Υβριδικό (ηλεκτρικό) τούρμπο!

Ο υβριδικός υπερσυμπιεστής είναι ηλεκτρικός και περιλαμβάνει μια τουρμπίνα – γεννήτρια και ένα κομπρέσορα επίσης υψηλών ταχυτήτων. Το ηλεκτρικό μοτέρ τρέχει με περιστροφή 120.000 στροφών/λεπτό (rpm) και όταν χρησιμοποιείται ως γεννήτρια παράγει πάνω από 98% ρεύμα. Η σωστή απόδοση του ηλεκτρισμού είναι σημαντική μιας και δεν υπάρχει μηχανική σύνδεση μεταξύ τουρμπίνας και κομπρέσορα. Με λίγα λόγια κομπρέσορας και τουρμπίνα είναι ανεξάρτητα μεταξύ τους. Έτσι ο υβριδικός υπερσυμπιεστής έχει καλύτερη απόδοση από έναν συμβατικό.

Κατασκευή

Ο υπερσυμπιεστής στηρίζει ένα ηλεκτρικό μοτέρ το οποίο περιέχει μόνιμους μαγνήτες ώστε να δημιουργούν ηλεκτρισμό σε αντίθεση με τα επαγωγικά μοτέρ τα οποία δημιουργούν ηλεκτρισμό μέσω μαγνητικού πεδίου μέσα σε ένα κέλυφος. Τα πλεονεκτήματα θα τα δούμε παρακάτω.

Επιτάχυνση

Όταν ο οδηγός αφήνει το γκάζι, ο υβριδικός υπερσυμπιεστής λειτουργεί ως ηλεκτρικός supercharger. Ο κομπρέσορας τροφοδοτείται μερικώς από την ενέργεια που υπάρχει στο σύστημα κι’ έτσι του επιτρέπει να επιταχύνει κανονικά σε λιγότερο από 500 ms (μίλι σέκοντ). Αυτό σημαίνει ότι έχουμε μηδενική υστέρηση το οποίο σημαίνει ότι έχουμε καλύτερη απόδοση από τους συμβατικούς twin scroll για παράδειγμα.

Επειδή υπάρχει ξεχωριστά ο κομπρέσορας και στέλνει πληροφορίες ο εγκέφαλος μπορεί να δέχεται ακριβέστερα τα δεδομένα του στοιχειομετρικού μίγματος κι’ έτσι να έχουμε πιο ακριβή και ολοκληρωμένη καύση. Δηλαδή ελέγχουμε τον αέρα που εισέρχεται και την πίεση  μέσω της ταχύτητας του κομπρέσορα, κάτι δηλαδή που δεν γίνεται στους συμβατικούς τούρμπο γιατί εκεί ελέγχεται ο αέρας μέσω του Λ και MAF.

Απόθεμα ενέργειας

Στις υψηλές στροφές του κινητήρα δημιουργείται περισσότερη ενέργεια από την τουρμπίνα απ’ ότι χρειαζόμαστε για τον κομπρέσορα. Οπότε η περίσσεια ενέργεια χρησιμοποιείται για να γεμίσει την «αποθήκη» ενέργειας του συστήματος ώστε στα επόμενα φορτία (πατήματα) να μην υπάρχει υστέρηση.

Πλεονεκτήματα

•          Εξοικονόμηση χώρου και ελευθερία τοποθέτησης εφόσον η τουρμπίνα και ο κομπρέσορας είναι ανεξάρτητα.
•          Εισαγωγή πυκνότερου αέρα μειώνοντας το μήκος των αυλών εισαγωγής και αυξάνοντας το μέγεθος του ρότορα του κομπέσορα.
•          Ελέγχοντας ο εγκέφαλος τα επίπεδα της πίεσης υπάρχει ακριβέστερη πρόβλεψη για την καύση στους κυλίνδρους.

 *Αυτό είναι το μέλλον...

Υπερσυμπίεση (ή υπερπλήρωση;;)!

Ο υπερσυμπιεστής είναι μια μονάδα η οποία  στην ουσία προκαλεί  μια εξαναγκασμένη «διέγερση» η οποία εκτελείται μέσω ενός στροβιλοκινητήρα, ο οποίος αυξάνει την απόδοση και τη δύναμη του κινητήρα μέσω εισαγωγής- στο θάλαμο καύσης - περισσότερου αέρα.

Απλά και κατανοητά

Η διαδικασία είναι απλή: εισάγεται αέρας στο πρώτο τμήμα της τουρμπίνα (τμήμα εισαγωγής) ψύχεται στο ψυγείο (ιντερκούλερ) και πετάγεται με πίεση στο θάλαμο καύσης (αναλογικά πετάγεται και περισσότερο καύσιμο ώστε στοιχειομετρικά το μίγμα να είναι κατάλληλο για να αποδώσει το όχημα) από τον οποίο τα καυσαέρια κινούν το 2^ο τμήμα του συστήματος υπερπίεσης (τμήμα εξαγωγής) και καταλήγουν στο σύστημα της εξάτμισης και από εκεί στο περιβάλλον.

Λίγη ιστορία πρίν το ζουμί

Η «εξαναγκασμένη εισαγωγή» εμφανίστηκε στα τέλη του 19^ου αιώνα, όταν ο Γκότλεμπ Ντάιμλερ σχεδίασε την τεχνική στην οποία μία αντλία κινούμενη μηχανικά (με γρανάζι) εισήγαγε αέρα σε ένα Μ.Ε.Κ. Ο υπερσυμπιεστής (ή για πολλούς αεροσυμπιεστής) εφευρέθηκε από από ένα σουηδό μηχανικό τον Γκεμπρίντερ Μπέχι, ο οποίος είχε την ιδέα το 1905 να χρησιμοποιήσει ένα κομπρέσορα κινούμενο μέσω καυσαερίων ώστε να εξαναγκάσει αέρα να μπεί στο θάλαμο καύσης και να αυξήσει την ισχύ του κινητήρα. Το σχέδιο αυτό βέβαια πήρε ακόμη 20 χρόνια ώστε η ιδέα να εκτελεστεί και να τελειοποιηθεί. Οι υπερσυμπιεστές πρώτα βγήκαν στην παραγωγή το 1920 και χρησιμοποιήθηκαν σε κινητήρες αεροσκαφών.

Αρχή λειτουργίας (το ζουμί)

Σε φυσιολογικώς αναρροφημένους εμβολοφόρους κινητήρες, τα αέρια εισαγωγής αντλούνται ή "πιέζονται" στον κινητήρα με ατμοσφαιρική πίεση γεμίζοντας το ογκομετρικό κενό που προκαλείται από την προς τα κάτω διαδρομή του εμβόλου (υποπίεση) π.χ. όπως όταν ρίχνουμε σταγόνες με σύριγγα. Η ποσότητα του αέρα που υπάρχει στο θάλαμο καύσης σε σχέση με τη θεωρητική ποσότητα αέρα που θα υπήρχε εάν ο κινητήρας μπορόυσε να διατηρήσει την ατμοσφαιρική του πίεση σταθερή, ονομάζεται ογκομετρική απόδοση. Ο υπερσυμπιεστής έχει στόχο να αυξήσει την ογκομετρική απόδοση του κινητήρα αυξάνοντας την πυκνότητα του αέρα

που εισάγεται αυξάνοντας την ισχύ ανά κύκλο του κινητήρα.

Στην αυτοκινητοβιομηχανία όταν λέμε «boost» (ώθηση) αναφερόμαστε στη διαφορά της παραπάνω πίεσης που υπάρχει στην εισαγωγή ενός κινητήρα με υπερσυμπιεστή σε σχέση με ένα ατμοσφαιρικό μοτέρ. Τα επίπεδα πίεσης αναγράφονται με διάφορα όργανα τα οποία μετρούν σε bar, psi ή και kPa.

Όταν υπερ-ωθούμε (overboosting) ένα κινητήρα υπάρχουν και συνέπειες: προανάφλεξη, υπερθέρμανση και δημιουργία  μεγάλων τάσεων εσωτερικά του κινητήρα. Για παράδειγμα για να αποφύγουμε την κρουστική καύση (πειράκια), η πίεση στην εισαγωγή δεν πρέπει να είναι υψηλή γι’ αυτό την ελέγχουμε με κάποια μέσα. Ένα από αυτά είναι η wastegate (βαλβίδα ανακουφίσεως) η οποία την περίσσια ενέργεια που οδεύει στην τουρμπίνα, αυτή η βαλβίδα τη στέλνει κατευθείαν στην εξάτμιση, οπότε και μειώνει την πίεση της τουρμπίνας.

Η χρονική καθυστέρηση του τούρμπο (Turbo lag)

Είναι η καθυστέρηση στην αλλαγή του φορτίου μέχρι να ανακάμψει η απόδοση. Όταν το φορτίο (γκάζι) είναι υψηλό (πατημένο) και το μειώσουμε, στην επόμενη απότομη γκαζιά δεν θα λειτουργήσει αμέσως το τούρμπο με αποτέλεσμα να υπάρχει καθυστέρηση. Αυτό έχει να κάνει με το χρόνο που χρειάζονται τα καυσαέρια και η τουρμπίνα ώστε να παράξουν την απαιτούμενη «ώθηση». Η αδράνεια, η τριβή και το φορτίο του συμπιεστή είναι οι παράγοντες στους οποίους οφείλεται αυτή η υστέρηση.

 *οι superchargers δεν έχουν αυτό το πρόβλημα γιατί κινούνται άμεσα από το στρόφαλο και όχι από τα καυσαέρια. Περισσότερα σε επόμενο άρθρο.

Κατηγορίες υπερσυμπιεστών

·         Twin turbo ή bi turbo είναι μια κατηγορία στην οποία έχουμε δυο χωριστούς υπερσυμπιεστές οι οποίοι δουλεύουν είτε σε σειρά είτε παράλληλα. Όταν δουλεύουν με παράλληλη διάταξη και οι δυο υπερσυμπιεστές τροφοδοτούνται με τα μισά καυσαέρια του κινητήρα. Στη διάταξη εν σειρά ο ένας λειτουργεί σε χαμηλές στροφές, και ο δεύτερος λειτουργεί σε υψηλές. Στην εν σειρά διάταξη το turbo lag είναι μειωμένο, αλλά πνίγουν το μοτέρ μας οι πολλές σωληνώσεις.

Twin scroll είναι οι υπερσυμπιεστές οι οποίοι έχουν δύο εξόδους για τα καυσαέρια (για παράδειγμα σε έναν τετρακύλινδρο κινητήρα με σειρά καύσης 1-3-2-4 οι 1-4 διώχνουν από τη μία έξοδο και οι 2-3 από την άλλη)  και δύο πτερύγια στον στρόβιλο ένα μικρότερο για άμεση απόκριση (μηδενικό lag) και ένα για μεγαλύτερη απόδοση. Με αυτό τον τρόπο μειώνεται η θερμοκρασία των καυσαερίων και τα οξείδια του αζώτου (ρύποι) και έχουμε μεγαλύτερη απόδοση της τουρμπίνας.

*Σύμπερασμα: Όταν υποκλίνονται οι Ιάπωνες στο τούρμπισμα, τότε ο κόσμος να γυρίσει ανάποδα είναι ένα τεχνολογικό θαύμα-με πολλές συνέπειες βέβαια....

Κρουστική καύση!

Τι είναι;

Κρουστική καύση είναι το φαινόμενο, στο οποίο μια αρχικά ομαλά εξελισσόμενη καύση μεταβαίνει ακαριαία σε εκρηκτικής μορφής καύση ολόκληρου του υπόλοιπου άκαυστου μίγματος.

Που οφείλεται;

Οφείλεται στην εκτεινόμενη «εκτοπιστική» συμπίεση, κατά την οποία το άκαυστο μίγμα περιορίζεται σε συνεχώς μικρότερο χώρο από το μέτωπο της κανονικής φλόγας κι’ετσι αυξάνεται η θερμοκρασία του (μεγαλύτερη από αυτή που υπάρχει στη φάση της συμπίεσης), οπότε το άκαυστο μίγμα αυταναφλέγεται. Η αυτανάφλεξη του άκαυστου μίγματος προκαλεί μια τοπική ανύψωση της πίεσης και της θερμοκρασίας. Αυτή η τοπική ανύψωση της πίεσης έχει ως αποτέλεσμα η πίεση να διαδίδεται ταχύτερα από τη θερμότητα. Τα κύματα πίεσης διαδίδονται με ταχύτητα μεγαλύτερη από την ταχύτητα του ήχου και ανακλώνται στα τοιχώματα του κυλίνδρου, με συνέπεια το μεταλλικό ήχο (πειράκια).

Η αύξηση της πίεσης και της θερμοκρασίας συντελούν στην αύξηση της μεταφοράς της θερμότητας από τα τοιχώματα του κυλίνδρου, με αποτέλεσμα τη μείωση του βαθμού απόδοσης και την αύξηση της κατανάλωσης καυσίμου. Λόγω των ισχυρών δυνάμεων που αναπτύσσονται και τα βίαια ωστικά κύματα τα μηχανικά μέρη (βαλβίδες, έμβολα, έδρανα, άξονες κλπ.) καταπονούνται και φθείρονται πάρα πολύ με αποτέλεσμα την καταστροφή του κινητήρα. Επίσης κατά την κρουστική καύση δημιουργούνται με το καυσαέριο και επιβλαβείς ρύποι όπως αλδεΰδες και υπεροξείδια.

Μέθοδοι για την αποφυγή της κρουστικής καύσης είναι:

1.    Η προσθήκη στο καύσιμο κατάλληλων ουσιών, όπως ο τετρααιθυλιούχος (TEL) και ο τετραμεθυλιούχος (TML) μόλυβδος, με τις οποίες αυξάνεται η αντικρουστική ικανότητα της βενζίνης που εκφράζεται με τον αριθμό οκτανίου.

2.    Η μείωση της σχέσης συμπίεσης.

3.  Η έγχυση του καυσίμου σε συνδυασμό με τη λεγόμενη στρωματική γόμωση του κυλίνδρου, δηλαδή ανομοιογενές μίγμα, το οποίο είναι πλουσιότερο στην περιοχή ανάφλεξης,

4.    Η κατασκευή του θαλάμου καύσης με απλή και συγκεντρωτική μορφή με τον αναφλεκτήρα στο κέντρο.

5.    Η τοποθέτηση δυο αναφλεκτήρων, όταν είναι κατασκευαστικά δυνατόν, οπότε ο χρόνος καύσης μειώνεται στο μισό.

6.    Η καλύτερη ψύξη του κινητήρα.

7.    Η αύξηση των στροφών, που αυξάνει την ταχύτητα του μετώπου της φλόγας.

8.    Ο κανονικός στροβιλισμός του μίγματος.

9.    Η ανακύκλωση του καυσαερίου που μειώνει τη μέγιστη θερμοκρασία καύσης.

10.  Η διάσπαση (σχάση) του καυσαερίου που μειώνει τον κίνδυνο κρουστικής καύσης, επειδή απορροφάται θερμότητα, με αποτέλεσμα τη μείωση της μέγιστης θερμοκρασίας και πίεσης. Κυρίως, το CO₂  διασπάται σε CO και Ο₂ , αλλά υπάρχει και μια πολύ μικρή διάσπαση H₂O. Η διάσπαση του CO₂  ξεκινά στου 1000⁰C. Η θερμοκρασία καύσης είναι μικρή στα φτωχά μίγματα και γι’ αυτό αυτά δεν εμφανίζουν διάσπαση. Επίσης είναι περιορισμένη η διάσπαση καυσαερίου στα πλούσια μίγματα, στα οποία η συγκέντρωση οξυγόνου είναι ήδη υψηλή, λόγω ατελούς καύσης.

Παράγοντες που ευνοούν την κρουστική καύση:

1.    Η αύξηση της προπορείας έναυσης (αβάνς), επειδή τότε αυξάνεται η μέγιστη πίεση του κύκλου.

2.    Η αύξηση του φορτίου του κινητήρα (π.χ. απότομο γκάζι).

3.    Η υπερπλήρωση.

4.    Η αύξηση της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος.

5.    Η μείωση της υγρασίας του αέρα.

  6.    Όταν το μίγμα είναι στοιχειομετρικό, ελλατώνεται ο χρόνος καύσης, δηλαδή ο χρόνος που μεσολαβεί από τη στιγμή του σπινθιρισμού έως την ανάπτυξη της μέγιστης πίεσης. Η μείωση του χρόνου καύσης ευνοεί την κρουστική καύση.

Τι μπορεί να κάνει ο οδηγός στο δρόμο όταν οδηγώντας αντιληφθεί «πειράκια»;

Μπορεί να μειώσει τη σχέση μετάδοσης στο κιβώτιο ταχυτήτων. Με τον τρόπο αυτό, αυξάνεται η μεταφερόμενη ροπή στους τροχούς και υποβοηθείται η επιτάχυνση του οχήματος. Συνεπώς, η δυσμενής λειτουργική αυτή κατάσταση αντιμετωπίζεται σε συντομότερο χρόνικό διάστημα.

Πηγή: Μ.Ε.Κ. 1 Δρ. Περικλής Γ. Χασιώτης

Αισθητήρας θερμοκρασίας!

Σε ένα όχημα, ο αισθητήρας θερμοκρασίας κινητήρα πληροφορεί την Μονάδα Ελέγχου

Κινητήρα (Engine Control Unit / ΕCU) για τη θερμοκρασία του ψυκτικού υγρού, άρα την μέση θερμοκρασία λειτουργίας του κινητήρα. Η πληροφορία αυτή είναι εξαιρετικά σημαντική για τον καθορισμό του χρόνου ψεκασμού, του χρόνου ανάφλεξης, ρύθμιση ρελαντί, λειτουργία της βαλβίδας EGR και πολλών ακόμα υποσυστημάτων.

Που βρίσκεται; 

Ο αισθητήρας αυτός βρίσκεται στο σώμα του κινητήρα, κοντά στην κυλινδροκεφαλή και

στην έξοδο του νερού ψύξης. 

Κατασκευή

Αποτελείται από μια αντίσταση αρνητικού θερμικού συντελεστή (θερμίστορ NTC), δηλ. η τιμή της αντίστασής του μειώνεται όσο αυξάνει η θερμοκρασία. Η φίσα του αισθητήρα έχει δυο επαφές για την σύνδεσή του με την ECU. Εσωτερικά στην ECU υπάρχει μια αντίσταση σταθερής τιμής συνδεδεμένη σε σειρά με το θερμίστορ. Η γραμμή τροφοδοτείται με τάση 5V. Καθώς μεταβάλλεται η τιμή της αντίστασης στο θερμίστορ ανάλογα με τη θερμοκρασία, μεταβάλλεται η ένταση στο κύκλωμα, επομένως μεταβάλλεται και η πτώση τάσης στην αντίσταση σταθερής τιμής. Αυτή την τιμή τάσης διαβάζει η ECU για να υπολογίσει τη θερμοκρασία.

Αισθητήρας μέτρησης μάζας αέρα (MAF)!

Ο αισθητήρας μάζας αέρα (MAF) πληροφορεί την ECU για την μάζα του εισερχόμενου αέρα. Ο αισθητήρας αυτός μετατρέπει την μάζα του εισερχόμενου αέρα σε ένα σήμα τάσης. Το σήμα αυτό στους περισσότερους MAF είναι αναλογικό, αλλά υπάρχουν και κάποιες σχεδιάσεις που παράγουν ψηφιακό σήμα. Βρίσκεται στον αγωγό εισαγωγής αέρα μετά το φίλτρο και μετά την πεταλούδα. Κατασκευαστικά υπάρχουν δυο τύποι αισθητήρων MAF, ο θερμού νήματος και λεπτού φιλμ. Η αρχή λειτουργίας τους είναι παρόμοια.

Το αισθητήριο (θερμό νήμα ή λεπτό φιλμ), βρίσκεται εκτεθειμένο στη ροή του αέρα εισαγωγής. Έχει επικάλυψη από πλατίνα και είναι μια αντίσταση τύπου PTC, δηλ. όσο αυξάνει και η θερμοκρασία αυξάνει και η τιμή της αντίστασης. Η αντίσταση αυτή είναι συνδεδεμένη σε γέφυρα με άλλες τρεις αντιστάσεις. Από αυτές η μια είναι ένα θερμίστορ NTC εκτεθειμένο στον εισερχόμενο αέρα, με τιμή που καθορίζεται από την θερμοκρασία του. Οι άλλες δυο έχουν σταθερή τιμή. Με το άνοιγμα του διακόπτη, το αισθητήριο έχει μικρή τιμή αντίστασης, οπότε ο άλλος κλάδος της γέφυρας έχει μικρότερη αντίσταση από τον αριστερό. Αυτό προκαλεί μεγάλη διαφορά δυναμικού και η γέφυρα έχει μεγάλη ένταση ρεύματος. Το ρεύμα αυτό θερμαίνει γρήγορα το αισθητήριο πλατίνας σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία (100οC ο

θερμού νήματος και 75οC ο λεπτού φιλμ) πάνω από την θερμοκρασία του περιβάλλοντος αέρα και η αντίσταση του αισθητήριου αυξάνεται. Στην στιγμιαία κατάσταση αυτή, υπάρχει ισορροπία στην γέφυρα των αντιστάσεων.

Όταν αρχίσει η ροή αέρα στον κινητήρα, ο εισερχόμενος αέρας ψύχει το αισθητήριο ανάλογα με την ταχύτητα και την θερμοκρασία του. Αυτό προκαλεί μείωση της τιμής της αντίστασής του, η οποία δημιουργεί πτώση τάσης στην γέφυρα. Αυτή είναι ανάλογη με το ρυθμό ψύξης του αισθητήριου προσπαθώντας να κρατήσει την θερμοκρασία στην αρχική τιμή της. Αυτή την πτώση τάσης είναι που “διαβάζει” η ECU και κυμαίνεται από 0,5-4,5 V, ανάλογα με την μάζα του εισερχόμενου αέρα.

Για την αποφυγή επικόλλησης σωματιδίων στο αισθητήριο, σε κάποιους τύπους θερμού νήματος, αφού κλείσει ο διακόπτης του κινητήρα, το αισθητήριο θερμαίνεται στους 1000οC για 1 δευτερόλεπτο, ώστε να καούν τυχόν ρύποι. Μέσα στον αισθητήρα είναι συνήθως ενσωματωμένος και ένας ξεχωριστός αισθητήρας θερμοκρασίας αέρα (θερμίστορ NTC) που πληροφορεί με ξεχωριστούς ακροδέκτες την ECU για την θερμοκρασία του αέρα εισαγωγής.

Αισθητήρας “λ”

Ο αισθητήρας λ (ή αισθητήρας οξυγόνου) είναι ηλεκτρονική διάταξη που προσδιορίζει την περιεκτικότητα σε οξυγόνο ενός αερίου ή υγρού σε εξέταση. Η εφαρμογή του αισθητήρα λ ξεκίνησε το 1970 με κατασκευάστρια εταιρία την Bosch. Σήμερα βρίσκεται τεχνολογικά στην 3η γενιά, που είναι η γενιά του θερμαινόμενου λήπτη λ. Εφαρμογές του συναντώνται στην αυτοκίνηση, για τον προσδιορισμό των ρύπων στα καυσαέρια και την αποστολή ανάλογων πληροφοριών στην ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου του συστήματος ψεκασμού, για διόρθωση της αναλογίας του καυσίμου μείγματος στη στοιχειομετρικά.

Κατασκευή

Ο αισθητήρας λ είναι ένας ηλεκτρολύτης σε στερεά μορφή και αποτελείται από ένα κεραμικό αεροστεγές σώμα, το οποίο είναι κλειστό στο ένα άκρο του. Το υλικό κατασκευής του σώματος του ηλεκτρολύτη είναι το οξείδιο του Ζιρκονίου (ZrO₂), το οποίο στερεώνεται (σταθεροποιείται) με

τη βοήθεια ενός υλικού από οξείδιο του Υτρίου (Υ₂Ο₂). Το σώμα του αισθητήρα λ καλύπτεται και στις δυο πλευρές του (εσωτερικά και εξωτερικά) από ηλεκτρόδια, κατασκευασμένα από σπογγώδη πλατίνα (λευκόχρυσο). Η πλευρά της πλατίνας που εκτίθεται στα καυσαέρια καλύπτεται από ένα πορώδες κεραμικό στρώμα από οξείδιο του αργιλίου (Al₂O₃). Το υλικό αυτό τοποθετείται για την προστασία της πλατίνας από τις φθορές που προκαλούν οι επικαθήσεις των καυσαερίων. Στο εξωτερικό μέρος του τμήματος του αισθητήρα που είναι εκτεθειμένο στα καυσαέρια υπάρχει ένας ατσάλινος σωλήνας, για την προστασία του αισθητήρα από μηχανικές καταπονήσεις, τις οποίες προκαλούν τα σωματίδια που υπάρχουν στα καυσαέρια. Ο σωλήνας αυτός φέρει αυλακώσεις, μέσα από τις οποίες εισέρχονται τα καυσαέρια και οδηγούνται προς το ηλεκτρόδιο (-) της εξωτερικής πλευράς. Στο τμήμα του αισθητήρα που είναι εκτεθειμένο στον ατμοσφαιρικό αέρα υπάρχει μια οπή (τρύπα). Από αυτήν οπή εισέρχεται ο αέρας στο εσωτερικό του αισθητήρα και έρχεται σε επαφή με το ηλεκτρόδιο (+) της εσωτερικής πλευράς του. Το ηλεκτρόδιο (-) γειώνεται μέσο μιας επαφής στο σωλήνα της εξάτμισης, ενώ το ηλεκτρόδιο (+) συνδέεται με τον ακροδέκτη του αισθητήρα, μέσο ενός ηλεκτροδίου σύνδεσης.

Που τον συναντάμε;

Ο αισθητήρας λ (μαζί με καταλυτικό μετατροπέα) φροντίζει, ώστε τα ποσοστά των ρύπων στα καυσαέρια να παραμένουν κάτω από τα επιτρεπτά όρια τιμών. Επειδή τοποθετείται στο σύστημα της εξάτμισης του αυτοκινήτου είναι διαρκώς εκτεθειμένος σε υψηλές θερμοκρασίες, σε χημικές επιδράσεις και σε μηχανικές καταπονήσεις (δονήσεις). Γι’ αυτό το λόγο φθείρεται εύκολα και πρέπει να ελέγχεται σε τακτά χρονικά διαστήματα. Αν ο αισθητήρας λ δε λειτουργεί σωστά, τότε οι τιμές των ρύπων θα ξεπεράσουν κατά πολύ τις επιτρεπτές τιμές. Ο λήπτης λ παρέχει τις πληροφορίες ανατροφοδότησης στον εγκέφαλο του συστήματος τροφοδοσίας (ηλεκτρονικά ρυθμιζόμενο καρμπυρατέρ ή ηλεκτρονικό σύστημα ψεκασμού – injection) και σε συνδυασμό με τον καταλύτη επιτυγχάνει μείωση των εκπομπών καυσαερίων.

Η κυριότερη προϋπόθεση για τον περιορισμό των ρύπων στα καυσαέρια, σε κινητήρα που είναι εφοδιασμένος με τριοδικό καταλυτικό μετατροπέα είναι να λειτουργεί ο κινητήρας στη στοιχειομετρική αναλογία (λ=1) ή με πολύ μικρή (μικρότερη του 1%) απόκλιση από αυτή. Αυτό δεν είναι δυνατό να επιτευχθεί ακόμα και σε κινητήρα, ο οποίος διαθέτει το πλέον σύγχρονο σύστημα ψεκασμού του καυσίμου μείγματος, αν δεν υπάρχει ένα κλειστό σύστημα το οποίο να

ρυθμίζει συνέχεια το μείγμα αέρα-καυσίμου, ανάλογα με τις τιμές των ρύπων στα καυσαέρια. Ο προσδιορισμός των τιμών των ρύπων στα καυσαέρια από τον αισθητήρα λ γίνεται με έμμεσο τρόπο. Δηλαδή, δε μετράει απευθείας τις τιμές τους, αλλά τις προσδιορίζει μετρώντας τη συγκέντρωση των μορίων του οξυγόνου, που περιέχονται στα καυσαέρια. Έτσι αν ανιχνεύσει μεγάλη ποσότητα οξυγόνου, αυτό σημαίνει ότι το μείγμα που κάηκε ήταν «φτωχό» (λ>1), ενώ αν ανιχνεύσει ελάχιστη ως μηδενική ποσότητα οξυγόνου, αυτό σημαίνει ότι το μείγμα που κάηκε ήταν «πλούσιο» (λ<1). Επειδή λοιπόν, ο αισθητήρας λ μετράει την ποσότητα του οξυγόνου στα καυσαέρια λέγεται και αισθητήρας οξυγόνου. Αρχικά μάλιστα λεγόταν αισθητήρας οξυγόνου αερίων εξαγωγής (Exhaust Gas Oxygen Sensor – EGO sensor).

Η εφαρμογή της ηλεκτρονικής τεχνολογίας στο αυτοκίνητο έδωσε τη δυνατότητα ανάπτυξης των συστημάτων, μέσω των οποίον γίνεται αυτόματα ο έλεγχος των τιμών των ρύπων που περιέχονται στα καυσαέρια και η ρύθμιση της αναλογίας του καυσίμου μείγματος.

Ανοικτά συστήματα ρύθμισης

Ανοικτά συστήματα ρύθμισης είναι αυτά στα οποία η ποσότητα έγχυσης του καυσίμου είναι ανεξάρτητη από την περιεκτικότητα των ρύπων στα καυσαέρια. Αντιπροσωπευτικό παράδειγμα ανοικτού συστήματος ρύθμισης είναι αυτό με μη ρυθμιζόμενο καταλυτικό μετατροπέα, δηλαδή χωρίς αισθητήρα λ σε αυτοκίνητο αντιρρυπαντικής τεχνολογίας.  Σ’ αυτά τα συστήματα η ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου, προκειμένου να προβεί σε ρυθμίσεις της αναλογίας του καυσίμου μείγματος παίρνει πληροφορίες από άλλους αισθητήρες.

Κλειστά συστήματα ρύθμισης

Σε ένα κλειστό σύστημα ρύθμισης, ο αισθητήρας λ είναι βασικό εξάρτημα του βρόχου ανατροφοδότησης. Σ’ αυτά τα συστήματα η ρύθμιση της ποσότητας έγχυσης του καυσίμου γίνεται με βάση (εκτός των άλλων παραμέτρων) και τις πληροφορίες που στέλνει στην ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου ο αισθητήρας λ, σχετικά με την περιεκτικότητα μορίων οξυγόνου στα καυσαέρια (πλούσιο-φτωχό μείγμα). Με αυτό τον τρόπο επιτυγχάνεται ακριβής ρύθμιση του καυσίμου μείγματος, με αποτέλεσμα ο βαθμός απόδοσης του καταλυτικού μετατροπέα να υπερβαίνει το 90%. Τα κλειστά συστήματα ρύθμισης, στην αρχή της λειτουργίας τους συμπεριφέρονται σαν ανοιχτά, επειδή ο αισθητήρας λ δεν έχει φτάσει ακόμα στη θερμοκρασία κανονικής λειτουργίας του.

Θερμοκρασία λειτουργίας

Η θερμοκρασία του περιβάλλοντος του αισθητήρα λ είναι καθοριστικής σημασίας για τη σωστή λειτουργία του, αφού επηρεάζει τόσο την ικανότητα ιονισμού των μορίων του οξυγόνου από τα ηλεκτρόδια πορώδους πλατίνας, όσο και την αγωγιμότητα του κεραμικού σώματος (ZrO₂). Σε θερμοκρασίες κάτω των 300 ^οC, ο χρόνος απόκρισης του (μη θερμαινόμενου) αισθητήρα είναι περίπου 3 λεπτά της ώρας, ενώ σε κανονικές συνθήκες θερμοκρασίας (π.χ. 600 ^οC) ο χρόνος αυτός περιορίζεται σε τιμές κάτω των 50 δευτερολέπτων. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα κλειστά συστήματα ρύθμισης λειτουργούν σαν ανοιχτά στις χαμηλές θερμοκρασίες. Σε θερμοκρασίες μεγαλύτερες των 850 ^οC, το κεραμικό σώμα του αισθητήρα καταστρέφεται ή στην καλύτερη περίπτωση μειώνεται ο χρόνος απόκρισης του. Μπορεί όμως για πολύ μικρό χρονικό διάστημα να λειτουργήσει μέχρι τους 950 ^οC. Για να φτάνει γρήγορα ο αισθητήρας στη θερμοκρασία κανονικής λειτουργίας του, έχει προστεθεί σ’ αυτόν μια ηλεκτρική αντίσταση (θερμαντικό στοιχείο). Έτσι στην περίπτωση κρύας εκκίνησης ή όταν ο κινητήρας λειτουργεί με μικρό φορτίο όπου η θερμοκρασία των καυσαερίων είναι χαμηλή, η ηλεκτρική αντίσταση βοηθάει τον αισθητήρα να αποκτήσει την απαιτούμενη θερμοκρασία σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα. Ο χρόνος απόκρισης του θερμαινόμενου αισθητήρα περιορίζεται στα 30 έως 40 δευτερόλεπτα κατά την κρύα εκκίνηση του κινητήρα.

Έλεγχος λειτουργίας

Ο έλεγχος του αισθητήρα λ μπορεί να πραγματοποιηθεί με ένα ευαίσθητο ψηφιακό βολτόμετρο υψηλής ακρίβειας (mv) και μικρού σφάλματος ή με ειδικές φορητές συσκευές ελέγχου ή με την διαγνωστική μονάδα (εγκέφαλος) που χρησιμοποιείται στα συνεργεία, όταν βέβαια υπάρχει η δυνατότητα ελέγχου του αισθητήρα λ.

Συνδεσμολογία

Ο αισθητήρας λ, συνδέεται μέσω ενός αγωγού με την ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου και την πληροφορεί, στέλνοντας ένα αναλογικό σήμα (τάση), το οποίο είναι ανάλογο της σύστασης του μείγματος που κάηκε. Η ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου, αφού επεξεργαστεί το σήμα αυτό (δηλαδή το μετατρέψει σε ψηφιακό) το συγκρίνει με ένα σήμα σταθερής τιμής (συνήθως 400), το οποίο είναι καταχωρημένο στη μνήμη της. Στη συνέχεια στέλνει σήμα (παλμό) προς τους ηλεκτρομαγνητικούς εγχυτήρες (μπεκ) για αύξηση ή μείωση του χρόνου έγχυσης του καυσίμου, προκειμένου να διορθωθεί η αναλογία του στηστοιχειομετρική (λ=1).

Αιτίες βλαβών του αισθητήρα λ

Οι κυριότερες αιτίες κακής λειτουργίας του αισθητήρα λ είναι αυτές που οφείλονται σε :

·         Υπερθέρμανση, επειδή ο αισθητήρας λειτουργούσε για μεγάλο χρονικό διάστημα σε θερμοκρασίες μεγαλύτερες των 950 ^oC.

·         Χημική γήρανση, που είναι αποτέλεσμα των πολλών και μικρής διάρκειας χημικών διεργασιών.

·         Λανθασμένη εισαγωγή αέρα, επειδή ο αισθητήρας δεν ήταν τοποθετημένος σωστά.

·         Κακή γείωση, λόγω οξείδωσης της εξάτμισης.

·         Κακές επαφές, λόγω οξείδωσης του φις επαφών.

·         Καταστροφή του κεραμικού σώματος, λόγω τήξης.

·         Δηλητηρίαση από μόλυβδο, η οποία προήλθε από χρήση βενζίνης με μόλυβδο.

·         Διάφορες επικαθήσεις στο προστατευτικό κάλυμμα, οι οποίες προέρχονται από :

1.   Πολλή σκουριά στο κέλυφος, η οποία περιορίζει την ταχύτητα απόκρισης του αισθητήρα.

2.   Μόλυβδο (γυαλιστερές επικαθήσεις), λόγω χρήσης βενζίνης με μόλυβδο.

3.   Καμένα λάδια ή πρόσθετα βενζίνης (ανοιχτόχρωμες επικαθήσεις).

Καταλύτης ή Καταλυτικός μετατροπέας

Ο καταλυτικός μετατροπέας ή καταλύτης αυτοκινήτων (catalytic converter) είναι συσκευή ελέγχου εκπομπών που μετατρέπει τοξικά αέρια και ρύπους- στα καυσαέρια- σε λιγότερο τοξικούς ρύπους. Οι καταλυτικοί μετατροπείς χρησιμοποιούνται με μηχανές εσωτερικής καύσης που τροφοδοτούνται είτε από βενζίνη ή καύσιμο ντίζελ.

Η πρώτη γενικευμένη εισαγωγή καταλυτικών μετατροπέων έγινε στις ΗΠΑ. Για να γίνουν συμβατά με τους πιο αυστηρούς κανονισμούς της Υπηρεσίας Περιβαλλοντικής Προστασίας των ΗΠΑ η εκπομπή καυσαερίων των περισσότερων οχημάτων που τροφοδοτούνται με βενζίνη έπρεπε από το 1975 ως πρώτο έτος παραγωγής να είναι εφοδιασμένα με καταλυτικούς μετατροπείς. οι "διοδικοί" μετατροπείς συνδύαζαν οξυγόνο με μονοξείδιο του άνθρακα (CO) και άκαυστους υδρογονάνθρακες (HC) για να παράξουν διοξείδιο του άνθρακα (CO₂) και νερό (H₂O). Το 1981, οι διοδικοί καταλυτικοί μετατροπείς καταργήθηκαν από τους "τριοδικούς" μετατροπείς που μειώνουν επίσης τα οξείδια του αζώτου (NOx).

οι καταλυτικοί μετατροπείς εφαρμόζονται συνήθως σε συστήματα εξάτμισης (exhaust systems) σε αυτοκίνητα, χρησιμοποιούνται επίσης σε ηλεκτρικές γεννήτριες, περονοφόρους ανυψωτές, εξοπλισμό ορυχείων, φορτηγά, λεωφορεία, μηχανές τρένου (locomotives) και μοτοσικλέτες. 

Λίγη 

Ο καταλυτικός μετατροπέας επινοήθηκε από τον Eugene Houdry, έναν Γάλλο μηχανικό και ειδικό στην καταλυτική αναμόρφωση του πετρελαίου, που μετακόμισε στις ΗΠΑ το 1930. Ο Houdry ανέπτυξε πρώτα καταλυτικούς μετατροπείς για τις καπνοδόχους και αργότερα καταλυτικούς μετατροπείς για τους περονοφόρους ανυψωτές αποθηκών που χρησιμοποιούν χαμηλής ποιότητας αμόλυβδη βενζίνη. Στα μέσα της δεκαετίας του 1950, άρχισε την έρευνα για να αναπτύξει καταλυτικούς μετατροπείς για μηχανές βενζίνης που χρησιμοποιούνται σε αυτοκίνητα. Του αποδόθηκε βραβείο ευρεσιτεχνίας από τις ΗΠΑ  για την εργασία του.

Κατασκευή

·       Η βάση καταλύτη (catalyst support) ή υπόστρωμα. Για καταλυτικούς μετατροπείς αυτοκινήτων, ο πυρήνας είναι συνήθως κεραμικός μονόλιθος με κυψελοειδή δομή. Τα μεταλλικά φύλλα μονολίθου κατασκευάζονται από κράμα Kanthal (FeCrAl) και χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές όπου απαιτείται ιδιαίτερα υψηλή θερμική αντίσταση.

• Το ενδιάμεσο στρώμα. Το ενδιάμεσο στρώμα είναι φορέας για τα καταλυτικά υλικά και χρησιμοποιείται για να διασπείρει τα υλικά σε μεγάλο εμβαδόν επιφάνειας. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί οξείδιο του αργιλίου, διοξείδιο του τιτανίου, διοξείδιο του πυριτίου, ή μείγμα από διοξείδιο του πυριτίου και οξείδιο του αργιλίου. Τα καταλυτικά υλικά μπαίνουν στο ενδιάμεσο στρώμα πριν να εφαρμοστούν στον πυρήνα. Τα υλικά του ενδιάμεσου στρώματος επιλέγονται ώστε να σχηματίσουν μια τραχιά, ακανόνιστη επιφάνεια, που αυξάνει πολύ το εμβαδόν της επιφάνειας συγκρινόμενη με την ομαλή επιφάνεια του γυμνού υποστρώματος. Αυτό με τη σειρά του μεγιστοποιεί την ενεργή καταλυτική επιφάνεια που διατίθεται για να αντιδράσει με τα εξαγόμενα προϊόντα της μηχανής. Το στρώμα πρέπει να διατηρήσει το εμβαδόν της επιφανείας του και να αποτρέψει την συσσωμάτωση (sintering) των καταλυτικών μεταλλικών σωματιδίων ακόμα και σε υψηλές θερμοκρασίες (1000 °C).
• Οξείδιο του δημητρίου (σερία ή Ceria) ή (σερία - ζιρκονία (οξείδιο του ζιρκονίου). Αυτά τα οξείδια προστίθενται κυρίως ως υποστηρικτές της αποθήκευσης οξυγόνου.
• Ο ίδιος ο καταλύτης αποτελείται συνήθως από μείγμα πολύτιμων μετάλλων.

 Ο λευκόχρυσος είναι ο πιο ενεργός καταλύτης και χρησιμοποιείται πλατιά, αλλά δεν είναι κατάλληλος για όλες τις εφαρμογές λόγω ανεπιθύμητων πρόσθετων αντιδράσεων και υψηλού κόστους. Το παλλάδιο και το ρόδιο είναι δύο άλλα πολύτιμα μέταλλα που χρησιμοποιούνται. Το ρόδιο χρησιμοποιείται ως καταλύτης αναγωγής, το παλλάδιο χρησιμοποιείται ως καταλύτης οξείδωσης και ο λευκόχρυσος χρησιμοποιείται και για αναγωγή και για οξείδωση. Χρησιμοποιούνται επίσης τα: δημήτριο, σίδηρος, μαγγάνιο και νικέλιο.

Σε περίπτωση αστοχίας, ο καταλυτικός μετατροπέας μπορεί να ανακυκλωθεί σε σκραπ. Τα πολύτιμα μέταλλα του καταλυτικού μετατροπέα που περιλαμβάνουν λευκόχρυσο, παλλάδιο και ρόδιο εξάγονται.

Τοποθέτηση

Οι καταλυτικοί μετατροπείς απαιτούν θερμοκρασία 426 C για να μετατρέψουν αποτελεσματικά επιβλαβή καυσαέρια σε αδρανή, όπως το διοξείδιο του άνθρακα και οι υδρατμοί. Γι’ αυτό, αρχικά οι καταλυτικοί μετατροπείς τοποθετούντο κοντά στη μηχανή για να εξασφαλίσουν γρήγορη θέρμανση. Όμως, τέτοια τοποθέτηση προκάλεσε πολλά προβλήματα, όπως το κλείδωμα ατμών (vapor lock).

Εναλλακτικά, οι καταλυτικοί μετατροπείς μετακινήθηκαν στο τρίτο της απόστασης πίσω από τη μηχανή και στη συνέχεια τοποθετήθηκαν κάτω από το όχημα.

Τη δεκαετία του 1990 αναπτύχθηκαν ενσωματωμένοι καταλυτικοί μετατροπείς^[17], που, όπως δηλώνει το όνομα, ενσωματώθηκαν στο σύστημα πολλαπλή εξαγωγής. Η υψηλή τους αποτελεσματικότητα, η ασφάλεια και η ικανότητα εξοικονόμησης χώρου τους κατέστησαν σύντομα δημοφιλείς.

Τύποι

Διοδικός

Ο διοδικός (ή "οξείδωσης", που μερικές φορές ονομάζονται "oxi-cat") καταλυτικός μετατροπέας έχει δύο ταυτόχρονες εργασίες:

1.    Οξείδωση του μονοξειδίου του άνθρακα σε διοξείδιο του άνθρακα

2.    Οξείδωση των άκαυστων υδρογονανθράκων (άκαυστο και μερικώς καμένο καύσιμο) σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό 

Ο τύπος καταλυτικού μετατροπέα χρησιμοποιείται πλατιά σε ντιζελοκινητήρες για να μειώσει τις εκπομπές υδρογονανθράκων και μονοξειδίου του άνθρακα. Χρησιμοποιήθηκαν επίσης σε κινητήρες βενζίνης σε αυτοκίνητα στις ΗΠΑ και τον Καναδά μέχρι το 1981. Λόγω της ανικανότητάς τους να ελέγξουν τα οξείδια του αζώτου (NOx), καταργήθηκαν από τριοδικούς μετατροπείς.

 

 

Τριοδικός

Οι τριοδικοί καταλυτικοί μετατροπείς (TWC) έχουν το πρόσθετο πλεονέκτημα ελέγχου της εκπομπής του μονοξειδίου του αζώτου και του διοξειδίου του αζώτου (που μαζί γράφονται ως NO_x -και δεν πρέπει να συγχέονται με το υποξείδιο του αζώτου)- και είναι πρόδρομες ενώσεις για την όξινη βροχή και την αιθαλομίχλη.

 Ένας τριοδικός καταλυτικός μετατροπές κάνει ταυτόχρονα τρεις αντιδράσεις:

1.   Αναγωγή των οξειδίων του αζώτου σε άζωτο και οξυγόνο.

2.   Οξείδωση του μονοξειδίου του άνθρακα σε διοξείδιο του άνθρακα.

3.   Οξείδωση των άκαυστων υδρογονανθράκων (HC) σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό.

Οι τριοδικοί μετατροπείς είναι αποτελεσματικοί όταν η μηχανή λειτουργεί σε στενή ζώνη λόγων αέρα-καυσίμου κοντά στο στοιχειομετρικό σημείο, όπως αυτό που η σύσταση των καυσαερίων κυμαίνεται μεταξύ πλούσιου (περίσσεια καυσίμου) και φτωχού (περίσσεια οξυγόνου) μείγματος. Η αποτελεσματικότητα της μετατροπής πέφτει πολύ γρήγορα όταν η μηχανή δουλεύει εκτός αυτής της ζώνης. Στη φτωχή λειτουργία κινητήρα, τα καυσαέρια περιέχουν περίσσεια οξυγόνου και η αναγωγή του NO_x δεν ευνοείται. Σε πλούσια λειτουργία κινητήρα, η περίσσεια του καυσίμου καταναλώνει όλο το διαθέσιμο οξυγόνο πριν τον καταλύτη, αφήνοντας μόνο το αποθηκευμένο οξυγόνο στον καταλύτη διαθέσιμο για τη λειτουργία της οξείδωσης.

Οι τριοδικοί καταλυτικοί μετατροπείς μπορούν να αποθηκεύσουν οξυγόνο από τη ροή των καυσαερίων, συνήθως όταν ο λόγος αέρα-καυσίμου (air–fuel ratio) γίνεται φτωχός. Όταν δεν υπάρχει διαθέσιμο επαρκές οξυγόνο από τη ροή εξόδου, απελευθερώνεται και καταναλώνεται το αποθηκευμένο οξυγόνο. Η έλλειψη επαρκούς οξυγόνου συμβαίνει είτε όταν το παραγόμενο οξυγόνο από την αναγωγή των NO_x δεν είναι διαθέσιμο ή όταν συγκεκριμένοι ελιγμοί όπως έντονη επιτάχυνση εμπλουτίζουν το μείγμα πέρα από την ικανότητά του μετατροπέα να δώσει οξυγόνο.

Βλάβες

Δηλητηρίαση του καταλύτη (Catalyst poisoning) συμβαίνει όταν ο καταλυτικός μετατροπέας εκτίθεται σε καυσαέρια που περιέχουν ουσίες που καλύπτουν τις επιφάνειες εργασίας, έτσι ώστε να μην μπορεί ο καταλυτικός μετατροπέας να έρθει σε επαφή και να αντιδράσει με τα καυσαέρια.

Ο πιο σημαντικός επιμολυντής είναι ο τετρααιθυλιούχος μόλυβδος (tetraethyllead), έτσι τα οχήματα που είναι εφοδιασμένα με καταλυτικούς μετατροπείς μπορούν να λειτουργούν μόνο με αμόλυβδο καύσιμο. Άλλα κοινά δηλητήρια του καταλύτη περιλαμβάνουν θείο, μαγγάνιο (που προέρχεται κυρίως από το πρόσθετο της βενζίνης τρικαρβονυλομεθυλοκυκλοπενταδιενυλικό μαγγάνιο (Methylcyclopentadienyl manganese tricarbonyl ή MMT) και πυρίτιο, που μπορούν να εισέλθουν στη ροή των καυσαερίων εάν η μηχανή έχει διαρροή που επιτρέπει να εισέλθει αντιψυκτικό στον θάλαμο καύσης.

Κάθε συνθήκη που προκαλεί ανώμαλα υψηλά επίπεδα άκαυστων υδρογονανθράκων —πλήρως ή μερικώς— φτάνοντας στον μετατροπέα θα τείνει να ανυψώσει σημαντικά τη θερμοκρασία του, φέροντας τον κίνδυνο της τήξης του υποστρώματος και την επακόλουθη καταλυτική απενεργοποίηση. 

Αρνητικές πλευρές

Οι καταλυτικοί μετατροπείς περιορίζουν την ελεύθερη ροή των καυσαερίων, που επηρεάζει αρνητικά την απόδοση του οχήματος και την οικονομία του καυσίμου, ιδιαίτερα στα πιο παλιά οχήματα. Επειδή οι εξαερωτήρες των παλιών οχημάτων δεν μπορούσαν να ελέγξουν ακριβώς το μείγμα καυσίμου-αέρα, οι καταλυτικοί μετατροπείς των οχημάτων μπορούσαν να υπερθερμάνουν και να αναφλέξουν εύφλεκτα υλικά κάτω από το όχημα.

Προθέρμανση

Τα οχήματα με καταλυτικούς μετατροπείς εκπέμπουν το μεγαλύτερο μέρος της συνολικής τους ρύπανσης κατά τη διάρκεια των πρώτων πέντε λεπτών της λειτουργίας της μηχανής, πριν να ζεσταθεί αρκετά ο καταλυτικός μετατροπέας για να είναι πλήρως αποτελεσματικός.

Μερικά οχήματα περιέχουν έναν προκαταλύτη, έναν μικρό καταλυτικό μετατροπέα αντίθετα προς τον κύριο καταλυτικό μετατροπέα που θερμαίνει ταχύτερα το όχημα στην εκκίνηση, μειώνοντας τις εκπομπές που σχετίζονται με κρύες εκκινήσεις. Ένας προκαταλύτης χρησιμοποιείται από κατασκευαστές οχημάτων για να επιτύχουν την αξιολόγηση όχημα εξαιρετικά χαμηλών εκπομπών (Ultra Low Emissions Vehicle ή ULEV).

Περιβάλλον

Οι καταλυτικοί μετατροπείς έχουν αποδειχθεί να είναι αξιόπιστοι και αποτελεσματικοί στη μείωση των επιβλαβών εκπομπών της εξάτμισης. Όμως, έχουν επίσης κάποια μειονεκτήματα στη χρήση καθώς και αρνητικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις στην παραγωγή:

·         Μια μηχανή εφοδιασμένη με τριοδικό καταλύτη πρέπει να λειτουργεί στο στοιχειομετρικό σημείο (stoichiometric point), που σημαίνει ότι καταναλώνεται περισσότερο καύσιμο από μια μηχανή πτωχής καύσης. Αυτό σημαίνει περίπου 10% περισσότερες εκπομπές CO₂ από το όχημα.

·         Η παραγωγή του καταλυτικού μετατροπέα απαιτεί παλλάδιο ή λευκόχρυσο· μέρος της παγκόσμιας τροφοδοσίας αυτών των πολύτιμων μετάλλων παράγεται κοντά στο Norilsk της Ρωσίας, όπου η βιομηχανία (μεταξύ άλλων) προκαλεί σημαντική ρύπανση.

Πηγές: Βικιπαίδεια

           Μηχανές Εσωτερικής Καύσης (Περικλής Γ. Χασιώτης)