Subyek:
- Umum
- Operasi katalis tiga arah/oksidasi
- Suhu kerja
- Operasi katalis NOx
- Penuaan dan Penyebabnya
Umum:
Nama Katalis berasal dari kata Yunani Katalysis (yang berarti pembubaran). Katalis telah diperlukan sejak akhir tahun 1992 untuk memenuhi persyaratan lingkungan. Gas buang mengandung zat berbahaya: CO (karbon monoksida), NOx (nitrogen oksida) dan CH (hidrokarbon yang tidak terbakar). Zat-zat tersebut (dioksidasi) menjadi zat-zat yang tidak berbahaya. Oleh karena itu dinamakan Katalis Oksidasi.
Dalam kimia, katalis adalah zat yang memicu reaksi kimia dan mempercepat atau memperlambatnya tanpa mengalami perubahan apa pun.
Operasi katalis tiga arah/oksidasi:
Katalis bukanlah filter, tetapi dapat dilihat sebagai elemen konversi yang telah ditambahkan logam mulia seperti platina, rodium, atau paladium. Jika gas buang bersentuhan dengannya, terjadi reaksi kimia yang sangat cepat. Molekul-molekul gas berbahaya tersebut terurai dan berikatan dengan molekul lain sehingga menghasilkan gas yang tidak berbahaya. Katalis tersebut mampu memurnikan gas buang hingga 90%. Namun, hal ini harus mengorbankan konsumsi yang lebih tinggi dan daya yang lebih rendah. Hal ini karena menimbulkan hambatan udara tertentu pada jalur pembuangan.
Zat-zat yang terkandung dalam gas buang:
- CO2: Karbon dioksida (Berbahaya bagi lingkungan, manusia dan hewan pada konsentrasi tinggi)
- CO: Karbon monoksida (gas yang terbakar tidak sempurna, juga berbahaya bagi kesehatan)
- CH: Hidrokarbon (bagian bensin yang tidak terbakar)
- O2: Bagian oksigen (yang tidak ikut serta dalam pembakaran)
- NOx: Senyawa nitrogen (yang hanya terbentuk pada suhu pembakaran yang sangat tinggi.
Katalis mengubah 3 komponen berbahaya CO, HC dan NOx menjadi 3 komponen tidak berbahaya: CO2, H2O dan N2. Nama katalis tiga arah juga berasal dari sini.
Untuk menambahkan O2 dan CO pada katalis agar konversi dapat berlangsung maka pola injeksi mesin harus disesuaikan. Untuk membentuk O2, campuran harus ramping (lebih sedikit bahan bakar, lebih banyak udara). Untuk membentuk CO, campurannya harus kaya (lebih banyak bahan bakar, lebih sedikit udara). Hal terakhir ini tidak terjadi pada mesin campuran ramping, lihat bab katalis NOx di bagian bawah halaman.
Dengan selalu menginjeksikan bahan bakar terlalu banyak dan terlalu sedikit ke dalam silinder, campuran kaya dan ramping selalu tercipta. Kelebihan CO dan O2 berakhir di katalis. Dalam katalis, platina bereaksi dengan CO dan HC. Rhodium memastikan pengurangan NOx. Hal ini juga menjelaskan mengapa tegangan yang bervariasi diukur saat mengukur pada sensor Lambda. Di sana tegangannya bervariasi antara 0,2 dan 0,8 Volt (dari miskin ke kaya, dll.) Sistem manajemen mesin mobil (ECU) mengaturnya sendiri. Jadi tidak ada yang perlu disesuaikan.
| Zat berbahaya: | Tambahkan dari: | Hasil dalam: |
| CO+ | O2 = | CO2 |
| HC+ | O2 = | CO2 + H2O |
| NOx+ | CO = | N2 + CO2 |
Untuk menambahkan O2 dan CO pada katalis agar konversi dapat berlangsung maka pola injeksi mesin harus disesuaikan. Untuk membentuk O2, campuran harus ramping (lebih sedikit bahan bakar, lebih banyak udara). Untuk membentuk CO, campurannya harus kaya (lebih banyak bahan bakar, lebih sedikit udara). Hal terakhir ini tidak terjadi pada mesin campuran ramping, lihat bab katalis NOx di bagian bawah halaman.
Dengan selalu menginjeksikan bahan bakar terlalu banyak dan terlalu sedikit ke dalam silinder, campuran kaya dan ramping selalu tercipta. Kelebihan CO dan O2 berakhir di katalis. Dalam katalis, platina bereaksi dengan CO dan HC. Rhodium memastikan pengurangan NOx. Ini juga menjelaskan mengapa tegangan yang bervariasi diukur ketika sensor lambda sedang diukur. Di sana tegangannya bervariasi antara 0,2 dan 0,8 Volt (dari miskin ke kaya, dll.) Sistem manajemen mesin mobil (ECU) mengaturnya sendiri. Jadi tidak ada yang perlu disesuaikan.
Terlihat pada tabel di atas bahwa zat-zat tersebut antara lain diubah menjadi CO2. CO2 kini dipandang sebagai zat yang berbahaya bagi lingkungan dan bertanggung jawab atas pemanasan global. Namun, seseorang juga menghembuskan CO2. Ini diubah kembali menjadi O2 (oksigen) oleh pohon dan tanaman. Terlalu banyak CO2 mempunyai efek berbahaya. Pepohonan dan tumbuhan merupakan minoritas dan tidak mampu mengubah semuanya menjadi O2. Untuk mesin pembakaran, kandungan CO2 harus setinggi mungkin. Kedengarannya gila, karena Anda akan berpikir bahwa angka ini akan dijaga serendah mungkin. Permasalahannya seperti ini; semakin tinggi kandungan CO2, semakin sedikit CO dan HC yang dilepaskan. CO dan HC secara langsung berbahaya bagi kesehatan jika terhirup. Satu-satunya cara untuk mengurangi tingkat CO2 adalah dengan beralih ke bahan bakar alternatif, mesin pembakaran yang lebih kecil (lebih irit), dan pengendaraan yang lebih senyap.
Suhu kerja:
Efek menguntungkan katalis dimulai pada suhu 250 derajat dan maksimum pada suhu 450 derajat. Setelah menghidupkan mesin, diperlukan beberapa saat sebelum efek pemurnian dimulai. Konverter katalitik dipasang sedekat mungkin dengan manifold buang, karena lebih cepat mencapai suhu kerjanya. Temperatur gas buang antara 800 dan 1000 derajat memastikan penuaan termal lebih cepat, sehingga memperpendek masa pakai dan karenanya mengurangi luas permukaan aktif.
Ada juga konverter katalitik dengan elemen pemanas yang memastikan katalis mencapai suhu lebih cepat setelah start dingin. Hal ini kemudian dapat diatur lebih cepat lagi setelah mesin dihidupkan, sehingga menghasilkan gas buang yang lebih bersih
Untuk memanaskan katalis secepat mungkin setelah start dingin, a pompa udara sekunder.
Operasi katalis NOx:
Telah dijelaskan sebelumnya bahwa NOx dapat direduksi oleh katalis dengan memperoleh tambahan CO pada gas buang. Ini hanya mungkin untuk membuat campurannya lebih kaya. Pada mesin campuran ramping Volkswagen (FSI) dan BMW (Efficient Dynamics), antara lain, mesin selalu dijalankan pada campuran dengan udara berlebih pada beban sebagian dan kecepatan rendah (yaitu ramping, dan tidak pernah kaya). Oleh karena itu, dengan katalis tiga arah yang normal, mustahil mengubah NOx menjadi N2 + CO2. Untuk menghilangkan NOx dari gas buang, diperlukan katalis (penyimpanan) NOx khusus dengan komponen barium khusus. Selain komponen barium, katalis ini juga mengandung logam mulia seperti platina dan rhodium.
Katalis tiga arah mengubah nilai CO dan HC menjadi CO2 dan H2O seperti yang telah dijelaskan sebelumnya. NOx diubah oleh katalis NOx. Sensor suhu tambahan dan sensor NOx diperlukan untuk terus memantau nilainya.
Gambar di bawah menunjukkan sistem pembuangan seperti yang digunakan oleh VW, BMW (dan masih banyak lagi merek lain).
Gas NOx disimpan dalam keadaan dingin di katalis ini. Gas buang lainnya dapat melanjutkan perjalanannya melalui knalpot. Selama periode kaya oksigen, gas NOx disimpan dalam komponen barium. NOx terakumulasi (seperti jelaga yang disimpan dalam filter partikulat). Seiring waktu katalis menjadi jenuh. Saat itulah penuh dengan NOx. Katalis kemudian harus diregenerasi. Sensor NOx mengenali hal ini dan mengirimkan sinyal ke ECU. Pada saat ini campuran dibuat kaya, terutama untuk meregenerasi katalis NOx. Hal ini hanya terjadi ketika katalis NOx telah mencapai suhu 800 derajat (ini dicatat oleh sensor suhu dan juga diteruskan ke unit kendali mesin). Pengayaan sementara melepaskan CO tambahan. Dengan bantuan CO ini, konversi menjadi N2 + CO2 dapat terjadi melalui komponen platina dan rhodium. Setelah regenerasi, mesin akan kembali bekerja pada campuran lean hingga katalis kembali jenuh.
Kerusakan juga dapat terjadi pada sistem ini. Jika mobil hanya dikendarai untuk jarak pendek (yang berdampak buruk bagi keseluruhan mobil), katalis NOx tidak akan mampu mencapai suhu kerjanya. Begitu sudah jenuh (penuh), maka harus diregenerasi. Hanya jika sensor suhu terus mengukur suhu yang terlalu rendah, ECU tidak akan pernah memperkaya campuran. Jika katalis tidak berada pada suhu operasi, komponen platina dan rhodium belum dapat melakukan konversi. Pada saat ini lampu kerusakan mesin akan menyala dan penyebabnya akan terungkap saat mobil dipindai. Katalis kemudian akan diregenerasi dengan bantuan test cabinet atau brisk test drive. Oleh karena itu, yang terbaik adalah sesekali berkendara di jalur yang panjang (misalnya 50 km atau lebih di jalan raya) dan sebaiknya di jalur dengan kecepatan lebih tinggi. Katalis kemudian akan dengan mudah mencapai suhu kerjanya.
Saat ini, mesin diesel menggunakan Katalis SCR (Reduksi Katalitik Selektif). terapan. Katalis SCR ini juga menyimpan NOx, namun ada juga yang satu Sistem dosis AdBlue ditambahkan ke.
Penuaan dan penyebabnya:
- Bensin: Konverter katalitik tiga arah hanya dapat bekerja dengan bensin tanpa timbal. Jika bensin bertimbal diisi bahan bakar, ia akan menempel pada logam mulia dalam lapisan tipis, sehingga mengurangi kontak dengan gas buang dan setelah beberapa saat membuatnya tidak mungkin lagi. Reaksi kimia tidak dapat terjadi lagi. Katalisnya sekarang rusak dan harus diganti. Itu adalah hal yang mahal. Bensin bertimbal ditambahkan untuk mencapai batas ketukan tertentu. Karena sensor ketukan digunakan saat ini, timbal telah dihilangkan dari bahan bakar.
- Minyak juga berdampak buruk pada interior. Jika terdapat banyak kebocoran oli di sepanjang, misalnya ring piston, pemandu katup, atau turbo, banyak oli yang dapat masuk ke catalytic converter. Minyak juga menyebabkan lapisan menempel pada logam mulia, yang kemudian kehilangan efektivitasnya.
- Berkendara jarak pendek: Dengan berkendara dalam jarak pendek, katalis jarang atau tidak pernah mencapai suhu kerjanya. Residu HC (bensin) yang tidak terbakar menempel pada permukaan keramik. Jika dikendarai dalam jarak jauh, residu HC tersebut tetap terbakar. Jika Anda terus mengemudikannya untuk jarak pendek, residu HC ini juga akan menempel di interior, menyebabkan katalis kehilangan efektivitasnya seiring berjalannya waktu.
Sensor lambda kedua (sensor lompat) sering mengukur apakah katalis telah mengubah gas dengan benar. Jika katalis menua atau interiornya rusak, sensor lambda kedua ini akan mengukurnya. Lampu kesalahan kemudian akan menyala di dasbor. Mengganti katalis kemudian diperlukan. Informasi lebih lanjut tentang sensor lambda dapat ditemukan di halaman Sensor Lambda.
