المعالجة اللاحقة للعادم: التركيب، والوظائف، والتشخيص

يتكوَّن المحول الحفزي من جسم من الخزف أو المعدن على شكل قرص عسل، مع عدة آلاف من القنوات. وتوضع طبقة وسيطة (طبقة غسل) مصنوعة من أكسيد الألومنيوم على القنوات، ممَّا يزيد من مساحة السطح بنحو 7000 مرة. بالإضافة إلى ذلك، يتم تبخير طبقة حفزية من المعادن النفيسة مثل؛ الروديوم والبلاديوم والبلاتين، على الطبقة الوسيطة. يُثبَّت المحول الحفزي في المبيت المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ، بواسطة حصيرة عازلة، حيث تعمل -في الوقت نفسه- على تعويض التمدد الحراري.

يتم توصيل العوادم الضارة من المحرك إلى المحول الحفزي عبر مشعب العادم، وتتدفق عبر قنوات الحامل المصنوع من الخزف أو المعدن على شكل قرص عسل. ويحدث تفاعل كيميائي عندما تتلامس العوادم مع الطبقة الحفزية.

حيث يتأكسد أول أكسيد الكربون والهيدروكربونات إلى ثاني أكسيد الكربون، على المعادن النفيسة البلاتين والبلاديوم، ويتم خفض أكاسيد النيتروجين إلى نيتروجين (N2) على الروديوم. ويعني مصطلح محول حفزي ثلاثي المسارات أن هناك ثلاثة تحويلات كيميائية تحدث في آنٍ واحد، بمجرد الوصول إلى درجة حرارة التشغيل. حيث يتم تحويل أول أكسيد الكربون (CO) والهيدروكربونات (HC) وأكاسيد النيتروجين (NOx) إلى النيتروجين (N2) وثاني أكسيد الكربون (CO2) والماء (H2O).

تُراقب وظيفة المحول الحفزي بواسطة حساس لامدا ثانٍ، يُعرف أيضًا باسم مسبار المراقبة، ويوجد خلف المحول الحفزي. يقيس مسبار المراقبة هذا محتوى الأكسجين في تدفق العادم، ويرسل القيمة المقاسة إلى وحدة التحكم. تقارن وحدة التحكم قيم حساس المحول الحفزي السابق واللاحق، ومن ثم يمكنها تقييم وظيفة المحول الحفزي. فإذا كانت القيمتان متطابقتين تقريبًا، فإن ذلك يشير إلى أن سعة تخزين الأكسجين في المحول الحفزي منخفضة، ويمكن أن يعزى ذلك إلى تلف في المحول الحفزي.

يحدد حساس لامدا محتوى الأكسجين المتبقي في العادم، ويزود نظام إدارة المحرك بإشارة كهربائية لتنظيم تكوين الخليط. ويلزم حدوث احتراق مثالي؛ لضمان معدل تحويل مثالي للمحول الحفزي. ويتحقق ذلك في محرك بنزين بتكوين خليط من 14.7 كجم هواء إلى 1 كجم وقود (خليط متكافئ). ويُشار إلى هذا المزيج المثالي بالحرف اليوناني λ (لامدا). كما يعبر لامدا عن نسبة الهواء بين المتطلبات النظرية للهواء وكمية الهواء المزوَّدة بالفعل:

λ = كمية الهواء المزوَّدة: الكمية النظرية للهواء = 14.7 كجم: 14.7 كجم = 1

في طرازات السيارات الحديثة، تُثبَّت حساسات درجة حرارة العادم في نقاط مختلفة في خط العادم، في كلٍّ من مركبات الديزل والبنزين. يُسجِّل مستشعر درجة حرارة العادم درجة الحرارة، على سبيل المثال قبل المحوِّل الحفَّاز أو مرشِّح جسيمات الديزل، ويبلِّغ بها وحدة التحكُّم في المحرِّك في شكل إشارة جهد. وتحتاج وحدة التحكم في المحرك إلى هذه المعلومات للتحكم في تكوين الخليط أو تجديد فلتر الجسيمات، ومن ثم تقليل الانبعاثات بشكل فعَّال. بالإضافة إلى ذلك، تساعد حساسات درجات الحرارة المرتفعة على حماية المكونات الموجودة في منطقة تدفق العادم الساخن من فرط السخونة الحرج.

حساس ضغط العادم، المعروف أيضًا باسم حساس الضغط التفاضلي، ضروري في محركات الديزل؛ لمراقبة نظام فلتر الجسيمات. يتغير الضغط التفاضلي في فلتر الجسيمات؛ نتيجة لزيادة رواسب السخام والرماد. ويقيس حساس الضغط التفاضلي فرق الضغط بين العادم على جانبي دخل وخرج فلتر الجسيمات. وتكون هذه القيمة المقاسة مطلوبة من قِبَل الوحدة الإلكترونية للتحكم في المحرك، بوصفها معلومات إضافية لحساب وقت تجديد فلتر الجسيمات. ومن ثم، فإن هذا الحساس هو عنصر آخر من أنظمة التحكم في انبعاثات الملوثات لمحركات الديزل، بناءً على لوائح الانبعاثات الأوروبية.

يتكون حساس أكاسيد النيتروجين (NOx-Sensor) من حساس ووحدة تحكم محكمة الربط كوحدة واحدة عبر مجموعة كابلات. يتم تثبيت وحدة الاستشعار هذه في نظام العادم، وتُستخدم للكشف عن أكاسيد النيتروجين في تدفق العادم. يعد حساس أكاسيد النيتروجين من أهم مكونات نظام المعالجة اللاحقة لخفض أكاسيد النيتروجين المستخدم في سيارات الديزل مع أنظمة SCR (التخفيض الحفزي الانتقائي) القائمة على اليوريا، ممَّا يضمن الامتثال لقيم الانبعاثات الصارمة، بدءًا من معيار Euro 5. ومن ثم، فإن حساس أكاسيد النيتروجين يوفر لنظام المحرك جرعة يورويا مثالية، ومن ثم تقليل أكاسيد النيتروجين الضارة بيئيًّا بشكل فعال. إذا كان نظام التخفيض الحفزي الانتقائي يحتوي على حساس أكاسيد نيتروجين سابق ولاحق، فإن الحساس اللاحق يكون له مهمة مراقبة تأثير محول التخفيض الحفزي الانتقائي.