denekler:
- Genel
- Üç yollu/oksidasyon katalizörü çalışması
- Çalışma sıcaklıkları
- NOx katalizörünün çalışması
- Yaşlanma ve nedenleri
Genel:
Katalizör ismi orijinal olarak Yunanca Kataliz (çözünme anlamına gelen) kelimesinden gelmektedir. Çevresel gereklilikleri karşılamak için 1992'nin sonundan beri bir katalizöre ihtiyaç duyulmuştur. Egzoz gazları zararlı maddeler içerir: CO (karbon monoksit), NOx (nitrojen oksit) ve CH (yanmamış hidrokarbon). Bu maddeler zararlı olmayan maddelere (oksitlenir) dönüşür. Bu nedenle Oksidasyon Katalizörü adı verilmiştir.
Kimyada katalizör, kendisi herhangi bir değişikliğe uğramadan kimyasal bir reaksiyonu tetikleyen ve onu hızlandıran veya yavaşlatan bir maddedir.
Üç yollu/oksidasyon katalizörünün çalışması:
Katalizör bir filtre değildir ancak platin, rodyum veya paladyum gibi değerli metallerin eklendiği bir dönüşüm elemanı olarak görülebilir. Egzoz gazları onunla temas ederse çok hızlı bir kimyasal reaksiyon meydana gelir. Zararlı gazların molekülleri ayrışarak diğer moleküllerle birleşerek zararsız bir gaz ortaya çıkar. Katalizör egzoz gazlarını %90 oranında temizleme kapasitesine sahiptir. Ancak bu, daha yüksek tüketim ve daha düşük güç pahasına gelir. Bunun nedeni egzoz yolunda belirli bir hava direnci yaratmasıdır.
Egzoz gazlarındaki maddeler:
- CO2: Karbondioksit (Yüksek konsantrasyonlarda çevreye, insanlara ve hayvanlara zararlıdır)
- CO: Karbon monoksit (tam yanmamış gaz, aynı zamanda sağlığa zararlı)
- CH: Hidrokarbonlar (yanmamış benzin parçaları)
- O2: Oksijen parçaları (yanmaya katılmayan)
- NOx: Azot bileşiği (yalnızca çok yüksek yanma sıcaklıklarında oluşur.
Katalizör, 3 zararlı bileşen olan CO, HC ve NOx'u 3 zararsız bileşene dönüştürür: CO2, H2O ve N2. Üç yollu katalizör ismi de buradan gelmektedir.
Dönüşümün gerçekleşebilmesi amacıyla katalizöre O2 ve CO eklemek için motorun enjeksiyon modelinin ayarlanması gerekir. O2 oluşturmak için karışımın fakir olması gerekir (daha az yakıt, daha fazla hava). CO'nun oluşması için karışımın zengin olması gerekir (daha fazla yakıt, daha az hava). İkincisi, fakir karışımlı motorlarda geçerli değildir; sayfanın ilerleyen kısımlarındaki NOx katalizörü bölümüne bakın.
Silindirlere her zaman biraz fazla ve biraz fazla yakıt enjekte edilerek her zaman zengin ve fakir bir karışım oluşturulur. Böylece CO ve O2'nin fazlalıkları katalizörde kalır. Katalizörde platin CO ve HC ile reaksiyona girer. Rodyum NOx'in azaltılmasını sağlar. Bu aynı zamanda Lambda sensöründe ölçüm yapılırken neden değişken bir voltajın ölçüldüğünü de açıklamaktadır. Burada voltaj 0,2 ila 0,8 Volt arasında değişir (fakirden zengine vb.) Aracın motor yönetim sistemi (ECU) bunu kendisi düzenler. Yani hiçbir şeyin ayarlanmasına gerek yok.
| Zararlı madde: | Şuradan ekle: | Sonuçlar: |
| KO + | O2 = | CO2 |
| HC+ | O2 = | CO2 + H2O |
| NOx+ | CO = | N2 + CO2 |
Dönüşümün gerçekleşebilmesi amacıyla katalizöre O2 ve CO eklemek için motorun enjeksiyon modelinin ayarlanması gerekir. O2 oluşturmak için karışımın fakir olması gerekir (daha az yakıt, daha fazla hava). CO'nun oluşması için karışımın zengin olması gerekir (daha fazla yakıt, daha az hava). İkincisi, fakir karışımlı motorlarda geçerli değildir; sayfanın ilerleyen kısımlarındaki NOx katalizörü bölümüne bakın.
Silindirlere her zaman biraz fazla ve biraz fazla yakıt enjekte edilerek her zaman zengin ve fakir bir karışım oluşturulur. Böylece CO ve O2'nin fazlalıkları katalizörde kalır. Katalizörde platin CO ve HC ile reaksiyona girer. Rodyum NOx'in azaltılmasını sağlar. Bu aynı zamanda neden değişken bir voltajın ölçüldüğünü de açıklamaktadır. lambda sensörü ölçülüyor. Burada voltaj 0,2 ila 0,8 Volt arasında değişir (fakirden zengine vb.) Aracın motor yönetim sistemi (ECU) bunu kendisi düzenler. Yani hiçbir şeyin ayarlanmasına gerek yok.
Yukarıdaki tabloda görülebilen diğer şeylerin yanı sıra maddelerin tamamının CO2'ye dönüştürüldüğüdür. CO2 artık çevre için tehlikeli ve küresel ısınmadan sorumlu bir madde olarak görülüyor. Ancak kişi aynı zamanda CO2 de verir. Bu, ağaçlar ve bitkiler tarafından tekrar O2'ye (oksijen) dönüştürülür. Çok fazla CO2'nin zararlı etkisi vardır. Ağaçlar ve bitkiler azınlıktadır ve her şeyi O2'ye dönüştüremezler. İçten yanmalı motorlar için CO2 içeriği mümkün olduğu kadar yüksek olmalıdır. Bu kulağa çılgınca geliyor çünkü bunun mümkün olduğu kadar düşük tutulacağını düşünürsünüz. Olay şu şekilde; CO2 içeriği ne kadar yüksek olursa, o kadar az CO ve HC salınır. CO ve HC solunduğunda sağlığa doğrudan zararlıdır. CO2 seviyelerini azaltmanın tek yolu alternatif yakıtlara, daha küçük (daha ekonomik) yanmalı motorlara ve daha sessiz sürüşe geçmektir.
Çalışma sıcaklıkları:
Katalizörün faydalı etkisi 250 derece sıcaklıktan itibaren başlar ve 450 derece sıcaklıkta maksimuma ulaşır. Motoru çalıştırdıktan sonra arındırıcı etkinin başlaması biraz zaman alır. Katalitik konvertör egzoz manifolduna mümkün olduğu kadar yakın monte edilir çünkü çalışma sıcaklığına daha çabuk ulaşır. 800 ila 1000 derece arasındaki egzoz gazı sıcaklıkları daha hızlı termal yaşlanma sağlar, bu da kullanım ömrünü kısaltır ve dolayısıyla aktif yüzey alanını azaltır.
Ayrıca, katalizörün soğuk çalıştırmadan sonra sıcaklığa daha hızlı ulaşmasını sağlayan ısıtma elemanlı katalitik konvertörler de vardır. Bu, motor çalıştırıldıktan sonra daha da hızlı bir şekilde düzenlenebilir ve böylece daha temiz egzoz gazları elde edilir.
Soğuk çalıştırmanın ardından katalizörü mümkün olduğu kadar çabuk ısıtmak için, ikincil hava pompası.
NOx katalizörünün çalışması:
Daha önce egzoz gazında ekstra CO elde edilerek NOx'in katalizör tarafından azaltılabileceği açıklanmıştı. Bu ancak karışımı daha zengin hale getirmek için mümkündür. Diğerlerinin yanı sıra Volkswagen (FSI) ve BMW'nin (Efficient Dynamics) fakir karışımlı motorlarında, motorlar her zaman kısmi yükte ve düşük hızlarda (yani fakir ve asla zengin olmayan) fazla hava içeren bir karışımla çalışır. Bu nedenle normal bir üç yollu katalizörle NOx'i N2 + CO2'ye dönüştürmek imkansızdır. NOx'i egzoz gazlarından uzaklaştırmak için özel baryum bileşenine sahip özel bir NOx (depolama) katalizörü gereklidir. Bu katalizör, baryum bileşeninin yanı sıra platin ve rodyum gibi değerli metalleri de içerir.
Üç yollu katalizör, daha önce açıklandığı gibi CO ve HC değerlerini CO2 ve H2O'ya dönüştürür. NOx, NOx katalizörü tarafından dönüştürülür. Değerleri sürekli izlemek için ek sıcaklık sensörleri ve bir NOx sensörü gereklidir.
Aşağıdaki resimde VW, BMW (ve giderek daha fazla başka marka) tarafından kullanılan bir egzoz sistemi gösterilmektedir.
NOx gazları bu katalizörde soğuk halde depolanır. Diğer egzoz gazları egzozdan geçerek yoluna devam edebilir. Oksijen açısından zengin dönem boyunca NOx gazları baryum bileşeninde depolanır. NOx birikir (tıpkı kurumun partikül filtresinde saklanması gibi). Zamanla katalizör doymuş hale gelir. Bu, NOx ile dolu olduğu andır. Daha sonra katalizörün yenilenmesi gerekir. NOx sensörü bunu tanır ve ECU'ya bir sinyal gönderir. Bu sırada karışım, özellikle NOx katalizörünü yeniden oluşturmak için zenginleştirilir. Bu yalnızca NOx katalizörü 800 derecelik bir sıcaklığa ulaştığında gerçekleşir (bu, sıcaklık sensörü tarafından kaydedilir ve ayrıca motor kontrol ünitesine iletilir). Geçici zenginleştirme ekstra CO2 açığa çıkarır. Bu CO'nun yardımıyla platin ve rodyum bileşenleri aracılığıyla N2 + COXNUMX'ye dönüşüm gerçekleşebilir. Rejenerasyondan sonra motor, katalizör yeniden doygunluğa ulaşıncaya kadar yeniden fakir karışımla çalışacaktır.
Bu sistemde arızalar da meydana gelebilir. Araç yalnızca kısa mesafelerde kullanılıyorsa (ki bu aracın tamamı için kötüdür), NOx katalizörü çalışma sıcaklığına ulaşamayacaktır. Doyduğu (dolduğu) anda, yenilenmesi gerekecektir. Ancak sıcaklık sensörü çok düşük bir sıcaklığı ölçmeye devam ederse ECU karışımı asla zenginleştirmez. Katalizör çalışma sıcaklığında değilse platin ve rodyum bileşenleri henüz bir dönüşümü gerçekleştiremez. Bu sırada motor arıza ışığı yanacak ve araç tarandığında nedeni ortaya çıkacaktır. Katalizör daha sonra test kabini veya hızlı bir test sürüşü yardımıyla yenilenecektir. Bu nedenle ara sıra uzun bir mesafeyi (örneğin otoyolda 50 km veya daha fazla) ve tercihen daha yüksek bir hızda sürmek en iyisidir. Katalizör daha sonra çalışma sıcaklığına kolayca ulaşacaktır.
Günümüzde dizel motorlarda kullanılan SCR (Seçici Katalitik İndirgeme) katalizörü uygulamalı. Bu SCR katalizörü aynı zamanda NOx'i de depolar, fakat aynı zamanda bir tane de vardır AdBlue dozaj sistemi ilave.
Yaşlanma ve nedenleri:
- Benzin: Üç yollu katalitik konvertör yalnızca kurşunsuz benzinle çalışabilir. Kurşunlu benzin doldurulduğunda değerli metale ince bir tabaka halinde yapışır, bu da egzoz gazlarıyla teması azaltır ve bir süre sonra artık mümkün olmaz. Bu durumda artık kimyasal bir reaksiyon meydana gelemez. Katalizör artık arızalıdır ve değiştirilmesi gerekir. Bu maliyetli bir konu. Belirli bir vuruntu sınırına ulaşmak için kurşunlu benzin eklendi. Günümüzde vuruntu sensörleri kullanıldığı için yakıttan kurşun çıkarılmıştır.
- Petrolün iç mekan üzerinde de yıkıcı bir etkisi vardır. Örneğin piston segmanları, supap kılavuzları veya turbo boyunca çok fazla yağ sızıntısı varsa, katalitik konvertöre çok fazla yağ birikebilir. Yağ ayrıca değerli metalin üzerine bir tabakanın yapışmasına neden olur ve bu da etkinliğini kaybeder.
- Kısa mesafe sürüşü: Çok sayıda kısa mesafe sürüşüyle katalizör çalışma sıcaklığına nadiren ulaşır veya hiç ulaşmaz. Yanmamış HC (benzin) kalıntıları seramik yüzeye yapışır. Uzun mesafe sürülse bile bu HC kalıntıları hala yanıyor. Kısa mesafelerde sürmeye devam ederseniz bu HC kalıntıları da iç kısma yapışacak ve zamanla katalizörün etkinliğini kaybetmesine neden olacaktır.
İkinci lambda sensörü (atlama sensörü) sıklıkla katalizörün gazları uygun şekilde dönüştürüp dönüştürmediğini ölçer. Katalizör eskimişse veya iç kısım arızalanmışsa bu ikinci lambda sensörü bunu ölçecektir. Daha sonra gösterge panosunda bir arıza ışığı yanacaktır. Bu durumda katalizörün değiştirilmesi gerekir. Lambda sensörü hakkında daha fazla bilgiyi sayfada bulabilirsiniz Lambda sondası.
