Poluarea data de Automobile

Poluarea data de automobile

Exista milioane de masini pe soselele din Statele Unite, si fiecare dintre acestea este o sursa potentiala de poluare a aerului. In special in orasele mari, nivelul poluarii pe care masinile o produc impreuna poate crea mari probleme.

Pentru a rezolva aceste probleme, orasele, statele si guvernul federal emit legi pentru protectia calitatii aerului si au fost adoptate mai multe legi care limiteaza poluarea care poate fi produsa de masini. Pentru a tine pasul cu aceste legi, producatorii de masini au realizat multe imbunatatiri ale motoarelor si sistemelor de alimentare ale masinilor. Pentru a reduce si mai mult emisiile, acestia au dezvoltat un dispozitiv interesant numit convertizor catalitic, care trateaza gazele de esapament inainte ca acestea sa fie evacuate si elimina o parte importanta a poluantilor.

In acest articol, veti afla ce poluanti produce un motor si de ce, si cum trateaza un convertizor catalitic fiecare dintre acesti poluanti. Convertizorii catalitici sunt dispozitive surprinzator de simple, de aceea este incredibil sa descoperiti ce impact major au acestia!

Poluanti produsi de motorul unei masini

Pentru a reduce emisiile de poluanti, motoarele moderne controleaza cu precizie cantitatea de carburant pe care o consuma. Acestea incearca sa mentina raportul aer-carburant foarte aproape de punctul stoichiometric, care reprezinta raportul ideal calculat pentru aer si carburant. Teoretic, la acest raport, tot carburantul ar fi ars utilizand tot oxigenul din aer. Pentru benzina, raportul stoichiometric este de aproximativ 14,7:1, adica pentru fiecare livra de benzina vor fi arse 14,7 livre de aer. Amestecul carburant variaza in realitate de la raportul ideal destul de mult in timpul functionarii motorului. In unele cazuri amestecul poate fi sarac (un raport aer-carburant mai mare de 14,7) iar in alte cazuri amestecul poate fi bogat (un raport aer-carburant mai mic de 14,7). Principalele emisii ale unui motor de masina sunt:

• Azot (N2) - Aerul este format din 78 la suta azot si cea mai mare parte din acesta trece neschimbat prin motorul masinii.
• Dioxid de carbon (CO2) - Acesta este unul dintre produsele combustiei. Carbonul din carburant se leaga cu oxigenul din aer.
• Vapori de apa (H2O) - Acestia sunt un alt produs al combustiei. Hidrogenul din carburant se leaga cu oxigenul din aer.

Aceste emisii sunt in general nedaunatoare (desi se crede ca emisiile de dioxid de carbon contribuie la incalzirea globala). Dar, deoarece procesul de combustie nu este niciodata perfect, in motoarele masinilor sunt produse de asemenea cantitati mai mici de emisii mai daunatoare.

• Monoxid de carbon (CO) - un gaz toxic incolor si inodor.
• Hidrocarburi sau compusi organici volatili (COV) - produsi in principal datorita carburantului nears care se evapora. Lumina soarelui desface acesti compusi formand oxidanti, care reactioneaza cu oxizii azotului si creaza ozon (O3) la nivelul solului, unul dintre componentele principale ale smogului.
• Oxizi de azot (NO si NO2, denumiti impreuna NOx) - contribuie la formarea smogului si a ploii acide, si produc de asemenea iritatii ale membranelor mucoase umane.

Cum reduc convertizorii catalitici poluarea

Majoritatea masinilor moderne sunt echipate cu convertizori catalitici cu trei actiuni. 'Trei actiuni' se refera la cele trei emisii reglementate la a caror reducere ajuta catalizatorul - moleculele de monoxid de carbon, COV si NOx. Convertizorul utilizeaza doua tipuri diferite de catalizatori, un catalizator de reducere si un catalizator de oxidare. Ambele tipuri constau dintr-o structura ceramica acoperita cu un catalizator metalic, in general platina, rodiu si/sau paladiu. Idee este de a crea o structura care expune o suprafata maxima de catalizator la fluxul de esapament, minimizand in acelasi timp cantitatea de catalizator necesara (catalizatorii sunt foarte scumpi).

Un convertizor catalitic cu trei actiuni: Observati cei doi catalizatori separati

Exista doua tipuri principale de structuri utilizate in convertizorii catalitici - fagure si bile ceramice. Majoritatea masinilor din prezent utilizeaza structura-fagure.

fagure-ceramic catalizator

Catalizatorul de reducere Catalizatorul de reducere este prima treapta a convertizorului catalitic. Aceasta utilizeaza platina si rodiu pentru a ajuta la reducerea emisiilor de NOx. Cand o molecula de NO sau NO2 ia contact cu catalizatorul, catalizatorul desface atomul de azot din molecula si il retine, eliberand oxigenul sub forma de O2. Atomii de azot se leaga cu alti atomi de azot fixati pe catalizator formand N2. De exemplu:

2NO => N₂ + O₂ or 2NO₂ => N₂ + 2O₂

Catalizatorul de oxidare Catalizatorul de oxidare este a doua treapta a convertizorului catalitic. Acesta reduce hidrocarburile nearse si monoxidul de carbon prin arderea (oxidarea) acestora asupra unui catalizator din platina si paladiu. Catalizatorul ajuta reactia dintre CO si hidrocarburi si oxigenul ramas in gazul de esapament. De exemplu:

2CO + O₂ => 2CO₂
Sistemul de control A treia treapta este un sistem de control care monitorizeaza fluxul de esapament si utilizeaza aceste informatii pentru controlul sistemului de injectie a carburantului. Exista un senzor de oxigen montat inaintea convertizorului catalitic, adica mai aproape de motor decat convertizorul. Acest senzor comunica computerului motorului cat oxigen exista in gazul de esapament. Computerul motorului poate mari sau micsora cantitatea de oxigen din gazul de esapament modificand raportul aer-carburant. Acest sistem de control permite computerului motorului sa asigure functionarea motorului in apropierea punctului stoichiometric si de asemenea permite sa se asigure existenta a suficient oxigent in gazul de esapament pentru ca, convertizorul catalitic sa poata arde hidrocarburile nearse si CO.
Alte metode de reducere a poluarii Convertizorul catalitic reduce mult poluarea, dar aceasta reducere poate fi imbunatatita substantial. Unul dintre cele mai mari neajunsuri este faptul ca acesta functioneaza doar la temperaturi destul de mari. Cand porniti masina de la rece, convertizorul catalitic nu actioneaza aproape deloc pentru reducerea poluantilor din gazul de esapament.

O solutie simpla consta in deplasarea convertizorului catalitic mai aproape de motor. Astfel, gazele de esapament mai fierbinti ating convertizorul si acesta se incalzeste mai rapid, dar aceasta solutie poate reduce de asemenea viata convertizorului prin expunerea acestuia la temperaturi extrem de mari. Majoritatea producatorilor de masini pozitioneaza convertizorul sub scaunele din fata ale pasagerilor, destul de departe de motor pentru a mentine temperatura la un nivel care sa nu ii dauneze acestuia.

Preincalzirea convertizorului catalitic este o metoda buna pentru reducerea emisiilor. Cea mai simpla metoda de preincalzire a convertizorului este de a utiliza incalzitoare cu rezistenta electrica. Din pacate, sistemele electrice la 12 volti existente pe majoritatea masinilor nu ofera destula energie sau putere pentru a incalzi destul de rapid convertizorul. Majoritatea oamenilor nu ar astepta cateva minute pentru ca acel convertizor catalitic sa se incalzeasca inainte de a porni masina. Masinile hibrid care dispun de pachete mari de baterii de voltaj mare ofera destula putere pentru a incalzi convertizorul catalitic foarte rapid.