Iakovos V. Yakoumis

Οι καταλυτικοί μετατροπείς αυτοκινήτων (ACC) είναι απαραίτητοι για τη μείωση των ρύπων που εκπέμπονται από τους κινητήρες των οχημάτων βενζίνης και πετρελαίου, βελτιώνοντας την ποιότητα του αέρα και προστατεύοντας την ανθρώπινη υγεία και το περιβάλλον. Τα μέταλλα της ομάδας πλατίνας (PGMs) είναι τα ενεργά υλικά που χρησιμοποιούνται στους καταλύτες και είναι απαραίτητα για την απόδοσή τους. Η πλατίνα, το παλλάδιο και το ρόδιο είναι τα πιο σχετικά PGM που χρησιμοποιούνται στους καταλύτες, μια εφαρμογή που αντιπροσώπευε πάνω από το 70% της ζήτησης PGM το 2021.

Η Ευρώπη είναι ο μεγαλύτερος καταναλωτής PGM παγκοσμίως, η οποία, ωστόσο, εισάγει περίπου το 84% του πρωτογενούς εφοδιασμού της από τη Νότια Αφρική και τη Ρωσία.

Τα PGM έχουν υψηλές εμπορικές τιμές και το αυξανόμενο χάσμα προσφοράς-ζήτησης στην Ευρώπη έχει κάνει την ανακύκλωση αναπόσπαστο μέρος του βιομηχανικού οικοσυστήματος. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα μεγάλες βιομηχανίες να δημιουργήσουν ειδικές εγκαταστάσεις για την ανακύκλωση PGM από χρησιμοποιημένους καταλύτες και άλλα προϊόντα στο τέλος του κύκλου ζωής τους.

Ωστόσο, οι σχετικές διεργασίες έχουν υψηλό περιβαλλοντικό αντίκτυπο (μεγάλες εκπομπές CO2), υψηλή κατανάλωση πόρων (ηλεκτρική ενέργεια και χημικά) και είναι επικίνδυνες για τους χειριστές.

Επιπλέον, στην Ευρώπη, δεν υπάρχουν επαρκή δίκτυα συλλογής τέτοιων αναλωμένων υλικών και οι εγκαταστάσεις προεπεξεργασίας δεν είναι τεχνικά ικανοποιητικές. Έτσι, η Ευρώπη πρέπει να βελτιώσει τις εγκαταστάσεις ανακύκλωσης και το δίκτυο συλλογής αναλωμένων υλικών για να καλύψει την υψηλή ευρωπαϊκή ζήτηση για PGM.

Το έργο CEBRA (www.cebra-eitproject.eu), εστιάζει στην ανακύκλωση PGM από χρησιμοποιημένους καταλύτες και στη χρήση τους για την κατασκευή νέων καταλυτών ενσωματώνοντας 100% ανακυκλωμένα PGM, αντικαθιστώντας τα παράλληλα εν μέρει από χαλκό (μέταλλο χαμηλού κόστους σε σύγκριση με PGM).

Το έργο ξεκίνησε τον Ιανουάριο του 2020 και συντονίζεται από την MONOLITHOS Catalysts & Recycling Ltd (Greece) – Industrial SME, ενώ η κοινοπραξία ολοκληρώνεται με τη συμμετοχή τεσσάρων άλλων ευρωπαϊκών οργανισμών: Centro Ricerche Fiat S.C.p.A. (CRF) (Ιταλία) – Industry, Comet Traitements SA (Βέλγιο) – Industry, Fundación Tecnalia Research & Innovation (Ισπανία) – Πάροχος Έρευνας και Τεχνολογίας και Université de Liège (Βέλγιο) – Academia.

Η CEBRA παράγει νέους καταλύτες αυτοκινήτων χρησιμοποιώντας ανακυκλωμένα PGM

Η CEBRA εμπορευματοποιεί μια νέα διαδικασία ανακύκλωσης PGM, που λειτουργεί σε αντιδραστήρα 1000 λίτρων, για την ανάκτηση PGM από χρησιμοποιημένους καταλυτικούς μετατροπείς οχημάτων και φίλτρα σωματιδίων ντίζελ. Τα ανακτηθέντα PGM στη συνέχεια χρησιμοποιούνται για την κατασκευή νέων καταλυτών για όλες τις μάρκες και τα μοντέλα επαγγελματικών οχημάτων. Τα ανταγωνιστικά πλεονεκτήματα της τεχνολογίας της CEBRA είναι η αυξημένη ανάκτηση PGMs κοντά στο 90%, το χαμηλότερο λειτουργικό κόστος που φτάνει το 30%, η μείωση της κατανάλωσης ενέργειας, καθώς και η απλότητα και η ευελιξία στην εγκατάσταση και λειτουργία της μονάδας. Στους νέους καταλυτικούς μετατροπείς, τα PGM αντικαθίστανται μερικώς από χαλκό, μειώνοντας έτσι την τιμή αγοράς του καταλύτη κατά 50% σε σύγκριση με έναν εμπορικό, διατηρώντας την ίδια (ή καλύτερη) επίδοση και απόδοση.

Αντιδραστήρας CEBRA 1000L, για ανάκτηση PGM από χρησιμοποιημένους καταλύτες και φίλτρα σωματιδίων ντίζελ

Η CEBRA δημιουργεί σημαντική αξία για τους εταίρους της κοινοπραξίας και για τις ευρωπαϊκές βιομηχανίες παρέχοντας μια ενιαία τεχνολογία ανακύκλωσης (έτοιμη για εγκατάσταση και λειτουργία) χρησιμοποιημένων καταλυτών, για την ανάκτηση PGM που μπορούν να πωληθούν σε τελικούς χρήστες για διάφορες εφαρμογές στην ΕΕ (όπως οι κλάδοι κατασκευής καταλυτών, κοσμημάτων, ηλεκτρολογικών, χημικών και διυλιστηρίων πετρελαίου), ενισχύοντας έτσι σημαντικά τα έσοδα της εταιρείας.

Το επιχειρηματικό μοντέλο ανακύκλωσης CEBRA ακολουθείται από την παραγωγή νέων καταλυτών χρησιμοποιώντας ανακυκλωμένα PGM και χαλκό που διατίθενται στο εμπόριο στον τομέα της αυτοκινητοβιομηχανίας (Πρωτότυπο και Aftermarket) για τη διαφοροποίηση των ροών εσόδων. Το έργο προβλέπεται να ολοκληρωθεί έως το 2026, ενώ στη συνέχεια θα πραγματοποιηθεί η εμπορευματοποίηση της μονάδας και των κατασκευασμένων καταλυτών και θα ακολουθήσει το ενδιαφέρον πολλών βιομηχανιών για τη συγκεκριμένη τεχνολογία ανακύκλωσης και τους νέους καταλύτες.

Η διαδικασία CEBRA θα είναι εμπορικά διαθέσιμη μέσω αδειοδότησης στις ενδιαφερόμενες βιομηχανίες. Οι ΜΜΕ και οι νεοσύστατες επιχειρήσεις θα μπορούν να λειτουργούν κερδοφόρες επιχειρήσεις ανακυκλώνοντας PGM και πουλώντας τα απευθείας για εφαρμογές τελικής χρήσης. Ειδικά για τους ανακυκλωτές αυτοκινήτων, η μονάδα CEBRA μπορεί να αναβαθμίσει τις εγκαταστάσεις τους και να αυξήσει τα περιθώρια κέρδους τους με την επεξεργασία των χρησιμοποιημένων καταλυτικών μετατροπέων. Αντί να πωλείται απευθείας ο χρησιμοποιημένος καταλυτικός μετατροπέας σε διυλιστήρια, η επεξεργασμένη σκόνη PGM έχει εμπορική προστιθέμενη αξία, ενώ τα PGM έχουν συνεχώς υψηλή ζήτηση από εταιρείες της ΕΕ.

Επιπλέον, η μονάδα CEBRA έχει σχεδιαστεί για φορητή τοποθέτηση σε κοντέινερ για εύκολη μεταφορά και εξοικονόμηση χώρου, επιτρέποντας σε εταιρείες με περιορισμένες εγκαταστάσεις να λειτουργούν και να αποκτούν μερίδιο αγοράς σε έναν εξαιρετικά απαιτητικό τομέα, ενώ έχουν έως και 30% μειωμένο εξοπλισμό και λειτουργικά έξοδα. Παράλληλα, οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις μειώνονται από την ανακύκλωση των υπολειμμάτων προϊόντων αντί της απόρριψής τους και τη δημιουργία βιώσιμων επιχειρηματικών μοντέλων ευθυγραμμισμένα με τις βιομηχανικές φιλοδοξίες της ΕΕ για μια κυκλική οικονομία.

Οι μηχανικοί αυτοκινήτων θα μπορούσαν εύκολα να σχεδιάσουν έναν συμπιεστή που θα λειτουργούσε ηλεκτρικά. Θα τους έδινε ακόμη μεγαλύτερη ευελιξία ως προς τη διάταξη των εξαρτημάτων κάτω από το καπό. Αλλά, υπάρχει ένα μεγάλο μειονέκτημα, ένας φαύλος κύκλος ειδών πρόσθετων.

Ας πούμε ότι ο συμπιεστής θα πρέπει να έχει περίπου τη μισή χωρητικότητα ενός οικιακού κλιματιστικού, ας πούμε 600 watt ηλεκτρικής ενέργειας. Με μόλις 12 βολτ, δηλαδή 50 αμπέρ ηλεκτρικού ρεύματος, το οποίο θα απαιτούσε μεγάλη καλωδίωση, περίπου στο μέγεθος που νομίζετε με ένα ηλεκτρικό στεγνωτήριο ρούχων σπιτιού. Ας πούμε ότι ήθελες να μπορείς να το δουλεύεις για μισή ώρα με τον κινητήρα σβηστό. Αυτή η ισχύς θα έπρεπε να προέρχεται από την μπαταρία και θα χρειάζονταν 25 amp-ώρες για να τροφοδοτηθεί. Έτσι, σε ένα τυπικό αυτοκίνητο, αυτό θα σήμαινε μια μπαταρία 40% μεγαλύτερη από το κανονικό. Το αρνητικό όμως συνεχίζεται! Ενώ το αυτοκίνητο λειτουργεί, τώρα έχετε προσθέσει 50 αμπέρ ζήτησης για τον εναλλάκτη να τροφοδοτεί τον κλιματισμό, πάνω και πέρα από τον κανόνα και πρέπει επίσης να λάβετε υπόψη τον τρόπο με τον οποίο θα αναπληρώσετε τις 25 amp-ώρες που εξαντλήσατε από το μπαταρία ενώ έχει σταματήσει. Πιθανότατα προσθήκη 70 amp στην έξοδο του εναλλάκτη. Έτσι, μια άλλη μεγάλη αύξηση του μεγέθους εδώ, ίσως 30% έως 40% περισσότερη χωρητικότητα από ό, τι αλλιώς.

Το βάρος επηρεάζει την κατανάλωση καυσίμου;

Το αποτέλεσμα θα ήταν μεγάλες αυξήσεις στο κόστος και το βάρος για την παραγωγή και αποθήκευση αυτής της ηλεκτρικής ενέργειας. Ίσως 150 – 200$ στο αρχικό κόστος και 15 Kg του βάρους. Και αυτή η αλλαγή βάρους σημαίνει συνεχή επιπλέον χρήση καυσίμου, καθ’ όλη τη διάρκεια ζωής ενός αυτοκινήτου, περίπου 150 $.

Κάντε κλικ για να κατεβάσετε σχετικό pdf της Natural Recourses Canada.

Αντλία υποπίεσης (κενού) – περιγραφή λειτουργία

Η αντλία υποπίεσης βρίσκεται στο πλευρικό κάλυμμα της κυλινδροκεφαλής και διασφαλίζει ότι όλοι οι καταναλωτές που είναι συνδεδεμένοι στο σύστημα υποπίεσης να διατηρούν αρκετά υψηλή υποπίεση σε όλες τις καταστάσεις λειτουργίας του κινητήρα.

Η μετάδοση κίνησης στην αντλία υποπίεσης πραγματοποιείται μέσω του άξονα μετάδοσης που παίρνει κίνηση από την μετάδοση της αντλίας υψηλής πίεσης καυσίμου. Ο άξονας μετάδοσης διαθέτει στο άκρο ένα τετράγωνο καρέ στο οποίο προσαρμόζεται η αντλία υποπίεσης.

Η αντλία υποπίεσης  σε όλους τους τρόπους λειτουργίας  του κινητήρα π.χ. κατά την θέρμανση του καταλύτη, ή κατά την τελείως ανοικτή θέση της πεταλούδας του γκαζιού φροντίζει για τη επαρκεί υποπίεση στο σεβρόφρενο και στα εξαρτήματα που λειτουργούν με υποπίεση.

Συνέπειες βλάβης

Σε περίπτωση βλάβης η χαμηλή υποπίεση δημιουργεί κυρίως δυσκολία λειτουργίας του συστήματος πέδησης. Η κατάσταση λειτουργίας του κινητήρα στρωματοποιημένης καύσης σταματά και μεταβαίνει στην κατάσταση συμβατικής λειτουργίας. Κωδικός βλάβης μπορεί να εμφανίζεται για το επηρεαζόμενο εξάρτημα. 

Πηγή: VAG

Βενζινοκινητήρας 3,6 lt/191 kW FSI και εξαέρωση στροφαλοθαλάμου

Με βάση τον τύπο κατασκευής ο κινητήρας 3,6 l FSI που χρησιμοποιείται στο γκρουπ VAG ανήκει στην σειρά των απαιτητικών κινητήρων τύπου VR.

Λόγω της μικρότερης εμπεριεχόμενης γωνίας σε σχέση με τους κλασικούς κινητήρες V ο τύπος κατασκευής είναι μικρού όγκου και επιτρέπεται έτσι η εγκάρσια τοποθέτηση του στο όχημα.

Λόγω του μικρού όγκου τους οι κινητήρες VR έχουν ένα μεγάλο φάσμα εφαρμογής σε οχήματα.

Γωνία V: Η γωνία V του κορμού των κυλίνδρων είναι μόνο 10,6° και επιτρέπει έτσι κατασκευή κινητήρα μικρού όγκου.

Εξαέρωση στροφαλοθαλάμου

Η εξαέρωση του στροφαλοθαλάμου εμποδίζει να φτάνουν αέρια με σωματίδια λαδιού (γνωστά σαν αέρια Blow-by) από τον στροφαλοθάλαμο στην ατμόσφαιρα.

Η εξαέρωση του στροφαλοθαλάμου αποτελείται από τα κανάλια εξαέρωσης στον κορμό των κυλίνδρων και την κυλινδροκεφαλή, τον φυγοκεντρικό διαχωριστή λαδιού και την θέρμανση της εξαέρωσης στροφαλοθαλάμου.

Λειτουργία

Τα αέρια Blow-by στον στροφαλοθάλαμο λόγω της υποπίεσης στην πολλαπλή εισαγωγής αναρροφούνται μέσα από τα παρακάτω εξαρτήματα:

• Κανάλια εξαέρωσης στο κορμό των κυλίνδρων,
• Κανάλια εξαέρωσης στην κυλινδροκεφαλή,
• Φυγοκεντρικός διαχωριστής λαδιού,
• Ασφαλιστική βαλβίδα πίεσης και
• Θέρμανση της εξαέρωσης στροφαλοθαλάμου.

Στη συνέχεια τα αέρια Blow-by-Gase διοχετεύονται πάλι στην πολλαπλή εισαγωγής.

Φυγοκεντρικός διαχωριστής λαδιού

Ο φυγοκεντρικός διαχωριστής λαδιού βρίσκεται στο καπάκι της  κυλινδροκεφαλής. Έχει σαν σκοπό τον διαχωρισμό του λαδιού από τις αναθυμιάσεις (αέρια Blow-by) του στροφαλοθαλάμου και την επιστροφή τους πάλι στο κύκλωμα του λαδιού.

Μία ρυθμιστική βαλβίδα πίεσης περιορίζει την πίεση της πολλαπλής εισαγωγής στα περ. 40 mbar. Έτσι δεν επιτρέπει να επικρατεί στον στροφαλοθάλαμο η ίδια υποπίεση όπως και στην πολλαπλή εισαγωγής και να προκληθεί αναρρόφηση του λαδιού του κινητήρα ή να προκληθεί βλάβη στις φλάντζες.

Λειτουργία

Ο φυγοκεντρικός διαχωριστής διαχωρίζει το λάδι από τις αναροφούμενες αναθυμιάσεις (αέρια Blow-by).

Λειτουργεί σύμφωνα με την αρχή του φυγοκεντρικού διαχωρισμού.

Λόγω του φυγοκεντρικού τύπου κατασκευής του διαχωριστή λαδιού οι αναρροφούμενες αναθυμιάσεις τίθενται σε περιστροφική κίνηση.

Εξ αιτίας της φυγόκεντρης δύναμης το λάδι εκσφενδονίζεται από τις αναθυμιάσεις στα τοιχώματα του διαχωριστή.

Τα σταγονίδια λαδιού δημιουργούν στα τοιχώματα του διαχωριστή μεγαλύτερες σταγόνες και τέλος μέσα από μία οπή εκροής λαδιού στον διαχωριστή ρέουν μέσα στην κυλινδροκεφαλή.

Οι καθαρές αναθυμιάσεις (Blow-by) επιστρέφουν πάλι στην πολλαπλή εισαγωγής.

Συνέπειες σε περίπτωση βλάβης

Σε περίπτωση βλάβης της ρυθμιστικής βαλβίδας πίεσης η εσωτερική πίεση στον στροφαλοθάλαμο αντιστοιχεί στην υποπίεση της πολλαπλής εισαγωγής. Μέσω της εξαέρωσης αναρροφάται πολύ λάδι από τον στροφαλοθάλαμο, έτσι ώστε να υπάρχει κίνδυνος βλάβης του κινητήρα.

Πηγή: VAG

Πολλές φορές κάποια προβλήματα, ειδικά αν δεν εμφανίζεται κωδικός βλάβης, αποτελούν μεγάλο πονοκέφαλο για τον τεχνίτη. Η σωστή μεθοδολογία για τον προσδιορισμό του προβλήματος αποτελεί μία διαδικασία η οποία όταν γίνει σωστά από τον τεχνίτη, τις περισσότερες φορές του δίνει και την λύση.

Στην συνέχεια δίνεται μέσα από τον έλεγχο των καυσαερίων του αυτοκινήτου, με την βοήθεια του αναλυτή καυσαερίων μια μεθοδολογία διάγνωσης για προβλήματα δυσλειτουργίας που έχουν να κάνουν με ανώμαλο ρελαντί και καπνό στην εξάτμιση.

Έλεγχος του μονοξειδίου CO και των υδρογονανθράκων HC

Σημαντική παρατήρηση” type=”warning” close=”yes|no”]Η ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου ECU ελέγχει σωστά την συγκέντρωση CO και HC στα καυσαέρια της εξάτμισης.

Διαδικασία ελέγχου

α) Ξεκινήστε τον κινητήρα.
β) Λειτουργήστε τον κινητήρα σε 2.500 στροφές για περίπου 180 δευτερόλεπτα
γ) Τοποθετήστε το στέλεχος του αναλυτή καυσαερίων (μέτρηση CO/HC) τουλάχιστον 40 cm μέσα στον σωλήνα της εξάτμισης ενώ ο κινητήρας βρίσκεται στο ρελαντί.
δ) Ελέγξτε την συγκέντρωση CO/HC κατά την λειτουργία του κινητήρα στο ρελαντί.

Βασική τιμή:

Συγκέντρωση Μονοξειδίου Άνθρακα CO: 0.2% ή λιγότερο
Συγκέντρωση Υδρογονανθράκων HC: 70 ppm ή λιγότερο
Εάν η συγκέντρωση των CO/HC δεν είναι σύμφωνη με τα όρια τιμών, πραγματοποιήστε διάγνωση βλαβών σύμφωνα με τη παρακάτω σειρά:

• Ελέγξτε την λειτουργία του θερμαινόμενου αισθητήρα οξυγόνου.
• Δείτε τον παρακάτω πίνακα για πιθανές αιτίες, κατόπιν επιθεωρήστε τις ανάλογες αιτίες και επισκευάστε τις εάν είναι αναγκαίο.

Προσοχή
Σε κάθε περίπτωση τηρείτε τις προδιαγραφές του εκάστοτε κατασκευαστή.