Com que el catalitzador de 3 vies és un article de preu elevat, el diagnòstic dels defectes relacionats amb ell ha de ser molt curós per evitar canvis innecessaris. Aquí és on l'avaluació de l'eficiència de la conversió esdevé un factor important.
Concepte
L'eficiència de conversió indica la capacitat del convertidor catalític per reduir les emissions d'escapament.
És a dir, la capacitat de transformar l'HC residual (hidrocarburs) i el CO (monòxid de carboni) en CO2 (diòxid de carboni) i H2O (vapor d'aigua) i reduir els NOx als seus components bàsics: N2 (nitrogen) i O2 (oxigen).
L'oxigen resultant de la dissociació de NOx reacciona amb part del CO per formar CO2.
En bones condicions de funcionament, un convertidor catalític de 3 vies hauria de tenir una eficiència superior al 80%/85%.
Això significa que els valors de CO, HC i NOx a la sortida d'escapament (després de passar pel convertidor catalític) són un 80%/85% inferiors als valors a l'entrada del convertidor catalític.
Quan l'eficiència cau per sota d'aquests valors, la degradació del catalitzador s'accelera molt, de manera que pot disminuir fins a nivells inacceptables en un curt període de temps.
Per tant, l'eficiència de conversió dels gasos esmentats es defineix de la següent manera [1]:
Com es mostra a la figura 2, la reducció màxima dels 3 gasos s'obté quan el convertidor catalític de 3 vies processa els gasos d'escapament produïts per la crema de la mescla estequiomètrica, és a dir, quan el motor funciona admetent barreja amb Lambda=1, 0 +/- 2%.
Tingueu en compte que quan el motor admet una barreja rica, l'eficiència per a NOx és màxima, però per a CO i HC és inferior a la recomanada.
Com es mostra a la figura 2, per exemple, l'eficiència de conversió de CO per a Lambda=0,94 (punts A i B) (fórmula [2]) és significativament menor que per a Lambda=1,0 (punts C i D) (fórmula [3]).
Per tant, comprovar l'eficiència en l'estat de Lambda=0,94 portaria a considerar-se defectuós un convertidor catalític que, d' altra manera, podria estar en bon estat.
D'aquí la importància de comprovar la lambda de la mescla abans de realitzar la mesura. Els analitzadors de “4 gasos” comercialitzats actualment presenten els valors de concentració de CO, HC, CO2, O2 i el valor lambda, calculats a partir de la fórmula de Brettschnider.
Per tant, perquè l'avaluació d'eficiència sigui vàlida, la lambda que es mostra a l'analitzador ha d'estar entre 0,98 i 1,02 (finestra d'eficiència de conversió màxima).
Procediment per a vehicles pre-OBDII
El mètode més precís (i actualment l'únic concloent) és el que considera els valors d'aquests gasos abans i després del catalitzador, i aplica la fórmula anterior.
Les mesures s'han de fer amb gir constant, preferiblement fora del ralentí (2500 rpm, per exemple), assegurant-se que la lambda indicada per l'analitzador es troba dins de la finestra de màxima eficiència.
La mesura abans del catalitzador es pot fer de dues maneres:
1. Mètode intrusiu. Instal·leu un rebló roscat a l'escapament, abans del convertidor catalític. S'hi pot instal·lar la sonda analitzadora, la qual cosa garantirà mesures de concentració sense dilució. Quan s'ha acabat la mesura, el forat es tapa amb un cargol.
No es recomana utilitzar el forat del sensor d'O2 per instal·lar la mànega de l'analitzador (sonda), perquè la lambda de la mescla barrejada pot estar fora de la finestra d'eficiència de conversió màxima. Per tant, l'eficiència calculada no serà concloent.
Recordeu que quan traieu el sensor d'oxigen per instal·lar la sonda analitzadora, el control de la mescla ja no estarà en bucle tancat.
Nota: com que no hi ha cap eina específica al mercat per instal·lar el rebló, és possible utilitzar un reblonjador manual (tipus de tisora) per als reblons M8 o M10.
No obstant això, punxar l'escapament pot provocar la pèrdua de la garantia dels vehicles que encara la tenen.
2. Mètode de catalitzador en fred. Menys precís que l'intrusiu, aquest mètode permet una avaluació aproximada de l'eficiència. Per a això:
- Escalfeu el motor i apagueu-lo durant uns 15 minuts per afavorir el refredament del convertidor catalític. El motor, però, encara estarà a la temperatura de funcionament o a prop.
- Amb el convertidor catalític encara fred, engegueu el motor i augmenteu la rotació a 2500 rpm i registreu les concentracions de gas en els primers 10 a 15 segons.
En aquest cas, el catalitzador encara no ha començat a funcionar, de manera que les concentracions anteriors i posteriors al catalitzador són similars. Representa els valors previs al catalitzador.
- Per a un convertidor catalític en estat de funcionament raonable, després d'arribar a la temperatura d'ignició, les concentracions haurien de començar a disminuir.
: registre les concentracions després que les lectures s'hagin estabilitzat. Aquests són els valors posteriors al catalitzador. Si els valors no disminueixen, el convertidor catalític està defectuós.
Necessitat d'avaluació de l'eficiència
L'estàndard que s'utilitza actualment als programes d'I/M no legisla sobre l'eficiència mínima acceptable. Només es tenen en compte els nivells màxims d'emissions.
Per tant, l'avaluació de l'eficiència de conversió només és necessària en els casos en què es sospita que el catalitzador és la causa de:
: no complir els nivells màxims esmentats anteriorment
- Problemes de manipulació del vehicle
Altres mètodes
Hi ha altres mètodes indirectes per avaluar l'eficiència, relativament més senzills, però imprecisos. Entre ells:
- Increment de temperatura d'entrada/sortida: només indica si el convertidor catalític ha arribat a la temperatura d'apagat (l'eficiència suposadament del 50%); és a dir, aquest mètode només indica si el catalitzador funciona o no.
- Prova de CO2 durant la posada en marxa: amb el catalitzador ja calent, comproveu l'augment de CO2 (superior al 12%) a l'escapament, amb el sistema d'encesa desactivat i engegant durant 10 segons. Només avalua la capacitat de convertir HC sense donar valors sobre l'eficiència de conversió real dels 3 contaminants.
Eficiència de conversió en sistemes OBD II
Com es mostra a la figura 3, els sistemes de control del motor que s'adhereixen a l'estàndard OBDII tenen almenys 2 sensors d'oxigen.
El que s'instal·la abans del convertidor catalític s'utilitza per controlar la mescla i presenta oscil·lacions al voltant de lambda=1, quan el motor treballa amb gir estabilitzat al ralentí i amb càrregues parcials.
El sensor posterior s'utilitza per avaluar l'eficiència de conversió. Normalment, no mostra oscil·lacions agudes. Això es deu al fet que el convertidor catalític (en bon estat de funcionament) emmagatzema oxigen quan el gas d'escapament conté un excés d'O2 (combustió de mescles pobres) i allibera oxigen quan el gas d'escapament no conté O2 (combustió de mescles rica).
La figura 4 mostra els senyals dels dos sensors per als casos d'eficiència per sobre i per sota del llindar.
Per tant, en els sistemes OBD II és possible, en principi, prescindir de l'ús de l'analitzador de gasos per diagnosticar la pèrdua d'eficiència de conversió, ja que, en aquest cas, és el CU del motor el que detecta una situació i registra el codi corresponent.
Els codis OBDII genèrics que identifiquen el catalitzador amb eficiència per sota del llindar són:
- P0420/P0430: per al sistema catalític en conjunt; o per al cas d'un sol catalitzador convencional per a cada banc (banc 1/banc 2)
L'estàndard OBDII estableix que tots els sistemes o dispositius relacionats amb les emissions s'han de comprovar almenys una vegada per cicle de funcionament del vehicle.
Amb aquesta finalitat, la norma especifica monitors OBDII, entre els quals el Catalyst Monitor té la funció de comprovar l'eficiència i l'estat del catalitzador de 3 vies.
En el cas d'un catalitzador d' alta eficiència, quan la mescla es manté rica o magra durant més temps de l'habitual, el catalitzador es "sobrecarrega" i perd temporalment la seva capacitat d'emmagatzemar/alliberar oxigen.
La figura 5 il·lustra aquest concepte. Tingueu en compte que, mentre que la sonda pre-catalitzadora oscil·la a la freqüència normal (una o dues oscil·lacions per segon), la sonda posterior té poca activitat.
D' altra banda, quan la mescla es manté rica o magra durant més temps del normal, el senyal de la sonda pre-catalitzadora disminueix la freqüència d'oscil·lació. En ambdós casos, el catalitzador està "sobrecarregat" i no pot emmagatzemar oxigen, quan la mescla és magra, ni alliberar oxigen, quan la mescla és rica. El resultat és que el senyal de la sonda posterior segueix, amb un cert retard, les variacions de la sonda pre-catalitzadora.
Com més llarg sigui el retard, més gran serà la capacitat d'emmagatzematge i, per tant, més gran serà l'eficiència.
- La figura 5 mostra el cas d'un catalitzador amb una gran capacitat d'emmagatzematge.
- La figura 6 mostra el cas d'un catalitzador degradat amb baixa eficiència. En aquest cas, la capacitat d'emmagatzemar oxigen també és baixa, de manera que la sonda posterior seguirà les variacions de la sonda pre-catalitzadora amb un retard mínim, encara que amb una amplitud més petita.
