Témata
Reklama

Elektricky vyhřívané katalyzátory snižují emise po startu

Automobilové emise odcházejí do ovzduší nejvíce v prvních minutách po startu vozidla. Běžné katalyzátory se totiž teprve \\\\\\"probouzejí\\\\\\". Elektricky vyhřívané katalyzátory přinášejí výrazné zlepšení.

Přes 80 % celkových automobilových škodlivin, především uhlovodíků, vzniká v prvních minutách po startu. Ani vozy s katalyzátory na tom nejsou lépe, dokud se katalyzátor nezahřeje na optimální pracovní teplotu. Zlepšení ve splnění přísných emisních limitů přináší elektricky vyhřívané katalyzátory.
Reklama
Reklama

Emisní limity

V roce 2005 začne platit v Evropě předpis emisních limitů Euro Level 4, který je na úrovni limitů ULEV (Ultra Low Emission Vehicle s max. HC 0,08 g.míle-1, CO 1,7 g.míle-1 a NOx 0,2 g.míle-1), platných v Kalifornii. Pro výrobce je dnes výzvou poloviční limit SULEV (Super ULEV) a EZEV (Equal Zero Emission Vehicle), vstupující v platnost v Kalifornii (a možná i v celých USA) rokem 2003, a americký limit ZEV (Zero Emission Vehicle), který měl podle původních představ vstoupit v platnost v roce 1998. Ten je však tak nízký, že ho stávající motorinterní či motorexterní opatření neřeší a čeká spíše na alternativní koncepce motoru nebo paliva. Než se ty dostanou do praxe, zůstaneme pravděpodobně u katalyzátorů. V současnosti je zřejmé, že možnosti keramických nosičů katalyzátorů se blíží svému vyčerpání.

Kovové katalyzátory

Alternativou jsou katalyzátory s kovovým nosičem v tzv. hustém provedení (od počtu 62 buněk na cm2, maximum je dnes až 186 buněk na cm2).
Kovové katalyzátory první generace byly vyvinuty v USA v šedesátých letech. V roce 1978 vznikla ve vývoji německé firmy Emitec druhá generace s názvem Metalit, která využívala spirálně vinutou kovovou fólii pájenou novou technologií. Průlom do použití kovových katalyzátorů však umožnila teprve třetí generace s vinutím tvaru S v roce 1986, prvně použitá ve vozech Porsche 911 a BMW Alpina. K dalšímu vylepšení došlo zavedením vinutí fólie ve tvaru SM. V roce 2001 užívá kovové katalyzátory již 32 světových značek osobních a užitkových vozidel (podle referenčního listu Emitec od roku 1999 i vozy Škoda), 17 výrobců motocyklů a mopedů.
Uveďme několik významných předností, které tyto katalyzátory nabízejí:
• vysoká statická a dynamická pevnost při tahovém a ohybovém namáhání;
• vysoká odolnost vůči tepelné únavě;
• vysoká tepelná vodivost a odvod tepla;
• menší rozměry;
• nižší tlaková ztráta bránící ztrátě výkonu a zvýšení spotřeby paliva.

Tenká kovová fólie

Jádrem konstrukce je tenká kovová fólie tloušťky 0,3 až 0,5 mm. Díky tomu lze katalyzátoru předřadit malý startovací elektricky vyhřívaný katalyzátor (EVK) a podrobit ho vysokému tepelně-mechanickému namáhání, které by keramické monolity neunesly. I kovové fólie ale musí být kvalitnější - běžná ocel tloušťky 0,3 mm by také nebyla optimálním řešením.
Úspěch vývoje EVK umožnila nová fólie ze žáruvzdorné oceli Aluchrom 7AlYHf od firmy Krupp VDM, obsahující 20 % chromu, 7 % hliníku plus přísady yttria a hafnia. Vyrábí se v tloušťce 0,25 mm, s měrným elektrickým odporem 1,6 ?mm2.m-1 a je vhodná pro nanesení povlaku (wash-coatu) z palladia, platiny a rhodia. Na těch se pak uskutečňuje při teplotě nad 250 °C přeměna uhlovodíků, CO a NOx na oxid uhličitý, vodu a dusík s účinností 95 - 99 %. Předřazené katalyzátory se řeší buď jako čistě palladiové nebo jako platina-palladium-rhodiové. Nová fólie, která v SRN obdržela cenu Stahl-Innovationspreis 2000 za nejlepší inovaci oceli roku, umožňuje také výrobu katalyzátorů kónické konstrukce ConiCat s výhodnějším prouděním spalin a s o 15 % vyšší účinností. Nejnovější fólie s označením Super Foil mají tloušťku pouhých 0,03 mm, výrobně je dokonce možné jít až na 0,02 mm. Jsou vhodné i k výrobě podélně válcované vlnité fólie, jejíž vlnitý povrch (v příčném směru proti směru proudění spalin) má větší kontakt katalyzátoru se spalinami a zvyšuje jeho účinnost podle předběžných zkoušek až o 15 %.

Současný stav na trhu

Podíl kovových nosičů ve světě stále roste a odhaduje se na více než 20 % s tím, že v Evropě se předpokládalo již koncem roku 2000 jejich dominantní postavení. Největším výrobcem katalyzátorů s kovovým nosičem je firma Emitec se 60% podílem na světovém trhu (na druhém místě je finská Kemira Metalkat, dále Camet, Roth aj.). V roce 2001 Emitec předpokládá výrobu 52 mil. kusů kovových katalyzátorů Metalit, z toho 16 mil. kusů pro americký trh, vyráběných v závodě ve Fountain Inn v Jižní Karolině. Do roku 1996 se vyráběly kovové katalyzátory Metalit pouze v závodě v Lohmaru v SRN, později i v Japonsku v licenci v závodě Sumitomo Seimei v Ósace. Nový závod Emitec, s moderním vývojovým, zkušebním a konstrukčním centrem, zahájil provoz počátkem roku 2001 v německém Eisenachu.

Katalyzátor Emicat

Elektrické vyhřívání katalyzátoru Emicat je předřazeno jeho hlavnímu tělu. Má průměr 100 mm a délku 10 mm, s hmotností pouhých 30 g. Je odděleno keramickými izolátory a spojeno se zdrojem proudu. Nastavení elektrického odporu je v mezích 0,05 - 0,35 ? při výkonu 0,5 - 2 kW. Při 1,5 kW se katalyzátor při startu ohřeje během 10 s na teplotu 400 °C. Po dosažení ustáleného režimu pracovní teploty nad 300 °C se ohřev vypíná.
Provozní teplota spalin v katalyzátoru je ovlivněna jeho umístěním, konstrukcí sběrného výfukového potrubí a předního dílu, způsobem, jakým je řízeno spouštění, přívodem sekundárního vzduchu a hmotou katalyzátoru. Základní podmínkou konverze je seřízení motoru; v opačném případě se plní limity NOx, ale nedaří se plnit limity HC a CO.
Hlavním technickým problémem bylo vyřešení elektrické izolace vůči plášti z austenitické oceli. Bylo nutno dosáhnout dostatečné tuhosti a odolnosti vůči vibracím, příznivého vzduchového obtoku pro chlazení a integrálního spojení elektricky vyhřívané části s nevyhřívanou.
Katalyzátor je připojen ke zdroji proudu (12V akumulátor) přes elektronický spínač. Dále je ovládacím a diagnostickým kabelem (pro on-board diagnózu) propojen s elektronickým řídicím blokem motoru, který zabezpečuje vyhřívání katalyzátoru a ovládá nasávání sekundárního vzduchu.
Vyvinutý katalyzátor prošel vedle simulačních testů únavovými zkouškami při vibracích za studena i za tepla, analýzou proudění a teplotních polí, zkouškami tepelných cyklů a provozními testy v cyklech FTP a ECE. Již po 16 s ohřevu podle testů v cyklech FTP (ECE) je dosaženo emisních hodnot HC 0,031 g.míle-1 (0,045 g.km-1), CO 0,46 g.míle-1 (0,66 g.km-1) a NOx 0,036 g.míle-1 (0,043 g.km-1). Tím je splněn nejen limit ULEV, ale také přísnější SULEV a Euro Level 4. K dosažení těchto hodnot přispívá i předřazení absorbéru pro uhlovodíky, který do dosažení teploty 150 °C zadržuje nespálené uhlovodíky na wash-coatu ze zeolitu. Po ohřátí je uvolní do EVK, kde konvertují na CO2 a vodu.

Inovace katalyzátorů pro vznětové motory

U moderních TDI motorů již samo umístění katalyzátoru přispělo k tomu, že limity EU 3 pro HC a CO byly splněny už dříve a obsah emisí se snížil až o 30 %, resp. 40 %. Katalyzátor je totiž zařazen před turbokompresor, kde pracuje s vyšší teplotou spalin (Pre-Turbo Catalyst - PTC). Dalšího zlepšení lze dosáhnout hybridní konstrukcí s rozdílnou tepelnou kapacitou přední a zadní části katalyzátoru, užitím perforované fólie jako filtru pro zachycování částic a zařazením absorbéru emisí NOx, jejichž podíl není PTC ovlivněn.

Světová sériová premiéra

Pro první sériové nasazení elektricky vyhřívaného katalyzátoru Emicat vybrala firma BMW v roce 1999 vůz BMW Alpina B 12 v realizaci společného projektu firem Emitec, BMW, Kostal, Bosch a Siemens. Tento EVK má výkon 2 kW, průměr 90 mm, délku 11 mm, objem 0,07 dm3, hustotu buněk 62 buněk/cm2 a wash-coat 5,3 g.dm-3 ve složení Pt : Pd : Rh 1 : 28 : 1. Pro jeho provoz postačuje standardní baterie 110 Ah/12 V a standardní alternátor 150 A. Cena EVK zatím nebyla zveřejněna. Těmito katalyzátory začaly být posléze vybavovány vozy vyšších tříd a vozy určené na export do USA.

Vývoj řešil i recyklaci

Protože vstup v platnost nové evropské směrnice o recyklaci vozů, které budou vyrobeny po 1. 7. 2003 je již za dveřmi, byla řešena i otázka recyklace kovových katalyzátorů. Na rozdíl od jiných částí vozů je recyklace těchto katalyzátorů kvůli tomu, že obsahují platinu, palladium a rhodium, ekonomicky zajímavá. Po demontáži z vozu se katalyzátory drtí, separuje se wash-coat s drahými kovy. Kovový granulát se třídí magneticky na magnetickou feritickou drť fólie a na nemagnetickou austenitickou drť pláště, které se odděleně materiálově recyklují přetavením. Existují pak technologie (např. od firmy Degussa), které umožňují upravit granulát obsahující drahé kovy pro nové wash-coaty nebo vzájemně oddělit Pt, Pd a Rh.
Reklama
Vydání #12
Kód článku: 21248
Datum: 11. 12. 2002
Rubrika: Inovace / Ekologie
Autor:
Firmy
Související články
Úspory naruby - Pravda a lži o vytápění, 1. část

S neustálým zdražováním energií se mnoho obyvatel ptá, čím ekologicky a současně i ekonomicky, tedy levně a s účinností pokud možno přes 100 %, vytápět svůj rodinný dům?

Úspory naruby - Obraťme toky řek

Při útlumu uhelných a jaderných elektráren a s nárůstem podílu obnovitelných zdrojů energie, především slunce a větru, nastal problém s přenosem a akumulací jejich elektrického výkonu mimo špičku zatížení elektrizační sítě. Tento problém však mohou i v Česku do značné míry a levně vyřešit stávající vodní díla (přehrady, jezy a hráze včetně turbín a kanálů a regulací) s využitím stávající přenosové soustavy.

Úspory naruby - Lži o úsporách v domácnostech

Poté, co již máme jasno, jak je to s úsporou v případě úsporných světelných zdrojů. Víme čím, jak a kde svítit, přinášíme další díl seriálu Úspory naruby. Tentokrát se podíváme na zoubek spotřebičům v domácnosti.

Související články
Úspory naruby - Zákaz výroby a dovozu halogenových žárovek

Pod tímto nadpisem redakce připravila sérii zásadních článků o odvrácených stranách tzv. úspor, jejichž skutečné výsledky jsou často přinejmenším sporné.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Jak efektivně využívat vodu? 85 % českých firem s ní plýtvá

Statisíce až miliony korun ročně – takovou ztrátu může firmám způsobit nedostatečná péče o vodu v průmyslových odvětvích napříč spektrem. Podle společnosti Aquarex Waterprofit, která se specializuje na řešení pro úpravu a management vody, přitom čirou tekutinu koncepčně neřeší valná většina českých společností – 85 % procent z nich s ní plýtvá. Velké ztráty v tomto směru hlásí chemický, energetický či potravinářský průmysl, ale i strojírenství.

Možná řešení průmyslových a výrobních hal

Vizuální komunikace firmy v souladu s moderní architekturou – to je současný trend v oboru průmyslové haly a komerční objekty. Vítězí jednoduché, energeticky úsporné a bezpečné stavební systémy.

Německé inovace ocelí 2012

Předposlední červnový den vyhlásilo německé centrum pro informace o oceli Stahl-Informations-Zentrum v Düsseldorfu vítěze ceny Stahl-Innovationspreis 2012 v kategoriích: inovace výrobků z oceli, oceli pro stavebnictví, výzkum a vývoj ocelí, design výrobku z oceli a zvláštní cenu pro výrobek z oceli s největším ekologickým přínosem.

Utěrky v zátěžovém testu

MEWA testuje odolnost vůči roztržení a sací sílu ve vlastní laboratoři

Biologický čistič součástek v sobě skrývá mnoho výhod

Pro ekologické čištění součástek jsou nabízeny mycí stoly, které čistí na biologické bázi. V jakých případech jsou tyto stoly na mytí součástek vhodné? Co dokážou? A co nedokážou?

Technologie kontejnerové úpravny vody CCW čistí vodu efektivně

Jednou z nejefektivnějších technologií na čištění povrchových a podzemních vod je CCW od společnosti HUTIRA BRNO.

Jak přispívají opakovaně použitelné čisticí utěrky k ochraně životního prostředí

Dne 5. června 1972, v den zahájení první světové konference o ochraně životního prostředí ve Stockholmu, inicioval program ochrany životního prostředí Spojených národů (United Nations Environment Programme, UNEP) oficiální světový den životního prostředí. Od té doby se každo-ročně 5. červen slaví jako mezinárodní den životního prostředí. Opakovaně použitelný systém čisticích utěrek MEWA k tomu každý den v dílnách a výrobních halách přispívá: Čistí stroje a zařízení a podporuje ochranu zdrojů.

Svět zpoza volantu zatraceně rychlého náklaďáku

Sednout za volant, nastartovat, přidat plyn a ten držet na podlaze, pokud to jde. Šílená rychlost, mraky prachu za autem, to jsou atributy závodění, jak jej vidí spousta příznivců Rallye Dakar. V něm drží nepřehlédnutelnou roli klan Lopraisů. Ti starší si budou pamatovat na Karla Lopraise, Monsignora Dakar, který výrazně vstoupil do davu kamionů a dokázal pokořit i firemní flotily.

Jednokomorové dvoupotrubní dávkovače do CMS

Na rozdíl od stávajících dvoukomorových dávkovačů se šoupátkovými rozváděči, např. zn. Lincoln, jsou nové jednokomorové dávkovače řady 2D a 2DD nesrovnatelně jednodušší. Nový princip plnění dávkovacích komor prostřednictvím dvojice jednosměrných ventilů V1-V2 v sobě skrývá potenciál uspokojit poptávku po levném mazání tukem i pro běžné stroje a strojní zařízení. S tím byla odborná veřejnost seznámena v článku MM Průmyslové spektrum 11/2018, nazvaném Nová koncepce dvoupotrubních CMS.

Střídavě stejnosměrné názory na elektromobilitu, 9. a 10. díl: Jak se staví odborníci k e-mobilitě

V minulém díle našeho seriálu jsme dali prostor pověřenci ministra dopravy pro čistou mobilitu Mgr. Janu Bezděkovskému pro vyjádření se k jednotlivým problematickým aspektům, které s sebou přináší deklarovaný úplný přechod na elektromobilitu. V tomto díle jsme s podobnými otázkami oslovili odborné garanty našeho seriálu – prof. Macka a Ing. Morkuse –, již na ně velmi obšírně odpověděli. Zároveň tímto rozhovorem s odborníky, kteří náš seriál dozorovali, připomínkovali jednotlivé díly a motivovali nás k tvorbě dalších, seriál Střídavě stejnosměrné názory na elektromobilitu končí. Snad svůj účel – jímž bylo představit některé problematické stránky úplného přechodu na elektromobilitu a předložit je k další diskuzi – splnil.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit