Katalizator trójdrożny, opis

P49.10-2426-81

Na rysunku przedstawiono silnik 272.963, prawy rząd cylindrów

158 Katalizator

G3/4 Sonda O2 z prawej strony przed katalizatorem

G3/6 Sonda O2 z prawej strony za katalizatorem

Położenie

Przy silniku, w przedniej części układu wydechowego

Zadania

Zmniejszanie stężenia następujących związków w spalinach:

 tlenku węgla (CO)

 węglowodorów (HC)

 tlenków azotu (NOx).

P49.10-2419-76

Budowa katalizatora (schematycznie)

1 Ceramiczny blok monolitowy

2 Siatka druciana (zabezpieczenie mechaniczne)

3 Obudowa z podwójnymi ściankami (izolacja)

4 Warstwa nośna (tzw. washcoat) z czynną powłoką z platyny i rodu

W każdym katalizatorze znajdują się dwa ceramiczne bloki monolitowe, w każdym z nich występuje ok. 600 kanalików. Przez kanaliki te przedostają się spaliny. Elementy ceramiczne są wykonane z odpornego na wysokie temperatury glinokrzemianu magnezu.

Bardzo podatne na naprężenia bloki monolitowe są zabezpieczone elastyczną siatką z drutów stalowych o wysokiej wytrzymałości i umocowane w obudowie z podwójnymi ściankami, wykonanej ze stali nierdzewnej.

Bloki ceramiczne wymagają warstwy nośnej z tlenku glinu (Al2O3), tzw. "washcoat", która zwiększa powierzchnię czynną katalizatora o współczynnik 7000.

Umieszczona na warstwie nośnej katalitycznie czynna powłoka w katalizatorach trójdrożnych jest wykonana głównie z platyny i rodu.

Platyna przyspiesza oksydację węglowodoru (HC) i tlenku węgla (CO), a rod redukcję tlenków azotu (NOx).



Określenie "katalizator trójdrożny" wynika z właściwości jednoczesnego redukowania emisji trzech szkodliwych związków.

P49.10-2420-76

A Spaliny

B Oczyszczone spaliny

F bogata mieszanka

M uboga mieszanka

λ Lambda (stosunek ilości paliwa do ilości powietrza)

Składniki spalin:

CO tlenek węgla

CO2 dwutlenek węgla

H2O woda

HC Węglowodór

N2 azot

NOX Tlenki azotu

Działanie

Przedostające się przez katalizator spaliny stykają się z metalami szlachetnymi, z platyną i rodem.

 W efekcie oksydacji następuje przekształcenie tlenku węgla (CO) na dwutlenek węgla (CO2) i rozkład węglowodoru (HC) na dwutlenek węgla (CO2) i wodę (H2O).

 W efekcie redukcji następuje przekształcenie tlenków azotu (NOx) na azot (N2) i dwutlenek węgla (CO2).

Czynnikiem decydującym przy przekształcaniu szkodliwych związków jest stężenie resztkowe tlenu w spalinach. Określane jest regulacją Lambda i podczas normalnego trybu pracy utrzymywane na poziomie λ=1.

Warunki działania

Tak samo jak w przypadku sond O2 bardzo ważnym czynnikiem wpływającym na działanie katalizatora jest temperatura pracy. Godna uwagi konwersja (przekształcenie) szkodliwych związków następuje dopiero po osiągnięciu temperatury pracy ok. 250 °C. Na skutek położenia przy silniku, izolowanych szczeliną powietrzną kolektorów wydechowych i funkcji wzbogacania mieszanki właściwa temperatura pracy po rozruchu silnika jest osiągana szybko.

Idealne warunki działania, umożliwiające osiągnięcie wysokiego współczynnika sprawności i dużej trwałości eksploatacyjnej panują w zakresie temperatur od ok. 400 do 800 °C.

Na skutek nieprawidłowego działania silnika, jak np. zaniki zapłonów, temperatura katalizatora może przekroczyć 1400 °C. Tak wysokie temperatury powodują zniszczenie katalizatora przez stopienie ceramicznych bloków monolitowych.

Kolejnym warunkiem niezawodnego działania przez długi czas jest stosowanie wyłącznie bezołowiowego paliwa. Związki ołowiu osadzają się na powierzchni i nie dopuszczają do kontaktu spalin z katalitycznie czynną warstwą.



Podczas jazdy z nadmiarem powietrza przy wtrysku bezpośrednim w trybie zmianowym katalizator nie jest w stanie w sposób wystarczający przekształcić tlenków azotu. Konieczne są dodatkowe katalizatory magazynujące NOX.