Układ oczyszczania spalin: Budowa, funkcja i diagnostyka

Katalizator składa się z ceramicznego lub metalowego korpusu o strukturze plastra miodu z kilkoma tysiącami kanalików. Na kanaliki nakładana jest porowata warstwa pośrednia (tzw. washcoat), zawierająca tlenek aluminium, która powiększa powierzchnię około 7000 razy. Dodatkowo na warstwie pośredniej znajduje się warstwa katalityczna z metalami szlachetnymi: rodem, palladem i platyną. W obudowie ze stali nierdzewnej katalizator jest zamocowany za pomocą maty izolacyjnej, która jednocześnie kompensuje rozszerzalność cieplną.

Szkodliwe spaliny z silnika są doprowadzane do katalizatora przez kolektor wydechowy i przepływają przez kanaliki w nośniku ceramicznym lub metalowym. Kontakt spalin z warstwą katalityczną wywołuje reakcję chemiczną.

Na metalach szlachetnych platynie i palladzie tlenek węgla i węglowodory są utleniane do dwutlenku węgla, a na rodzie tlenki azotu są redukowane do azotu (N2). Określenie katalizator trójfunkcyjny oznacza, że po osiągnięciu temperatury roboczej zachodzą jednocześnie obok siebie trzy przemiany chemiczne. W ten sposób tlenek węgla (CO), węglowodory (HC) i tlenki azotu (NOx) są przekształcane w azot (N2), dwutlenek węgla (CO2) i wodę (H2O).

Działanie katalizatora jest monitorowane przez drugą sondę lambda, nazwaną również sondą monitorującą, znajdującą się za katalizatorem. Sonda monitorująca mierzy zawartość tlenu w spalinach i przesyła zmierzoną wartość do sterownika. Sterownik porównuje sygnały z sond umieszczonych przed oraz za katalizatorem i w ten sposób może ocenić działanie katalizatora. Jeżeli obie wartości są prawie identycznie wysokie, można wnioskować o niskiej zdolności magazynowania tlenu przez katalizator, co jest spowodowane jego uszkodzeniem.

Sonda lambda mierzy zawartość tlenu resztkowego w spalinach i przesyła do sterownika silnika sygnał elektryczny do regulacji składu mieszanki. Do zapewnienia idealnego współczynnika konwersji katalizatora konieczne jest optymalne spalanie. W tym celu w silnikach benzynowych stosuje się mieszankę o składzie 14,7 kg powietrza do 1 kg paliwa (mieszanka stechiometryczna). Taka optymalna mieszanka nosi nazwę greckiej litery λ (lambda). Lambda to stosunek teoretycznej ilości potrzebnego powietrza do rzeczywistej ilości powietrza:

λ = ilość powietrza dostarczanego: teoretyczna ilość powietrza = 14,7 kg : 14,7 kg = 1

W nowoczesnych modelach samochodów czujniki temperatury spalin są montowane w różnych punktach układu wydechowego, zarówno w pojazdach z silnikiem wysokoprężnym, jak i benzynowym. Czujnik temperatury spalin rejestruje temperaturę, np. przed katalizatorem lub filtrem cząstek stałych, i przesyła tę informację w postaci sygnału napięciowego do sterownika silnika. Sterownik silnika potrzebuje tych informacji, aby kontrolować skład mieszanki lub regenerację filtra cząstek stałych, a tym samym skutecznie ograniczać emisję zanieczyszczeń. Dodatkowo czujniki wysokiej temperatury chronią komponenty w obszarze przepływu gorących spalin przed krytycznym przegrzaniem.

Czujnik ciśnienia spalin, nazywany również czujnikiem różnicy ciśnienia, stosuje się w silnikach Diesla do monitorowania filtra cząstek stałych. Wraz ze wzrostem osadów sadzy i popiołu zmienia się różnica ciśnienia w filtrze cząstek stałych. Czujnik różnicy ciśnienia mierzy różnicę między ciśnieniem spalin na wejściu a ciśnieniem spalin na wyjściu filtra cząstek stałych. Wartość ta jest wykorzystywana przez elektroniczny sterownik silnika jako dodatkowa informacja do obliczania czasu regeneracji filtra. Czujnik ten jest zatem kolejnym elementem systemów regulacji emisji spalin w silnikach Diesla zgodnie z europejskimi normami emisji spalin.

Czujnik NOx (czujnik tlenku azotu) składa się z sondy i sterownika, połączonych ze sobą na stałe za pomocą wiązki kablowej. Czujnik jest zamontowany w układzie wydechowym i służy do wykrywania tlenków azotu w spalinach. Czujnik NOx jest ważnym elementem układu oczyszczania spalin służącym do redukcji stężenia NOx. Jest stosowany w pojazdach z silnikiem wysokoprężnym z układem SCR (selektywna redukcja katalityczna) na bazie mocznika. Czujnik gwarantuje zachowanie zgodności z rygorystycznymi wartościami emisji określonymi w normie Euro 5. Czujnik NOx umożliwia optymalne dozowanie AdBlue w układzie silnika, a tym samym skuteczną redukcję szkodliwych dla środowiska tlenków azotu. Jeśli układ SCR jest wyposażony w czujnik NOx na wejściu i na wyjściu. Zadaniem czujnika na wyjściu jest monitorowanie działania katalizatora SCR.