3 prezentacija mehatronika mv-katalizatori
TRANSCRIPT
![Page 1: 3 Prezentacija Mehatronika Mv-katalizatori](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022012309/553d2e0555034642438b4b18/html5/thumbnails/1.jpg)
KATALIZATORI KATALIZATORI:
• materije koje uti~u na pokretanje, menjanje brzine i usmeravanje hemijskih reakcija, ne menjaju}i pri tom svoje stanje i koncentraciju.
• deluju kao: − INHIBITORI - usporavaju ili zaustavljaju hemijske reakcije
− AKTIVATORI (INICIJATORI) - iniciraju i ubrzavaju hemoreakcije
1
![Page 2: 3 Prezentacija Mehatronika Mv-katalizatori](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022012309/553d2e0555034642438b4b18/html5/thumbnails/2.jpg)
ZADATAK KATALITI^KIH KONVERTORA NA MOTORNOM VOZILU:
• naknadna obrada izduvnih gasova:
− oksidacija CO i CH
− redukcija NOX − CO2 , H2O , N2
2
![Page 3: 3 Prezentacija Mehatronika Mv-katalizatori](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022012309/553d2e0555034642438b4b18/html5/thumbnails/3.jpg)
KONSTRUKTIVNE KARAKTERISTIKE
• Metalno (limeno) ku}i{te • Obloga (metalna vuna) • Nosa~ (supstrat)
− granule zrnaste strukture (peleti) − kerami~ki monoliti − metalni monoliti
• Aktivni kataliti~ki sloj − plemeniti metali (platina Pt, paladijum Pd, rodijum Rh)
1 - 3 grama − promotor - pobolj{ava odredjena svojstava:
selektivnost, stabilnost povr{ine, difuzija...
• Zapremina katalizatora ≈ 80 % radne zapremine motora
3
![Page 4: 3 Prezentacija Mehatronika Mv-katalizatori](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022012309/553d2e0555034642438b4b18/html5/thumbnails/4.jpg)
Slika 1.4.:
Katalizator sa:
a) granulama (pelet tip)
b) kerami~kim monolitom
4
![Page 5: 3 Prezentacija Mehatronika Mv-katalizatori](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022012309/553d2e0555034642438b4b18/html5/thumbnails/5.jpg)
Slika 1.4.1.: Izgled kerami~kog monolita sa aktivnim slojem
5
![Page 6: 3 Prezentacija Mehatronika Mv-katalizatori](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022012309/553d2e0555034642438b4b18/html5/thumbnails/6.jpg)
Slika 1.4.2.:
Metalni monolit katalizatora
6
![Page 7: 3 Prezentacija Mehatronika Mv-katalizatori](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022012309/553d2e0555034642438b4b18/html5/thumbnails/7.jpg)
FUNKCIONALNE KARAKTERISTIKE
• Faktori sredine koji uti~u na funkcionalnost katalizatora:
− sastav sme{e (λ), odnosno sastav izduvnih gasova;
− temperatura izduvnih gasova na izlazu motora;
− linearna i prostorna brzina izduvnih gasova (zapreminski protok i.g./ zapremina katalizatora);
− vreme konverzije.
7
![Page 8: 3 Prezentacija Mehatronika Mv-katalizatori](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022012309/553d2e0555034642438b4b18/html5/thumbnails/8.jpg)
• Karakteristike za ocenu katalizatora na motornom vozilu:
− efikasnost kataliti~ke konverzije pojedinih komponenti u izduvnim gasovima u zavisnosti od temperature, sastava sme{e i re`ima rada;
[ ]E iM i M i
M i=
− '%
gde je:
Mi - masena emisija komponente "i" ispred katalizatora;
Mi/- masena emisija komponente "i" iza katalizatora;
i - indeks koji se odnosi na jednu od komponenti {CO, CH, NOx}
− startno pona{anje hladnog katalizatora i vreme odziva posle hladnog starta motora;
− pona{anje katalizatora u procesu starenja.
8
![Page 9: 3 Prezentacija Mehatronika Mv-katalizatori](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022012309/553d2e0555034642438b4b18/html5/thumbnails/9.jpg)
• Uslovi kataliti~ke konverzije:
− CO i CH : siroma{na ili stehiometrijska sme{a ili naknadno ubacivanje vazduha u izduvni sistem
− NOX : bogata (vi{e amonijaka) ili stehiometrijska sme{a (azot)
9
![Page 10: 3 Prezentacija Mehatronika Mv-katalizatori](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022012309/553d2e0555034642438b4b18/html5/thumbnails/10.jpg)
• Trokomponentni katalizator TWC (Three-Waz Catalist):
− vr{i kataliti~ku konverziju sve tri {tetne komponente izduvnih gasova
− stehiometrisjke sme{e ili vrlo bliskim ovom odnosu (Δλ ≤ ± 0,01)
1 - Kerami~ki monolit sa aktivnim slojem
2 - Obloga od ~eli~nih vlakana
3 - Metalno ku}i{te
Slika 1.5.: Presek trokomponentnog katalizatora
10
![Page 11: 3 Prezentacija Mehatronika Mv-katalizatori](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022012309/553d2e0555034642438b4b18/html5/thumbnails/11.jpg)
• Startna temperatura (Light Off) katalizatora:
− temperatura polukonverzije pri kojoj katalizator dosti`e efikasnost konverzije 50%
− 250 - 300 oC
− pove}ava se: starenjem katalizatora oboga}enjem sme{e (pri hladnom startu) prisustvom CO, NOX i CH.
11
![Page 12: 3 Prezentacija Mehatronika Mv-katalizatori](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022012309/553d2e0555034642438b4b18/html5/thumbnails/12.jpg)
DEZAKTIVIRANJE I STARENJE KATALIZATORA
• Trajnost katalizatora:
− vreme smanjenja njegove aktivnosti i efikasnosti tokom upotrebe do unapred definisane vrednosti
− na putni~kom vozilu najmanje 80.000 km (evropski zahtev), odnosno 160.000 km (zahtev u SAD)
− ocenjuje se preko faktora pogor{anja konverzije EDF (Emission Deterioration Factor) = Mi2 / Mi1
12
![Page 13: 3 Prezentacija Mehatronika Mv-katalizatori](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022012309/553d2e0555034642438b4b18/html5/thumbnails/13.jpg)
• Uzroci dezaktiviranja, starenja i o{te}enja:
1. Sinterovanje ili termi~ko dezaktiviranje:
fizi~ki proces - smanjenje aktivne povr{ine na visokim temperaturama
< 800 0C - minimalna, > 1000 0C - vrlo intenzivno
Slika 1.6.:
Faze procesa sinterovanja oksidne
nose}e podloge
2. Trovanje: dezaktiviranje aktivne povr{ine pod dejstvom adsorbcije kataliti~kih otrova:
− aditivi goriva (olovo, mangan, sumpor) − aditivi maziva (kalcijum, cink, fosfor) − metali iz izduvnog sistema (gvo`dje, nikl,
bakar)
reverzibilno - nestaje neposredno po uklanjanju inhibitora ireverzibilno - ostaje i posle uklanjanja inhibitora
3. Blokiranje:
dezaktiviranja zbog talo`enja materija koje u~estvuju u reakcijama: C-jedinjenja , sulfidi metala fizi~kog i hemijskog karaktera
4. Mehani~ka o{te}enja:
udari nagli porast pritiska gasova trenje pri strujanja reaktanata i dr
13
![Page 14: 3 Prezentacija Mehatronika Mv-katalizatori](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022012309/553d2e0555034642438b4b18/html5/thumbnails/14.jpg)
Slika 1.6.1.: Trovanje katalizatora: a) reverzibilno; b) ireverzibilno
Slika 1.7.:
Smanjenje efikasnosti trokomponentnog katalizatora
primenom olovnog benzina
14
![Page 15: 3 Prezentacija Mehatronika Mv-katalizatori](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022012309/553d2e0555034642438b4b18/html5/thumbnails/15.jpg)
SISTEMI S OKSIDACINIM KATALIZATOROM (slika 1.8.)
• Oksidacioni katalizator:
− CO i CH → CO2 i H2O
− NOX → neobradjeni
− smanjenje NOX mogu}e:
pri λ > 1,2 primenom recirkulacije izduvnih gasova (EGR) smanjenjem ugla pretpaljenja.
• Kiseonik za oksidaciju → dovodjenjem sekundarnog vazduha u izduvni kolektor.
Slika 1.8.: Sistem s oksidacionim katalizatorom i ubrizgavanjem sekudnarnog vazduha
15
![Page 16: 3 Prezentacija Mehatronika Mv-katalizatori](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022012309/553d2e0555034642438b4b18/html5/thumbnails/16.jpg)
SISTEMI S DVOSTEPENIM KATALIZATOROM (slika 1.10.)
• Kombinacija dva stepena katalizatora postavljena u seriji u istom ku}i{tu (slika 1.9.)
− redukcioni stepen: redukcija NOX − oksidacioni stepen: oksidacija CO i CH − sekundarni vazduh u komoru za me{anje
• Uslov: bogata (ili bar stehiometrijska) sme{a
Slika 1.9.:
Dvostepeni katalizator
Slika 1.10.: Sistem s dvostepenim katalizatorom
16
![Page 17: 3 Prezentacija Mehatronika Mv-katalizatori](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022012309/553d2e0555034642438b4b18/html5/thumbnails/17.jpg)
SISTEMI SA TROKOMPONENTNIM KATALIZATOROM (slika 1.11.)
• Konverzija sve tri komponente {tetnih izduvnih gasova (∼80%)
• Uslov: − stehiometrijska sme{a:
upravljanje u zatvorenoj petlji sa λ-sondom primena EFI (elektronsko ubrizgavanje goriva)
Slika 1.11.: Upravljanje sastavom gorive sme{e u zatvorenoj petlji
17
![Page 18: 3 Prezentacija Mehatronika Mv-katalizatori](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022012309/553d2e0555034642438b4b18/html5/thumbnails/18.jpg)
PROBLEM AKTIVNOSTI KATALIZATORA U FAZI ZAGREVANJA MOTORA
• Start hladnog motora - bogata sme{a
• Start EC sastava sme{e - min. radna temperatura λ-sonde ≈ 300 0C
18
![Page 19: 3 Prezentacija Mehatronika Mv-katalizatori](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022012309/553d2e0555034642438b4b18/html5/thumbnails/19.jpg)
• Mere za pobolj{anje startnih karakteristika katalizatora:
1. Smanjenje αP u po~etnoj fazi zagrevanja motora nakon starta (∼90 s) smanjenje emisije NOX jedinjenja pove}ano naknadno sagorevanje CH uticaj na potro{nju i snagu motora - prakti~no zanemarljiv.
2. Ubrizgavanje sekundarnog vazduha u izduvni kolektor smanjuje se emisija CH i CO, zbog njihove oksidacije egzotermna reakcija - pove}ava se temperatura u izduvnom sistemu
− skra}uje se vreme startovanja katalizatora − pove}ava se ukupna aktivnost katalizatora
3. Postavljanje katalizatora neposredno iza izduvnog kolektora smanjuje se vreme startovanja zbog vi{ih temperatura katalizator se izla`e opasno visokim temperaturama kada motor radi u re`imu maksimalne snage
19
![Page 20: 3 Prezentacija Mehatronika Mv-katalizatori](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022012309/553d2e0555034642438b4b18/html5/thumbnails/20.jpg)
4. Primena dodatnog startnog katalizatora neposredno iza izduvnog kolektora
serijska veza startnog katalizatora sa bajpas leptirom (sl. 1.12.a)
paralelna veza startnog katalizatora sa bajpas leptirima (sl. 1.12.b)
Slika 1.12.: Startni katalizator: a) serijski b) paralelni
20
![Page 21: 3 Prezentacija Mehatronika Mv-katalizatori](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022012309/553d2e0555034642438b4b18/html5/thumbnails/21.jpg)
5. Primena absorbera na bazi zeolita (slika 1.13.)
zeolit absorbuje molekule CH u po~etnoj fazi zagrevanja motora
oslobadjanje molekula CH iz absorbera pri temperaturi izduvnih gasova od 120 - 140 oC
naknadna obrada CH u glavnom katalizatoru
Slika 1.13.: Sistem sa apsorberom ugljovodonika
21
![Page 22: 3 Prezentacija Mehatronika Mv-katalizatori](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022012309/553d2e0555034642438b4b18/html5/thumbnails/22.jpg)
6. Predgrevanje katalizatora u po~etnoj fazi zagrevanja motora, iz posebnog spolja{njeg izvora:
gorionik s te~nim gorivom (slika 1.14.)
elektri~ni greja~ (Electrically Heated Catalyst - EHC)
Optimalno re{enje kataliti~kog sistema - slika 1.15.
Slika 1.14.: Koncept predgrevanja katalizatora gorionikom
Slika 1.15.:
EHC, startni i glavni katalizator
22
![Page 23: 3 Prezentacija Mehatronika Mv-katalizatori](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022012309/553d2e0555034642438b4b18/html5/thumbnails/23.jpg)
LAMBDA SONDA LAMBDA SONDA = EGO - SENZOR (Exhaust Gas Oxigen Sensor)
LAMBDA SONDA = O2 - SENZOR:
• dava~ informacije o sastavu izduvnih gasova na bazi koncentracije kiseonika u njima
• ugradnja u izduvnu cev motora (negrejana - bli`e motoru)
• radna temperatura: od 300 - 900 0C
23
![Page 24: 3 Prezentacija Mehatronika Mv-katalizatori](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022012309/553d2e0555034642438b4b18/html5/thumbnails/24.jpg)
KONSTRUKCIJA (slika 1.16):
Slika 1.16.: Lambda sonda na bazi cirkonijum dioksida
a) [ematski prikaz b) Konstrukcija sonde
24
![Page 25: 3 Prezentacija Mehatronika Mv-katalizatori](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022012309/553d2e0555034642438b4b18/html5/thumbnails/25.jpg)
PRINCIP RADA:
• Izlazni napon UL = f (ΔO2 )
• Stati~ka karakteristika λ-sonde (slika 1.17.): UL = f (λ)
− nelinearna - prekida~ka karakteristika za λ ≈ 1
ON - OFF regulacija (u 2 ta~ke)
Slika 1.17.:
Stati~ka karakteristika lambda sonde
UL = f(λ)
25