Convertor catalitic

Secțiunea unui convertor catalitic pentru vehicule tipic urbane

Această intrare sau secțiune despre inginerie nu citează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . Puteți îmbunătăți această intrare adăugând citate din surse de încredere în conformitate cu liniile directoare privind utilizarea surselor . Urmați sfaturile de proiectare de referință .

În ingineria mecanică , convertorul catalitic , cunoscut sub numele de convertor catalitic , este un dispozitiv catalizator montat pe sistemul de evacuare al unui motor cu ardere internă , care funcționează de preferință între 800 și 1 000 ° C ^[1] .

Introducere

Acest element acționează ca o reducere a emisiilor nocive ale gazelor de eșapament ale motorului, favorizând oxidarea completă și reducerea gazelor de eșapament, contribuind, de asemenea, împreună cu amortizorul de zgomot la reducerea zgomotului de eșapament.

Această reducere constă în promovarea, printr-un burete special de material catalitic, a conversiei hidrocarburilor nearse (C _n H _m ), oxizilor de azot (NOx) și monoxidului de carbon (CO) în dioxid de carbon (CO ₂ ), apă (H ₂ O ) și azot _(N2).

Convertorul catalitic

Constructie

Elementul activ în purificarea gazelor de eșapament emise de un motor termic (combustibil: motorină , gaz natural , propan , biogaz , benzină , biodiesel , ulei vegetal ) constă dintr-un corp echipat cu sute de canale mici, sau în trecut de sfere ceramice, care permit trecerea gazelor de eșapament prin interstiții; acest corp poate fi din metal sau ceramică.

Pe el se depune un strat aderent și apoi metalul nobil ( platină , paladiu , rodiu ) se depune prin impregnare și coacere ulterioară în cuptor, în cantități bine determinate.

Dimensionare

Un convertor catalitic (mai bine definit ca purificator catalitic) trebuie dimensionat cu următorii parametri:

• Puterea motorului,
• Debitul de gaz,
• Temperatura gazului,
• Combustibil,
• Tipul de putere,
• Poluanții care trebuie diminuați (CO, HC, NO _x ) ^[2] ,
• Nivelul poluantului,
• Nivelul care trebuie atins după catalizator,
• Contrapresiune maximă permisă.

Tipologie

În general, ia diferite forme, în funcție de tipul de vehicul:

• Element catalizator (toba de eșapament catalitică compactă), acesta nu este altceva decât un corp cilindric care trebuie introdus de-a lungul evacuării, până la intrarea amortizorului de zgomot, fără a modifica structura și forma sistemului de evacuare.
• Toba de eșapament catalitică , este un corp similar cu dimensiunea amortizorului de zgomot, dar de dimensiuni mai mici și poziționat între galeria de evacuare și amortizor de zgomot.

Tipuri de convertor

Un convertor catalitic poate fi aplicat atât la motoarele cu aprindere prin compresie (Diesel), cât și la motoarele cu aprindere pozitivă (benzină, etanol, GPL, metan). În primul caz vorbim de un DOC (catalizator de oxidare diesel) în principal cu funcție de oxidare, în timp ce în al doilea caz vorbim de un catalizator trivalent.

Faptul că motoarele diesel sunt limitate doar la acțiunea oxidantă se datorează faptului că aceste motoare funcționează „în exces de aer”, prin urmare foarte rar cu amestecuri stoichiometrice, nefiind niciodată capabil să creeze un mediu sărac în oxigen în sistemul de posttratare din pentru a exercita o acțiune reducătoare. Problema oxizilor de azot pentru motoarele diesel este tratată pe motoare noi prin sisteme SCR.

Prin urmare, catalizatorul poate fi:

• Agent de reducere (numit unidirecțional , deoarece acționează asupra poluantului principal): utilizat pentru motoarele diesel , pe bază de rodiu (Rh), capabil să reducă oxizii de azot (NO _x ) în oxigen și azot.
• Oxidant (numit bidirecțional deoarece acționează asupra celor doi poluanți principali): utilizat pentru motoarele cu aprindere prin scânteie , pe bază de platină și / sau paladiu , capabil să oxideze monoxidul de carbon (CO) și hidrocarburile nearse (H _x C _x ); în unele vehicule, care nu utilizează sonda lambda, există și un circuit care introduce aer înaintea catalizatorului, pentru a permite o a doua combustie în catalizator, obținând aceleași rezultate ca sistemele cu sonda lambda , dar în general există este un consum de combustibil mai mare.
• Agent trivalent sau oxidant și reducător (numit în trei direcții , deoarece acționează asupra celor trei poluanți principali); caracterizat printr-un prim catalizator reducător și un al doilea catalizator oxidant, este utilizat la motoarele pe benzină și gaz cu combustie stoichiometrică echipate cu control lambda și la rândul său diferă în două tipuri:
  • Catalizatorul cu ciclu deschis
    în dispozitivele în care se folosește oxid de ceriu (CeO ₂ ), care stochează excesul de oxigen în gazele de eșapament în condiții de amestec slab și ulterior este eliberat în timpul fazelor bogate de amestec, are o eficiență neconstantă în funcție de turația motorului. Oxigenul este esențial pentru cel de-al doilea catalizator oxidant, pentru a oxida CO și hidrocarburile nearse și a le transforma în elemente mai puțin poluante, în timp ce alte sisteme adoptă un circuit secundar de aer, pentru această din urmă purificare.
  • Convertorul catalitic cu buclă închisă
    este capabil să optimizeze conversia datorită sondei lambda , care prin trimiterea măsurării O ₂ către o unitate de comandă electronică, îi permite să varieze cantitatea de benzină introdusă în camera de ardere, pentru a raporta raportul amestecului (kg aer / kg combustibil) în intervalul optim de eficiență al catalizatorului sau mai bine cunoscut sub numele de lambda 1.

Un catalizator oxidant poate fi utilizat și în aplicații speciale, cum ar fi reducerea mirosurilor din prăjirea cafelei sau oxidarea hidrocarburilor în tratarea solului poluat.

Sonda lambda

Același subiect în detaliu: sonda Lambda .

O sondă lambda

Sonda lambda este necesară pentru a ști dacă gazele de eșapament au combustibil nears sau sunt în exces de oxigen, pentru a menține raportul amestecului (kg aer / kg combustibil) în intervalul optim de eficiență al catalizatorului mai bine cunoscut sub numele de lambda 1 (dozare stoichiometrică) .

Tipurile actuale de sonde lambda nu sunt compatibile între ele.

Sonda dublă lambda

Utilizarea unei sonde lambda duble vă permite să aveți o imagine mai precisă a funcționării motorului și a corecției mai rapide a acestuia. Acest sistem a fost introdus cu directiva 98/69 CEE (începând de la omologările din 01/01/2000) pentru controlul eficienței catalizatorului; cele două sonde sunt respectiv montate în amonte și în aval de dispozitiv.

Sonda lambda trimite un semnal în două etape (prezența sau absența oxigenului): cu utilizarea unei singure sonde, unitatea de control (ECU) trebuie să lucreze constant la corectarea valorilor de injecție și aprindere. Utilizarea a două sonde permite obținerea unei probe mai veridice și creșterea duratei sistemului, deoarece senzorii cu îmbătrânire tind să-și varieze sensibilitatea. În acest fel este posibil să aveți o funcționare mai constantă a motorului, cu corecții mai treptate și precise, distanțate în timp. Prezența sondei din aval vă permite, de asemenea, să primiți un indice privind eficiența catalizatorului: atâta timp cât sondele detectează valori diferite, unitatea de control este conștientă de faptul că catalizatorul reușește să influențeze în continuare reacția chimică a evacuării gaze. Pe de altă parte, atunci când valorile din amonte și din aval ale catalizatorului sunt identice, înseamnă că eficacitatea acestuia este epuizată și, prin urmare, este posibilă semnalizarea problemei prin intermediul unui bec de avertizare.

Motorul

Motorul, pentru a utiliza acest element, fără a provoca daune și fără a-și pierde excesiv performanța, trebuie să aibă anumite măsuri de precauție:

• Trebuie să utilizeze o trecere a supapei puțin mai mare, precum și avansul de deschidere pentru supapele de evacuare, deoarece materialul de susținere a catalizatorului, datorită caracteristicilor sale dimensionale, introduce o cădere de presiune care încetinește evacuarea gazelor.
• Având un control de ardere detaliat și precis, cu utilizarea unităților de control, astfel încât să puteți regla (datorită utilizării sondei lambda) atât raportul stoichiometric, încât să nu distrugeți catalizatorul cu combustibil ne-ars (care poate ridica excesiv de temperatură) și sincronizarea aprinderii , astfel încât să garanteze întotdeauna o combustie optimă și completă în interiorul cilindrilor.
• Convertorul catalitic trebuie să fie poziționat relativ aproape de motor pentru a fi încălzit rapid în timpul aprinderii. Odată încălzit, catalizatorul trivalent pentru motoarele cu aprindere prin scânteie permite reducerea aproape tuturor emisiilor poluante. Strategiile de control al motorului sunt prevăzute în ECU pentru a încălzi rapid catalizatorul.

Notă

Elemente conexe

• Sonda Lambda
• Filtru de particule

Alte proiecte

• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre Catalytic Converter

linkuri externe

• Catalytic Converter ( PDF ), pe pianetachimica.it .
• Compoziția gazelor la diferite stoichiometrii O2, CO, CO2 și H2 Arhivat 21 martie 2016 în Arhiva Internet .

Portalul chimiei

Portalul de fizică

Portal de inginerie