Convertitore catalitico: differenze tra le versioni

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[[ImmagineFile:Aufgeschnittener Metall Katalysator für ein Auto.jpg|thumb|right|250px|Sezione di una marmitta catalitica per [[autoveicolo|autoveicoli]] tipicamente urbani]]

{{F|ingegneria|gennaio 2021}}

Il '''convertitore catalitico''', conosciuto come '''marmitta catalitica''' è un dispositivo [[catalizzatore]] montato sull'[[impianto di scarico]] di un [[motore a combustione interna]].

In [[ingegneria meccanica]], il '''convertitore catalitico''', noto anche come '''marmitta catalitica''', è un dispositivo [[catalizzatore]] montato sull'[[impianto di scarico]] di un [[motore a combustione interna]], che opera preferibilmente a temperature comprese tra gli 800 e i {{M|1000|ul=°C}}<ref>{{Cita web |url=http://www.deparia.com/main/pubbli/pdf/Il%20problema%20delle%20emissioni%20nella%20cogenerazione%20MCI.pdf |titolo=Il problema delle emissioni nei cogeneratori dotati di motori a combustione interna:evoluzione in corso |accesso=21 febbraio 2014 |urlarchivio=https://web.archive.org/web/20130124093958/http://www.deparia.com/main/pubbli/pdf/Il%20problema%20delle%20emissioni%20nella%20cogenerazione%20MCI.pdf |dataarchivio=24 gennaio 2013 |urlmorto=sì }}</ref>.

==Introduzione==

TaleQuesto elemento funge da abbattitore delle emissioni nocive di gas di scarico del motore, favorendo la completa ossidazione e riduzione dei gas di scarico, inoltre contribuisce assieme al [[Silenziatore (motore)|silenziatore]] a ridurre il rumore di scarico.<br>

Tale abbattimento consiste nel promuovere, tramite un'apposita spugna di materiale catalitico, la completa [[ossidazione]] dei gas di scarico, convertendo gli [[idrocarburi]] incombusti (HC), gli [[ossidi di azoto]] (NO) e il [[monossido di carbonio]] (CO) in [[anidride carbonica]] (CO₂), [[acqua]] (H₂O) e [[azoto]] (N₂).

Tale abbattimento consiste nel promuovere, tramite un'apposita spugna di materiale catalitico, la completaconversione [[ossidazione]] dei gas di scarico, convertendo glidegli [[idrocarburi]] incombusti (HCC_nH_m), glidegli [[ossidi di azoto]] (NOx quali NO e NO₂) e ildel [[monossido di carbonio]] (CO) in [[anidride carbonica]] (CO₂), [[acqua]] (H₂O) e [[azoto]] (N₂).<ref>[https://cism.it/media/filer_public/27/0a/270ad36e-9e68-48c8-b61d-3071ce0f520f/auto_amb_downloads.pdf Automobili e ambiente]</ref>

== Il convertitore catalitico ==

L'elemento attivo nella depurazione dei gas di scarico emessi da un motore termico (alimentazione: diesel, gas naturale, propano, biogas, benzina, biodiesel, olio vegetale).

== Il convertitore catalitico ==

===Costruzione===

ÈL'elemento costituitoattivo danella undepurazione corpodei dotatogas di centinaiascarico diemessi piccolidal canalimotore (CPSIè channelscostituito perda squareun inchcorpo odotato canalidi percentinaia [[pollicedi quadro]])piccoli oppure in passato da sferette di ceramicacanali che permettevanopermettono il passaggio del gas di scarico attraverso glii loro interstizi,; questo corpo può essere costruito in metalloceramica oppureo a volte in ceramicametallo.

Su di esso viene depositato uno strato aggrappante e poi viene depositato per impregnazione e successiva cottura in forno il metallo nobile ([[Platinoplatino]], [[Palladio (elemento chimico)|palladio]], [[Iridiorodio]]), in quantità ben determinate.

===Dimensionamento===

Un convertitore catalitico (meglio definirlodefinito come depuratore catalitico) deve essere dimensionato con i seguenti parametri:

* Potenza del motore,

* Portata gas,

* Temperatura dei gas,

* Carburante,

* Tipo di alimentazione,

* Inquinanti da abbattere (CO, HC, NO_x)<ref>[http://www.macchine.unipg.it/Macchine/I/didattica/macflu/Combustibili_e_%20Combustione.pdf Combustibili e combustione (pagina 47)] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20130626095141/http://www.macchine.unipg.it/Macchine/I/didattica/macflu/Combustibili_e_%20Combustione.pdf |data=26 giugno 2013 }}</ref>,

*Inquinanti da abbattere (CO, HC, NO_x, aldeidi),

* Livello degli inquinanti,

* Livello da raggiungere dopo il catalitico,

* Massima contropressione ammessa.

===Tipologia===

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*''Marmitta catalitica'', è un corpo di dimensioni simili al silenziatore, ma di dimensioni più contenute e posizionato tra il collettore di scarico e il silenziatore.

== I tre tipiTipologie di convertitore ==

Un convertitore catalitico può essere applicato sia a motori ad accensione per compressione (Diesel) sia a motori ad accensione comandata (benzina, etanolo, GPL, metano). Nel primo caso si parla di un DOC (Diesel Oxidation Catalyst) prevalentemente con la funzione ossidante, mentre nel secondo caso si parla di un catalizzatore trivalente.

Un catalitico può essere ossidante o trivalente, un catalitico ossidante può essere usato anche in applicazioni speciali quali abbattimento odori da torrefazione di caffè o riduzione di idrocarburi nel trattamento di terreno inquinato.

Il fatto che i motori Diesel siano limitati alla sola azione ossidante è dovuto al fatto che questi motori lavorano "in eccesso di aria", quindi molto raramente con miscele stechiometriche, non potendo mai creare un ambiente povero di ossigeno nel sistema di post trattamento per poter esercitare un'azione riducente. Il problema degli ossidi di azoto per i motori Diesel viene trattato sui nuovi motori tramite sistemi SCR.

* Solo ''riducente'' (detto ''one-way'' in quanto agisce sui un principale inquinante): usato per i [[motore diesel|motori diesel]], a base di [[rodio]] (Rh), in grado di ridurre gli ossidi di azoto (NO_x) in ossigeno ed azoto.

* Solo ''ossidante'' (detto ''Two-way'' in quanto agisce sui due principali inquinanti): usato per i [[motore ad accensione comandata|motori ad accensione comandata]], a base di [[Platino]] e/o [[Palladio (elemento)|Palladio]], in grado di ridurre monossido di carbonio (NO) ed idrocarburi incombusti (H_xC_x).

* ''Ossidante e riducente'' (detto ''three-way'' in quanto agisce sui tre principali inquinanti); caratterizzato da un primo catalizzatore riducente e da un secondo catalizzatore ossidante, è impiegato nei motori a [[benzina]] ed a gas con combustione [[Stechiometria|stechiometrica]] e dotati di controllo lambda si differenzia a sua volta in due tipi

** Il catalizzatore ''a ciclo aperto''<br>nei dispositivi dove si usa l'[[ossido di cerio]] (CeO₂), che immagazzina l'ossigeno in eccesso nei gas di scarico in condizioni di miscela magra e successivamente viene rilasciato durante le fasi di miscela ricca, ha un rendimento non costante in funzione del regime del motore. L'ossigeno è fondamentale per il secondo catalizzatore ossidante, in modo d'ossidare CO e idrocarburi incombusti e trasformarli in elementi meno inquinanti, altri sistemi invece adottano un circuito d'aria secondario, per quest'ultima purificazione.

** Il convertitore catalitico ''a ciclo chiuso''<br>è in grado di ottimizzare la conversione grazie alla ''sonda lambda'', che inviando la rilevazione dell'O₂ ad una centralina elettronica, permette a questa di variare la quantità di [[benzina]] immessa nella camera di combustione, in modo da riportare il rapporto di [[miscela]] (kg aria/kg combustibile) entro l'intervallo di efficienza ottimale del catalizzatore o meglio conosciuto come lambda 1.

Il catalizzatore può essere quindi:

==[[La sonda lambda]]==

[[Immagine:LambdasondeRB.jpg|250px|right|thumb|Sonda Lambda]]

La sonda lambda è necessaria per conoscere se i gas di scarico presentano del combustibile incombusto o sono in eccesso d'ossigeno, per mantenere il rapporto di miscela (kg aria/kg combustibile) entro l'intervallo di efficienza ottimale del catalizzatore meglio conosciuto come lambda 1.

* Solo ''riducenteRiducente'' (detto ''one-way'' in quanto agisce sui unsul principale inquinante): usato per i [[motoreMotore dieselDiesel|motori dieselDiesel]], a base di [[rodio]] (Rh), in grado di ridurre gli ossidi di azoto (NO_x) in ossigeno ede azoto.

Da tenere presente che le diverse tipologie di sonda lambda possono non essere compatibili l'un l'altra.

* Solo ''ossidanteOssidante'' (detto ''Two-way'' in quanto agisce sui due principali inquinanti): usato per i [[motore ad accensione comandata|motori ad accensione comandata]], a base di [[Platinoplatino]] e/o [[Palladio (elemento chimico)|Palladiopalladio]], in grado di ridurreossidare monossido di carbonio (NOCO) ede idrocarburi incombusti (H_xC_x); in alcuni mezzi, che non usano la sonda lambda, si ha anche un circuito che immette aria prima del catalizzatore, in modo da permettere una seconda combustione nel catalizzatore, ottenendo gli stessi risultati dei sistemi con [[sonda lambda]], ma generalmente si ha un consumo di carburante più elevato.

* ''Trivalente'' o ''Ossidante e riducente'' (detto ''three-way'' in quanto agisce sui tre principali inquinanti); caratterizzato da un primo catalizzatore riducente e da un secondo catalizzatore ossidante, è impiegato nei motori a [[benzina]] ede a gas con combustione [[Stechiometria|stechiometrica]] e dotati di controllo lambda e si differenzia a sua volta in due tipi:

** Il catalizzatore ''a ciclo aperto''<br />nei dispositivi dove si usa l'[[Ossido di cerio(IV)|ossido di cerio]] (CeO₂), che immagazzina l'ossigeno in eccesso nei gas di scarico in condizioni di miscela magra e successivamente viene rilasciato durante le fasi di miscela ricca, ha un rendimento non costante in funzione del regime del motore. L'ossigeno è fondamentale per il secondo catalizzatore ossidante, in modo d'ossidare CO e idrocarburi incombusti e trasformarli in elementi meno inquinanti, altri sistemi invece adottano un circuito d'aria secondario, per quest'ultima purificazione.

** Il convertitore catalitico ''a ciclo chiuso''<br />è in grado di ottimizzare la conversione grazie alla ''sonda lambda'', che inviando la rilevazione dell'O₂ ada una centralina elettronica, permette a questa di variare la quantità di [[benzina]] immessa nella camera di combustione, in modo da riportare il rapporto di [[miscela]] (kg aria/kg combustibile) entro l'intervallo di efficienza ottimale del catalizzatore o meglio conosciuto come lambda 1.

Un catalitico può essere ossidante o trivalente, un cataliticocatalizzatore ossidante può essere usato anche in applicazioni speciali quali abbattimento odori da torrefazione di caffè o riduzioneossidazione di idrocarburi nel trattamento di terreno inquinato.

==La doppia sonda lambda==

L'utilizzo di una doppia sonda lambda, permette d'avere un quadro più preciso sul funzionamento del motore e una sua correzione più veloce, questo sistema è stato introdotto con la direttiva 98/69 CEE a partire dalle omologazioni del 01/01/2000 per il controllo dell'efficacia del catalizzatore dove una sonda è a monte e la seconda è a valle rispetto al catalizzatore.

==[[ La sonda lambda]] ==

Infatti la sonda lambda invia un segnale a doppio stadio (presenza o assenza d'ossigeno), con l'uso di una sola sonda, la centralina (ECU) deve perennemente lavorare sulla correzione dei valori d'iniezione e d'accensione, l'uso di due sonde permette d'avere una campionatura piu veritiera e di aumentare la durata del sistema, dato che i sensori con l'invecchiamento tendono a variare la loro sensibilità, si riesce così avere un funzionamento più costante del motore, con una correzione più precisa, riducendo anche il numero di correzioni da parte della centralina, con oscillazioni piu precise della stechiometria e della tensione delle sonde.<br>

{{vedi anche|Sonda lambda}}

Inoltre il catalizzatore si degrada con l'utilizzo, fino a diventare inutilizzabile e la seconda sonda riesce a percepire questo degradamento con la tensione fornita, dove nel caso questa sia piu fioca rispetto alla prima il catalizzatore è funzionante, nel caso siano uguali non si ha piu il funzionamento del catalizzatore dato che non riesce piu a incentivare le reazioni chimiche, nel caso si presenti quest'ultima condizione il guidatore è avvisato tramite una spia luminosa.

[[ImmagineFile:LambdasondeRB.jpg|250px|right|thumb|SondaUna [[sonda Lambdalambda]]]]

La [[sonda lambda]] è necessaria per conoscere se i gas di scarico presentano del combustibile incombusto o sono in eccesso d'ossigeno, per mantenere il rapporto di miscela (kg aria/kg combustibile) entro l'intervallo di efficienza ottimale del catalizzatore meglio conosciuto come lambda 1 (dosatura stechiometrica).

{{chiarire|Gli attuali tipi di sonda lambda non sono tra loro compatibili.}}

===La doppia sonda lambda===

L'utilizzo di una doppia sonda lambda, permette d'avere un quadro più preciso sul funzionamento del motore e una sua correzione più veloce,. questoQuesto sistema è stato introdotto con la direttiva 98/69 CEE (a partire dalle omologazioni del 01/01/2000) per il controllo dell'efficacia del catalizzatore; dovele unadue sondasonde èsono montate rispettivamente a monte e la seconda è a valle rispettodel al catalizzatoredispositivo.

Infatti laLa sonda lambda invia un segnale a doppio stadio (presenza o assenza d'ossigeno),: con l'uso di una sola sonda, la centralina (ECU) deve perennemente lavorare sulla correzione dei valori d'iniezione e d'accensione,. lL'uso di due sonde permette d'avere una campionatura piupiù veritiera e di aumentare la durata del sistema, dato che i sensori con l'invecchiamento tendono a variare la loro sensibilità,. In questo simodo riesceè cosìpossibile avere un funzionamento più costante del motore, con una correzionecorrezioni più precisagraduali, riducendoprecise, anchedistanziate il numerotra di correzioniloro danel parte della centralina, con oscillazioni piu precise della stechiometria e della tensione delle sondetempo.<br>

La presenza della sonda a valle consente inoltre di ricevere un indice sull'efficienza del catalizzatore: finché le sonde rilevano valori differenti, la centralina è a conoscenza del fatto che il catalizzatore ancora riesce a influire la reazione chimica dei gas di scarico. Quando invece i valori a monte e a valle del catalizzatore sono identici, significa che la sua efficacia è esaurita, ed è quindi possibile segnalare il problema tramite una spia luminosa.

==Il motore==

Il motore, per poter utilizzare tale elemento, senza determinarne il danneggiamento e senza perdere in modo eccessivo le sue prestazioni, deve avere determinati accorgimenti:

*Deve utilizzare un incrocio delle valvole leggermente maggiore, così come l'anticipo d'apertura per le valvole di scarico, dato che il materiale di supporto del catalizzatore, per via delle sue caratteristiche costituiscedimensionali, introduce una strozzatura,[[perdita di carico]] che rallenta la fuoriuscita dei gas di scarico.

*Avere un controllo della combustione dettagliato e preciso, con l'utilizzo di [[unità di controllo motore|unità di controllo]] in modo da poter regolare (grazie all'utilizzo della sonda lambda) sia il rapporto stechiometrico per non rovinare il catalizzatoreconvertitore catalitico con il carburante incombusto, (che ne può innalzare eccessivamente la temperatura), sia la [[fasatura d'accensione]], in modo da garantire sempre una combustione ottimale e completa all'interno dei cilindri.

*Il catalizzatore deve essere posizionato relativamente vicino al motore per essere riscaldato velocemente in fase di accensione. Il catalizzatore trivalente per motori ad accensione comandata una volta scaldato permette di abbattere la quasi totalità delle emissioni inquinanti. Vengono preventivate strategie di controllo motore nella ECU per riscaldare il catalizzatore velocemente.

== Problemi comuni e manutenzione ==

Il convertitore catalitico può danneggiarsi a causa di urti meccanici, come impatti con marciapiedi o ostacoli. I sintomi di guasto comprendono perdita di potenza, emissioni anomale, difficoltà nell’avviamento e aumento dei consumi. Di solito, dura circa 200.000 chilometri, ma la sua longevità può variare in base al tipo di veicolo e al dispositivo.<ref>{{Cita web|url=https://www.auto-doc.it/info/catalizzatore-auto-rotto-problemi-sintomi-e-riparazione|titolo=Catalizzatore auto rotto: cos'è, sintomi di guasto, problemi e riparazione|sito=Auto-doc|accesso=2024-09-30}}</ref>

== Note ==

<references />

== Voci correlate ==

* [[Sonda lambda]]

* [[Filtro antiparticolato]]

== Altri progetti ==

{{interprogetto}}

==Collegamenti esterni==

*[{{cita web|http://www.pianetachimica.it/didattica/documenti/Marmitta%20catalitica.pdf |Marmitta Catalitica]}}

*Composizione dei gas alle diverse stechiometrie [http://www.pinguinracingteam.net/Tecnica/Tecnica%20Moto/Alimentazione/tecnic1.jpg O2, CO, CO2 e H2] [http{{Webarchive|url=https://wwwweb.omniautoarchive.itorg/awpImagesweb/photogallery20160321055751/2006http:/4480/photoswww.pinguinracingteam.net/tecnica/tecnica%20moto/alimentazione/catalizzatori_e_filtri_anti_particolato_31215tecnic1.jpg NOx, CO e HC in rapporto anche|data=21 all'efficienzamarzo di2016 conversione]}}

{{Controllo di autorità}}

{{Portale|chimica|fisica|Ingegneriaingegneria}}

[[Categoria:Ingegneria chimica]]

[[Categoria:Componenti meccanici]]

[[Categoria:Inquinamento atmosferico]]

[[Categoria:Catalisi]]

[[cs:Katalyzátor výfukových plynů]]

[[da:Katalysator (udstødning)]]

[[de:Fahrzeugkatalysator]]

[[en:Catalytic converter]]

[[es:Convertidor catalítico]]

[[fi:Katalysaattori]]

[[fr:Pot catalytique]]

[[he:ממיר קטליטי]]

[[hr:Katalitički pretvornik]]

[[ia:Catalysator]]

[[ja:三元触媒]]

[[ms:Penukar bermangkin]]

[[nl:Driewegkatalysator]]

[[pl:Reaktor katalityczny]]

[[pt:Conversor catalítico]]

[[ru:Каталитический конвертер]]

[[simple:Catalytic converter]]

[[sk:Katalyzátor (auto)]]

[[sl:Avtomobilski katalizator]]

[[sv:Katalytisk avgasrening]]

[[tr:Katalitik konvertör]]

[[zh:催化转换器]]