ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΞΑΓΩΓΗΣ ΚΑΥΣΑΕΡΙΩΝ

Τι είναι ο καταλύτης;

Πριν δώσουμε την περιγραφή και τον τρόπο λειτουργίας του καταλύτη καλό θα ήταν πρώτα να θυμηθούμε λίγο την ετυμολογία της λέξεως. Ο κανόνας λοιπόν λέει ότι : « Καταλύτης είναι η ουσία που με την παρουσία της διευκολύνει μία χημική αντίδραση, χωρίς όμως να λαμβάνει μέρος στην συγκεκριμένη αντίδραση ». Στην περίπτωση του αυτοκινήτου, που μας ενδιαφέρει άλλωστε , η χημική αντίδραση είναι η ένωση του οξυγόνου με τα προϊόντα της ατελούς καύσης που γίνεται στο θάλαμο καύσης της μηχανής του αυτοκινήτου. Ο καταλύτης τώρα σαν εξάρτημα του αυτοκινήτου , έχει διαστάσεις λίγο μεγαλύτερες από ένα σιλανσιέ εξάτμισης και τοποθετείται στο σύστημα εξαγωγής των καυσαερίων (εξάτμιση) και αφαιρεί κατά ένα μεγάλο ποσοστό τις βλαβερές για τον άνθρωπο ουσίες που υπάρχουν στα καυσαέρια του αυτοκινήτου. Μέσα στον καταλύτη υπάρχει ένα πορώδες κεραμικό υλικό με πολύ μεγάλη επιφάνεια από την οποία περνάνε τα καυσαέρια και ενώνονται με το οξυγόνο. Με άλλα λόγια οξειδώνονται ή αν θέλετε «καίγονται».

Μια βενζινομηχανή παράγει βλαβερά στοιχεία μολύνσεως του περιβάλλοντος, όπως Οξείδιο του Αζώτου (NOx), (CO) Μονοξείδιο του Άνθρακος και (CmHn) Υδρογονάνθρακες. Με την βοήθεια ενός καταλυτικού μετατροπέα αυτά μπορούν να μετατραπούν σε αβλαβείς εκπομπές Αζώτου (Ν2), Διοξειδίου του Άνθρακος (C02) και υδρατμούς (Η20).
Οι σύγχρονοι τριοδικοί καταλυτικοί μετατροπείς εμπεριέχουν έναν φορέα καταλύτου, αναφερόμενο ως μονόλιθο. Ο φυσιολογικώς στρόγγυλος μονόλιθος είναι κατασκευασμένος από κεραμικό υλικό. Αυτός ο μονόλιθος έχει την πολύπλοκη δομή μιας μικρής «κυψέλης» - σαν διαύλους που τον διατρέχουν κατά μήκος, προς την διεύθυνση της ροής των αερίων.
Ο επενδεδυμένος κεραμικός μονόλιθος τότε εφαρμόζεται σε θήκη ανοξείδωτου ατσαλιού όπου αφ' ενός μεν στερεώνεται, αφ' ετέρου δε προστατεύεται από έναν διαστελλόμενο τάπητα.
Ο όρος «τριοδικός καταλύτης» απλώς σημαίνει ότι ο καταλυτικός μετατροπέας, σαν αυτόν που παραπάνω περιγράφθηκε, θα ενεργήσει ώστε τα τρία προαναφερθέντα στοιχεία μολύνσεως του περιβάλλοντος να γίνουν αβλαβή:
To (CO) γίνεται (C02) To (CmHn) γίνεται (Η20) Το (ΝΟχ) γίνεται (Ν2)

Ενας σωστά ρυθμισμένος κινητήρας είναι μια σπουδαία προϋπόθεση για την σωστή λειτουργία ενός καταλύτη . Ο αισθητήρας Λάμδα (ο οποίος τοποθετείται στο σύστημα εξατμίσεως μπροστά από τον μετατροπέα) καταγράφει συνεχώς το περιεχόμενο σε οξυγόνο του αερίου της εξατμίσεως, έτσι ώστε να κάνει δυνατή την επακριβή ρύθμιση της διαδικασίας της αναλογίας καυσίμου/αέρος η οποία εν τέλει ελέγχει την μετατροπή.
Για την εξασφάλιση της σωστής λειτουργίας ενός καταλυτικού μετατροπέα, είναι θεμελιώδες να χρησιμοποιείται καύσιμο μόνον αμόλυβδη βενζίνη.

ΑΙΣΘΗΤΗΡΑΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ NTC

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.

Ο αισθητήρας αυτός βρίσκεται στο σώμα του κινητήρα, κοντά στην κυλινδροκεφαλή και στην έξοδο του νερού ψύξης. 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.

Ο αισθητήρας θερμοκρασίας αέρα πληροφορεί την ECU για τη θερμοκρασία του αέρα εισαγωγής. Με δεδομένο ότι η πυκνότητα του αέρα αλλάζει με τη θερμοκρασία, η πληροφορία αυτή χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της μάζας του εισερχόμενου αέρα ή ακριβέστερα για να γίνει από την ECU μια διόρθωση του αρχικού χρόνου ψεκασμού. Η θέση του αισθητήρα είναι στον αυλό εισαγωγής αέρα, πριν την πεταλούδα. Στα συστήματα μονού ψεκασμού, βρίσκεται στο μπλόκ ψεκασμού δίπλα στο μπεκ. Στα συστήματα με MAF (αισθητήρας μάζας αέρα) βρίσκεται μέσα σε αυτόν. Στα συστήματα με MAP (αισθητήρας υποπίεσης) τοποθετείται ως ξεχωριστό εξάρτημα στον σωλήνα εισαγωγής ή και σε κοινό κέλυφος με τον MAP. Κατασκευαστικά, είναι ίδιος με τον αισθητήρα θερμοκρασίας κινητήρα με μόνη διαφορά στην κατασκευή του κελύφους, έτσι ώστε το θερμίστορ να είναι εκτεθειμένο στη ροή του αέρα. Η σύνδεσή του με την ECU είναι ίδια με του αισθητήρα θερμοκρασίας όπως περιγράφεται παραπάνω.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΑΙΣΘΗΤΗΡΑ NTC

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ  ΟΧΗΜΑΤΩΝ

ΜΑΘΗΜΑ ΜΕΚ 2

ΕΝΟΤΗΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑ ΨΥΞΗΣ

ΠΙΝΑΚΙΔΑ DL AM 31 ΑΙΣΘΗΤΗΡΑΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΚΙΝΗΤΗΡΑ

Ο αισθητήρας είναι τύπου NTC (αρνητικού συντελεστή θερμοκρασίας), που σημαίνει ότι η τιμή της αντίστασης του μειώνεται όσο αυξάνει η θερμοκρασία του ψυκτικού υγρού.

Α. Έλεγχοι

Η μόνη δυνατή μέτρηση που μπορεί να γίνει στην πινακίδα είναι η μέτρηση της αντίστασης σε διάφορες θερμοκρασίες με το διακόπτη S4.

1. Έλεγχος ωμικής αντίστασης Ο έλεγχος γίνεται με ψηφιακό Ωμόμετρο στην κλίμακα μέχρι 20ΚΩ.

Αναλύουμε τους κανόνες σωστής ωμομέτρησης: κύκλωμα εκτός τάσης και ο αισθητήρας εκτός κυκλώματος.

Υπενθυμίζουμε: α. ότι δεν έχει νόημα η πολικότητα των ακροδεκτών του οργάνου για τη μέτρησή μας. β. ότι κατά τη μέτρηση, αντικανονικές τιμές είναι το άπειρο [∞] και το μηδέν [0] και αναλύουμε τα διαγνωστικά συμπεράσματα από αυτές.

Συνδέουμε τους ακροδέκτες του οργάνου στις μπόρνες πράσινες μπόρνες B4a και B4b. Μεταθέτοντας το διακόπτη S4 στις διάφορες θέσεις του, ζητάμε από τους μαθητές να συμπληρώσουν σε Φ.Ε. τον παρακάτω πίνακα.

Α/Α ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ ΓΡΑΦΙΚΗ ΠΑΡΑΣΤΑΣΗ

1 -20°C 14,91ΚΩ

2 0°C 5,55ΚΩ

3 20°C 2,72ΚΩ

4 50°C 0,80ΚΩ

5 80°C 0,30ΚΩ

Εάν θέλουμε να εμβαθύνουμε, ζητάμε από τους μαθητές να σχεδιάσουν την καμπύλη που προκύπτει από τις μετρήσεις που έγιναν και να τη συγκρίνουν με μία πραγματική.

Μπορούμε ακόμα να επαναλάβουμε τη μέτρηση της αντίστασης στους 50°C και στους 80°C με μικρότερη κλίμακα στο Ωμόμετρο, οπότε οι τιμές διαμορφώνονται στα 815Ω και 328Ω,

αντίστοιχα. Με τις μετρήσεις αυτές αναλύουμε την έννοια της διακριτικής ικανότητας του οργάνου μέτρησης.