Convertitore catalitico
Il convertitore catalitico, conosciuto come marmitta catalitica è un dispositivo catalizzatore montato sull'impianto di scarico di un motore a combustione interna.
Introduzione
Tale 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 a ridurre il rumore di scarico.
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).
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).
Costruzione
È costituito da un corpo dotato di centinaia di piccoli canali (CPSI channels per square inch o canali per pollice quadro) oppure in passato da sferette di ceramica che permettevano il passaggio del gas di scarico attraverso gli interstizi, questo corpo può essere in metallo oppure in ceramica. Su di esso viene depositato uno strato aggrappante e poi viene depositato per impregnazione e successiva cottura in forno il metallo nobile (Platino, Palladio, Iridio), in quantità ben determinate.
Dimensionamento
Un convertitore catalitico (meglio definirlo 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, NOx, aldeidi),
- Livello degli inquinanti,
- Livello da raggiungere dopo il catalitico,
- Massima contropressione ammessa.
Tipologia
Generalmente assume forme diverse a seconda del tipo di veicolo:
- Elemento catalizzatore (marmitta catalitica compatta), questo non è altro che un corpo cilindrico da inserire lungo lo scarico, fino all'ingresso del silenziatore, senza alterare la struttura e forma del sistema di scarico.
- 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 tipi di convertitore
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.
- Solo riducente (detto one-way in quanto agisce sui un principale inquinante): usato per i motori diesel, a base di rodio (Rh), in grado di ridurre gli ossidi di azoto (NOx) in ossigeno ed azoto.
- Solo ossidante (detto Two-way in quanto agisce sui due principali inquinanti): usato per i motori ad accensione comandata, a base di Platino e/o Palladio, in grado di ridurre monossido di carbonio (CO) ed idrocarburi incombusti (HxCx).
- 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 stechiometrica e dotati di controllo lambda si differenzia a sua volta in due tipi
- Il catalizzatore a ciclo aperto
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
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 a ciclo aperto
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.
Da tenere presente che le diverse tipologie di sonda lambda possono non essere compatibili l'un l'altra.
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.
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.
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 più 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.
Il motore
Il motore per poter utilizzare tale elemento, 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 catalizzatore per via delle sue caratteristiche costituisce una strozzatura, che rallenta la fuoriuscita dei gas di scarico.
- Avere un controllo della combustione dettagliato e preciso, con l'utilizzo di unità di controllo in modo da poter regolare (grazie all'utilizzo della sonda lambda) sia il rapporto stechiometrico per non rovinare il catalizzatore con il carburante incombusto, che la fasatura d'accensione, in modo da garantire sempre una combustione ottimale e completa.
Collegamenti esterni
- Marmitta Catalitica
- Composizione dei gas alle diverse stechiometrie O2, CO, CO2 e H2 NOx, CO e HC in rapporto anche all'efficienza di conversione
