Convertitore catalitico

In ingegneria meccanica, il convertitore catalitico, noto anche come marmitta catalitica, è un dispositivo catalizzatore montato sull'impianto di scarico di un motore a combustione interna, che opera preferibilmente a temperature comprese tra gli 800 e i 1000 °C.
Questo elemento funge da abbattitore delle emissioni nocive di gas di scarico del motore, favorendo la completa ossidazione e riduzione dei gas di scarico, inoltre contribuisce assieme al silenziatore a ridurre il rumore di scarico.
Tale abbattimento consiste nel promuovere, tramite un'apposita spugna di materiale catalitico, la conversione degli idrocarburi incombusti (CnHm), degli ossidi di azoto (NOx quali NO e NO2) e del monossido di carbonio (CO) in anidride carbonica (CO2), acqua (H2O) e azoto (N2).
L'elemento attivo nella depurazione dei gas di scarico emessi dal motore è costituito da un corpo dotato di centinaia di piccoli canali che permettono il passaggio del gas di scarico attraverso i loro interstizi; questo corpo può essere costruito in ceramica o a volte in metallo.
Su di esso viene depositato uno strato aggrappante e poi viene depositato per impregnazione e successiva cottura in forno il metallo nobile (platino, palladio, rodio), in quantità ben determinate.
Un convertitore catalitico (meglio definito come depuratore catalitico) deve essere dimensionato con i seguenti parametri:
Generalmente assume forme diverse a seconda del tipo di veicolo:
Un convertitore catalitico può essere applicato sia a motori ad accensione per compressione (Diesel) sia a motori ad accensione comandata (benzina, etanolo, GPL, metano). Nel primo caso si parla di un DOC (Diesel Oxidation Catalyst) prevalentemente con la funzione ossidante, mentre nel secondo caso si parla di un catalizzatore trivalente.
Il fatto che i motori Diesel siano limitati alla sola azione ossidante è dovuto al fatto che questi motori lavorano "in eccesso di aria", quindi molto raramente con miscele stechiometriche, non potendo mai creare un ambiente povero di ossigeno nel sistema di post trattamento per poter esercitare un'azione riducente. Il problema degli ossidi di azoto per i motori Diesel viene trattato sui nuovi motori tramite sistemi SCR.
Il catalizzatore può essere quindi:
Un catalizzatore ossidante può essere usato anche in applicazioni speciali quali abbattimento odori da torrefazione di caffè o ossidazione di idrocarburi nel trattamento di terreno inquinato.
La sonda lambda è necessaria per conoscere se i gas di scarico presentano del combustibile incombusto o sono in eccesso d'ossigeno, per mantenere il rapporto di miscela (kg aria/kg combustibile) entro l'intervallo di efficienza ottimale del catalizzatore meglio conosciuto come lambda 1 (dosatura stechiometrica).
Gli attuali tipi di sonda lambda non sono tra loro compatibili.
L'utilizzo di una doppia sonda lambda permette d'avere un quadro più preciso sul funzionamento del motore e una sua correzione più veloce. Questo sistema è stato introdotto con la direttiva 98/69 CEE (a partire dalle omologazioni del 01/01/2000) per il controllo dell'efficacia del catalizzatore; le due sonde sono montate rispettivamente a monte e a valle del dispositivo.
La sonda lambda invia un segnale a doppio stadio (presenza o assenza d'ossigeno): con l'uso di una sola sonda, la centralina (ECU) deve perennemente lavorare sulla correzione dei valori d'iniezione e d'accensione. L'uso di due sonde permette d'avere una campionatura più veritiera e di aumentare la durata del sistema, dato che i sensori con l'invecchiamento tendono a variare la loro sensibilità. In questo modo è possibile avere un funzionamento più costante del motore, con correzioni più graduali, precise, distanziate tra di loro nel tempo. La presenza della sonda a valle consente inoltre di ricevere un indice sull'efficienza del catalizzatore: finché le sonde rilevano valori differenti, la centralina è a conoscenza del fatto che il catalizzatore ancora riesce a influire la reazione chimica dei gas di scarico. Quando invece i valori a monte e a valle del catalizzatore sono identici, significa che la sua efficacia è esaurita, ed è quindi possibile segnalare il problema tramite una spia luminosa.
Il motore, per poter utilizzare tale elemento, senza determinarne il danneggiamento e senza perdere in modo eccessivo le sue prestazioni, deve avere determinati accorgimenti:
Il convertitore catalitico può danneggiarsi a causa di urti meccanici, come impatti con marciapiedi o ostacoli. I sintomi di guasto comprendono perdita di potenza, emissioni anomale, difficoltà nell’avviamento e aumento dei consumi. Di solito, dura circa 200.000 chilometri, ma la sua longevità può variare in base al tipo di veicolo e al dispositivo.