Articles

Katalizator pierścieniowy kontynentalny dla katalizatorów trójdrożnych

Posted by isahora
27 May 2019 0 comments

Katalizator Continental Ring

 

Continental wybrał 37. Wiedeńskie Sympozjum Motoryzacyjne w celu zaprezentowania innowacyjnego rozwiązania w zakresie kontroli emisji dla silników benzynowych z turbodoładowaniem. Wprowadzenie przepisów dotyczących rzeczywistej emisji zanieczyszczeń pochodzących z ruchu drogowego będzie wymagało pojazdów z tą szeroko stosowaną koncepcją silnika. Umożliwi to spełnienie rygorystycznych limitów tlenku azotu (NOx) we wszystkich sytuacjach związanych z prowadzeniem pojazdu.

Stanowi to nowe wyzwanie, wymagając efektywnej redukcji emisji NOx w bardzo szerokim zakresie warunków pracy silnika, a nie tylko w obecnych cyklach testowych. Jednak istniejące obecnie katalizatory o małym sprzężeniu oferują niewiele miejsca na dalsze ulepszenia w dystrybucji lambda. W międzyczasie na froncie amerykańskim, normy LEV III SULEV 30 przewidują 70%-ową redukcję emisji tlenku azotu przez flotę do 2025 roku.

"Aby spełnić wymogi przepisów RDE i SULEV 30 dotyczących emisji NOx, katalizator trójdrożny musi osiągnąć współczynnik konwersji bliski 100%. Jest to możliwe tylko wtedy, gdy efektywna redukcja emisji NOx jest utrzymywana równomiernie we wszystkich sytuacjach roboczych", mówi dr Markus Distelhoff, wiceprezes ds. zarządzania paliwem i układami wydechowymi w oddziale ds. układów napędowych Continental. "Innowacyjny katalizator pierścieniowy w połączeniu z naszą mikrostrukturalną folią metalową LS odegra ważną rolę w spełnieniu tego wymagania.

Odliczenie NOxReduction: Nie zostawiając nic szansie.

Wysokowydajne katalizatory 3-drogowe osiągają już dzisiaj współczynnik redukcji NOx na poziomie 99%. Ale to jeszcze nie wystarczy, a dalsza poprawa efektywności musi być ukierunkowana. W przypadku silników benzynowych z turbodoładowaniem o zmniejszonej pojemności, stanowi to dwa wyzwania. Po pierwsze, różnice w składzie gazów spalinowych między butlami oznaczają, że stosunek paliwa do powietrza (wartość lambda) może odbiegać od wartości idealnej, co niekorzystnie wpływa na konwersję NOxconversion. Celem musi być uniknięcie wpływu takich cylindrów na lambda wydechowe poprzez mieszanie przepływu. Jest to jednak trudne w przypadku katalizatora o małym sprzężeniu. Rzeczywiście, rura w dół do katalizatora nie jest wystarczająco długa. Dlatego też wiele nowych pojazdów wyposażonych jest teraz w drugi katalizator pod podłogą, który przekształca pozostałą część emisji tlenków azotu. Rozwiązanie to jest dostępne w cenie dodatkowej wagi i zwiększonego przeciwciśnienia wydechowego.

Po drugie, w niektórych sytuacjach eksploatacyjnych, zdolność katalizatora do osiągnięcia stałej i jednolitej stopy konwersji NOxconversion może być niekorzystnie zakłócona przez układ turbosprężarki. Wynika to z faktu, że otwarcie zaworu obejściowego turbiny (wastegate) powyżej określonej prędkości obrotowej silnika wpływa na rozkład przepływu, powodując nierównomierny przepływ spalin. Może to potencjalnie prowadzić do szybszego lokalnego starzenia się katalizatora i pogorszenia wyników w zakresie redukcji emisji NOx.

Zalety katalizatora pierścieniowego

Pierścieniowy katalizator pierścieniowy o konstrukcji zbliżonej do pełnej konwersji NOx w silnikach benzynowych z turbodoładowaniem, opracowany przez Continental.

Continental opracował innowacyjne rozwiązanie, aby sprostać obu tym wyzwaniom: Katalizator pierścieniowy. Rura wewnętrzna przebiegająca przez rdzeń katalizatora pierścieniowego i wzdłuż niego zapewnia niezbędną dodatkową długość umożliwiającą lepsze mieszanie przepływu spalin. Na końcu tej rury gaz jest przekierowywany o 180°. Dopiero potem przepływa przez katalitycznie aktywną część katalizatora, która otacza rurę wewnętrzną jak tuleja.

"W ten sposób pierścieniowy katalizator wydłuża drogę przepływu bez wydłużania całkowitej długości katalizatora. Pozwala to na umieszczenie katalizatora w pobliżu silnika, dzięki czemu nie zwiększa się czas potrzebny do osiągnięcia temperatury zapłonu przy przetwarzaniu emisji NOx", mówi Rolf Brück, kierownik linii produktowej katalizatorów i filtrów, zarządzania paliwem i układami wydechowymi. "Dzięki tej konstrukcji, efekt zawirowań gazu odlotowego z turbosprężarki wspomaga mieszanie spalin w rurze wewnętrznej."

Rdzeń katalizatora nawijany jest z folii metalowej "LS", materiału opracowanego przez Continental. Struktury wzdłużne (= LS) w tej folii lub podłożu powodują większe turbulencje w spalinach. Zapewnia to lepszy kontakt tlenków azotu z katalitycznie powlekanym substratem, co przekłada się na wyższą sprawność przetwarzania.

Aktywna część katalizatora pierścieniowego jest nawijana z innowacyjnego metalowego podłoża LS Continental. Struktury wzdłużne w tym materiale generują turbulencje na poziomie mikro w strumieniu spalin, co pomaga skuteczniej kierować tlenki azotu w kierunku katalitycznie powlekanej ściany katalizatora, gdzie są one przekształcane.

Źródło: Inżynier samochodowy