Subiecte:
- General
- Funcționare cu trei căi/catalizator de oxidare
- Temperaturi de lucru
- Funcționarea catalizatorului NOx
- Îmbătrânirea și cauzele ei
General:
Numele de catalizator provine inițial de la cuvântul grecesc Katalysis (care înseamnă dizolvare). Un catalizator a fost necesar de la sfârșitul anului 1992 pentru a îndeplini cerințele de mediu. Gazele de eșapament conțin substanțe nocive: CO (monoxid de carbon), NOx (oxid de azot) și CH (hidrocarbură nearse). Aceste substante sunt (oxidate) in substante nedaunatoare. De aici și numele de catalizator de oxidare.
În chimie, un catalizator este o substanță care provoacă o reacție chimică și o accelerează sau o încetinește fără a suferi nicio modificare.
Funcționare cu trei căi/catalizator de oxidare:
Un catalizator nu este un filtru, ci poate fi văzut ca un element de conversie în care au fost adăugate metale prețioase precum platina, rodiul sau paladiul. Dacă gazele de eșapament intră în contact cu acesta, are loc o reacție chimică foarte rapidă. Moleculele gazelor dăunătoare sunt descompuse și legate cu alte molecule, rezultând un gaz nedăunător. Catalizatorul este capabil să purifice gazele de eșapament cu 90%. Cu toate acestea, acest lucru vine în detrimentul unui consum mai mare și al unei puteri mai mici. Acest lucru se datorează faptului că creează o anumită rezistență a aerului în calea de evacuare.
Substante din gazele de evacuare:
- CO2: dioxid de carbon (dăunător pentru mediu, oameni și animale în concentrații mari)
- CO: monoxid de carbon (gaz ars incomplet, de asemenea dăunător pentru sănătate)
- CH: Hidrocarburi (piese de benzină nearse)
- O2: părți de oxigen (care nu au participat la ardere)
- NOx: Compus de azot (care se formează numai la temperaturi de ardere foarte ridicate.
Catalizatorul transformă cele 3 componente nocive CO, HC și NOx în 3 componente inofensive: CO2, H2O și N2. De aici provine și numele de catalizator cu trei căi.
Pentru a adăuga O2 și CO la catalizator, astfel încât conversia să poată avea loc, modelul de injecție al motorului trebuie ajustat. Pentru a forma O2 amestecul trebuie să fie slab (mai puțin combustibil, mai mult aer). Pentru a forma CO, amestecul trebuie să fie bogat (mai mult combustibil, mai puțin aer). Acesta din urmă nu este cazul motoarelor cu amestec slab, vezi capitolul catalizator NOx mai jos pe pagină.
Injectând întotdeauna puțin prea mult și puțin prea puțin combustibil în cilindri, se creează întotdeauna un amestec bogat și slab. Surplusurile de CO și O2 ajung astfel în catalizator. În catalizator, platina reacționează cu CO și HC. Rodiul asigură reducerea NOx. Acest lucru explică și de ce se măsoară o tensiune variabilă atunci când se măsoară la senzorul Lambda. Acolo, tensiunea variază între 0,2 și 0,8 volți (de la sărac la bogat etc.) Sistemul de management al motorului mașinii (ECU) reglează singur acest lucru. Deci nimic nu trebuie ajustat.
| Substanță nocivă: | Adăugați de la: | Rezultate în: |
| CO+ | O2 = | CO2 |
| HC+ | O2 = | CO2 + H2O |
| NOx+ | CO = | N2 + CO2 |
Pentru a adăuga O2 și CO la catalizator, astfel încât conversia să poată avea loc, modelul de injecție al motorului trebuie ajustat. Pentru a forma O2 amestecul trebuie să fie slab (mai puțin combustibil, mai mult aer). Pentru a forma CO, amestecul trebuie să fie bogat (mai mult combustibil, mai puțin aer). Acesta din urmă nu este cazul motoarelor cu amestec slab, vezi capitolul catalizator NOx mai jos pe pagină.
Injectând întotdeauna puțin prea mult și puțin prea puțin combustibil în cilindri, se creează întotdeauna un amestec bogat și slab. Surplusurile de CO și O2 ajung astfel în catalizator. În catalizator, platina reacționează cu CO și HC. Rodiul asigură reducerea NOx. Acest lucru explică, de asemenea, de ce se măsoară o tensiune variabilă atunci când senzor lambda se măsoară. Acolo, tensiunea variază între 0,2 și 0,8 volți (de la sărac la bogat etc.) Sistemul de management al motorului mașinii (ECU) reglează singur acest lucru. Deci nimic nu trebuie ajustat.
Ceea ce se poate vedea în tabelul de mai sus este că toate substanțele sunt transformate în CO2, printre altele. CO2 este acum văzut ca o substanță periculoasă pentru mediu și responsabilă pentru încălzirea globală. Cu toate acestea, o persoană expiră și CO2. Acesta este convertit înapoi în O2 (oxigen) de către copaci și plante. Prea mult CO2 are un efect nociv. Copacii și plantele sunt în minoritate și nu sunt capabili să transforme totul în O2. Pentru motoarele cu ardere, conținutul de CO2 ar trebui să fie cât mai mare posibil. Sună nebunesc, pentru că ai crede că acest lucru ar fi menținut cât mai jos posibil. Chestia este cam așa; cu cât este mai mare conținutul de CO2, cu atât se eliberează mai puțin CO și HC. CO și HC sunt dăunătoare direct pentru sănătate atunci când sunt inhalate. Singura modalitate de a reduce nivelul de CO2 este trecerea la combustibili alternativi, motoare cu ardere mai mici (mai economice) și conducere mai silențioasă.
Temperaturi de lucru:
Efectul util al catalizatorului începe de la o temperatură de 250 de grade și este maxim la o temperatură de 450 de grade. După pornirea motorului, durează ceva timp înainte ca efectul de purificare să înceapă. Convertorul catalitic este montat cât mai aproape de galeria de evacuare, deoarece atinge temperatura de lucru mai repede. Temperaturile gazelor de eșapament între 800 și 1000 de grade asigură o îmbătrânire termică mai rapidă, care scurtează durata de viață și, prin urmare, reduce suprafața activă.
Există și convertoare catalitice cu element de încălzire care asigură că catalizatorul atinge temperatura și mai repede după o pornire la rece. Acest lucru se poate regla și mai rapid după ce motorul a fost pornit, rezultând gaze de eșapament mai curate
Pentru a încălzi catalizatorul cât mai repede posibil după o pornire la rece, a pompa de aer secundara.
Funcționarea catalizatorului NOx:
S-a explicat anterior că NOx poate fi redus de catalizator prin obținerea de CO suplimentar în gazele de eșapament. Acest lucru este posibil doar pentru a face amestecul mai bogat. La motoarele cu amestec slab de la Volkswagen (FSI) și BMW (Efficient Dynamics), printre altele, motoarele funcționează întotdeauna cu un amestec cu un surplus de aer la sarcină parțială și la turații mici (adică slab și niciodată bogat). Prin urmare, cu un catalizator normal cu trei căi, este imposibil să se transforme NOx în N2 + CO2. Pentru a elimina NOx-ul din gazele de evacuare, este necesar un catalizator special de NOx (de stocare) cu o componentă specială de bariu. Pe lângă componenta de bariu, acest catalizator conține și metale prețioase precum platina și rodiul.
Catalizatorul cu trei căi convertește valorile CO și HC în CO2 și H2O așa cum s-a descris mai devreme. NOx-ul este transformat de catalizatorul NOx. Sunt necesari senzori suplimentari de temperatura si un senzor NOx pentru a monitoriza constant valorile.
Imaginea de mai jos prezintă un sistem de evacuare așa cum este folosit de VW, BMW (și tot mai multe alte mărci).
Gazele NOx sunt stocate în stare rece în acest catalizator. Celelalte gaze de evacuare își pot continua drumul prin evacuare. În perioada bogată în oxigen, gazele NOx sunt stocate în componenta de bariu. NOx-ul se acumulează (la fel cum funinginea este stocată într-un filtru de particule). În timp, catalizatorul devine saturat. Acesta este momentul în care este plin de NOx. Catalizatorul trebuie apoi regenerat. Senzorul NOx recunoaște acest lucru și trimite un semnal către ECU. În acest moment amestecul este îmbogățit, în special pentru a regenera catalizatorul NOx. Acest lucru se întâmplă doar atunci când catalizatorul de NOx a atins o temperatură de 800 de grade (aceasta este înregistrată de senzorul de temperatură și transmisă și unității de control al motorului). Îmbogățirea temporară eliberează CO suplimentar. Cu ajutorul acestui CO, poate avea loc o conversie în N2 + CO2 prin componentele de platină și rodiu. După regenerare, motorul va funcționa din nou cu un amestec slab până când catalizatorul este din nou saturat.
La acest sistem pot apărea defecțiuni. Dacă mașina este condusă doar pe distanțe scurte (ceea ce este rău pentru întreaga mașină), catalizatorul de NOx nu va putea atinge temperatura de lucru. Imediat ce este saturat (plin), va trebui regenerat. Numai dacă senzorul de temperatură continuă să măsoare o temperatură prea scăzută, ECU nu va îmbogăți niciodată amestecul. Dacă catalizatorul nu este la temperatura de funcționare, componentele de platină și rodiu nu pot efectua încă o conversie. În acest moment, ledul de eroare a motorului se va aprinde și cauza va fi dezvăluită atunci când mașina este scanată. Catalizatorul va fi apoi regenerat cu ajutorul cabinetului de testare sau a unui test de conducere rapid. Prin urmare, cel mai bine este să conduceți ocazional o porțiune lungă (de exemplu, 50 km sau mai mult pe autostradă) și, de preferință, o porțiune la o viteză mai mare. Catalizatorul va atinge cu ușurință temperatura de lucru.
În zilele noastre, motoarele diesel folosesc catalizator SCR (reducere catalitică selectivă). aplicat. Acest catalizator SCR stochează și NOx, dar există și unul Sistem de dozare AdBlue adăugat la.
Îmbătrânirea și cauzele sale:
- Benzină: Un convertor catalitic cu trei căi poate funcționa numai cu benzină fără plumb. Dacă se alimentează benzina cu plumb, aceasta aderă la metalul prețios într-un strat subțire, ceea ce reduce contactul cu gazele de eșapament și după un timp chiar îl face imposibil. Atunci nu mai poate avea loc o reacție chimică. Catalizatorul este acum defect și trebuie înlocuit. Este o chestiune costisitoare. S-a adăugat benzină cu plumb pentru a atinge o anumită limită de detonare. Deoarece senzorii de detonare sunt folosiți în zilele noastre, plumbul a fost îndepărtat din combustibil.
- Uleiul are, de asemenea, un efect devastator asupra interiorului. Dacă există o mulțime de scurgeri de ulei de-a lungul, de exemplu, segmentele pistonului, ghidajele supapelor sau turbo, o mulțime de ulei poate ajunge în convertorul catalitic. De asemenea, uleiul face ca un strat să adere la metalul prețios, care apoi își pierde eficacitatea.
- Conducerea pe distanțe scurte: prin parcurgerea multor distanțe scurte, catalizatorul atinge rar sau niciodată temperatura de lucru. Reziduurile nearse de HC (benzină) aderă la suprafața ceramică. Dacă este condus pe o distanță lungă, aceste reziduuri de HC sunt încă arse. Dacă continuați să îl conduceți pe distanțe scurte, aceste reziduuri de HC vor adera și la interior, determinând ca catalizatorul să-și piardă eficacitatea în timp.
Al doilea senzor lambda (senzorul de salt) măsoară adesea dacă catalizatorul a convertit gazele în mod corespunzător. Dacă catalizatorul îmbătrânește sau dacă interiorul este defect, acest al doilea senzor lambda va măsura acest lucru. O lumină de eroare se va aprinde apoi pe tabloul de bord. Atunci este necesară înlocuirea catalizatorului. Mai multe informații despre senzorul lambda găsiți pe pagină Sonda lambda.
