Rappresentazione schematica struttura catalizzatore a tre vie |
1 | Monolito in ceramica |
2 | Tappetino di sostegno |
3 | Involucro (isolamento) |
4 | Substrato (wash-coat) contenente metalli preziosi |
P49.10-2419-76
Panoramica
Questo documento contiene informazioni su:
Generalità
Premesse per il funzionamento
Funzione
Generalità
Il processo chimico di catalisi avviene all'interno dei catalizzatori e provvede a depurare i gas di scarico. Si definisce catalisi la variazione della cinetica di una reazione chimica per mezzo di un catalizzatore. Lo scopo è innescare la reazione chimica, accelerarla oppure orientarla verso la direzione desiderata. Si definisce catalizzatore non soltanto l'unità costruttiva al cui interno ha luogo la catalisi, ma anche la sostanza capace di provocarla.
Premesse per il funzionamento
Gestione del motore ON (morsetto 87M)
Motore in fase di funzionamento
Catalizzatori a temperatura di esercizio (circa 300 °C)
Rapporto stechiometrico della miscela di aria e carburante nei gas di scarico
Funzione
I catalizzatori si trovano nell'impianto di scarico a valle del collettore di scarico. La struttura del catalizzatore permette di provocare e accelerare una catalisi nei gas di scarico. Il catalizzatore trasforma per ossidazione o per riduzione le emissioni nocive nei gas di scarico, vale a dire idrocarburi (HC), monossido di carbonio (CO) e ossidi di azoto (NOx), nelle loro componenti, che sono biossido di azoto (CO2), acqua (H2O) e azoto (N2). La catalisi raggiunge il rapporto di conversione ottimale quando il rapporto aria-carburante è stechiometrico (λ = 1), ossia quando la combustione è completa. La catalisi raggiunge un tasso di conversione superiore al 50% con temperature comprese tra 250 °C e 300 °C.
Il rapporto stechiometrico aria-carburante descrive il rapporto tra la massa d'aria e quella di carburante durante la combustione. Teoricamente, per una combustione completa è necessaria una massa d'aria di 14,7 kg per 1 kg di carburante. Questo rapporto si esprime con il simbolo λ. Quando la massa d'aria aspirata corrisponde alla massa d'aria necessaria per la combustione del carburante, il valore è uguale a 1.
Il catalizzatore è costituito da un involucro in acciaio inossidabile, un tappetino di fissaggio, un supporto e uno strato catalitico attivo. Il supporto è un corpo ceramico o metallico di forma cilindrica o ovale (monolito), che presenta una struttura a nido d'ape con una moltitudine di canali a pareti sottili. Sul monolito sono applicati un substrato (wash-coat) di ossido di alluminio (Al2O3) e i promotori. In questo modo la superficie efficace del catalizzatore aumenta di 7000 volte. Nel substrato sono incorporati tre metalli nobili: platino (Pt), palladio (Pd) e rodio (Rh). Il platino innesca il processo chimico di ossidazione e il rodio quello di riduzione. La quantità di metalli nobili dipende dalla cilindrata del motore e dai limiti di emissione da soddisfare e può variare da 1 a 10 g. Il monolito è alloggiato in un involucro metallico (canning) per mezzo di speciali tappetini di fissaggio. All'involucro del catalizzatore, installato nell'impianto di scarico del veicolo, è possibile collegare sensori di temperatura, sonde lambda o sensori di NOx.
L'intervallo di lavoro e di temperatura ottimale di un catalizzatore è compreso tra 300 °C e 950 °C. La temperatura di esercizio di 300 °C può essere ottenuta con i seguenti accorgimenti:
Montaggio in prossimità del motore
Riscaldamento del catalizzatore
Isolamento a camicia d'aria del collettore di scarico
Riduzione dell'anticipo di accensione
Immissione aria secondaria
Motore a ciclo Otto: oltre i 950 °C i catalizzatori installati negli impianti di scarico subiscono un invecchiamento termico dello strato catalitico attivo.
Temperature superiori ai 1000 °C possono danneggiare irreparabilmente il catalizzatore. Questi valori si raggiungono, ad es. nelle mancate accensioni. Gli idrocarburi incombusti arrivano in tal caso nel catalizzatore, dove vengono bruciati insieme all'ossigeno residuo qui accumulato.
A seconda del tipo di carburante, negli impianti di scarico trovano impiego i seguenti catalizzatori:
Nei motori diesel:
Catalizzatore ossidante
Catalizzatore SCR
Nei motori a ciclo Otto:
Catalizzatore a tre vie
Catalizzatore SCR
Ulteriore funzione di base | |||
Sorveglianza catalizzatori - Funzione di base | Motore 139, 176, 177, 254, 256, 260, 264, 279, 282 | ||
Componenti | |||
Catalizzatore a tre vie - Funzione di base | Motore 139, 176, 177, 254, 256, 260, 264, 279, 282 | ||
Catalizzatore ossidante - Funzione di base | Motore 608 nel tipo 118, 177, 247 | ||
Catalizzatore SCR - Funzione di base | Motore 608 nel tipo 118, 177, 247 |
Documenti citati
- gf0710p1056a Sorveglianza catalizzatori - Funzione di base
- gf4920p1005a Catalizzatore a tre vie - Funzione di base
- gf4920p1006a Catalizzatore ossidante - Funzione di base
- gf4920p1008a Catalizzatore SCR - Funzione di base