكاسيد النيتروجين إلى درجة حرارة 800 درجة (يتم تسجيل ذلك بواسطة مستشعر درجة الحرارة ويتم نقله أيضًا إلى وحدة التحكم في المحرك). يؤدي التخصيب المؤقت إلى إطلاق ثاني أكسيد الكربون الإضافي. وبمساعدة ثاني أكسيد الكربون هذا، يمكن أن يتم التحويل إلى N2 + CO2 من خلال مكونات البلاتين والروديوم. بعد التجديد، سيعمل المحرك بخليط قليل الدهن مرة أخرى حتى يتم تشبع المحفز مرة أخرى.
يمكن أن تحدث أعطال أيضًا في هذا النظام. إذا تم قيادة السيارة لمسافات قصيرة فقط (وهو أمر سيء بالنسبة للسيارة بأكملها)، فلن يتمكن محفز أكاسيد النيتروجين من الوصول إلى درجة حرارة العمل. بمجرد أن يتم تشبعه (ممتلئ)، سيتعين عليه تجديده. فقط إذا استمر مستشعر درجة الحرارة في قياس درجة حرارة منخفضة جدًا، فلن تعمل وحدة التحكم الإلكترونية على إثراء الخليط أبدًا. إذا لم يكن المحفز في درجة حرارة التشغيل، فلن تتمكن مكونات البلاتين والروديوم من إجراء عملية تحويل بعد. في هذا الوقت، سيضيء ضوء خطأ المحرك وسيتم الكشف عن السبب عند فحص السيارة. سيتم بعد ذلك إعادة توليد المحفز بمساعدة خزانة الاختبار أو محرك اختبار سريع. ولذلك فمن الأفضل أحيانًا القيادة لمسافة طويلة (على سبيل المثال 50 كم أو أكثر على الطريق السريع) ويفضل القيادة لمسافة طويلة بسرعة أعلى. ومن ثم سيصل المحفز بسهولة إلى درجة حرارة عمله.
في الوقت الحاضر، تستخدم محركات الديزل محفز SCR (التخفيض التحفيزي الانتقائي). مُطبَّق. يقوم محفز SCR هذا أيضًا بتخزين أكاسيد النيتروجين، ولكن يوجد أيضًا محفز واحد نظام الجرعات AdBlue مضاف إلى.
الشيخوخة وأسبابها:
- البنزين: يمكن للمحول الحفاز ثلاثي الاتجاه أن يعمل فقط مع البنزين الخالي من الرصاص. إذا تمت إعادة تزويد البنزين المحتوي على الرصاص بالوقود، فإنه يلتصق بالمعدن الثمين في طبقة رقيقة، مما يقلل من ملامسة غازات العادم وبعد فترة يجعل ذلك غير ممكن. ومن ثم لم يعد من الممكن حدوث تفاعل كيميائي. المحفز الآن معطل ويجب استبداله. وهذه مسألة مكلفة. تمت إضافة البنزين المحتوي على الرصاص للوصول إلى حد معين من الضربات. نظرًا لاستخدام أجهزة استشعار الضرب في الوقت الحاضر، تمت إزالة الرصاص من الوقود.
- النفط أيضا له تأثير مدمر على الداخل. إذا كان هناك تسرب كبير للزيت على طول حلقات المكبس أو موجهات الصمامات أو التوربو، على سبيل المثال، فقد ينتهي الأمر بكمية كبيرة من الزيت في المحول الحفاز. كما يتسبب الزيت أيضًا في التصاق طبقة بالمعدن الثمين، مما يفقد فعاليته بعد ذلك.
- القيادة لمسافات قصيرة: من خلال القيادة لمسافات قصيرة، نادرًا ما يصل المحفز إلى درجة حرارة العمل أو لا يصل أبدًا. تلتصق بقايا HC (البنزين) غير المحترقة بسطح السيراميك. إذا تم قيادتها لمسافة طويلة، فإن بقايا HC لا تزال محترقة. إذا واصلت قيادته لمسافات قصيرة، فإن بقايا HC هذه سوف تلتصق أيضًا بالداخل، مما يتسبب في فقدان المحفز لفعاليته بمرور الوقت.
غالبًا ما يقيس مستشعر لامدا الثاني (مستشعر القفز) ما إذا كان المحفز قد قام بتحويل الغازات بشكل صحيح. إذا أصبح المحفز قديمًا أو كان الجزء الداخلي معيبًا، فسيقوم مستشعر لامدا الثاني بقياس ذلك. سيضيء بعد ذلك ضوء الخطأ على لوحة القيادة. ومن الضروري بعد ذلك استبدال المحفز. يمكن العثور على مزيد من المعلومات حول مستشعر لامدا على الصفحة مسبار لامدا.
