INLEIDING Met de implementatie van de nieuwe Europese richtlijnen voor emissiecontrole (Euro I, II, III en de recente Euro IV) die in januari 2005 van kracht werden, zijn het uitlaatsysteem en alle bijbehorende elementen belangrijker dan ooit door de rechtstreekse impact ervan op motorverbruik en -regeling. Het werd vanaf 1993 voor alle benzinemotoren en vanaf 1997 voor alle dieselmotoren in de landen van de Europese Gemeenschap verplicht om alle nieuwe voertuigen van katalysator- injectiesystemen te voorzien. In tegenstelling tot wat de meeste mensen denken, maakt deze maatregel het uitlaatsysteem tot één van de meest geavanceerde onderdelen van de viertaktmotor omdat de prestatie van deze motor rechtstreeks afhangt van de nauwkeurigheid van de tegendrukniveaus die het uitlaatsysteem produceert. Het gebruik van het juiste uitlaatsysteem zorgt ervoor dat de motor altijd met het juiste brandstof-luchtmengsel werkt en daarbij altijd de maximale kracht levert en tegelijkertijd zo weinig mogelijk brandstof verbruikt. Het verlengt ook de levensduur van andere belangrijke motoronderdelen - het kleppensysteem, uitlaatdempers, katalysators, lambdasensoren, enz. Walker®, wereldwijd leider in systemen voor emissiecontrole en één van de belangrijkste fabrikanten van Originele Uitrusting van vandaag de dag, met een investering van meer dan 80 % van haar totale productie in deze handel, maakte dit naslagwerk op met als doel om het belang van ons uitlaatsysteem in verband met de levensduur van een motor en zijn prestaties en verbruiksniveau uit te leggen. We willen graag ook de aandacht vestigen op alle monteurs en eindgebruikers van deze systemen, de cruciale en soms onbekende aspecten van productie-eigenschappen van uitlaten en de rechtstreekse relatie tussen de werkelijke levensduur en de uiteindelijke prijs van het product. We bieden ook een gedetailleerde beschrijving van alles wat u moet weten over het Europese homologatieproces van deze producten en het rechtstreeks impact daarvan op het verbruik en de prestatie van de motor.
Oscar F. Oskarsson Opleidingsmanager Tenneco Europa, Afrika & het Midden-Oosten
Alles over emissiecontrole
1
INHOUDSOPGAVE
Inleiding
2
1 - Belangrijkste functies van het uitlaatsysteem
6
Emissiecontrole Katalysators, DPF, SCR, enz.
6
Geluidsreductie Wat is "geluid" en hoe kunnen we dat beheren
6
Juiste kanalisatie van de uitlaatgassen naar buiten toe Effecten van sommige uitlaatgassen op de gezondheid
6
•
•
•
Optimaliseren van de productiviteit in een viertaktmotor Hoe werkt een viertaktmotor Wat is de overlaptijd en waarom wordt dit gebruikt Relatie tussen overlaptijd en motorprestatie Effecten van verkeerde tegendruk - Problemen ten gevolge van positieve tegendruk - Problemen ten gevolge van negatieve tegendruk •
6 7 8 8 8
2- Mogelijke oorzaken van storingen aan uitlaatsystemen
10
•
Oorzaken voor het vervangen van een uitlaatdemper
10
•
Uitlaatproblemen wegens schade aan materiaal
10
•
Veel voorkomende oorzaken voor storingen aan katalysators
12
3 - Fabricage van een modern uitlaatsysteem van hoge kwaliteit 13
• Wat
is gealuminiseerd staal
•
Hebben alle soorten gealuminiseerd staal dezelfde kwaliteit
13
•
Levensduur vs. productiekwaliteit
13
•
Kwaliteit van Originele Uitrusting vergeleken met Aftermarket-kwaliteit
14
4 - Het homologatieproces (Europese richtlijnen)
15
•
Goedkeuringstests
15
•
Homologatietekens op uitlaten en katalysators
17
•
Verschillen tussen gehomologeerde en algemene uitlaatsystemen
18
5 - Belangrijkste onderdelen van uitlaatsystemen voor moderne voertuigen
21
21
Akoestische absorptiematerialen • E-glasvezel • Biosil-wol •
2
13
Alles over emissiecontrole Inleiding
•
Soorten uitlaatdempers • Absorberende uitlaatdemper • Reflecterende uitlaatdemper • Gemengde uitlaatdemper • Gedeeltelijk actieve uitlaatdemper (S.A.M.) • Cilindrische uitlaatdemper en schaalvormige uitlaatdemper
21 21 22 22 22 22
•
Katalysator • Keramische monoliet vs. metalen monoliet • Voordelen van metalen monoliet • Voordelen van keramische monoliet • Chemische reacties • Soorten katalysators
23 23 24 25 25 26
•
(DPF)
27
•
Selectieve katalytische reductie (SCR)
28
•
Lambdasensor • Soorten lambdasensoren • Zirkoniumdioxide lambdasensor • Titaanoxide Lambdasensor • Breedband en wijdband-lambdasensor
29 29
6 - W alker ® is toonaangevend in emissietechnologieën voor Originele Uitrusting
32
•
Emissietechnologieën voor milieumandaten
32
•
Andere emissiecontroleproducten - Originele Uitrusting
33
•
Onze klanten - Originele Uitrusting
33
•
Onderzoek
33
7 - P roductassortiment van Walker ®
34
•
Uitlaatdempers
34
•
Katalysators
34
•
Aanvullende producten
34
8 - 4G AGAR
35
9 - 4T programma
35
Inleiding Alles over emissiecontrole
3
BELANGRIJKSTE FUNCTIES VAN HET UITLAATSYSTEEM Zoals reeds vermeld in de inleiding is het uitlaatsysteem één van de belangrijkste factoren voor de juiste werking van de motor van een modern voertuig. Het is een feit dat de belangrijkste functie van het uitlaatsysteem vrijwel onbekend is bij het merendeel van de bevolking. Het doel van dit hoofdstuk is om de hoofdfuncties van het uitlaatsysteem en de relatie tot de motorprestatie (kracht en brandstofverbruik) één voor één uit te leggen. Emissiecontrole Vandaag de dag is de emissiecontrole één van de belangrijkste functies van het uitlaatsysteem. Het is tegenwoordig een vereiste om alle uitlaatsystemen te ontwerpen en produceren op een manier waarbij de verontreinigende stoffen in uitlaatgassen die uit de verbrandingskamer komen zo veel mogelijk gereduceerd worden voor deze gassen het uitlaatsysteem verlaten en de atmosfeer ingaan. Om deze taak goed uit te voeren, moet het uitlaatsysteem een exacte hoeveelheid tegendruk hebben en ook andere actieve elementen bevatten, bijv. katalysators, lambdasensoren, stofdeeltjesfilters, enz. om de uitlaatgassen schoner te maken voor ze het uitlaatsysteem verlaten en de atmosfeer ingaan.
Geluidsreductie Geluid wordt gedefinieerd als eender welke variatie in druk binnen een lucht- of vloeistofmedium die door het menselijk oor waargenomen kan worden. De twee belangrijkste eigenschappen die men moet kennen om het geluid/lawaai te beoordelen zijn de amplitude en de frequentie ervan. De amplitude, namelijk het hoogtepunt van de geluidsgolf van hoogte- tot laagtepunt, bepaalt de hardheid van het geluid of intensiteit. De golflengte bepaalt de frequentie, graad of toon van het geluid. Eenvoudiger uitgelegd is geluid een luchtgolf in beweging en hoe sneller deze beweegt, hoe luider het voor ons klinkt. Alle traditionele uitlaten zijn ontworpen en geproduceerd om de snelheid van de uitlaatgassen (en daardoor ook het geluidsniveau) te verlagen voor deze gassen de atmosfeer ingaan.
Juiste kanalisatie van de uitlaatgassen naar buiten toe In alle verbrandingsprocessen waarbij de brandstof (diesel of benzine) verbrand wordt, worden een aantal gevaarlijke bestanddelen geproduceerd die van de motor van het voertuig via het uitlaatsysteem de atmosfeer ingaan. Sommige van deze belangrijke bestanddelen zijn koolstofmonoxide (CO), onverbrande koolwaterstoffen (HC), stikstofoxiden (NOx), stofdeeltjes en anderen. Sommige van deze bestanddelen zijn uiterst kankerverwekkend, zoals de MTBE in loodvrije benzine als antiklopmiddel en chemische verbindingen zoals 3-nitrobenzeen en 1,8 dinitropyreen, die zich in dieselemissies bevinden. De carcinogene dieselbestanddelen moeten apart behandeld worden: 3-nitrobenzeen behaalde het hoogste resultaat in de Ames-test, de meest geaccepteerde test om de carcinogene capaciteit van een chemische verbinding te bepalen. Bovendien was de verbinding 1,8-dinitropyreen, die zich ook in dieselemissies bevindt, tot de ontdekking van 3-nitrobenzeen, de meeste carcinogene verbinding die ooit ontdekt was.
Optimaliseren van de productiviteit in een viertaktmotor De belangrijkste factor bij het bouwen van een uitlaatsysteem is dat uitlaatgassen door het systeem moeten gaan en dan naar buiten toe de atmosfeer ingaan. Dit noemen we de tegendruk van het uitlaatsysteem. Voertuigfabrikanten investeren honderdduizenden euros in het ontwerp van motoren die een maximale prestatie kunnen leveren, met minimaal verbruik, en deze investering is nutteloos als de tegendrukniveaus niet correct zijn voor die bepaalde motor. Anderzijds is het bijna onmogelijk om aan de Europese milieurichtlijnen (Euro IV) te voldoen als het tegendrukniveau van het uitlaatsysteem niet helemaal juist is.
C t DO i-Ka x O
DPF
4
Alles over emissiecontrole Belangrijkste functies van het uitlaatsysteem
Uitlaatdemper
Overzicht van Europese Richtlijnen EU-emissienormen voor personenauto's (categorie M1*), g/km CO
Datum
BENZINE
DIESEL
EURO 1†
1992.07
2.72 (3.16)
HC -
HC+Nox 0.97 (1.13)
Nox -
PM 0.14 (0.18)
EURO 2, IDI
1996.01
1.00
-
0.7
-
0.08
EURO 2, DI
1996.01 A
1.00
-
0.9
-
0.10
EURO 3
2000.01
0.64
-
0.56
0.50
0.05
EURO 4
2005.01
0.50
-
0.30
0.25
0.025
EURO 5
2009.09 B
0.50
-
0.23
0.18
0.005 E
EURO 6
2014.09
0.50
-
0.17
0.08
0.005 E
EURO 1†
1992.07
2.72 (3.16)
-
0.97 (1.13)
-
0.5
-
-
EURO 2, IDI
1996.01
2.2
EURO 3
2000.01
2.30
0.20
-
0.15
-
EURO 4
2005.01
1.0
0.10
-
0.08
EURO 5
2009.09 B
1.0
0.10 C
-
0.06
0.005 D,E
EURO 6
2014.09
1.0
0.10 C
-
0.06
0.005 D,E
-
* Tijdens Euro fases 1-4 werden personenauto's > 2.500 kg goedgekeurd als voertuigen uit categorie n1 † Waarden tussen haakjes zijn overeenkomstig productie (COP) A Tot 30.09.1999 (na die datum moesten DI-motoren voldoen aan de IDI-limieten) B 01.2011 voor alle modellen C en NMCH = 0,068 g/km D enkel van kracht voor voertuigen met DI-motoren E Voorstel ingevoerd voor aanpassing tot 0,003 g/m met de PMP-meetprocedure
De tegendruk van het uitlaatsysteem varieert volgens het toerental van de motor. Daarom hebben de fabrikanten een uitlaatsysteem ontworpen om de ideale tegendruk binnen het toerentalbereik waarin de motor normaal draait te houden. De viertaktmotor Tegenwoordig zijn de meeste auto's en andere transportvoertuigen (diesel of benzine) op onze wegen voorzien van viertaktmotoren. Omdat de viertaktmotor op een bepaalde manier werkt, is de tegendruk cruciaal. Hierna beschrijven we hoe de viertaktmotor werkt om het belang van de tegendruk beter te begrijpen. De slagen van een viertaktmotor worden als volgt uitgelegd: Inlaatslag: De inlaatklep opent en de zuiger start met de neergaande slag om het brandstof-luchtmengsel in de cilinders te laten.
Inlaatslag
Compressieslag
Compressieslag: Zodra de zuiger het laagste punt van de slag behaalt, sluit de inlaatklep en begint de zuiger met de compressieslag, en drukt zo het brandstof-luchtmengsel samen. Arbeidsslag: Zodra de zuiger het hoogste punt bereikt is het brandstof-luchtmengsel volledig samengedrukt en doet zich een explosie voor (door middel van een vonk uit de bougie bij benzinemotoren of door de hoge compressie van de benzine in dieselmotoren). Dit produceert de slagkracht. Uitlaatslag: Zodra al het brandstof-luchtmengsel volledig is opgebrand, bevindt de zuiger zich op het laagste deel van de slag, de uitlaatklep gaat open en de zuiger begint te stijgen en duwt de verbrande gassen in het uitlaatsysteem via de uitlaatklep met als enig doel om de verbrandingskamer volledig leeg te maken. Dan sluit de uitlaatklep om het proces te herbeginnen.
Arbeidsslag
Uitlaatslag
Belangrijkste functies van het uitlaatsysteem Alles over emissiecontrole
5
Klepoverlapping: Door de specifieke vorm van de verbrandingskamer waar het brandstof-luchtmengsel verbrand wordt, kwamen de technici tot de conclusie dat ze, om de verbrande gassen tijdens de uitlaatslag volledig uit de verbrandingskamer te krijgen, de inlaatklep moesten openen net voor de uitlaatklep sluit, waarbij beide kleppen (in- en uitlaat) voor een bepaalde periode (milliseconden) opengehouden worden en schoon brandstof-luchtmengsel de verbrandingskamer kon betreden en daardoor alle verbrande gassen naar de uitlaat dwong, waardoor de viertaktcyclus opnieuw kon beginnen met een perfect schoon brandstofluchtmengsel, wat een maximale motorprestatie garandeert tijdens deze cyclus.
Inlaat opent
Uitlaatslag
Uitlaatslag
Arbeidsslag
Compressieslag
Inlaatslag
Inlaat sluit
Uitlaat opent
De nokkenas is het onderdeel van de motor dat de beweging van de uit- en inlaatkleppen beheert. Dit is een vast onderdeel uit gietijzer dat niet handmatig aangepast kan worden. De tegendruk die we in het uitlaatsysteem moeten toepassen is rechtstreeks afhankelijk van de overlaptijd van de klep die op voorhand is ingesteld en beheerd wordt door de vorm van de nokkenas. Zoals we voordien reeds zagen is het systeem ontworpen om de verbrandingsgassen volledig uit de verbrandingskamer te verwijderen en zo een maximale prestatie te bekomen in alle cycli.
Wat gebeurt er als de tegendruk van het uitlaatsysteem hoger is dan de nodige tegendruk? Als de tegendruk van de uitlaat groter is dan de tegendruk die de fabrikant opgaf (de gassen hebben meer tijd nodig om uit het uitlaatsysteem te ontsnappen), zal een bepaalde hoeveelheid van de verbrande gassen in de verbrandingskamer blijven na de overlaptijd van de klep en tijdens de inlaatslag mengen met het vers brandstofluchtmengsel. Daardoor zal dit nieuwe mengsel van verse en verbrande gassen tot een tragere explosie leiden tijdens de arbeidsslag en aan het einde van die slag zal daarom een deel van het mengsel nog steeds branden (minder verbrande brandstof per tijdeenheid), wat dan weer leidt tot een verlies van motorkracht en de karakteristieke rode kleur van het uitlaatspruitstuk, veroorzaakt als nog brandende gassen van de cilinder naar het uitlaatsysteem ontsnappen tijdens de uitlaatslag. Onder deze extreme werkomstandigheden raken uitlaatkleppen snel beschadigd (smelten) en verliezen hun afsluitingsfunctie waardoor een deel van het mengsel van de verbrandingskamer naar het uitlaatsysteem kan ontsnappen vanwege de slechte afsluiting van de klep tijdens de compressieslagen en vervolgens nog meer motorkracht verloren gaat. Anderzijds zal de monoliet van de katalysator beginnen smelten zodra de brandende gassen de katalysator bereiken. De snelheid van het smeltproces is afhankelijk van de omvang van het tegendrukprobleem: dit kan variëren van een paar minuten tot een paar maanden. Het smeltproces van de monoliet van een katalysator wordt veroorzaakt door de hoge temperatuur van deze brandende gassen; in sommige gevallen worden temperaturen gehaald van meer dan 1.800ºC. Het is belangrijk om te weten dat een keramische monoliet bij 1.400ºC smelt terwijl de metalen monoliet aan 1.600ºC smelt. Uitlaatklep
Inlaatklep
Brandende gassen
Afkoelingscircuit
Afkoelingscircuit
Het effect van het gebruik van een niet-gehomologeerde katalysator of een uitlaatdemper die een grotere tegendruk veroorzaakt dan de originele.
Afbeelding van een 3-katalysator modern uitlaatsysteem
6
Alles over emissiecontrole Belangrijkste functies van het uitlaatsysteem
Dit probleem komt voor als: I Een uitlaat of katalysator geïnstalleerd wordt die niet voor die specifieke motor ontworpen werd (toepassingen voor andere auto's). II Niet-gehomologeerde producten in het systeem geïnstalleerd worden (algemene uitlaatdempers of katalysators). III De montage van een volledig of gedeeltelijk systeem door het lassen van buizen, uitlaatdempers of katalysators heeft een vermindering van de interne diameter van de buizen tot gevolg tijdens het lassen. IV Met het intern roesten van buizen en uitlaatdempers. Dit proces produceert een afwijking in de diameter van de interne afmetingen, wat dan weer tot een afwijking leidt in de tegendruk in het systeem.
Wat gebeurt er als de tegendruk lager is dan nodig voor deze motor? Als de tegendruk van het uitlaatsysteem lager is dan degene die door de motorfabrikant ontworpen is, zullen de gassen tijdens de uitlaatslag sneller uit de verbrandingskamer ontsnappen. Tijdens de overlaptijd zullen de verbrande gassen vlot en sneller door het uitlaatsysteem stromen en daarom zal een klein deeltje van het nieuwe brandstof-luchtmengsel dat de kamer via de inlaatklep betreedt, geen tijd hebben om door de uitlaatklep te ontsnappen tijdens het proces waarbij de verbrande gassen uit de verbrandingskamer worden gedwongen. Het is dus makkelijk te begrijpen dat als een kleine hoeveelheid brandstof-luchtmengsel uit de verbrandingskamer verloren gaat door lage tegendruk, er ook motorkracht verloren wordt omdat er minder verbrande brandstof per tijdeenheid is dan bij een juiste tegendruksituatie. Omdat de gassen bovendien sneller door het uitlaatsysteem stromen, naar de atmosfeer toe, zal het geluidsniveau hoger zijn in vergelijking tot het geluid dat in de juiste omstandigheden geproduceerd wordt (uitlaatsysteem met juiste tegendruk).
Uitlaatklep
Inlaatklep
Onverbrande gemengd me brandstof t uitlaatgass en
Afkoelingscircuit
Afkoelingscircuit
Het effect als u een niet-gehomologeerde katalysator gebruikt of een uitlaatdemper die een hogere tegendruk veroorzaakt dan de originele.
Dit probleem komt voor als: I Niet-gehomologeerde uitlaatdempers, katalysators of buizen aan het voertuig bevestigd worden (vooral sportuitlaatdempers die meer lawaai maken dan OEexemplaren). II Door een luchtlek in het uitlaatsysteem vanwege roest of hevige trillingen. III Door een gat in de uitlaatkast of zijkast te maken om "het water eruit te laten". Het is belangrijk om te weten dat gealuminiseerd staal gebruikt wordt voor het aanmaken van uitlaatdempers en buizen en eens dit geperforeerd is worden de beschermlagen uit aluminium vernietigd, waardoor de zuren die in de uitlaatdempers ontstaan rechtstreeks in contact kunnen komen met de gelamineerde staallaag, wat het roestproces versnelt en het gat binnen de kortste keren vergroot en daardoor het tegendrukprobleem enorm verergert. IV Dit probleem komt ook voor als de inhoud van de katalysator met opzet verwijderd wordt door de monoliet te vernietigen of door een lege katalysator op een voertuig aan te brengen.
Dit type storing zorgt er ook voor dat de monoliet van de katalysator smelt vanwege het onverbrand brandstofluchtmengsel dat uit de verbrandingskamer ontsnapt tijdens de klepoverlapping als deze het oppervlak van de monoliet bereikt, waar de normale werktemperatuur tussen 500ºC en 900ºC ligt. Als de brandstof het oppervlak van de monoliet van de katalysator bereikt, begint deze automatisch te branden (aan 1.800ºC) en produceert micro-smeltgebieden op het oppervlak. Als dit probleem doorgaat, wordt de katalysator volledig vernietigd. De lengte en tijd van dit proces is afhankelijk van de omvang van het tegendrukprobleem. Afbeelding van een uitlaat met lage tegendruk
Belangrijkste functies van het uitlaatsysteem Alles over emissiecontrole
7
MOGELIJKE OORZAKEN VAN STORINGEN AAN UITLAATSYSTEMEN Oorzaken voor het vervangen van een uitlaatdemper Het uitlaatsysteem kan door verschillende problemen beschadigd worden die bijna allemaal tot drie verschillende categorieën behoren: roest, trillingen en verkeerd gebruik. Deze drie categorieën van problemen leiden allemaal tot dezelfde soort storing door tegendrukproblemen te veroorzaken. Zoals we in de vorige hoofdstukken al zagen, beïnvloeden tegendrukproblemen in gekatalyseerde auto's (benzine of diesel) de prestatie en het verbruik, erger nog, ze veroorzaken fusie van de monoliet van de katalysator, een storing die meestal uitloopt op een dure motorreparatie in een garage. Het goede nieuws is dat u al deze problemen gemakkelijk kunt voorkomen door gehomologeerde uitlaatonderdelen te gebruiken en het advies in de volgende paragrafen op te volgen.
Uitlaatproblemen wegens schade aan materiaal Roest Roest is het duidelijkst en makkelijkst te ontdekken. Een van de twee roestprocessen is uiterlijke roest (van buiten naar binnen toe) door uiterlijke omstandigheden. Een goed voorbeeld hiervan is roest op de onbeschermde metalen onderdelen (waaronder het uitlaatsysteem) van de auto. De oorzaak hiervan is contact met zout en water dat zich in koudere klimaatzones op de wegen bevindt. Als er een risico is op zeer lage temperaturen strooien de plaatselijke autoriteiten zout op de wegen om het vriespunt van het water te verlagen. De andere roest is interne roest (van binnen naar buiten toe), die geproduceerd wordt in de uitlaatdempers door contact met het interne water en andere chemische stoffen en afzettingen veroorzaakt door condensatie van de uitlaatgassen als het uitlaatsysteem koud is. Dit probleem beïnvloedt het merendeel van auto's die meestal enkel voor korte afstanden gebruikt worden waardoor het uitlaatsysteem nooit de juiste temperatuur haalt om het water dat zich binnenin opstapelt volledig te verdampen door het condensatieproces. Het is belangrijk om te weten dat een gewone benzineauto ongeveer 40 km
8
Alles over emissiecontrole Mogelijke oorzaken van storingen aan uitlaatsystemen
constant aan een normaal toerental moet rijden (tussen 2.000 tpm en 4.000 tpm) om het uitlaatsysteem volledig uit te drogen. Interne roest is een ernstig probleem: als het zichtbaar is aan het oppervlak van de uitlaatdemper zijn de onderdelen binnenin (buizen en wanden) ernstig beschadigd en zelfs volledig vernietigd. Deze situatie kan verschillende belangrijke afwijkingen veroorzaken aan de tegendrukniveaus van het hele uitlaatsysteem. Trillingen Het vervangen van een uitlaatdemper ten gevolge van een storing door trillingen in het systeem is vandaag de dag de meest voorkomende reden waarvoor monteurs een uitlaatdemper vervangen. We kunnen zeker stellen dat het merendeel van alle uitlaatdempers die vervangen zijn wegens trillingsproblemen in het systeem weggewerkt kunnen worden door simpelweg te begrijpen wat uitlaatdemper- of buisbreuken veroorzaakt en deze oorzaken vervolgens te vermijden. In de volgende paragrafen proberen we deze veelvoorkomende problemen te verduidelijken en leggen we uit hoe u elk probleem kunt opsporen en bieden we u bruikbare informatie om deze problemen te vermijden. Trilling door oude of beschadigde uitlaatrubbers is het meest voorkomende van alle uitlaatproblemen wegens trillingen en is het makkelijkst te vermijden. Zoals u weet bestaan de ophanging van de uitlaat vooral uit rubber en de levensduur van dit materiaal hangt af van de uiterlijke milieucondities. De milieufactor die de uitlaatrubbers het meest beïnvloedt is de werktemperatuur. Als we het rubber voor lange tijd aan een hoge temperatuur blootstellen, zal de chemische samenstelling van rubber geleidelijk veranderen. Het rubber wordt harder en minder elastisch. Deze chemische veranderingen zorgen ervoor dat de uitlaatrubbers alle impact op het uitlaatsysteem doorgeven in plaats van deze te absorberen, wat ernstige schade aanricht aan het systeem. De beste manier om te ontdekken of de uitlaatrubbers de oorzaak zijn is door de plaats waar de buizen aan de uitlaatdempers gelast zijn te controleren. Als het probleem veroorzaakt werd omdat de uitlaatrubbers hard of broos zijn geworden, zit de buis aan het uitlaatdemperomhulsel los en ziet u een perfecte cirkel of halve cirkel, alsof u de kast met een schaar had uitgeknipt (dit wordt veroorzaakt door de enorme hoeveelheid trillingen in deze verbinding in alle mogelijke richtingen). Een goede manier om dit probleem te vermijden is om altijd de oude uitlaatrubbers van het uitlaatsysteem met nieuwe te vervangen als u een kapotte uitlaatdemper vervangt.
Trilling wegens oude of beschadigde rubberen motorsteunen en/of elastische verbinding van de versnellingsbak: De hoofdfunctie van rubberen motorsteunen is om de trillingen (zijwaartse bewegingen) van de motor tijdens het rijden op te vangen. Deze bestanddelen zijn ook onderworpen aan snellere chemische slijtage wegens de hoge temperaturen en drukken in deze zones. In sommige auto's met achterwielaandrijving zijn trillingsproblemen nog erger omdat de elastische verbinding van de versnellingsbak beschadigd of versleten raakt. Zo'n situatie leidt tot een drastische toename van zijwaartse bewegingen van de uitlaat,vooral de zijwaartse spanningen van de onderdelen van het uitlaatsysteem die zich dichter bij de motor bevinden. Tegenwoordig staat in het onderhoudsboekje van alle auto's die dit type onderhoud nodig hebben beschreven wanneer de rubberen motorsteunen en de elastische verbinding van de versnellingsbak vervangen moet worden (meestal tussen 40.000 en 80.000 km). Om te ontdekken of dit probleem van toepassing is, moeten we kijken hoe de buis gebroken is.
Problemen door verkeerde toepassing of niet-gehomologeerde uitlaatonderdelen Bij het installeren van de verkeerde uitlaatdemper (nietgehomologeerd voor deze auto) krijgen we altijd een ander tegendrukniveau dan de tegendruk ontworpen door de technici van de fabrikant voor een optimale prestatie van deze auto. Deze situatie veroorzaakt een hoop belangrijke motorproblemen die niets met het niveau te maken heeft (hogere of lagere tegendruk). Zoals we in de vorige hoofdstukken reeds besproken, verliest een motor met de verkeerde tegendruk altijd een beetje benzine (vloeibaar of brandend) en lucht tijdens de overlaptijd. Als hoge tegendruk een stand heeft van meer dan 1,03 op de lambdafactor van de vier geanalyseerde gassen, zal de auto niet slagen voor de emissietest van de regering (MOT). Tezelfdertijd komt alle benzine die tijdens de overlaptijd verloren ging in de monoliet van de katalysator terecht, die langzaam maar constant zal smelten. Op hetzelfde moment verhoogt deze verloren benzine het verbruiksniveau en de autobestuurder ervaart minder kracht bij hetzelfde normale toerental. Het beste en enige advies om dit probleem te vermijden is om altijd versleten en kapotte uitlaatonderdelen te vervangen door gehomologeerde onderdelen.
Ten gevolge van de dwarse draaibewegingen die eerst proberen om de buis naar één kant te draaien en dan naar de andere, breekt de buis dichtbij de bochten en nooit in een perfecte cirkelvorm (zoals in het andere geval). Dit probleem veroorzaakt een onregelmatig gedeukt oppervlak door de constante dwarse draaikrachten. De beste manier om dit probleem te vermijden is door het onderhoudsinterval op te volgen voor het vervangen van de rubberen motorsteunen en de elastische verbinding van de versnellingsbak.
Uitlaat die stuk is door trillingen wegens versleten rubberen motorsteunen. Uitlaat die stuk is door trillingen wegens versleten uitlaatrubbers. Uitlaat beschadigd door materiële vermoeiing in het omhulsel. Uitlaat die stuk is door trillingen van versleten uitlaatrubbers. Uitlaatspruitstuk dat stuk is door trillingen ten gevolge van versleten rubberen motorsteunen of de elastische verbinding van de versnellingsbak.
Mogelijke oorzaken van storingen aan uitlaatsystemen Alles over emissiecontrole
9
Veel voorkomende oorzaken voor storingen aan katalysators Over het algemeen varieert de gemiddelde levensduur van de katalysator in een goed onderhouden auto (benzine of diesel) tussen 100.000 en 150.000 km, afhankelijk van het model en de manier waarop de bestuurder er mee rijdt. Dat wil natuurlijk niet zeggen dat er boven 150.000 km geen auto's zijn die nog steeds de MOT emissiecontroletest goed doorstaan, maar het is des te onwaarschijnlijker. Buiten normale slijtage kan de katalysator op verschillende manieren beschadigd raken. Laat ons deze even bekijken: Loodvergiftiging door het lood in de monoliet van de katalysator, dat uit loodhoudende benzine komt, en toevoegingen ontworpen om het compressietempo van benzine (octaanindex) te verhogen. Na verbranding in de verbrandingskamer van de auto worden nog loodoxiden geproduceerd die het oppervlak van de monoliet van de katalysator bedekken. Dit proces weerhoudt de edelmetalen ervan om in contact te komen met de uitlaatgassen en stopt daardoor de katalytische chemische reacties. Er werd aangetoond dat slechts drie tanks loodhoudende benzine nodig zijn om de werking van de katalysator te vernietigen. Het probleem is gemakkelijk op te sporen in de lambdasensor of de monoliet. In dit bepaalde geval lijkt het alsof het oppervlak van de monoliet of de afsluiting van de lambdasensor die in contact waren met de gassen bedekt zijn met lood, waardoor ze een karakteristieke donkergrijze kleur krijgen (loodkleur). Vergiftiging door fosforafzetting van de olie. Telkens we olie verbranden wordt tegelijkertijd fosfor aangemaakt. Als de motor van het voertuig meer dan één liter olie per 1000 km verbrandt (vanuit het oliereservoir), wordt de hoeveelheid fosfor zo groot dat deze witte harde afzettingen creëert (zoals wit cement) over het oppervlak van de monoliet en zal daardoor de edelmetalen bedekken en katalytische reacties vermijden. Als deze situatie doorgaat blokkeren die afzettingen uiteindelijk drastisch de toevoer van gassen doorheen de monolietcellen en veroorzaken ook problemen met tegendrukniveaus met alle gevolgen van dien voor de toestand en prestatie van de motor. Vergiftiging door verkeerde brandstofluchtmengsels. Telkens een motor draait met het verkeerde brandstofluchtmengsel (rijk of arm), bevatten de uitlaatgassen een bepaalde hoeveelheid roet en/of onverbrande brandstof. Roet creëert zwarte afzettingen (zoals spoeldeeltjes) op het
10
Alles over emissiecontrole Mogelijke oorzaken van storingen aan uitlaatsystemen
oppervlak van de katalysator en na een tijd leidt dit tot storing van de chemische reacties van de katalysators en verhoging van het tegendrukniveau. Dit probleem komt vaak voor als de motor op een rijke brandstof-luchtmodus loopt die langdurig actief is (waarschijnlijk door een kapotte lambdasensor, temperatuursensor, enz.). Gesmolten monoliet wegens een defecte vonk (ontsteking). Een van de snelste en meest destructieve problemen voor een katalysator is het lopen op een hete motor met een defecte vonk. Dit probleem produceert grote hoeveelheden onverbrande koolwaterstoffen (HC) die het oppervlak van de monoliet van een katalysator letterlijk zullen smelten. De duur van dit proces kan variëren van een paar minuten tot een paar weken, afhankelijk van het toerental, de temperatuur van de monoliet en de hoeveelheid onverbrande koolwaterstoffen die zich nog in de uitlaatgassen bevindt. Dit probleem komt normaal voor wegens slecht onderhoud van de ontsteking (defecte bougies, verroeste bedrading, verroeste of beschadigde connectors, slechte instelling van de vonktimer, enz.). Impact van stenen en andere hindernissen op de weg. De monoliet van de keramische katalysator is erg fragiel en breekt gemakkelijk bij rechtstreeks impact. Hou er rekening mee dat de meeste katalysators een keramische monoliet hebben. Eens de monoliet breekt, bewegen de cellen van de verschillende delen van de monoliet heen en weer en produceren hierbij geluid en veroorzaken een grote toename van tegendruk binnen het uitlaatsysteem. Tegendrukproblemen van het uitlaatsysteem. Zoals we in de vorige hoofdstukken al zagen, zijn tegendrukproblemen de meest voorkomende en belangrijkste problemen waar auto's met een benzine- of dieselinjectiesysteem vandaag de dag mee te kampen hebben. Deze problemen doen zich meestal voor als het systeem een niet-gehomologeerd uitlaatsysteem, verroeste uitlaten, kapotte monolieten van een katalysator (wegens impact of smeltproces), geblokkeerde uitlaatdempers (wegens roestprocessen of losse onderdelen van de monoliet van een katalysator), luchtlekkages in het uitlaatsysteem, enz. bevat. Het belang van dit probleem ligt in het feit dat alle tegendrukproblemen tot een sneller slijtageproces van de katalysator en een constant smeltproces van het monolietoppervlak leiden. Bovendien verliest de auto aan kracht omdat de motor bij elke arbeidsslag kleine hoeveelheden benzine verliest, wat het verbruiksniveau verhoogt.
FABRICAGE VAN EEN MODERN UITLAATSYSTEEM VAN HOGE KWALITEIT Alle huidige fabrikanten van uitlaatonderdelen binnen de Europese Gemeenschap gebruiken voornamelijk gealuminiseerd staal in hun productieproces. Alle Aftermarket-fabrikanten en bijna alle Originele Uitrustingsfabrikanten die reserveonderdelen aanmaken voor de kleinhandel gebruiken gealuminiseerd staal voor deze onderdelen. Wat is gealuminiseerd staal? Gealuminiseerd staal bestaat uit twee materialen, een laag gelamineerd staal en een beschermlaag uit aluminium. Als we aluminium toevoegen aan één van de zijden van de staallaag heet dit enkellagig gealuminiseerd staal en als we één laag aluminium toevoegen aan beide zijden van de staallaag heet dit dubbellagig gealuminiseerd staal. Met dit speciaal materiaal biedt het gelamineerd staal weerstand tegen impacts en interne spanningen terwijl de aluminium beschermlaag beschut tegen roest. Aluminium
Gelamineerd staal
Aluminium
Het is onmogelijk om enkel door te "kijken" vast te stellen hoeveel aluminium zich in een uitlaatdemper uit gealuminiseerd staal bevindt omdat alle soorten gealuminiseerd staal vanbuiten dezelfde kleur hebben (aluminiumkleur).
Hebben alle soorten gealuminiseerd staal dezelfde kwaliteit? Het antwoord op deze vraag is nee, want het weerstandsniveau tegen roest is afhankelijk van de dikte van de aluminiumlaag die het gelamineerd staal beschermt. Om de kwaliteit te bepalen van het gealuminiseerd staal dat we aankochten, geven de fabrikanten er een nummer aan, dat verklaart hoeveel gram aluminium per vierkante meter elke gelamineerde staallaag bedekt, gevolgd door het woord enkellagig of dubbellagig dat aangeeft of het aan één of beide kanten met aluminium is beschermd. Zoals we voordien al zeiden betekent bij '120 g/m2 dubbellagig' dat het gealuminiseerd staal bedekt is met 120 gram aluminium voor elke vierkante meter aan beide zijden (dit is gealuminiseerd staal van hoge kwaliteit, gebruikt door zowel Originele Uitrustingsfabrikanten voor hun handelsproducten als door de Aftermarket-fabrikanten voor gehomologeerde productie). Als het staal echter '120 g/m2 enkellagig' is, betekent dit dat het bedekt is met 120 g/m2, maar enkel aan één kant (dit betekent dat hier maar de helft van het aluminium van het vorige voorbeeld gebruikt wordt). In dit geval blijft één van de zijden van de gelamineerde staallaag onbeschermd tegen roest.
Voorbeeld van enkellagig gealuminiseerd staal Gelamineerd staal
Aluminium
Wat zijn de meest gebruikte gealuminiseerde staalsoorten in het productieproces van uitlaatsystemen en wat is de relatie tussen de gebruikte materialen en de levensduur van de uitlaat? De onderstaande afbeelding geeft de verschillende kwaliteiten weer van het gealuminiseerd staal dat gebruikt wordt in de productie van Aftermarket-uitlaatbuizen alsook reserve onderdelen, gerangschikt van de laagste kwaliteit en prijs tot soorten gebruikt in de hoogst presterende producten, waaronder ook twee platen uit dubbellagig gealuminiseerd staal zoals in het laatste voorbeeld van de tabel (0,7 mm dikte van 120 g/m2 gealuminiseerd staal + 0,5 mm van 150 g/m2 gealuminiseerd staal). De prijs van het aluminium is veel hoger dan de kosten voor het gelamineerd staal, dus hoe lager de kwaliteit van het gealuminiseerd staal (lagere kwantiteit aluminium), hoe goedkoper het wordt en hoe sneller het roest, waardoor het andere systemen in de auto in gevaar brengt en de algemene prestatie van de motor verlaagt.
Productiekwaliteiten van gealuminiseerd staal 6-12
Gealuminiseerd staal 80/m2 één blad 1,2 mm
12-18
Gealuminiseerd staal 120/m2 één blad 1,2 mm
18-24
Gealuminiseerd staal 120/m2 twee bladen (0,5 mm + 0,7 mm)
30-36
Gealuminiseerd staal 120/m2 twee bladen (0,5 mm 150 g/m2 + 0,7 mm 150 g/m2)
Levensduur in maanden
Fabricage van een modern uitlaatsysteem van hoge kwaliteit Alles over emissiecontrole
11
Buiten het feit dat fabrikanten van goedkopere uitlaatdempers geen homologatierichtlijnen volgen, gebruiken ze vaak gealuminiseerd staal van slechte kwaliteit met een veel lager niveau van aluminium en in sommige gevallen gebruiken ze zelfs zacht staal voor het interne buiswerk van de uitlaatdemper. Daardoor zal interne verroesting de tegendrukniveaus van het systeem binnen de kortste keren aanzienlijk doen afwijken, wat de kracht en het verbruik aantast en waardoor andere motoronderdelen zoals de katalysators, lambdasensoren enz. een hoog risico op schade lopen. Het is belangrijk om te weten dat de dikte van de gealuminiseerde staallaag (de aluminiuminhoud ervan) een belangrijke factor is die de levensduur van de uitlaatdemper bepaalt en de optimale prestatie van de motor garandeert tijdens zijn volledige levensduur. In het voorbeeld hierboven selecteerden we een standaard plaat met een dikte van 1,2 mm, zoals gebruikt in Originele Uitrusting (OE) en Aftermarket (AM) kleinhandelproductie. Het is belangrijk om te weten dat de installatie van dubbele platen in uitlaatdemperomhulsels ook twee keer zoveel aluminium bevatten dan uitlaatdempers met een enkellagig omhulsel, waardoor de algemene levensduur van de uitlaatdemper verhoogd wordt en waardoor de uitlaat stiller is.
Drie eenvoudige vragen over gealuminiseerd staal: 1. W at is gealuminiseerd staal? 2. H ebben alle soorten gealuminiseerd staal dezelfde kwaliteit? 3. W at zijn de meest gebruikte gealuminiseerde stalen in de productie van uitlaatsystemen en wat is de relatie tussen de gebruikte materialen en de levensduur van de uitlaat?
Kwaliteit van Originele Uitrusting (OE) vergeleken met Aftermarket-kwaliteit. Om de OE-kwaliteit te bespreken, moeten we drie verschillende niveaus bespreken die afhangen van twee factoren: wanneer gebeurt de installatie op het voertuig? En voor wie is dit product beschikbaar? De beschikbare niveaus zijn: OE (Originele Uitrusting voor productiekwaliteit): Deze kwaliteit wordt enkel geproduceerd voor montagebanden van autofabrikanten. Dit is de kwaliteit die in nieuwe auto's aanwezig is en ten gevolge van de langdurige garantieperiodes van de OE-fabrikanten wanneer ze de auto verkopen (3 tot 8 jaar) bestaan deze producten meestal uit roestvrij staal van 0,8 tot 1,2 mm. Deze uitlaten worden exclusief voor montagebanden gemaakt en worden daarom niet aan eindverbruikers of OE-dealers verkocht. OES (Originele Uitrusting eerste levering): Als een onderdeel van het uitlaatsysteem van een OE-auto een garantieprobleem ervaart tijdens de eerste maanden van de levensduur van de auto en de gealuminiseerde stalen uitlaat voldoet niet voor de rest van de garantieperiode, zal de OE-dealer het OEprobleemonderdeel vervangen door een ander onderdeel met exact dezelfde kwaliteit (roestvrij staal) om te verzekeren dat dit onderdeel voldoet voor de rest van de garantieperiode. In dit geval is de geselecteerde kwaliteit dezelfde als de OE uit de vorige paragraaf, maar als de resterende garantieperiode minder dan twee jaar is (waardoor het mogelijk is om een uitlaat uit gealuminiseerd staal te gebruiken in plaats van roestvrij staal), vervangt de fabrikant het onderdeel met een onderdeel uit gealuminiseerd staal. Het is belangrijk om te weten dat OES-onderdelen (roestvrij staal) enkel voor intern gebruik van de OE-delaler dienen (garantieproblemen) en nooit aan eindverbruikers worden verkocht. OES (Originele Uitrusting tweede levering): De kwaliteit die gebruikt wordt in alle OESS-uitlaatsystemen is gealuminiseerd staal (meestal dubbellagig, één bladlaag 120 g Al/m2) en deze kwaliteit wordt geproduceerd voor verkoop door OE-dealers als Originele Uitrustingskwaliteit voor eindverbruikers. Nu is het duidelijk dat de aankoop van een gehomologeerde uitlaat van een Aftermarket-fabrikant of de aankoop van een OE-dealer hetzelfde is wat materiaal en roestvrijheid betreft omdat ze beiden uit gealuminiseerd staal zijn vervaardigd.
12
Alles over emissiecontrole Fabricage van een modern uitlaatsysteem van hoge kwaliteit
HET HOMOLOGATIEPROCES De homologatie van de verschillende onderdelen van uitlaatsystemen (uitlaatdempers en katalysators) is een vergelijkingsproces tussen het Originele Uitrustingsonderdeel en het onderdeel dat we voor de Aftermarket willen homologeren. Dit proces garandeert voor de eindverbruiker en de monteur dat de eenheid die geïnstalleerd moet worden gelijkwaardige tegendruk- en geluidsniveaus heeft als de Originele Uitrusting van de autofabrikant. Dit betekent dat bij de installatie van een gehomologeerd uitlaatsysteem (uitlaatdemper of katalysator) de motor gegarandeerd hetzelfde prestatievermogen zal behouden en dat het prestatieniveau gelijk zal zijn aan de uitrusting van een origineel systeem. Het is belangrijk om te weten dat de installatie van niet-gehomologeerde uitlaatdempers of katalysators verboden is en in de Europese Gemeenschap als illegale activiteit wordt beschouwd. Dat geldt ook voor het verkopen van niet-gehomologeerde banden of gelamineerd glas voor autoruiten. De plaatselijk overheden leggen straffen op als u zich niet aan deze richtlijnen houdt. Om het belang van homologatie voor de eindverbruiker of monteur beter te begrijpen alsook de kans om opgelicht te worden door illegale bedrijven buiten de wetgeving van de Europese Gemeenschap, moeten we weten welke homologatietests nodig en verplicht zijn voor alle uitlaatdempers en katalysators om de homologatiecode en het certificaat te ontvangen.
Homologatietests zijn: Test op statische storing Test op dynamische storing Tegendruktest Test op aanpassingsvermogen Inhoud edelmetalen (enkel voor katalysators) Deze tests worden altijd uitgevoerd door vertegenwoordigers van het Ministerie van Economische Zaken van het land waar de tests worden uitgevoerd. Dit zijn standaardtests voor alle Europese landen en om de homologatiecode en het certificaat te ontvangen moeten deze tests met succes worden afgelegd. Als tijdens de tests van een uitlaatdemper of katalysator de eenheid niet slaagt voor een van deze tests, wordt het proces stopgezet en krijgt u geen homologatie voor deze eenheid.
Hoewel deze homologatietests ook worden uitgevoerd door externe testlaboratoria zoals TÜV in Duitsland of INTA in Spanje, is het Ministerie van Economische Zaken van elk Europees land de enige autoriteit die een homologatiecertificaat kan afgeven. Bij het vergelijken van een homologatiedocument moet men altijd zeker zijn dat het gebruikte formaat voor de homologatie juist is (het is standaard voor alle landen van de Europese Gemeenschap en maakt deel uit van de Europese richtlijnen). Bovendien moet het document ondertekend en afgestempeld worden door de juiste ambtenaar van het Ministerie van Economische Zaken. Als het document niet aan deze voorschriften voldoet, wordt het product niet gehomologeerd, noch geldig verklaard door de autoriteiten. De tests voor uitlaatdempers en katalysators om de homologatiecode en het certificaat te behalen zijn: Test op statische storing: In een echoloze kamer, met het voertuig in neutraal en met het origineel uitlaatsysteem, meet de inspecteur het geluidsniveau dat geproduceerd wordt terwijl de motor versneld wordt tot 2/3 van de toeren die op de technische specificaties van het voertuig vermeld staan als de auto op maximale kracht draait. Dan vervangen we het originele onderdeel van de uitlaat door het Aftermarketonderdeel dat we willen homologeren en herhalen de test drie keer. De gemiddelde waarde van de drie tests wordt gebruikt als geldige waarde voor het onderdeel dat we willen homologeren. Om voor de test te slagen moet het geluidsniveau van het Aftermarket-onderdeel altijd lager zijn dan het niveau van het originele. Het is belangrijk om te begrijpen dat door deze test geen uitlaatsysteem of katalysator gehomologeerd kan worden als, na installatie in de auto, de geluidsniveaus hoger zijn dan de opgemeten geluidsniveaus van de Originele Uitrusting van de auto.
Voorbeeld van test op statische storing in een echoloze kamer
Het homologatieproces Alles over emissiecontrole
13
Test op dynamische storing: Deze test lijkt op de vorige maar wordt uitgevoerd op een circuit terwijl de auto in beweging is. Het geluid wordt gemeten met twee microfoons, zie afbeelding. Om deze test uit te voeren moeten we het geluidsniveau meten terwijl de auto drie maal in elke richting beweegt (van A naar B en dan van B naar A) in tweede en derde versnelling (6 maal in totaal), waarbij de gemiddelde waarde van de twee slechtste waarden van de drie uit elke richting als geldige waarde wordt gebruikt. Om de test correct uit te voeren moet de auto het meetgebied in tweede en derde versnelling doorkruisen en een toerental behouden van tot 2/3 van het toerental op de technische specificaties terwijl de auto op volle kracht rijdt, of het meetgebied doorkruisen in tweede en derde versnelling met een constante snelheid van 50 km/u. De eerste test wordt gedaan met de Originele Uitrustingsuitlaat en dan vervangen we het onderdeel van het uitlaatsysteem (uitlaatdemper of katalysator) dat we willen homologeren en herhalen de voorgaande test. Om voor deze test te slagen moet het geluidsniveau van het Aftermarket-onderdeel altijd lager zijn dan het niveau dat vermeld is voor het Originele Uitrustingsonderdeel en altijd lager dan 74 dB. In deze test zien we ook dat als een uitlaatdemper of katalysator een geluidsniveau heeft dat hoger is dan dat van het originele onderdeel van de auto, deze niet gehomologeerd kan worden in landen van de Europese Gemeenschap.
de moeilijkste test voor uitlaatfabrikanten omdat voor de twee vorige geluidstesten een beetje meer tegendruk nodig is om de snelheid van de gassen die uit het uitlaatsysteem ontsnappen te verlagen en daardoor verlagen de geluidsniveaus tegenover de Originele Uitrustingsniveaus. Anderzijds kunnen kleine structurele afwijkingen in de uitlaatdemper grotere afwijkingen veroorzaken in tegendrukniveaus en daarom moet de uitlaat of katalysator bijna een exacte interne kopie zijn van de Originele Uitrustingseenheid. Geluidsmeetpunten - Tegendruk uitlaatgassen Afb. 1 Enkele buis max 450 mm min 150 mm
Afb. 2 Gedeeltelijk dubbele buis max 450 mm min 150 mm
Afb. 3 Dubbele buis max 450 mm min 150 mm
B
Twee enkele meetpunten geven samen een enkele waarde
B’ 10 m
Microfoon
7.5 m
7.5 m
Microfoon
P
P’ 10 m A
A’
Tegendruktest: Deze test wordt ook uitgevoerd door de waarden van tests die op het Originele Uitrustingsproduct werden uitgevoerd te vergelijken met die van het Aftermarketproduct. Om deze test uit te voeren meten we eerst de tegendruk op het uitlaatspruitstuk terwijl de motor loopt op een bepaald toerental met de volledige Originele Uitrustingsuitlaat. Dan wordt het onderdeel dat we willen testen in het systeem gezet en herhalen we exact dezelfde test. Om voor deze test te slagen moet het percentageverschil tussen de tegendrukniveaus in beide tests minder dan +25 % zijn, wat betekent dat het onderdeel dat we willen homologeren voor de Aftermarket een maximaal verschil van de 25 % tegendruk moet hebben dat voor het Origineel Uitrustingsonderdeel vermeld is. Dit is
14
Alles over emissiecontrole Het homologatieproces
Deze test helpt ons begrijpen dat niet zomaar elke uitlaatdemper of katalysator gehomologeerd kan worden omdat deze twee concepten elkaars tegendeel zijn. De gehomologeerde uitlaatdemper of katalysator werd ontwikkeld voor een specifieke soort motor en is bijna een exacte kopie van het Originele Uitrustingsonderdeel. In tegenstelling worden universele onderdelen verkocht voor een bepaald assortiment voertuigen afhankelijk van hun motoren en de diameter van de verbindingsbuizen (bijv. een uitlaatdemper of katalysator voor alle auto's tussen 1.100 cc en 2.500 cc met buizen met een diameter van 45 mm). Hierdoor zullen de universele onderdelen nooit de juiste tegendrukniveaus hebben die vereist zijn voor een optimale prestatie van deze motor en dat zorgt zelfs voor bijkomende schade aan andere motoronderdelen, zoals katalysatoren, lambdasensoren, klepzittingen, enz.
Test op aanpassingsvermogen: Deze test controleert of het onderdeel dat we willen homologeren exact dezelfde onderdelen en gelijkaardige vorm heeft als het Origineel Uitrustingsonderdeel. Dit betekent dat we de eenheid zonder aanpassingen, zoals het buigen van buizen, in het systeem kunnen zetten of zonder andere externe elementen die niet tot de originele specificaties behoren. Het is belangrijk om te weten dat het in deze test verboden is om over het uitlaatsysteem te lassen omdat lassen enkel nodig is als dit onderdeel van het systeem anders is dan het originele en dit onderdeel onmogelijk in de test op aanpassingsvermogen zou slagen. Deze test toont aan dat niet zomaar elke algemene uitlaatdemper of katalysator gehomologeerd kan worden omdat deze producten vaak algemene onderdelen hebben (enkel de buizen zonder verbindingen) en meestal anders zijn dan de onderdelen die in de originele systeemuitrusting gebruikt werden. Test op inhoud van edelmetalen: Deze test wordt enkel uitgevoerd op katalysators en bepaalt de inhoud van edelmetalen (platina, rodium en palladium) in de monoliet van de katalysator. Deze test garandeert voor de eindverbruiker dat de katalysator de nodige hoeveelheden edelmetalen bevat, zoals bepaald in de Europese Milieurichtlijnen om op een succesvolle manier schadelijke uitlaatgassen om te zetten in niet-giftige gassen.
Platina
Rodium
Palladium
Voor de eindverbruiker van het voertuig is het een garantie dat hij precies krijgt waarvoor hij betaald heeft omdat de prijs van sommige edelmetalen erg hoog is.
Over het algemeen hebben gewone katalysators een veel lagere inhoud van edelmetalen (ongeveer 5 keer minder dan gehomologeerde), waardoor deze onderdelen heel slecht presteren. Bovendien is de tegendruk van deze onderdelen meestal verkeerd omdat ze niet voor een specifiek motormodel ontworpen zijn en zoals we eerder al zagen leidt dit tot een verlies aan motorkracht en een toename van benzineverbruik, waardoor andere motoronderdelen risico lopen op schade.
Hoe kunnen we zien dat een uitlaatdemper of katalysator gehomologeerd is? Om te weten of een katalysator of uitlaatdemper gehomologeerd is in overeenstemming met de richtlijnen van de Europese Gemeenschap, moet u kijken of de juiste homologatiecode op de onderkant van het omhulsel staat. Deze code staat altijd onderaan het omhulsel omdat het bij het technisch inspectiecentrum van de regering gecontroleerd zal worden. We moeten altijd zeker weten dat elke uitlaatdemper of katalysator de juiste homologatiecertificaten heeft. Deze documenten kunnen op ieder moment worden aangevraagd bij personeel van inspectiecentra voor voertuigen en ook bij de eindverbruiker van de auto. We moeten ook begrijpen dat homologatiecodes standaard zijn, d.w.z. dat de configuratie, positie en maat altijd aa n specifieke criteria moeten voldoen zoals vastgesteld in de Europese richtlijnen en door niemand veranderd kunnen worden. Dit feit helpt ons om snel een onderscheid te maken tussen gehomologeerde uitlaatdempers en katalysators en niet-gehomologeerde versies, en daarom moeten we onthouden dat er slechts drie geldige homologatiecodes zijn voor uitlaatsystemen en katalysators die als volgt herkenbaar zijn. Afbeelding van een modern uitlaatsysteem
Om deze test uit te voeren wordt de monoliet van de katalysator (waar de edelmetalen inzitten) ondergedompeld in een zuuroplossing en daar voor een bepaalde periode achtergelaten, specifiek voor deze test. Door deze zuuroplossing komen de edelmetalen los van de monoliet, waarna de metalen apart gewogen worden om hun percentage vast te stellen in verhouding tot het volume van de monoliet. We moeten zeer voorzichtig zijn bij de aankoop van deze onderdelen en voldoende garanties vragen om te bevestigen dat deze katalysators gehomologeerd zijn (lees aandachtig de homologatiecodes en vraag naar de homologatiedocumenten).
Het homologatieproces Alles over emissiecontrole
15
Homologatiecodes voor uitlaatdempers (twee mogelijkheden):
A. Richtlijn 70/157/ EEG het is belangrijk dat alle nummers na elkaar op één lijn staan. De “e” is een kleine letter (geen hoofdletter) en staat altijd samen met een getal in het vierkant. Dat getal identificeert een land en als er geen nummer staat is de homologatiecode vals.
a ≥ 8 mm
03 0148
2a /3 a /3 a
Homologatieland “1” “2” “3” “4” “5”
Duitsland Frankrijk Italië Nederland Zweden
“6” “9” “11” “12” “13”
België Spanje UK Oostenrijk Luxemburg
“17” “18” “21” “23” “Irl”
Finland Denemarken Portugal Griekenland Ierland
Homologatierichtlijn Richtlijn Richtlijn Richtlijn Richtlijn
Homologatienummer
70/157/EEC Nº 00 77/212/EEC Nº 01 84/424/EEC Nº 02 92/97/EEC Nº 03
B. Voorschrift 59 van de Verenigde Naties. Deze code lijkt op de vorige, met alle cijfers op een bepaalde plaats. Het cijfer dat het homologatieland aanduidt, staat samen met de letter "E" in een cirkel. De letter "E" is altijd in hoofdletters en wordt gevolgd door 59, wat betekent dat deze eenheid voldoet aan Voorschrift 59 van de Verenigde Naties. Deze code is volledig legaal, maar wordt tegenwoordig weinig gebruikt omdat hij zo oud is.
a ≥ 8 mm
2a/3
a /3
Voorschrift 59 Homologatienummer
E9 59 03 0148
Homologatieland
16
Alles over emissiecontrole Het homologatieproces
Homologatierichtlijn
a /3
Homologatiecodes voor katalysators (twee mogelijkheden):
A. Richtlijn 70/220/EEG : Het is belangrijk dat alle nummers na elkaar op één lijn staan. De “e” is een kleine letter (geen hoofdletter) en staat altijd samen met een getal in het vierkant. Dat getal identificeert een land en als er geen nummer staat, is de homologatiecode vals. Deze code is een oude versie van de homologatiecode voor katalysators en komt nog zelden voor.
a ≥ 8 mm
030148
2a /3 a /3 a
Homologatieland “1” “2” “3” “4” “5”
Duitsland Frankrijk Italië Nederland Zweden
“6” “9” “11” “12” “13”
België Spanje UK Oostenrijk Luxemburg
“17” “18” “21” “23” “Irl”
Finland Denemarken Portugal Griekenland Ierland
Homologatierichtlijn Richtlijn Richtlijn Richtlijn Richtlijn
Homologatienummer
70/157/EEC Nº 00 77/212/EEC Nº 01 84/424/EEC Nº 02 92/97/EEC Nº 03
B. Voorschrift 103 van de Verenigde Naties voor deze werd goedgekeurd voor Europa. Deze code lijkt op de tweede die voor de uitlaat vermeld werd, maar met alle cijfers op een bepaalde plaats. Het cijfer dat het homologatieland aanduidt, staat samen met de letter "E" in een cirkel. De letter "E" is altijd in hoofdletters en wordt gevolgd door 103, wat betekent dat deze eenheid voldoet aan Voorschrift 103 van de Verenigde Naties (de vorige versie was goedgekeurd door de VN). Deze code werd gebruikt voor de Europese landen Voorschrift 103 goedkeurden. Hij is volledig wettelijk, maar komt nog zelden voor.
VN-richtlijn 103
a ≥ 8 mm
2a /3
a/3
Homologatienummer
E1 103 030148
Homologatieland
a/3
Homologatierichtlijn
C. Voorschrift 103 van de Verenigde Naties (effectieve versie). Deze code lijkt op de laatst getoonde code. Het cijfer dat het homologatieland aanduidt, staat samen met de letter "E" in een cirkel. De letter "E" is altijd in hoofdletters en wordt gevolgd door 103, wat betekent dat deze eenheid voldoet aan Voorschrift 103 van de Verenigde Naties. Deze code is tegenwoordig de meest voorkomende in alle auto's die na 23 februari 1997 geproduceerd werden en de code in verband met Voorschrift 103 (103R) moet op het omhulsel van de katalysator gestempeld zijn.
VN-richtlijn 103
a ≥ 8 mm
2a /3
a /3
Homologatienummer
E1 103R 030148
Homologatieland
a/3
Homologatierichtlijn
Het homologatieproces Alles over emissiecontrole
17
Als homologatie nodig is, waarom homologeren dan niet alle fabrikanten hun uitlaatdempers en katalysators voor de kleinhandel? De productiekosten van gehomologeerde producten zijn veel hoger dan die van algemene onderdelen omdat de gehomologeerde onderdelen voor elk specifiek motormodel ontworpen worden volgens de tegendruk- en geluidsniveaunormen van de Originele Uitrustingsonderdelen. De gemiddelde ontwikkelingskosten van een nieuwe uitlaatdemper of katalysator is ongeveer € 5.000 per referentie (betaalbaar voor elke referentie, terwijl de algemene fabrikanten hetzelfde ontwerp voor een groot aantal toepassingen gebruiken zonder rekening te houden met de prestatie van de voertuigen, hun verbruiksniveaus en de slijtage van andere bestanddelen). Anderzijds is de kostprijs van deze technische tests voor de homologatie van een uitlaatdemper € 1.200 per referentie en € 10.000 voor dezelfde tests van een katalysator wegens de hogere kostprijs van de test voor edelmetalen.
Voorbeelden van valse codes op producten
e1
e1
Fabrikanten die niet-gehomologeerde eenheden verkopen genieten van een oneerlijk prijsvoordeel tegenover fabrikanten die gehomologeerde onderdelen verkopen op de Aftermarket. Het is belangrijk om te weten dat veel van deze illegale bedrijven tegenwoordig werkzaam zijn omdat het merendeel van de monteurs en eindverbruikers zich niet bewust is dat de volledige verantwoordelijkheid van geïnstalleerde onderdelen in het uitlaatsysteem uitsluitend bij de monteur ligt en niet bij de fabrikant of het verkopend bedrijf.
47 0123
De eerste 2 cijfers zijn altijd 00, 01, 02 of 03
00 0123
Staat slechts op één lijn
e1
1 01235
Getal bestaat uit 2 cijfers + spatie + 4 cijfers
E 1 01 1235 Enkel een kleine letter e is geldig
e1
103R 031235
Enkel hoofdletter E is geldig
De installatie van niet-gehomologeerde uitlaatdempers of katalysators is verboden en wordt binnen de Europese Gemeenschap als illegale activiteit beschouwd. Het zich niet houden aan deze richtlijnen kan bestraft worden door de plaatselijke overheden.
18
Alles over emissiecontrole Het homologatieproces
BELANGRIJKSTE ONDERDELEN VAN UITLAAT SYSTEMEN VOOR MODERNE VOERTUIGEN Akoestische absorptiematerialen Akoestische absorptiematerialen zijn speciale elementen die in bepaalde uitlaatdempersoorten (absorberende en gemengde uitlaatdempers) gebruikt worden om de hoge frequenties van het geluid dat geproduceerd wordt als de uitlaatgassen de verbrandingskamer verlaten en het uitlaatsysteem betreden te absorberen. In het huidige productieproces treffen we twee verschillende elementen aan: E-glasvezel E-glasvezel is een witte thermoplastische samenstelling die van textuur erg lijkt op de nylon in de productie van poppenhaar. Dit element wordt via een automatisch proces in de uitlaatdempers ingevoerd met een injector. E-glasvezel absorbeert geen water; dit helpt om gecondenseerd water sneller te doen verdampen als het uitlaatsysteem opgewarmd wordt. Een andere goede eigenschap van E-glasvezel is dat de chemische samenstelling van dit materiaal niet verandert met water. Hierdoor kan de prestatie van E-glasvezel in verband met geluidsniveaus voor heel de levensduur van het product behouden worden. E-glasvezel kan in alle toepassingen gebruikt worden waarbij de temperatuur onder 500ºC is (meestal de 2de uitlaatdemper of in nieuwe auto's na de katalysator). Boven deze temperatuur zou de E-glasvezel, die zoals we al zeiden uit plastic bestaat, krimpen omdat de extreme warmte de interne tegendruk verandert en daardoor ook het geluidsniveau.
Bio-oplosbare minerale wol (Biosil) of biologisch afbreekbare minerale vezels Biosil-wol is een oranje minerale samenstelling die qua textuur op isoleermateriaal lijkt zoals in huizen gebruikt wordt om het huis tegen temperatuur en vochtigheid te isoleren. Door deze speciale textuur (zoals tapijt) kan Biosil voorgekneed en ingevoerd worden in de uitlaat om het productieproces gemakkelijk en nauwkeurig te maken. Anderzijds kan Biosil in gevallen waar een voorgeknede vorm niet mogelijk is door de ingewikkeldere vorm van de interne onderdelen van de uitlaat, handmatig ingevoerd worden en op die manier de nodige vorm aannemen. Het grote voordeel van dit product tegenover E-glasvezel is dat het geluid beter geabsorbeerd kan worden en dat dit product gebruikt kan worden in extreem hete omstandigheden (meer dan 500ºC tot 1.200ºC) zonder enig prestatieverlies. Anderzijds absorbeert wolmateriaal van Biosil het water van de condensatie van uitlaatgassen, wat het verdampingsproces verlengt. Biosil-wol is ook gevoelig aan constante nat-droog periodes omdat de chemische samenstelling van het materiaal in combinatie met water verandert, waardoor het harder en dunner (samengeperst) wordt en deze verandering beïnvloedt zowel het geluidsniveau als de prestatie van het voertuig. Uitlaatfabrikanten begonnen rond 2003 Biosil-wol te gebruiken ter vervanging van basaalwol, een product dat hier voordien voor gebruikt werd, maar kankerverwekkend bleek te zijn. Sindsdien is het gebruik van basaalwol voor het productieproces van uitlaten verboden in Europese landen.
Soorten uitlaatdempers
Absorberende uitlaatdemper De naam van deze uitlaatdempers stamt van de methode die men gebruikt om het geluidsniveau te controleren. Geluid met hoge frequenties wordt gedempt met materiaal dat de rechte geperforeerde buis bedekt die kruiselings van de ene kant naar de andere aan de binnenzijde van de uitlaatdemper gaat.
Afbeelding van een uitlaat met E-glasvezel
Dit uitlaatdemperontwerp is vooral effectief bij het elimineren van hoge frequenties en biedt lage tegendrukniveaus. Laag frequentiegeluid wordt niet geabsorbeerd door dit uitlaatdemperontwerp.
Belangrijkste onderdelen van uitlaatsystemen voor moderne voertuigen Alles over emissiecontrole
19
Reflecterende uitlaatdemper Zoals de naam het al zegt wordt bij deze uitlaatdempers het reflectieprincipe gebruikt om laag frequentiegeluid te controleren. Deze uitlaatdemper werkt volgens het principe dat twee gelijke en tegengestelde geluidsgolven frontaal zullen botsen en elkaar op dat moment zullen vernietigen. Om te verzekeren dat het reflectie-effect daadwerkelijk plaatsvindt in de uitlaatdemper is het ontwerp erg belangrijk. Het intern ontwerp van een reflecterende uitlaatdemper bevat verschillende kamers die gescheiden worden door schotten, die verbonden zijn via geperforeerde buizen. De verhoogde stroomweerstand van dit ontwerp zorgt ervoor dat de tegendruk hoger is dan die van de absorberende uitlaatdemper.
Gemengde uitlaatdemper Het ontwerp van een gemengde uitlaatdemper is een combinatie van de absorberende en reflecterende uitlaatdemper; daardoor kunnen gemengde uitlaatdempers allerlei soorten hoorbare frequenties (hoog en laag) controleren. Meer dan 80 % van alle uitlaatdempers die in de automobielindustrie vervaardigd worden zijn gemengde uitlaatdempers.
Gedeeltelijk actieve uitlaatdemper (Semi Active Muffler - S.A.M.) Dit is een speciale uitlaatdemper met een rotatieklep; hiermee kan de uitlaatdemper een optimaal tegendrukniveau behouden tijdens elke fase van het toerentals. Deze klep werkt door de stroom van de gassen via een van de interne buizen van de uitlaatdemper te reguleren. Deze actie is mogelijk dankzij het openen of sluiten van het intern buisgedeelte door de S.A.M.klep waardoor het tegendrukniveau van het hele uitlaatsysteem beheerd wordt. Door deze vernieuwende tegendrukcontrole produceren auto's met S.A.M.-uitlaatdempers meer kracht over alle toerentallen en wordt het geluid van lage frequenties ontzettend goed gedempt. Door dit ontwerp kan het volume van het uitlaatsysteem verlaagd worden met ongeveer 30 %, wat het totale gewicht van het uitlaatsysteem rechtstreeks verlaagt en tot minder benzineverbruik leidt. Cilindrische uitlaatdemper en schaalvormige uitlaatdemper Afhankelijk van de uiterlijke vorm van het uitlaatomhulsel en het productproces om dit op te bouwen, kan de uitlaat in twee verschillende soorten verdeeld worden. De eerste is een cilindrische uitlaatdemper, met twee metalen lagen die samengedrukt worden om een cilinder te vormen dat het geperforeerde buizennet omvat. De tweede is een schaalvormige uitlaatdemper. In dit ontwerp worden twee metalen lagen samengedrukt om een "schaal" te vormen met daarin het geperforeerde buizennet, met twee gelijke schaalen die samen de gemengde uitlaatdemper vormen. Schaalvormige uitlaatdempers worden altijd opgevuld met Biosil-wol om de geluidsniveaus te verlagen.
Gedeeltelijk actieve uitlaatdemper (S.A.M.)
Binnenkant van een reflecterende uitlaatdemper
20
Alles over emissiecontrole Belangrijkste onderdelen van uitlaatsystemen voor moderne voertuigen
Binnenkant van een reflecterende uitlaatdemper
De katalysator Tegenwoordig horen katalysators bij de belangrijkste onderdelen van ons uitlaatsysteem. Deze onderdelen worden in alle auto's geïnstalleerd die in landen van de Europese Gemeenschap verkocht worden en hun gebruik is verplicht sinds 1993 voor benzineauto's en sinds 1997 voor dieselauto's. De functie van deze onderdelen binnen het uitlaatsysteem is om de schadelijke gassen (CO, HC, NOx) in de uitlaatgassen die uit de verbrandingskamer komen om te zetten in andere, zogenaamde "schone" gassen (CO2, H2O, N2) voor deze gassen het uitlaatsysteem verlaten en de atmosfeer betreden. Dit proces gebeurt in de katalysator met behulp van de katalytische metalen: platina, palladium en rodium. Deze metalen worden over het oppervlak van de monoliet geplaatst (metalen of keramisch) die altijd in contact staat met de uitlaatgassen. De monolieten die voor de automobielmarkt gebruikt worden hebben de vorm van een honingraat, met een hoog aantal cellen waar de uitlaatgassen doorheen gaan op weg naar de atmosfeer. Bescherm omhulsel
Interam materiaal
Keramische monoliet vs. metalen monoliet De keramische monoliet, zoals de Waslaag naam al zegt is uit keramiek opgebouwd De meest gebruikte is een silicaat die cordieriet heet Monoliet (2MgO2 Al2 O3 SiO). De structuur van de monoliet lijkt op een honingraat met vierkante cellen. Om juist gevormd te worden moet een keramische samenstelling tot meer dan 1.300ºC opgewarmd worden tot de consistentie brijachtig wordt. De brij wordt vervolgens met een uitpersingsproces door een mal gedwongen om deze honingraatvorm te bekomen. Meestal hebben monolieten een ovalen of cilindrische vorm, hoewel het ontwerp erg flexibel is omdat het enkel afhangt van de soort mal die tijdens het uitpersingsproces gebruikt wordt. Eens het centrale deel van de monoliet gevormd is, moet deze het Edelmetalen
Hitteschild
Metalen monoliet vs. keramische monoliet
Monoliet
Lanceringsring Binnenkant van een keramische katalysator
Als de monoliet verwarmd is (meer dan 300ºC) en uitlaatgassen in contact komen met de edelmetalen die zich op het oppervlak van de monolietcellen bevinden, vinden chemische reacties plaats die de schadelijke gassen omzetten. Uiteraard is de prestatie van de katalysator rechtstreeks verbonden aan de hoeveelheid van het oppervlak van de monoliet die in contact komt met de uitlaatgassen gedurende een specifieke periode, alsook de hoeveelheid edelmetalen die op het oppervlak van deze monoliet geplaatst wordt. Het is interessant om te weten dat het oppervlak van de monoliet dat in contact staat met de uitlaatgassen voor een bepaalde tijd enorm is; voor een monoliet van een standaard 1.600 cc auto, is het oppervlak van de monoliet dat in contact staat met de uitlaatgassen min of meer hetzelfde als het oppervlak van een standaard voetbalveld.
"waslaag"-proces doorlopen. Tijdens dit proces wordt het actieve katalytisch materiaal in de zogenaamde waslaag geplaatst. De hoofdcomponenten van de waslaag zijn de onedele metaaloxiden (BMO), AL2O3, CeO2, en ZrO2, alsook edelmetalen (PM), normaal platina, palladium en rodium. Deze waslaag wordt aangebracht over de celwanden van de monoliet door de monoliet onder te dompelen in een gelatineachtige oplossing met de onedele metaaloxiden en de edelmetalen. Het "waslaag"proces wordt zowel voor keramische als metalen monolieten gebruikt. De minimum hoeveelheden edelmetalen platina, palladium en rodium die aan het oppervlak van de monoliet moeten kleven zijn niet willekeurig, maar moeten volgens de huidige Europese richtlijnen toegepast worden (en hetzelfde zijn voor metaal en keramiek). De mechanische kenmerken van deze monoliet zijn: Vorm:
Meestal ovaal of cilindrisch
Dikte van de monolietwanden: Ongeveer 100 microns
Binnenkant van een keramische katalysator
Aantal cellen:
Tussen 400 en 900 cpsi
Fusiepunt van cordieriet:
Aan ongeveer 1.450ºC
Impactweerstand:
Laag (breekt)
Uitzettingscoëfficiënt (CTE):
0,002 cal/s-cm-oC (zeer laag)
Belangrijkste onderdelen van uitlaatsystemen voor moderne voertuigen Alles over emissiecontrole
21
Er bestaat ook een metalen katalysator met een monoliet die vervaardigd is uit basis legeringsmaterialen (bijv. FeCrlegering, Kantal, enz.). De meest voorkomende manier om monolieten te maken voor de automobielindustrie is door vlakke en gegolfde lagen van deze legering te combineren en zo een spiraalvormige monoliet te creëren. De kanalen waaruit de uitlaatgassen vervolgens ontsnappen worden tussen de vlakke plaat en de trillingen van de gegolfde plaat gevormd. Productieproces om metalen monolieten te bouwen
Zodra de spiraal gevormd is, wordt deze in een metalen cilinder geplaatst die als draagraam dient. Deze monolieten zijn bijna altijd cilindrisch door het speciaal productieproces. In het specifieke geval van metalen monolieten met een grotere hoeveelheid cellen per vierkante meter kan het "waslaag"proces uitgevoerd worden voor deze tot spiraal wordt gevormd omdat het aanbrengen van de waslaag na de vorming van de monoliet (zoals bij de keramische katalysators) zou leiden tot de belemmering van sommige kleinere cellen.
Nu we de mechanische kenmerken van beide soorten monolieten (metalen en keramisch) hebben bekeken, zullen we een aantal voor- en nadelen van deze systemen bespreken alsook hun bruikbaarheid in onze benzine- en dieselauto's. Het kan ons ook helpen te begrijpen waarom bijna alle katalysators (meer dan 90 % van alle eenheden) die in Originele Uitrusting geïnstalleerd worden keramische katalysators zijn. Voordelen van metalen monoliet Met de metalen monoliet kan de fabrikant kleinere katalysators producteren omdat deze onderdelen kleinere celwanden hebben. Hiermee kunnen ze monolieten ontwerpen met meer cellen, waardoor er meer oppervlaktecontact is van uitlaatgassen met edelmetalen in vergelijking tot keramische monolieten. Omdat deze onderdelen dunnere monolietwanden hebben, zijn de tegendrukniveaus meestal lager in vergelijking tot de keramische eenheden van dezelfde grootte. Het is belangrijk dat het tegendrukniveau van een vervangende katalysator min of meer hetzelfde moet zijn als het niveau van de Originele Uitrustingseenheid om de Europese homologatie te verkrijgen. Dit homologatieproces is verplicht voor alle uitlaten en katalysators voor de Aftermarket die geproduceerd worden voor landen van de Europese Gemeenschap en zorgt ervoor dat de gehomologeerde eenheden een maximale prestatie van het voertuig blijven behouden zonder schade aan de motor te riskeren.
De mechanische kenmerken van deze monoliet zijn: Vorm:
Meestal cilindrisch
Dikte van de monolietwanden:
Ongeveer 25 microns
Aantal cellen:
Tussen 800 en 1.250 cpsi
Fusiepunt van de legering:
Ongeveer 1.600ºC
Impactweerstand:
Hoog, breekt niet
Uitzettingscoëfficiënt (CTE):
(zeer hoog)
Binnenkant van een monoliet van een metalen katalysator
22
Betere schokweerstand: Als de katalysator een hevige schok krijgt, breekt de metalen monoliet niet, wat bij de keramische wel het geval is. De metalen monoliet vervormt door zijn vorm aan te passen. Als de monoliet vervormd is moet de katalysator in de Afbeelding van een beschadigde katalysator meeste gevallen dringend vervangen worden wegens een schok van omdat deze vervorming een aantal monoliet een extern voorwerp. cellen zal vernietigen, wat tot een toename van de tegendrukniveaus in het uitlaatsysteem zal leiden. Deze situatie kan eventueel leiden tot aanzienlijk krachtverlies en ook ernstige motorschade veroorzaken. Het metalen smeltpunt is 150ºC hoger dan dat van de keramische monoliet: Zoals we al zagen is het smeltpunt van de metalen monoliet ongeveer 1.600ºC, wat 150ºC hoger is dan het smeltpunt van de keramische bij ongeveer 1.450ºC. Dit kenmerk geeft de metalen monoliet de mogelijkheid om iets beter aan de temperatuur te weerstaan en daarom zal de metalen monoliet in het geval van motorproblemen (verkeerde tegendruk, oude bougies, problemen met de lambdasensor, enz.) langer blijven werken dan de keramische voor hij uiteindelijk smelt. Als de problemen ernstiger zijn (overslaan,
Alles over emissiecontrole Belangrijkste onderdelen van uitlaatsystemen voor moderne voertuigen
kapotte bougie, complete uitval van één cilinder, belangrijke mengselproblemen, compressieproblemen) zijn de verschillen echter heel klein (miniem) omdat de hoeveelheid brandende benzine in de katalysator (boven de monoliet) heel groot is en de temperatuur die ontstaat als de brandstof brandt 1.800ºC is, wat nog ver van het smeltpunt van beide monolieten ligt. We moeten onthouden dat het automatisch ontstekingspunt van loodvrije benzine ongeveer 450ºC is en de werkingstemperatuur van een katalysator rond 500ºC ligt. Dit betekent dat elk onverbrand brandstofdeeltje dat de verbrandingskamer samen met de uitlaatgassen verlaat, automatisch zal verbranden zodra het het oppervlak van de monoliet raakt. Deze benzine produceert temperaturen boven 1.800ºC, wat het oppervlak van de monoliet zal doen smelten. De tijd dat de monoliet (metalen of keramisch) weerstand zal bieden eens het smeltproces begint hangt af van de hoeveelheid onverbrande brandstof in de uitlaatgassen en de temperatuur van de monoliet.
Lagere productiekosten: Omdat keramische monolieten met een uitpersingsproces vervaardigd worden zijn de productiekosten van deze onderdelen lager in vergelijking tot dezelfde onderdelen in metalen monolieten. De hoeveelheid edelmetalen (platina, palladium en rodium) die nodig is voor het waslaagproces werd echter vastgelegd door de Europese richtlijnen en geldt voor beide monolieten.
Voordelen van de keramische monoliet Gemakkelijke manier om verschillende monolietvormen te creëren: Door de manier waarop deze monolieten vervaardigd worden (door uitpersing) kan de vorm van de monoliet gemakkelijk aangepast worden. Zoals we reeds zagen, is de vorm van de monoliet enkel afhankelijk van de mal die gebruikt werd om het materiaal uit te persen. Deze vorm kan cilindrisch, ellipsvormig, vierkant of zelfs asymmetrisch zijn. Dit is een van de meest gewaardeerde kenmerken vanuit het standpunt van autofabrikanten.
Chemische reacties Als de katalysators correct werken vinden er twee chemische reacties plaats:
Langere levensduur van keramische katalysators: Dit wordt veroorzaakt door twee hoofdfactoren; de eerste gaat over de oppervlaktestructuur van de monoliet. De oppervlaktestructuur van keramische monolietwanden is veel hoger dan die van de metalen monoliet. Hierdoor loopt het waslaagproces vlotter en efficiënter in de keramische monoliet. De tweede en belangrijkste factor is de Uitzettingscoëfficiënt (CTE). In de keramische monoliet is de CTE heel klein vergeleken met de metalen; dit betekent dat de grootte van de keramische monoliet weinig verschilt bij temperatuurschommelingen. De situatie is net omgekeerd voor de metalen monoliet, want de CTE is veel groter en hierdoor ontstaan aanzienlijke variaties op de monolietgrootte, afhankelijk van het temperatuurniveau, waarbij de grootte toeneemt als het warm is (de werkingstemperatuur voor een katalysator is ongeveer 500ºC) en afneemt als het koel is. Het belang van de CTE is eenvoudig uit te leggen. Als we een metalen geverfd oppervlak hebben en we veranderen de grootte van dit
oppervlak (door toename en afname) verschillende keren, zal het oppervlak na verloop van tijd de verflaag verliezen. Dat is dan ook wat gebeurt met de waslaagbedekking als die aan hoge en constante variaties van de monolietgrootte wordt onderworpen en zodra de monoliet de waslaagbedekking verliest, gaat de functionaliteit van deze eenheid volledig verloren en moet deze vervangen worden.
Oxidatie: Gebeurt door zuurstof toe te voegen aan de chemische samenstellingen. In deze reactie worden koolstofmonoxide (CO) en de onverbrande koolwaterstoffen (HC) omgevormd tot kooldioxide (CO2) en water (H2O). Hierop volgen deze reacties:
2 CO + O2 2 CO 2
(1)
CmHn + (m+n/4)O 2 m CO 2 + (n/2) H2O
(2)
gsel Arm men CO HC
atie Pt Oxid
Pt
CO H2O
Belangrijkste onderdelen van uitlaatsystemen voor moderne voertuigen Alles over emissiecontrole
23
De oxiderende reacties die zich in de katalysator voordoen worden versneld door de aanwezigheid van de edelmetalen platina en palladium. Om deze oxiderende reacties mogelijk te maken moet de brandstof-luchtverhouding arm zijn (lambda > 1), wat betekent dat het mengsel dat in de cilinders verbrand zal worden meer lucht heeft dan nodig om juist te kunnen branden (ideaal mengsel = 1). Als het mengsel niet mager is of het platina en/of palladium niet in de juiste hoeveelheid in contact kan komen met de uitlaatgassen, vinden de oxiderende reacties niet op de juiste manier plaats, wat de CO- en HC-niveaus in de uitlaatgassen verhoogt. Reductie: Bij deze chemische reactie wordt de zuurstof van een samenstelling gescheiden om een nieuwe samenstelling of molecule te creëren. De reductiereacties die binnen katalysators van voertuigen plaatsvinden worden versneld door de aanwezigheid van rodium en hebben de werking van rijke brandstof-luchtmengsels nodig. Reductiereacties zijn een methode om NOx-moleculen om te zetten in stikstof (N2), kooldioxide (CO2) en in sommige gevallen water (H2O).
2 CO + 2 NO N2 + 2 CO2
(3)
CmHn + 2(m+n/4) NO (m+n/4) N2 + mCO2 + (n/2 ) H2O
(4)
H2 + NO (1/2) N2 + H2O
(5)
gsel Rijk men
NOx
ctie Rh Redu
Rh
N2 CO2
De soort katalysator hangt af van de hoeveelheid methodes Katalysators kunnen in drie groepen verdeeld worden op basis van het aantal gassen dat elke katalysator kan omzetten: tweewegkatalysators (twee gassen, CO en HC), driewegkatalysators met luchtinlaat (drie gassen CO, HC en NOx zoals gebruikt in oude Amerikaanse benzinevoertuigen) en driewegkatalysator met lambdasensor (drie gassen CO, HC en NOx zoals gebruikt bij benzineauto's met lambdasensor).
door oxiderende reacties versnellen en hen omzetten in CO2 en H2O (zie oxiderende reacties (1) en (2)). De reductie van NOx in deze motoren is niet mogelijk in de katalysator omdat deze motoren altijd op een arm brandstof-luchtmengsel lopen en het reductieproces enkel reductiereacties kan verkrijgen met een rijk mengsel. Het reductieproces in deze motoren wordt met andere methodes verwezenlijkt, zoals EGR of selectieve katalytische reductiesystemen die later worden uitgelegd. Tweewegkatalysators worden ook oxiderende katalysators of dieselkatalysators genoemd. Inlaatsysteem
Driewegkatalysator met luchtinlaat Deze katalysator wordt exclusief gebruikt voor motoren met een rijk brandstof-luchtmengsel. Dit gebruik is tegenwoordig beperkt tot de Amerikaanse markt. Zoals de naam al zegt kunnen deze katalysators drie verschillende gassen (CO, HC en NOx) omzetten. Het intern ontwerp van deze onderdelen omvat twee monolieten waarbij elke monoliet een specifieke functie heeft in het omzettingsproces. De eerste monoliet die in contact komt met de stroom van uitlaatgassen uit de motor (met rijk brandstofluchtmengsel) is een reductiemonoliet en bevat daarom alleen rodium. Door deze monoliet wordt de NOx omgezet tot N2, H2O en CO2. Spijtig genoeg kan door het type brandstofluchtmengsel (rijk) geen oxiderende reactie (CO en HC) plaatsvinden in dezelfde monoliet wegens het gebrek aan zuurstof. Om dit probleem op te lossen voegen technici een tweede monoliet toe, maar dan een oxiderende, die platina en/of palladium bevat in het omhulsel van de katalysator, vlak na de reducerende. Om het rijke mengsel om te zetten in arm mengsel voor het de tweede monoliet betreedt, lieten de technici een kleine ruimte tussen de beide monolieten waar dankzij een gat en een klein pompje het systeem atmosferische lucht ontvangt (met 21 % zuurstof) die het mengsel dat zich in dit gebied bevindt omzet in een arm mengsel en daardoor oxiderende reacties (1) en (2) toelaat.
Tweewegkatalysator Deze onderdelen worden gebruikt in motoren met arme mengsels, zoals diesel- of benzinemotoren met rechtstreekse injectie zoals GDI, FSI. De edelmetalen in de monoliet zijn meestal platina, maar kunnen ook palladium zijn of beiden tegelijkertijd. Platina en palladium zijn metalen die de transformatie van de CO en HC
24
Katalysator
Alles over emissiecontrole Belangrijkste onderdelen van uitlaatsystemen voor moderne voertuigen
CO HC NOX
Rh
Pt
CO H2O N2
Driewegkatalysator met lambdasensor In tegenstelling tot de driewegkatalysator met luchtinlaatsysteem die eerst de reductiereacties uitvoert en pas dan de oxiderende reacties in de verschillende monolieten, voert de driewegkatalysator met lambdasensor de reductiereacties en de oxiderende reacties op dezelfde monoliet uit dankzij de lambdasensor en het motorbeheersysteem. Dit betekent dat deze katalysators CO, HC en NOx op dezelfde monoliet en op hetzelfde moment kunnen omzetten tot CO2, H2O en N2. Voor correcte werking moet de mengverhouding lucht/ brandstof nabij de stoichoimetrische waarde liggen (1:14,7). Om deze oxiderende reactie te doen plaatsvinden brengt het systeem constant veranderingen aan in de mengverhouding lucht/brandstof. Het injectiesysteem maakt het mengsel eerst gedurende enkele ogenblikken een beetje arm (>1) en vlak daarna zet het systeem het mengsel terug om naar rijk (<1) om de reducerende reacties toe te laten. Dit proces van het constant veranderen van het mengsel gebeurt ontzettend snel (bij 2.000 tpm, ongeveer 3 keer per seconde) en is rechtstreeks evenredig aan het toerental. ΔUλ
Uλ
E.C.U.
Lambdasensor Inlaatsysteem
Katalysator
Buisvormige geïntegreerde convertor (Tubular Integrated Converter - TIC) In tegenstelling tot het standaard productieproces van katalysators, waarbij het omhulsel uit twee schaalen van roestvrij staal of ander roestbestendig metaal bestaat, worden buisvormige geïntegreerde convertors in een omhulsel uit één stuk gebouwd, dat bestaat uit dunwandige roestvrij stalen buizen met een warmgewalst proces. Het productieproces controleert de dikte van het materiaal op elk cruciaal moment om de maximale mechanische weerstand te behalen alsook een betere verbinding met de buizen van het uitlaatsysteem. Door dit speciaal ontwerp zijn deze onderdelen lichter en is de duurzaamheid hoger in vergelijking tot standaard eenheden.
Gesloten gekoppelde convertor Deze benaming omvat alle katalysators die tot het uitlaatspruitstuk behoren. Met dit ontwerp kan een katalysator het lanceerpunt sneller bereiken (temperatuur waar de katalysator correct begint te werken). Dit ontwerp draagt bij tot het voordeligste gebruik van uitlaatenergie van de motor en verbetert de productiviteit van de omzetting.
Afbeelding van een gesloten gekoppelde convertor
Diesel Partikel filter (Diesel Particulate Filter - DPF) Een Diesel Partikel filter (ook DPF genaamd) is een apparaat dat gebruikt wordt om diesel stofdeeltjes (roet en fijnstof) uit het uitlaatgas van een dieselmotor te verwijderen. De werk zaamheid van deze apparaten is enorm en behaalt vaak rendementen van meer dan 90 %. Bij een voertuig dat op diesel werkt en een DPF heeft komt geen zichtbare rook uit de uitlaatbuis. Om de stofdeeltjes te verzamelen, moet eerst een methode ontwikkeld worden om deze te verwijderen. Hier zijn tegenwoordig drie verschillende methoden voor. Sommige filters dienen voor enkel gebruik (wegwerpbaar), terwijl anderen ontworpen werden om de verzamelde stofdeeltjes weg te branden, ofwel door het gebruik van een katalysator (passief) of met een actieve technologie, zoals een brandstofverbrander, die de filter opwarmt tot verbrandingstemperaturen voor roet, of via aanpassingen aan de motor (de motor wordt ingesteld om op een bepaalde manier te lopen als de filterlading een vooraf ingesteld niveau behaalt, gemeten met sensoren via het tegendrukniveau, en de temperatuur van het filter, om, ofwel de uitlaatgassen op te warmen, of om hoge hoeveelheden NO2 te produceren die de stofdeeltjes bij relatief lage temperaturen laten oxideren). Deze procedure heet "filterregeneratie". Brandstofzwavel botst met een aantal “regeneratie”-strategieën en daarom willen alle juridische instanties met interesse in het reduceren van stofdeeltjesemissie ook voorschriften bepalen om de brandstofzwavel niveaus te beheren.
Afbeelding van de buisvormige geïntegreerde convertor (TIC)producten
Belangrijkste onderdelen van uitlaatsystemen voor moderne voertuigen Alles over emissiecontrole
25
Vanadiumkatalysators worden snel uitgeschakeld bij temperaturen boven 600ºC. Om op een verhoogde fractie van NO2 binnen de totale NOx te kunnen rekenen om de prestatie van zeolietkatalysators op lage temperaturen te verhogen (onder -350ºC) vereist meestal het gebruik van een oxiderende katalysator voor NO naar NO2 die tegen de stroom ingaat, die dan weer het gebruik van brandstoffen vereist die vrijwel geen zwavel bevatten om oxidatie van NO naar NO2 toe te laten bij lage temperaturen en om de vorming van zwaveldeeltjes te vermijden.
Regelaar T & Vol
UCE Brandstofpomp
Ureumtank
Injector DOC DPF
NOx & T er
Meng
NOx & T
SCRkatalysator
Slipkatalysator
Selectieve katalytische reductie (SCR) Dit is een proces waarbij een gasachtige of vloeibare reductor (meestal ammoniak of ureum) toegevoegd wordt aan de stroom van het uitlaatgas met een injector die aan de uitlaatbuis verbonden is; later wordt de stroom in de katalysator omgezet. De reductor reageert met NOx dat in de uitlaatgassen van de selectieve katalysator zit om H2O (waterdamp) en N2 (stikstofgas) te vormen. Om een SCRsysteem te doen werken zijn gespecialiseerde reducerende katalysators nodig. Er zijn momenteel twee mogelijkheden op de markt: een katalysator op basis van vanadium (voor toepassingen met lagere temperaturen zoals schepen, krachtcentrales, enz.) of een katalysator met ijzeren of koperen zeolieten in de waslaag. De prestatie van Fe- en Cu-omgezette zeolieten ureum-SCR is ongeveer gelijk aan die van vanadium ureum-SCR als de fractie van de NO2 20 % tot 50 % van de totale NOx is. Zeolieten bieden betere duurzaamheid bij hoge temperaturen, waaronder ook de mogelijkheid om aan langdurige werking te weerstaan boven 650ºC en korte blootstelling aan temperaturen van 750 tot 850ºC. Hittebestendigheid is vooral belangrijk voor verplaatsbare SCR-toepassingen die het gebruik van een Diesel Partikel filter (DPF) met gedwongen regeneratie omvatten.
Ammoniak of ureum, wat is het beste? Terwijl ammoniak een iets betere prestatie levert, is deze stof giftig en moeilijk om veilig te hanteren. Ureum is veiliger om te hanteren, maar minder effectief. Het is echter tot nog toe de populairdere keuze van motorfabrikanten. In beide gevallen moet de reductor uiterst zuiver zijn, omdat onzuiverheden een negatief effect kunnen hebben op de SCR-katalysators. Over het algemeen moeten SCR-katalysators regelmatig schoongemaakt worden, zelfs met zuivere reductoren, omdat de reductor het inlaatoppervlak van de monoliet van de katalysator kan bedekken terwijl de stroomtemperatuur van de uitlaatgassen te laag is om de SCR-reactie te doen plaatsvinden. Men is nog volop bezig met onderzoek naar reductor technologie. Een groot gamma aan suggesties zijn reeds gemaakt voor alternatieve reductoren. In Europa is SCR de meest voorkomende keuze voor NOxcontroletechnologie bij motorfabrikanten en er is ook een reeks ammoniak- en ureummerken beschikbaar, bijv. AdBlue. Ammoniakslip Een veel voorkomend probleem bij alle SCR-systemen is ammoniakslip. Deze term beschrijft ammoniakemissies van uitlaatbuizen die voorkomen als: 1- D e temperaturen van de uitlaatgassen te koud zijn voor de SCR-reactie. 2 - Het injectieapparaat te veel reductor in de stroom van uitlaatgas invoert voor de hoeveelheid NOx. Er zijn een aantal strategieën ontworpen om ammoniakslip aan te pakken, waaronder het gebruik van extra katalysators na de SCR-katalysator (dit heet ook: Slip-Kat). Technische problemen met SCR-units voor voertuigen Om te verzekeren dat de SCR-eenheid geen verontreinigende stoffen bevat moeten de juiste bouwmaterialen gebruikt worden voor zowel opslag en toediening. Fabrikanten van de SCR-eenheid beschreven dat zonder het gebruik van samenvoegbare
26
Alles over emissiecontrole Belangrijkste onderdelen van uitlaatsystemen voor moderne voertuigen
bouwmaterialen ionen doorgegeven kunnen worden van de toedieningsmaterialen naar de poreuze kop van de SCR-eenheid. Dit kan de SCR-eenheid uitschakelen en de levensduur ervan met meer dan 60 % verkorten. Apparatuur die wel bruikbaar lijkt voor een ureumoplossing komt vaak niet overeen met AdBlue en de gebruikelijke veronderstelling dat dit wel samenvoegbaar is heeft tot het vroegtijdig falen van een aantal systemen geleid. Om zeker te zijn dat AdBlue niet beïnvloed wordt door verkeerde materiaalspecificaties, moeten bestuurders de DIN 70070 norm nakijken voor de productie van AdBlue alsook document AUS32 van CEFIC voor kwaliteitscontrole.
Hieronder bespreken we hoe deze onderdelen werken: Zirkoniumdioxide lambdasensoren In deze meest gebruikte sensor is het actieve element een keramische kern die uit zirkoniumdioxide bestaat en zowel intern als extern bedekt is met een dun poreus platinalaagje dat als elektrode werkt. Het intern gedeelte van de keramische kern staat in contact met atmosferische lucht, terwijl het extern gedeelte in contact staat met de uitlaatgassen. Elektrisch contact
Elektrische verbinding
Bescherming keramische kern
Capsule uit zirkoniumdioxide
De lambdasensor De lambdasensor is een zuurstofsensor (O2) die de hoeveelheid zuurstof meet die aanwezig is in het brandstofluchtmengsel dat de verbrandingskamer verlaat en die informatie dan doorgeeft aan de ECU (Electronic Control Unit). Soorten lambdasensoren Afhankelijk van de werkmethode zijn er 3 soorten lambdasensoren: • Zirkoniumdioxide lambdasensoren • Titanium lambdasensoren • Wijdband lambdasensoren, ook breedband lambdasensoren of L.A.F.-sensoren genoemd (arme brandstof-luchtsensor)
Zirkoniumdioxide lambdasensor
Wijdband lambdasensor
Titaanoxide lambdasensor
Beschermend omhulsel
Extern omhulsel
Negatieve platiniumelektrode
Positieve platiniumelektrode
De keramische kern uit zirkoniumdioxide bevat de chemische eigenschap van doordringbaarheid voor zuurstofionen aan een temperatuur van ongeveer 300ºC; hierdoor kan de zuurstof van de atmosfeer de keramische kern van de sensor uit zirkoniumdioxide kruisen en op die manier proberen om het zuurstofgebrek van de uitlaatgassen te compenseren. Hoe groter het verschil tussen het uiterlijk zuurstofpercentage (21 %) en de zuurstof die zich in de uitlaatgassen bevindt, hoe meer zuurstof de keramische eenheid zal kruisen (d.w.z. hoe rijker het mengsel, hoe meer zuurstof gekruist wordt). Zuurstofionen worden elektrisch opgeladen zodat telkens een zuurstofion het zirkoniumdioxide-element kruist, dit tot een voltagedaling leidt, die door de platina elektroden geregistreerd wordt en doorgezonden naar de ECU als invoer voor het motorbeheer. Bij rijke mengsels wordt een hoeveelheid elektriciteit van ongeveer 0,8 V gegenereerd en bij arme mengsels 0,2 V. Onder 300ºC werkt de sensor niet omdat het zirkoniumdioxide-element de doorgang van zuurstofionen niet toelaat en als open circuit werkt (oneindige weerstand). Boven 300ºC werkt de zirkoniumdioxide-lambdasensor als batterij, waarbij het voltage afhankelijk is van het verschil in zuurstofconcentratie tussen de twee elektroden (intern en extern). Onder normale omstandigheden lijkt het leven van een lambdasensor op dat van een katalysator (ongeveer 120.000 km). Alle benzineauto's die na 2005 vervaardigd zijn hebben twee lambdasensoren per katalysator. De zirkoniumoxidelambdasensor wordt altijd achter de katalysator geplaatst om constant de juiste werking van deze eenheid te controleren.
at -K xi F O DP
SCR-Kat
Slip-Kat
Uitlaatdemper
Belangrijkste onderdelen van uitlaatsystemen voor moderne voertuigen Alles over emissiecontrole
27
Algemene draadkleuren in zirkoniumdioxide lambdasensoren 1 draad: Uitvoer 0,1 tot 0,9 Volt Kleurverbinding: Zwart signaal 2 draden: Uitvoer 0,1 tot 0,9 Volt Kleurverbinding / alternatieve kleur: Zwart - signaal Zwart - signaal Wit - geaard Grijs – geaard 3 draden: Uitvoer 0,1 tot 0,9 Volt Kleurverbinding / alternatieve kleur: Zwart - signaal Blauw - signaal Wit - verwarming Zwart - verwarming Wit - verwarming Zwart - verwarming 4 draden: Uitvoer 0,1 tot 0,9 Volt Kleurverbinding / alternatieve kleur: Zwart - signaal Blauw - signaal Wit - verwarming Zwart - verwarming Wit - verwarming Zwart - verwarming Grijs – geaard Wit - geaard
Afhankelijk van het aantal draden (en of ze wel of geen interne verwarming hebben), is er een onderscheid tussen verschillende soorten zirkoniumdioxide lambdasensoren: Sensor met 1 draad: • Zwarte draad signaal naar ECU, geaard in sensoromhulsel via het uitlaatsysteem Sensor met 2 draden: Zwarte draad signaaldraad naar ECU • Grijze draad geaard via ECU •
Sensor met 3 draden: Zwarte draad signaal naar ECU • 2 witte draden verwarmingssysteem (12 als het naar batterij gaat of 5 V als het voltage via de ECU ontvangen wordt) • Geaard in sensoromkasting door het uitlaatsysteem •
Sensor met 4 draden: Zwarte draad signaal naar ECU • 2 witte draden verwarmingssysteem (12 als het naar batterij gaat of 5 V als het voltage via de ECU ontvangen wordt) • Grijze draad geaard via ECU
voltageverandering wordt veroorzaakt door een variatie in de interne weerstand van het circuit dat uit de draden, titaanelementen en de twee platina elektroden van de sensor bestaat. Het werkingsprincipe van deze sensor is eenvoudig: de ECU voedt deze sensor met niveaus rond 1 Volt (in sommige voertuigen is dat 5 Volt - Nissan en Toyota 4x4), deze voltage gaat naar het titaanelement, waar twee platina elektroden gescheiden worden door een heel kleine ruimte waar de uitlaatgassen doorlopen. Hoe hoger de aanwezige hoeveelheid zuurstof in de uitlaatgassen, hoe meer zuurstofionen met de titaanionen combineren om zo titaandioxide te creëren (TiO2). Dit proces leidt tot een verhoogde weerstand tussen de platina elektroden en een gedeelte van de voltage (elektronen) zal gebruikt worden om titaandioxide moleculen (TiO) te creëren die het voltage verlagen, dat vervolgens terug door het circuit naar de ECU loopt. In arme mengsels kan de weerstand van het systeem verhoogd worden tot 100.000 Ω (ohm), anderzijds is de weerstand die bij afwezigheid van zuurstof (rijk mengsel) door dit systeem gecreëerd wordt lager dan 1.000 Ω. De weerstandsverandering is groter bij lambdawaarden rond 1.
•
Titaanoxide lambdasensor Deze sensor is vervaardigd uit titaandioxide die over een verwarmde keramische steun geplaatst wordt. De titaandioxide lambdasensor produceert een voltagesignaal dat varieert naargelang de hoeveelheid zuurstof in de uitlaatgassen. Deze 28
Alles over emissiecontrole Belangrijkste onderdelen van uitlaatsystemen voor moderne voertuigen
Afbeelding van een titaanoxide lambdasensor
Algemene draadkleuren in titaandioxide lambdasensoren 3 draden: uitvoer 1 tot 5 Volt Kleurverbinding: Rood - Ref (in) en verwarming (+) Zwart - Ref (uit) Wit - verwarming (-)
12 mm draad
18 mm draad
4 draden: uitvoer 1 tot 5 Volt Kleurverbinding: Rood - verwarming (+) Wit - verwarming (-) Zwart - Ref (uit) Geel - Ref (in)
12 mm draad
18 mm draad
Deze lambdasensor genereert geen voltage, maar varieert enkel de interne weerstand. De werkingstemperatuur van deze sensor is tussen 200ºC en 700ºC. Als de sensor blootgesteld wordt aan temperaturen van meer dan 850ºC kan hij vernietigd worden. De normale waarden die we in de gele draad (signaal) van de sensor kunnen lezen met een tester zijn rond 1 V voor rijke mengsels en rond 0,2 V voor arme mengsels. Titaandioxide lambdasensoren hebben geen referentielucht nodig omdat ze kleiner zijn in vergelijking met die van zirkoniumdioxide, deze onderdelen bereiken hun werkingstemperatuur trouwens veel sneller. Deze sensoren zijn altijd verwarmd en bestaan in twee verschillende draadconfiguraties: 4 draden - Types "A" & "B" • Rode draad (“A”) of grijze draad (B) verwarmingselement (+) • Witte draad verwarmingselement (-) • Gele draad signaal ECU (+) • Zwarte draad basis van signaal ECU
concentratie van zuurstofionen in de meetkamer aan te passen om de uitvoerstand op de meetcel op 450 mV te houden (lambda = 1). De waarde en richting van de door de pomp gebruikte stroom is rechtstreeks in verhouding tot de zuurstofinhoud van de uitlaatgassen. Lucht/brandstof verhoudingen van 11/1 tot ongeveer 20/1 kunnen met grote precisie door dit instrument ontdekt worden. De wijdbandsensor genereert een variabel signaal in tegenstelling tot het standaard rijk/arm signaal van een zirkoniumoxide zuurstofsensor. Omdat het wijdbandsignaal zowel in kracht en polariteit varieert, is het onmogelijk om het signaal te zien, tenzij met een oscilloscoop. De wijdbandsensor wordt altijd voor de katalysator gebruikt in combinatie met een zirkoniumoxide sensor die achter de katalysator geplaatst wordt. Deze tweede sensor controleert of de katalysator correct functioneert. Schematisch overzicht van een wijdband-lambdasensor Schematisch overzicht van een zuurstof "pomp"-cel
3
a - Elektrode (anode) b - Batterij c - Keramisch d - Elektrode (kathode)
4 1 5
2
Breedband-lambdasensor / wijdband-lambdasensor De werkwijze van de verwarmde wijdbandsensor kan als volgt worden uitgelegd. De sensor werkt zoals twee zirkoniumdioxide sensoren, één dient als meetcel en de andere als pompcel (nerst-cel). De twee cellen worden dicht bij elkaar geplaatst met een kleine luchtruimte ertussen (de meetkamer). Eén kant van de meetcel wordt blootgesteld aan lucht zoals in de zirkoniumoxide sensor en de andere staat in contact met de uitlaatgassen die door de pompcel in de meetkamer gepompt worden. Omdat de meetkamer klein is kunnen zuurstofionen, door de huidige stroom naar de pompcel bij te stellen, in of uit de meetkamer gevoerd worden om de zuurstofconcentratie te variëren en dat is het principe waarop dit toestel werkt. Het controlecircuit van de pompcel is een gesloten lus, geprogrammeerd om de
1 - Nernst-cel met elektroden 2 - Sensorverwarmer 3 - Extern luchtkanaal 4 - Meetkamer 5 - Diffusiekanaal
Schematisch overzicht van de werkmethode van een wijdband-lambdasensor Uitlaatgassen
02
02 Pompcel
Uitlaatgebied van het meetgebied
A
02
450
0 02 2 02 02
Meetgebied
Externe lucht
Symbolische voorstelling
02
02
02
mV
Pompspanning
02
02
Belangrijkste onderdelen van uitlaatsystemen voor moderne voertuigen Alles over emissiecontrole
29
Walker ® is toonaangevend in emissie technologieën voor Originele Uitrusting Tenneco werkt aan lage emissies voor personenwagens en lichte vrachtvoertuigen en de sector voor zware voertuigen en motorfietsen. Met onze expertise in hydrofore technologieën, dubbelwandige lucht-ruimte bestanddelen, katalysators,
spruitstukken en verwante technologieën voor emissiecontrole levert Walker® een belangrijke bijdrage aan het succes van lage emissies en voertuigen die weinig lawaai maken.
Emissietechnologieën voor milieumandaten •
Diesel oxidatiekatalysator • Verwijdert tot 90 % van de koolstofmonoxide en koolwaterstoffen • Weerstand tegen hoge temperaturen • Levert warmte voor regeneratie van DPF waar nodig • Geschikt voor lichte en zware toepassingen
•
Selectieve katalytische reductie (SCR) • Een nabehandelingsoplossing voor NOx-reductie: Een gasachtige of vloeibare reductor (meestal ammoniak of ureum) reageert met NOx op de onderlaag om onschadelijk water en stikstof te vormen. • Voldoet aan de emissievoorschriften van 2010 voor zware vrachtwagens. • Voldoet aan Euro-4, Euro-5, en Euro-6. • Verbetert indirect de verbranding door de motor warmer en zuiniger te laten draaien. • ELIM-NOx-technologie: is de 2de generatie SCR: een volledig geïntegreerd systeem, inclusief injector, pomp, filter, ECU, software, sensoren en verwarmer.
•
Nox absorberende katalysators • Alternatieve oplossing voor uitlaatgascirculatie (EGR) en selectieve katalytische reductie (SCR): NOx wordt geabsorbeerd in een chemische opslagplaats en wordt nadien omgezet tot niet-verontreinigende gassen. • De verzamelde NOx wordt omgezet tot nietverontreinigende stikstof (N2), koolstofdioxide (CO2) en water (H2O). • Uitstekende prestaties aan hoge uitlaattemperaturen. • 90 % omzetefficiëntie.
•
Diesel Partikel filter (DPF) • Filtratie-efficiëntie van meer dan 95 %. • Bestand tegen hoge temperaturen • Voldoet aan Euro-4, Euro-5, en Euro-6 • Met regeneratie
• Geluidstechniek • Geavanceerde voorspellingsmiddelen gebruikt door toonaangevende autofabrikanten. • Gebruik van voorspellingsmiddelen zoals Gillaum, GT-Power, Wave.
“Voor Walker ®
technologie kiezen is kiezen
om het milieu nu en in de toekomst te beschermen!”
30
• Winnaar van de PACE-prijs •2 007: Voorspellend ontwikkelingsproces voor dieselnabehandeling •2 006: Goedkope lichte uitlaatdemper
Alles over emissiecontrole Belangrijkste onderdelen van uitlaatsystemen voor moderne voertuigen
Andere emissiecontrole-producten - Originele Uitrusting Spruitstukken
Gedeeltelijk actieve uitlaatdemper (S.A.M.) Diesel Partikel filters
Hot Spun Technology
Spruitstukken Spruitstuk-katalysators
Onze klanten - Originele Uitrusting Audi - Audi A3 - Audi A4 - Audi A6 - BMW - BMW 1-series BMW 3-series - BMW motorbikes - Chrysler - Chrysler Crossfire - Citroën - Citroën C4 - Citroën C5 - Citroën C6 - Citroën C8 - Citroën Jumpy - Fiat - Fiat Croma II - Fiat Ulysse - Ford Ford Focus - Ford Focus C-Max - Ford Mondeo - Ford Galaxy Jaguar - Jaguar S-Type - Jaguar XJ Series - Lancia - Lancia Phedra - Mercedes - Mercedes C-Class - Mercedes E-Class - Mercedes S-Class - Mercedes M-Class - Mercedes CLK - Mercedes Sprinter - MINI - Opel - Opel Corsa - Opel Astra - Opel Zafira - Opel Vectra - Opel Signum - Peugeot - Peugeot 307 - Peugeot 407 Peugeot 607 - Peugeot 807 - Peugeot Expert - Porsche - Porsche
Boxster - Porsche Cayman - Porsche 911 - Porsche Cayenne - Saab - Saab 9.3 Saab 9.5 - Seat - Seat Altea - Seat Toledo - Seat Alhambra - Skoda - Skoda Octavia Smart - Smart Forfour - Vauxhall - Vauxhall Corsa - Vauxhall Astra - Vauxhall Zafira - Vauxhall Vectra Vauxhall Signum - Volkswagen - Volkswagen Golf V Volkswagen Touran - Volkswagen Eos - Volkswagen Passat Volkswagen T5 Transporter - Volkswagen LT3 - Volkswagen Caddy III - Volkswagen Touareg - Volvo - Volvo C30 - Volvo S40 Volvo V50 - Volvo C70 - Volvo S60 - Volvo S80 - Volvo V70 - Volvo XC90
Onderzoek Tenneco levert volledige systeemontwikkelingsdiensten voor fabrikanten in de automobielindustrie, van het allereerste ontwerpidee tot serieproductie. Op het gebied van emissiecontrole is het Walker® onderzoeks- en ontwikkelingscentrum in Edenkoben, Duitsland toonaangevend in geavanceerde technologieën voor emissiesystemen met specifieke vaardigheden in: • uitlaatgasbehandeling • bewegingsleer van gasstromen • warmtebeheer • geluidstechniek • lichtgewicht ontwerp • Lichtgewicht designs
“Walker ® is de
belangrijkste leverancier van emissiecontrole voor zowel
Originele Uitrusting en Aftermarket."
Belangrijkste onderdelen van uitlaatsystemen voor moderne voertuigen Alles over emissiecontrole
31
PRODUCTASSORTIMENT VAN WALKER® “Walker® biedt een volledig assortiment uitlaatproducten aan met meer dan
Walker® biedt oplossingen voor emissiesystemen en componenten van voertuigen waaronder uitlaatdempers, leidingen, katalysators, uitlaatspruitstukken, buizen en toebehoren voor personenwagens. Met de nodige ervaring, technologie, middelen en ondersteuning levert Walker® duurzame uitlaatsystemen en bestanddelen van hoge kwaliteit voor vrijwel elke toepassing van personenwagens.
Uitlaatdempers • • • •
ehomologeerd serieproduct gelijkwaardig aan de G productiestandaard van Originele Uitrusting Dubbellagig gealuminiseerd staal om tegen roest te beschermen Roestvrij stalen laswerk zoals gebruikt in het ontwerp van de Originele Uitrusting Marktleider in het assortiment van auto-onderdelen en de voortdurende uitbreiding ervan
11.500 verschillende onderdelen.”
Aanvullende producten Montageonderdelen & toebehoren Volledig assortiment montageonderdelen beschikbaar, waaronder • klemmen • bevestigingen, rubbers • uitlaatpakkingen • bouten Meer dan 3.500 referenties verzekeren dat Walker® aan al uw behoeften voor uitlaatmontage voldoet.
VOLLEDIG
GEHOMOLOGEERD
Katalysators •
•
•
32
inds 1963 is Walker ® voortrekker in S katalysatortechnologie.
Flexibele buizen •F lexibele buizen van Walker® zijn ontworpen om aan uw behoeften in de Aftermarket te voldoen. •H et assortiment omvat verschillende technologieën met niet-gevoerde, omboorde en vergrendelde buigzaamheid. •R oestvrij stalen materiaal om hoge langdurige corrosieweerstand te bieden. •G root assortiment maten meteen beschikbaar.
alker ®-producten zijn gehomologeerd W volgens de juiste Europese emissievoorschriften. Marktleidend verspreidingsgebied
Alles over emissiecontrole Belangrijkste onderdelen van uitlaatsystemen voor moderne voertuigen
