hvati

Viðfangsefni:

General
Þríhliða/oxunarhvataaðgerð
Vinnuhitastig
Notkun NOx hvata
Öldrun og orsakir hennar

Almennt:
Nafnið Catalyst kemur upphaflega frá gríska orðinu Katalysis (sem þýðir upplausn). Hvati hefur verið nauðsynlegur frá árslokum 1992 til að uppfylla umhverfiskröfur. Útblástursloft inniheldur skaðleg efni: CO (kolmónoxíð), NOx (köfnunarefnisoxíð) og CH (óbrennt kolvetni). Þessi efni eru (oxuð) í ekki skaðleg efni. Þaðan kemur nafnið Oxidation Catalyst.
Í efnafræði er hvati efni sem framkallar efnahvörf og hraðar þeim eða hægir á þeim án þess að sjálft breytist.

Þríhliða/oxunarhvataaðgerð:
Hvati er ekki sía, heldur má líta á hann sem umbreytingarþátt þar sem góðmálmum eins og platínu, ródíum eða paladíum hefur verið bætt við. Ef útblástursloftið kemst í snertingu við það verða mjög hröð efnahvörf. Sameindir skaðlegra lofttegunda eru niðurbrotnar og tengdar öðrum sameindum sem leiðir til óskaðlegra lofttegunda. Hvatinn er fær um að hreinsa útblásturslofttegundirnar um 90%. Hins vegar kemur þetta á kostnað meiri eyðslu og minni afl. Þetta er vegna þess að það skapar ákveðna loftmótstöðu í útblástursleiðinni.

Efni í útblásturslofti:

CO2: Koltvísýringur (skaðlegt umhverfinu, mönnum og dýrum í háum styrk)
CO: Kolmónoxíð (ófullkomið brennt gas, einnig heilsuspillandi)
CH: Kolvetni (óbrenndir bensínhlutar)
O2: Súrefnishlutar (sem tóku ekki þátt í brennslu)
NOx: Köfnunarefnisefnasamband (sem myndast aðeins við mjög hátt brunahitastig.

Hvatinn breytir 3 skaðlegu efnisþáttunum CO, HC og NOx í 3 skaðlausa þætti: CO2, H2O og N2. Nafnið þríhliða hvati kemur einnig héðan.

Til að bæta O2 og CO í hvata þannig að umbreytingin geti átt sér stað þarf að stilla innspýtingarmynstur vélarinnar. Til að mynda O2 þarf blandan að vera magur (minna eldsneyti, meira loft). Til að mynda CO þarf blandan að vera rík (meira eldsneyti, minna loft). Hið síðarnefnda er ekki tilfellið með vélar með magrar blöndur, sjá kaflann um NOx hvata neðar á síðunni.
Með því að sprauta alltaf aðeins of miklu og aðeins of litlu eldsneyti í strokkana verður alltaf til rík og magur blanda. Umframmagn CO og O2 endar þannig í hvatanum. Í hvatanum hvarfast platínan við CO og HC. Ródíumið tryggir minnkun NOx. Þetta útskýrir líka hvers vegna breytileg spenna mælist þegar mælt er á lambdaskynjaranum. Þar er spennan breytileg á milli 0,2 og 0,8 Volt (frá fátækum til ríkra o.s.frv.) Vélastýringarkerfi bílsins (ECU) stjórnar þessu sjálft. Það þarf því ekkert að laga.

Skaðlegt efni:	Bæta við frá:	Úrslit í:
CO+	O2 =	CO2
HC+	O2 =	CO2 + H2O
NOx+	CO =	N2 + CO2

Til að bæta O2 og CO í hvata þannig að umbreytingin geti átt sér stað þarf að stilla innspýtingarmynstur vélarinnar. Til að mynda O2 þarf blandan að vera magur (minna eldsneyti, meira loft). Til að mynda CO þarf blandan að vera rík (meira eldsneyti, minna loft). Hið síðarnefnda er ekki tilfellið með vélar með magrar blöndur, sjá kaflann um NOx hvata neðar á síðunni.
Með því að sprauta alltaf aðeins of miklu og aðeins of litlu eldsneyti í strokkana verður alltaf til rík og magur blanda. Umframmagn CO og O2 endar þannig í hvatanum. Í hvatanum hvarfast platínan við CO og HC. Ródíumið tryggir minnkun NOx. Þetta útskýrir líka hvers vegna breytileg spenna er mæld þegar lambdaskynjari er verið að mæla. Þar er spennan breytileg á milli 0,2 og 0,8 Volt (frá fátækum til ríkra o.s.frv.) Vélastýringarkerfi bílsins (ECU) stjórnar þessu sjálft. Það þarf því ekkert að laga.

Það sem sést í töflunni hér að ofan er að efnunum er meðal annars öllum breytt í CO2. Nú er litið á CO2 sem efni sem er hættulegt umhverfinu og ábyrgt fyrir hlýnun jarðar. Hins vegar andar einstaklingur líka frá sér CO2. Þessu er breytt aftur í O2 (súrefni) af trjám og plöntum. Of mikið CO2 hefur skaðleg áhrif. Trén og plönturnar eru í minnihluta og geta ekki breytt öllu í O2. Fyrir brunahreyfla ætti CO2 innihaldið að vera eins hátt og mögulegt er. Það hljómar brjálað, því maður myndi halda að þessu yrði haldið eins lágt og hægt er. Málið er svona; því hærra sem CO2 innihaldið er, því minna losnar af CO og HC. CO og HC eru beinlínis skaðleg heilsu við innöndun. Eina leiðin til að minnka koltvísýringsmagn er með því að skipta yfir í annað eldsneyti, smærri (hagkvæmari) brunahreyfla og hljóðlátari akstur.

Vinnuhitastig:
Gagnleg áhrif hvatans byrja frá 250 gráðu hita og er hámark við 450 gráðu hita. Eftir að vélin er ræst tekur smá stund áður en hreinsunaráhrifin hefjast. Hvafakúturinn er festur eins nálægt útblástursgreininni og hægt er, því hann nær vinnuhitastigi fyrr. Útblásturshiti á bilinu 800 til 1000 gráður tryggir hraðari hitaöldrun, sem styttir líftímann og minnkar því virka yfirborðið.
Einnig eru til hvarfakútar með hitaeiningu sem tryggir að hvatinn nær enn hraðar hita eftir kaldræsingu. Þetta getur síðan stillt sig enn hraðar eftir að kveikt hefur verið á vélinni, sem leiðir til hreinnar útblásturslofts

Til að hita hvatann upp eins fljótt og auðið er eftir kaldræsingu, a aukaloftdæla.

Notkun NOx hvata:
Áður var útskýrt að hægt er að minnka NOx með hvatanum með því að fá auka CO í útblástursloftið. Þetta er aðeins hægt til að gera blönduna ríkari. Í blönduðum vélum Volkswagen (FSI) og BMW (Efficient Dynamics), meðal annars, ganga vélarnar alltaf fyrir blöndu með ofgnótt af lofti í hlutahleðslu og lágum hraða (þ. Með venjulegum þríhliða hvata er því ómögulegt að breyta NOx í N2 + CO2. Til að fjarlægja NOx úr útblástursloftunum þarf sérstakan NOx (geymslu) hvata með sérstökum baríumhluta. Til viðbótar við baríumþáttinn inniheldur þessi hvati einnig góðmálma eins og platínu og ródín.
Þríhliða hvatinn breytir CO og HC gildunum í CO2 og H2O eins og áður hefur verið lýst. NOx er umbreytt með NOx hvatanum. Viðbótarhitaskynjara og NOx-skynjara þarf til að fylgjast stöðugt með gildunum.
Myndin hér að neðan sýnir útblásturskerfi eins og það er notað af VW, BMW (og fleiri og fleiri öðrum vörumerkjum).

NOx lofttegundirnar eru geymdar í köldu ástandi í þessum hvata. Hinar útblásturslofttegundirnar geta haldið áfram leið sinni í gegnum útblásturinn. Á súrefnisríka tímabilinu eru NOx lofttegundirnar geymdar í baríumhlutanum. NOx safnast fyrir (alveg eins og sót er geymt í agnasíu). Með tímanum verður hvatinn mettaður. Það er augnablikið þegar það er fullt af NOx. Þá þarf að endurnýja hvatann. NOx skynjarinn greinir þetta og sendir merki til ECU. Á þessum tíma er blandan auðguð, sérstaklega til að endurnýja NOx hvata. Þetta gerist aðeins þegar NOx hvatinn hefur náð 800 gráðu hita (þetta er skráð af hitaskynjara og einnig skilað áfram til vélstjórnareiningarinnar). Tímabundin auðgun losar aukalega CO. Með hjálp þessa CO getur umbreyting í N2 + CO2 átt sér stað í gegnum platínu- og ródíumhlutana. Eftir endurnýjun mun vélin ganga aftur á magri blöndu þar til hvatinn er mettaður aftur.
Bilanir geta einnig átt sér stað með þessu kerfi. Ef bílnum er aðeins ekið stuttar vegalengdir (sem er slæmt fyrir allan bílinn) nær NOx hvatinn ekki vinnuhita. Um leið og það er mettað (fullt) verður það að endurnýjast. Aðeins ef hitaskynjarinn heldur áfram að mæla hitastig sem er of lágt mun ECU aldrei auðga blönduna. Ef hvatinn er ekki við vinnuhitastig geta platínu- og ródíumhlutarnir ekki enn haft áhrif á umbreytingu. Á þessum tíma mun vélarbilunarljósið kvikna og orsökin kemur í ljós þegar bíllinn er skannaður. Hvatinn verður síðan endurnýjaður með hjálp prófunarskápsins eða hröðum reynsluakstri. Það er því best að aka af og til langa leið (t.d. 50 km eða meira á þjóðveginum) og helst á meiri hraða. Hvatinn mun þá auðveldlega ná vinnuhitastigi.

Nú á dögum nota dísilvélar SCR (Selective Catalytic Reduction) hvati beitt. Þessi SCR hvati geymir einnig NOx, en það er líka einn AdBlue skammtakerfi bætt við.

Öldrun og orsakir hennar:

Bensín: Þríhliða hvarfakútur getur aðeins unnið með blýlausu bensíni. Ef blýbensín er fyllt á eldsneyti festist það við eðalmálmin í þunnu lagi sem dregur úr snertingu við útblástursloftið og gerir það jafnvel ómögulegt eftir nokkurn tíma. Efnahvarf getur þá ekki lengur átt sér stað. Hvatinn er nú ekki í lagi og þarf að skipta um hann. Það er dýrt mál. Blýbensíni var bætt við til að ná ákveðnum höggmörkum. Þar sem höggskynjarar eru notaðir nú á dögum hefur blý verið fjarlægt úr eldsneytinu.
Olía hefur líka hrikaleg áhrif á innréttinguna. Ef það er mikill olíuleki meðfram t.d. stimplahringunum, ventulstýringum eða túrbónum getur mikil olía endað í hvarfakútnum. Olían verður líka til þess að lag festist við eðalmálminn sem tapar þá virkni sinni.
Akstur stuttar vegalengdir: Með því að aka margar stuttar vegalengdir nær hvatinn sjaldan eða aldrei vinnuhita. Óbrenndu HC (bensín) leifar festast við keramik yfirborðið. Ef það er ekið um langa vegalengd brennast þessar HC leifar samt. Ef þú heldur áfram að keyra hann stuttar vegalengdir munu þessar HC leifar einnig festast við innréttinguna, sem veldur því að hvatinn tapar virkni sinni með tímanum.

Seinni lambdaskynjarinn (stökkskynjarinn) mælir oft hvort hvatinn hafi umbreytt lofttegundunum rétt. Ef hvatinn eldist eða ef innréttingin er gölluð mun þessi annar lambdaskynjari mæla þetta. Bilunarljós mun þá kvikna á mælaborðinu. Þá er nauðsynlegt að skipta um hvata. Frekari upplýsingar um lambdaskynjarann má finna á síðunni Lambdaskynjari.