Convertor catalitic

Convertor catalitic

Exista milioane de masini pe soselele lumii, si fiecare dintre acestea este o sursa potentiala de poluare a aerului. In special in orasele mari, nivelul poluarii pe care masinile o produc impreuna poate crea mari probleme.

Pentru a rezolva aceste probleme, orasele, statele si guvernul federal emit legi pentru protectia calitatii aerului si au fost adoptate mai multe legi care limiteaza poluarea care poate fi produsa de masini. Pentru a tine pasul cu aceste legi, producatorii de masini au realizat multe imbunatatiri ale motoarelor si sistemelor de alimentare ale masinilor. Pentru a reduce si mai mult emisiile, acestia au dezvoltat un dispozitiv interesant numit convertizor catalitic, care trateaza gazele de esapament inainte ca acestea sa fie evacuate si elimina o parte importanta a poluantilor.

Localizarea convertizorului catalitic intr-un autoturism

In acest articol, veti afla ce poluanti produce un motor si de ce, si cum trateaza un convertizor catalitic fiecare dintre acesti poluanti. Convertizorii catalitici sunt dispozitive surprinzator de simple, de aceea este incredibil sa descoperiti ce impact major au acestia!

Poluanti produsi de motorul unei masini

Pentru a reduce emisiile de poluanti, motoarele moderne controleaza cu precizie cantitatea de carburant pe care o consuma. Acestea incearca sa mentina raportul aer-carburant foarte aproape de punctul stoichiometric, care reprezinta raportul ideal calculat pentru aer si carburant. Teoretic, la acest raport, tot carburantul ar fi ars utilizand tot oxigenul din aer. Pentru benzina, raportul stoichiometric este de aproximativ 14,7:1, adica pentru fiecare livra de benzina vor fi arse 14,7 livre de aer. Amestecul carburant variaza in realitate de la raportul ideal destul de mult in timpul functionarii motorului. In unele cazuri amestecul poate fi sarac (un raport aer-carburant mai mare de 14,7) iar in alte cazuri amestecul poate fi bogat (un raport aer-carburant mai mic de 14,7). Principalele emisii ale unui motor de masina sunt:

• Azot (N2) - Aerul este format din 78 la suta azot si cea mai mare parte din acesta trece neschimbat prin motorul masinii.
• Dioxid de carbon (CO2) - Acesta este unul dintre produsele combustiei. Carbonul din carburant se leaga cu oxigenul din aer.
• Vapori de apa (H2O) - Acestia sunt un alt produs al combustiei. Hidrogenul din carburant se leaga cu oxigenul din aer.

Aceste emisii sunt in general nedaunatoare (desi se crede ca emisiile de dioxid de carbon contribuie la incalzirea globala). Dar, deoarece procesul de combustie nu este niciodata perfect, in motoarele masinilor sunt produse de asemenea cantitati mai mici de emisii mai daunatoare.

• Monoxid de carbon (CO) - un gaz toxic incolor si inodor.
• Hidrocarburi sau compusi organici volatili (COV) - produsi in principal datorita carburantului nears care se evapora. Lumina soarelui desface acesti compusi formand oxidanti, care reactioneaza cu oxizii azotului si creaza ozon (O3) la nivelul solului, unul dintre componentele principale ale smogului.
• Oxizi de azot (NO si NO2, denumiti impreuna NOx) - contribuie la formarea smogului si a ploii acide, si produc de asemenea iritatii ale membranelor mucoase umane.

Acestea sunt principalele trei emisii reglementate si de asemenea cele pe care convertizorii catalitici sunt proiectati sa le reduca.

Cum reduc convertizorii catalitici poluarea

Majoritatea masinilor moderne sunt echipate cu convertizori catalitici cu trei actiuni. 'Trei actiuni' se refera la cele trei emisii reglementate la a caror reducere ajuta catalizatorul - moleculele de monoxid de carbon, COV si NOx. Convertizorul utilizeaza doua tipuri diferite de catalizatori, un catalizator de reducere si un catalizator de oxidare. Ambele tipuri constau dintr-o structura ceramica acoperita cu un catalizator metalic, in general platina, rodiu si/sau paladiu. Idee este de a crea o structura care expune o suprafata maxima de catalizator la fluxul de esapament, minimizand in acelasi timp cantitatea de catalizator necesara (catalizatorii sunt foarte scumpi).

catalizator

Un convertizor catalitic cu trei actiuni: Observati cei doi catalizatori separati

Exista doua tipuri principale de structuri utilizate in convertizorii catalitici - fagure si bile ceramice. Majoritatea masinilor din prezent utilizeaza structura-fagure.

fagure-ceramic catalizator

Catalizatorul de reducere

Catalizatorul de reducere este prima treapta a convertizorului catalitic. Aceasta utilizeaza platina si rodiu pentru a ajuta la reducerea emisiilor de NOx. Cand o molecula de NO sau NO2 ia contact cu catalizatorul, catalizatorul desface atomul de azot din molecula si il retine, eliberand oxigenul sub forma de O2. Atomii de azot se leaga cu alti atomi de azot fixati pe catalizator formand N2. De exemplu:

2NO => N₂ + O₂ or 2NO₂ => N₂ + 2O₂

Catalizatorul de oxidare

Catalizatorul de oxidare este a doua treapta a convertizorului catalitic. Acesta reduce hidrocarburile nearse si monoxidul de carbon prin arderea (oxidarea) acestora asupra unui catalizator din platina si paladiu. Catalizatorul ajuta reactia dintre CO si hidrocarburi si oxigenul ramas in gazul de esapament. De exemplu:

2CO + O₂ => 2CO₂

Dar de unde provine oxigenul?

Sistemul de control

A treia treapta este un sistem de control care monitorizeaza fluxul de esapament si utilizeaza aceste informatii pentru controlul sistemului de injectie a carburantului. Exista un senzor de oxigen montat inaintea convertizorului catalitic, adica mai aproape de motor decat convertizorul. Acest senzor comunica computerului motorului cat oxigen exista in gazul de esapament. Computerul motorului poate mari sau micsora cantitatea de oxigen din gazul de esapament modificand raportul aer-carburant. Acest sistem de control permite computerului motorului sa asigure functionarea motorului in apropierea punctului stoichiometric si de asemenea permite sa se asigure existenta a suficient oxigent in gazul de esapament pentru ca, convertizorul catalitic sa poata arde hidrocarburile nearse si CO.

Alte metode de reducere a poluarii

Convertizorul catalitic reduce mult poluarea, dar aceasta reducere poate fi imbunatatita substantial. Unul dintre cele mai mari neajunsuri este faptul ca acesta functioneaza doar la temperaturi destul de mari. Cand porniti masina de la rece, convertizorul catalitic nu actioneaza aproape deloc pentru reducerea poluantilor din gazul de esapament.

O solutie simpla consta in deplasarea convertizorului catalitic mai aproape de motor. Astfel, gazele de esapament mai fierbinti ating convertizorul si acesta se incalzeste mai rapid, dar aceasta solutie poate reduce de asemenea viata convertizorului prin expunerea acestuia la temperaturi extrem de mari. Majoritatea producatorilor de masini pozitioneaza convertizorul sub scaunele din fata ale pasagerilor, destul de departe de motor pentru a mentine temperatura la un nivel care sa nu ii dauneze acestuia.

Preincalzirea convertizorului catalitic este o metoda buna pentru reducerea emisiilor. Cea mai simpla metoda de preincalzire a convertizorului este de a utiliza incalzitoare cu rezistenta electrica. Din pacate, sistemele electrice la 12 volti existente pe majoritatea masinilor nu ofera destula energie sau putere pentru a incalzi destul de rapid convertizorul. Majoritatea oamenilor nu ar astepta cateva minute pentru ca, convertizorul catalitic sa se incalzeasca inainte de a porni masina. Masinile hibrid care dispun de pachete mari de baterii de voltaj mare ofera destula putere pentru a incalzi convertizorul catalitic foarte rapid.

REHAU PROMOVEAZA TEHNOLOGIA SCR PENTRU VEHICULELE DIESEL

Motoarele diesel sunt de mult timp o dotare standard in domeniul vehiculelor utilitare. Dar si vehiculele de persoane cu motor diesel au luat avant, caci avantajele motorului cu autoaprindere sunt de necontestat. Sistemul de actionare ce economiseste carburant este combinat cu o dinamica de mers perfecta, iar noile tehnologii pentru noxe au potentialul de a face motorul diesel acceptat chiar si acolo unde fusese privit cu scepticism.

Prin sistemul SCR (Selective Catalytic Reduction), emisiile de oxid de azot daunatoare sanatatii - o problema principala la motoarele diesel - sunt reduse drastic cu ajutorul unei solutii de uree - numita AdBlue - si transformate in vapori de apa si azot. AdBlue este pastrat intr-un rezervor suplimentar in vehiculele utilitare si introdus in traseul gazelor de esapament. Sistemele inteligente de dozare din instalatia gazelor de esapament impreuna cu un catalizator SCR contribuie la reducerea emisiilor de oxid de sodiu cu pana la 85% si a particulelor de funingine cu 40%. Pe langa aceasta scade si consumul de combustibil cu pana la 5%. Numai metoda SCR poate face posibila in prezent reducerea simultana a emisiei de particule si de oxid de azot si astfel sa corespunda si valorilor limita impuse. Tratarea noxelor trece astfel din ce in ce mai mult in centrul interesului. Intre timp toate bezinariile din Germania ofera solutia de reducere. Dat fiind ca AdBlue ingheta deja la o temperatura de -11C, tevile prin care trece solutia de uree produsa sintetic trebuie sa fie incalzite. Pentru aceasta utilizare speciala, specialistul in polimeri REHAU ofera sisteme de furtune rigide si flexibile incalzite pentru intreaga industrie de vehicule utilitare. Traseele din material sintetic sunt infasurate cu o lita ce poate fi incalzita prin tensiunea de bord si care incalzeste furtunul, astfel incat sa fie impiedicata inghetarea solutiei, respectiv sa topeasca solutia inghetata.

Avand in vedere normele tot mai severe ce vor veni si luand in considerare pretul in continua crestere al carburantilor, dieselul va putea castiga din ce in ce mai mult teren pe piata vehiculelor de persoane. Vehiculele cu rezervor de AdBlue integrat vor fi produse in serie probabil deja din 2008. Ca producator inovator de sisteme si partener creativ al industriei automobilistice, REHAU a perfectionat aceasta inovatie prin module inteligente de furtune conductoare si a conceput sisteme de furtune incalzite la interior pentru vehicule de persoane.

Echipa din jurul conducatorului de proiect, Dr. Michael Schbel, s-a vazut confruntata cu diverse provocari: "Pentru a putea integra aceasta tehnologie in autovehicule sunt necesare diametre mici ale conductelor. Spatiul disponibil este cu mult mai mic decat in vehiculele utilitare. Pe langa aceasta, ca si la versiunea pentru vehiculele utilitare, materialul pentru tevi si furtune trebuie sa fie etans si rezistent la solutia de uree si sa poata face fata la temperaturi intre -35C si pana la +100C ", spune Schbel in continuare. Specialistului in polimeri i-a reusit acest lucru. Prin apelarea la tehnologii inovatoare. Promovand tehnologiile inovatoare si trendurile industriei furnizoare de elemente componente, REHAU s-a transformat in scurt timp din furnizorul de semifabricate intr-un ofertant inovator de sisteme de conducte gata de a fi montate.

Intreprinderea noastra este azi capabila datorita evolutiei sale sa sprijine in mod hotarator industria automobilistica - atat in ceea ce priveste vehiculele utilitare, cat si in ceea ce priveste vehiculele de persoane - de a reduce noxele in mod inteligent si de a proteja astfel mediul nostru inconjurator.

BlueTec se bazeaza pe tehnologia SCR (Selective Catalytic Reduction). Cele trei componente de baza sunt un motor cu presiuni mari de injectie, un catalizator suplimentar si un rezervor de AdBlue. Ele formeaza o ecuatie complicata al carei rezultat este simplu: consum redus de combustibil si emisii poluante considerabil scazute.

Modificarea sistemului de injectie aduce cu sine o combustie imbunatatita, care are ca efect principal micsorarea cantitatii de emisii nocive in atmosfera, pe fondul unui consum redus
Aditivul AdBlue este un ingredient absolut necesar retetei BlueTec. Rezervorul pentru AdBlue se realimenteaza la din ce in ce mai multe benzinarii sau in cadrul autobazei. In cazul in care camionul nu mai dispune de AdBlue, poate continua drumul, dar normele Euro 4 sau Euro 5 nu mai sunt respectate. In rezervorul suplimentar incape suficient aditiv pentru foarte multi kilometri, spre exemplu cu un rezervor de 90 de litri de aditiv se pot parcurge aproximativ 6500 kilometri
AdBlue + gaze de evacuare = noxe reduse. Foarte reduse AdBlue trateaza gazele de evacuare in convertorul catalitic ceramic. Acolo, oxizii toxici de azot devin substante lipsite de nocivitate, adica azot si apa, elemente care se gasesc in mod natural in mediul inconjurator