Temos:
- Bendras
- Trijų krypčių / oksidacijos katalizatoriaus veikimas
- Darbinės temperatūros
- NOx katalizatoriaus veikimas
- Senėjimas ir jo priežastys
Bendrieji:
Katalizatoriaus pavadinimas kilęs iš graikų kalbos žodžio Katalysis (kuris reiškia ištirpimą). Katalizatorius buvo būtinas nuo 1992 m. pabaigos, kad atitiktų aplinkosaugos reikalavimus. Išmetamosiose dujose yra kenksmingų medžiagų: CO (anglies monoksido), NOx (azoto oksido) ir CH (nesudegusio angliavandenilio). Šios medžiagos yra (oksiduojamos) į nekenksmingas medžiagas. Iš čia kilo pavadinimas Oksidacijos katalizatorius.
Chemijoje katalizatorius yra medžiaga, kuri išprovokuoja cheminę reakciją ir ją pagreitina arba sulėtina, nepatiriant jokių pokyčių.
Trijų krypčių / oksidacijos katalizatoriaus veikimas:
Katalizatorius nėra filtras, bet gali būti vertinamas kaip konversijos elementas, į kurį įdėta tauriųjų metalų, tokių kaip platina, rodis ar paladis. Jei išmetamosios dujos susiliečia su juo, įvyksta labai greita cheminė reakcija. Kenksmingų dujų molekulės suskaidomos ir sujungiamos su kitomis molekulėmis, todėl susidaro nekenksmingos dujos. Katalizatorius gali išvalyti išmetamąsias dujas 90%. Tačiau tai daroma didesnio suvartojimo ir mažesnės galios sąskaita. Taip yra todėl, kad jis sukuria tam tikrą oro pasipriešinimą išmetimo kelyje.
Išmetamosiose dujose esančios medžiagos:
- CO2: anglies dioksidas (kenksminga aplinkai, žmonėms ir gyvūnams, esant didelėms koncentracijoms)
- CO: anglies monoksidas (nevisiškai sudegusios dujos, taip pat kenksmingos sveikatai)
- CH: angliavandeniliai (nesudegusios benzino dalys)
- O2: deguonies dalys (kurios nedalyvavo degime)
- NOx: azoto junginys (kuris susidaro tik esant labai aukštai degimo temperatūrai.
Katalizatorius paverčia 3 kenksmingus komponentus CO, HC ir NOx į 3 nekenksmingus komponentus: CO2, H2O ir N2. Iš čia taip pat kilęs trijų krypčių katalizatoriaus pavadinimas.
Norint į katalizatorių pridėti O2 ir CO, kad įvyktų konversija, reikia sureguliuoti variklio įpurškimo būdą. Kad susidarytų O2, mišinys turi būti liesas (mažiau degalų, daugiau oro). Kad susidarytų CO, mišinys turi būti turtingas (daugiau degalų, mažiau oro). Pastarasis netaikomas lieso mišinio varikliams, žr. skyrių apie NOx katalizatorių toliau puslapyje.
Visada įpurškiant šiek tiek per daug ir šiek tiek per mažai degalų į cilindrus, visada sukuriamas sodrus ir liesas mišinys. Taigi CO ir O2 perteklius patenka į katalizatorių. Katalizatoriuje platina reaguoja su CO ir HC. Rodis užtikrina NOx mažinimą. Tai taip pat paaiškina, kodėl matuojant lambda jutiklį, matuojama kintanti įtampa. Ten įtampa svyruoja nuo 0,2 iki 0,8 V (nuo vargšo iki turtingo ir pan.) Automobilio variklio valdymo sistema (ECU) tai reguliuoja pati. Taigi nieko nereikia koreguoti.
| Kenksminga medžiaga: | Pridėti iš: | Rezultatai: |
| CO+ | O2 = | CO2 |
| HC+ | O2 = | CO2 + H2O |
| NOx+ | CO = | N2 + CO2 |
Norint į katalizatorių pridėti O2 ir CO, kad įvyktų konversija, reikia sureguliuoti variklio įpurškimo būdą. Kad susidarytų O2, mišinys turi būti liesas (mažiau degalų, daugiau oro). Kad susidarytų CO, mišinys turi būti turtingas (daugiau degalų, mažiau oro). Pastarasis netaikomas lieso mišinio varikliams, žr. skyrių apie NOx katalizatorių toliau puslapyje.
Visada įpurškiant šiek tiek per daug ir šiek tiek per mažai degalų į cilindrus, visada sukuriamas sodrus ir liesas mišinys. Taigi CO ir O2 perteklius patenka į katalizatorių. Katalizatoriuje platina reaguoja su CO ir HC. Rodis užtikrina NOx mažinimą. Tai taip pat paaiškina, kodėl matuojama kintanti įtampa, kai lambda jutiklis yra matuojamas. Ten įtampa svyruoja nuo 0,2 iki 0,8 V (nuo vargšo iki turtingo ir pan.) Automobilio variklio valdymo sistema (ECU) tai reguliuoja pati. Taigi nieko nereikia koreguoti.
Aukščiau pateiktoje lentelėje matyti, kad visos medžiagos, be kita ko, paverčiamos CO2. CO2 dabar vertinamas kaip medžiaga, kuri yra pavojinga aplinkai ir atsakinga už visuotinį atšilimą. Tačiau žmogus iškvepia ir CO2. Medžiai ir augalai jį paverčia atgal į O2 (deguonį). Per didelis CO2 kiekis turi žalingą poveikį. Medžių ir augalų yra mažuma ir jie negali visko paversti O2. Degimo varikliams CO2 kiekis turi būti kuo didesnis. Tai skamba beprotiškai, nes jūs manote, kad tai bus kuo mažesnė. Reikalas toks; kuo didesnis CO2 kiekis, tuo mažiau CO ir HC išsiskiria. Įkvėpti CO ir HC yra tiesiogiai kenksmingi sveikatai. Vienintelis būdas sumažinti CO2 kiekį – pereiti prie alternatyvių degalų, mažesnių (taupesnių) vidaus degimo variklių ir tylesnio važiavimo.
Darbinės temperatūros:
Naudingas katalizatoriaus poveikis prasideda nuo 250 laipsnių temperatūros ir yra didžiausias esant 450 laipsnių temperatūrai. Užvedus variklį praeina šiek tiek laiko, kol prasidės valymo efektas. Katalizatorius montuojamas kuo arčiau išmetimo kolektoriaus, nes greičiau pasiekia darbinę temperatūrą. Išmetamųjų dujų temperatūra nuo 800 iki 1000 laipsnių užtikrina greitesnį terminį senėjimą, o tai sutrumpina tarnavimo laiką ir dėl to sumažina aktyvaus paviršiaus plotą.
Taip pat yra katalizatorių su kaitinimo elementu, kuris užtikrina, kad katalizatorius po šalto užvedimo dar greičiau pasiektų temperatūrą. Tai gali reguliuoti dar greičiau po to, kai variklis buvo įjungtas, todėl išmetamosios dujos bus švaresnės
Norėdami kuo greičiau sušildyti katalizatorių po šalto užvedimo, a antrinis oro siurblys.
NOx katalizatoriaus veikimas:
Anksčiau buvo paaiškinta, kad katalizatorius gali sumažinti NOx, kai išmetamosiose dujose gaunamas papildomas CO. Taip galima tik padaryti mišinį sodresnį. „Volkswagen“ (FSI) ir BMW (Efficient Dynamics), be kita ko, varikliuose su liesu mišiniu, varikliai visada dirba mišiniu su oro pertekliumi, esant dalinei apkrovai ir mažu greičiu (t. Todėl naudojant įprastą trijų krypčių katalizatorių NOx neįmanoma paversti N2 + CO2. Norint pašalinti NOx iš išmetamųjų dujų, reikalingas specialus NOx (saugojimo) katalizatorius su specialiu bario komponentu. Be bario komponento, šiame katalizatoriuje taip pat yra tauriųjų metalų, tokių kaip platina ir rodis.
Trijų krypčių katalizatorius paverčia CO ir HC vertes į CO2 ir H2O, kaip aprašyta anksčiau. NOx paverčiamas NOx katalizatoriumi. Norint nuolat stebėti vertes, reikalingi papildomi temperatūros jutikliai ir NOx jutiklis.
Žemiau esančiame paveikslėlyje parodyta išmetimo sistema, naudojama VW, BMW (ir vis daugiau kitų markių).
Šiame katalizatoriuje NOx dujos laikomos šaltoje būsenoje. Kitos išmetamosios dujos gali tęsti savo kelią pro išmetamąsias dujas. Per laikotarpį, kuriame gausu deguonies, NOx dujos yra saugomos bario komponente. NOx kaupiasi (kaip suodžiai kaupiasi kietųjų dalelių filtre). Laikui bėgant katalizatorius prisotinamas. Tai yra momentas, kai jis pilnas NOx. Tada katalizatorius turi būti regeneruotas. NOx jutiklis tai atpažįsta ir siunčia signalą į ECU. Šiuo metu mišinys tampa turtingas, ypač siekiant regeneruoti NOx katalizatorių. Taip nutinka tik NOx katalizatoriui pasiekus 800 laipsnių temperatūrą (tai užfiksuoja temperatūros jutiklis ir taip pat perduodama variklio valdymo blokui). Laikinas sodrinimas išskiria papildomo CO. Šio CO pagalba per platinos ir rodžio komponentus gali įvykti konversija į N2 + CO2. Po regeneracijos variklis vėl dirbs liesu mišiniu, kol katalizatorius vėl bus prisotintas.
Su šia sistema taip pat gali kilti gedimų. Jei automobiliu važiuojama tik trumpus atstumus (tai yra blogai visam automobiliui), NOx katalizatorius negalės pasiekti savo darbinės temperatūros. Kai tik jis bus prisotintas (pilnas), jį reikės regeneruoti. Tik jei temperatūros jutiklis ir toliau matuoja per žemą temperatūrą, ECU niekada nepraturtins mišinio. Jei katalizatorius nėra darbinės temperatūros, platinos ir rodžio komponentai dar negali atlikti konversijos. Šiuo metu užsidegs variklio gedimo lemputė, o priežastis bus atskleista nuskaitant automobilį. Tada katalizatorius bus regeneruojamas naudojant bandymo spintelę arba greitą bandomąjį važiavimą. Todėl geriausia retkarčiais važiuoti ilgą ruožą (pvz., 50 km ar daugiau greitkelyje), o geriausia – didesniu greičiu. Tada katalizatorius lengvai pasieks savo darbinę temperatūrą.
Šiais laikais dyzeliniai varikliai naudoja SCR (Selective Catalytic Reduction) katalizatorius taikomos. Šis SCR katalizatorius taip pat kaupia NOx, bet yra ir vienas AdBlue dozavimo sistema pridėtas prie.
Senėjimas ir jo priežastys:
- Benzinas: trijų krypčių katalizinis konverteris gali veikti tik su bešviniu benzinu. Jei pildomas benzinas su švinu, jis plonu sluoksniu prilimpa prie tauriojo metalo, todėl sumažėja sąlytis su išmetamosiomis dujomis ir po kurio laiko tai tampa nebeįmanoma. Tada cheminė reakcija nebegali vykti. Katalizatorius neveikia ir turi būti pakeistas. Tai brangus reikalas. Kad pasiektų tam tikrą detonacijos ribą, buvo pilamas švino turintis benzinas. Kadangi šiais laikais naudojami trankymo jutikliai, iš kuro pašalintas švinas.
- Aliejus taip pat pražūtingai veikia interjerą. Jei daug alyvos nuteka išilgai, pavyzdžiui, stūmoklio žiedų, vožtuvų kreiptuvų ar turbo, daug alyvos gali patekti į katalizatorių. Aliejus taip pat pritraukia sluoksnį prie tauriojo metalo, kuris vėliau praranda savo efektyvumą.
- Važiuojant trumpus atstumus: važiuojant daug trumpų atstumų, katalizatorius retai arba niekada nepasiekia darbinės temperatūros. Nesudegusios HC (benzino) likučiai prilimpa prie keraminio paviršiaus. Jei važiuojama ilgą atstumą, šie HC likučiai vis tiek sudeginami. Jei ir toliau juo važiuosite trumpus atstumus, šie HC likučiai taip pat prilips prie vidaus, todėl laikui bėgant katalizatorius praras savo efektyvumą.
Antrasis lambda jutiklis (šuolio jutiklis) dažnai matuoja, ar katalizatorius tinkamai konvertavo dujas. Jei katalizatorius sensta arba yra sugedęs vidus, šis antrasis lambda jutiklis tai išmatuos. Tada prietaisų skydelyje užsidegs gedimo lemputė. Tada reikia pakeisti katalizatorių. Daugiau informacijos apie lambda jutiklį rasite puslapyje Lambda zondas.
