W nowej konstrukcji zastosowano pierwsze w Å›wiecie integralnie ksztaÅ‚towane podÅ‚oże typu FLAD (Flow Adjustable Design Cell), w którym kanaliki znajdujÄ…ce siÄ™ w Å›rodkowej części majÄ… mniejszy przekrój niż kanaliki w części zewnÄ™trznej. Nowatorska konstrukcja oraz innowacyjne technologie wytwarzania umożliwiÅ‚y szybkie wdrożenie nowych katalizatorów do produkcji. BÄ™dÄ… one stopniowo wprowadzane do kolejnych modeli samochodów.

RosnÄ…ce zużycie metali szlachetnych wykorzystywanych w katalizatorach spalin, koniecznych dla zapewnienia czystoÅ›ci powietrza, powoduje szereg problemów, w tym wzrost kosztów oraz wyczerpywanie siÄ™ zasobów surowcowych. Toyota przeprowadziÅ‚a szeroko zakrojone badania nad sposobami zwiÄ™kszenia skutecznoÅ›ci katalizatorów. UdaÅ‚o siÄ™ je wypracować poprzez dobór optymalnego ksztaÅ‚tu i dÅ‚ugoÅ›ci podÅ‚oża dla substancji katalitycznych oraz przekroju kanalików i gruboÅ›ci ich Å›cianek. Badano także selektywne nanoszenie na warstwÄ™ poÅ›redniÄ… metali szlachetnych i innych materiaÅ‚ów katalitycznych, a także zmiennÄ… gÄ™stość kanalików podÅ‚oża, uzależnionÄ… od natężenia przepÅ‚ywu spalin.

Toyota i Denso Corporation opracowaÅ‚y nowe podÅ‚oże FLAD w celu poprawienia równomiernoÅ›ci przepÅ‚ywu spalin. DziÄ™ki wykorzystaniu modelowania matematycznego i przeprowadzeniu szeregu prób z prototypowymi podÅ‚ożami udaÅ‚o siÄ™ osiÄ…gnąć znacznie lepszÄ… równomierność przepÅ‚ywu gazów przez katalizator poprzez optymalizacjÄ™ gÄ™stoÅ›ci i przekroju kanalików w Å›rodkowej i zewnÄ™trznej części podÅ‚oża. PozwoliÅ‚o to uzyskać skuteczność oczyszczania spalin nie gorszÄ… niż w konwencjonalnych katalizatorach, przy objÄ™toÅ›ci katalizatora mniejszej o 20% i o 20% mniejszej iloÅ›ci metali szlachetnych. Nowatorski projekt i technologie wytwarzania umożliwiÅ‚y szybkie wdrożenie pierwszych w Å›wiecie katalizatorów z integralnie ksztaÅ‚towanym podÅ‚ożem do masowej produkcji.

Struktura katalizatora

Konwencjonalny katalizator

- Jednakowe przekroje wszystkich kanalików

Nowy katalizator

- Mniejsze przekroje i wiÄ™ksza gÄ™stość kanalików w części wewnÄ™trznej
- WiÄ™ksze przekroje i mniejsza gÄ™stość kanalików w części zewnÄ™trznej

Obecnie najczęściej stosowanym podÅ‚ożem katalizatorów spalin silników benzynowych jest materiaÅ‚ ceramiczny (kordieryt), uksztaÅ‚towany w strukturÄ™ podobnÄ… do plastra miodu, z wielkÄ… liczbÄ… podÅ‚użnych kanalików o przekroju szeÅ›ciokÄ…tnym lub kwadratowym. Na Å›cianki kanalików naniesiona jest substancja katalityczna, taka jak platyna (Pt), rod (Rh), pallad (Pd) czy inne metale szlachetne. Ich obecność powoduje w wysokiej temperaturze reakcje katalityczne, w których szkodliwe gazy, takie jak tlenek wÄ™gla (CO) i niedopalone wÄ™glowodory (HC), sÄ… utleniane do dwutlenku wÄ™gla i wody, a tlenki azotu (NOx) sÄ… redukowane do nieszkodliwego azotu.

Podczas gdy w konwencjonalnym katalizatorze wszystkie kanaliki majÄ… taki sam przekrój, w nowym podÅ‚ożu FLAD przekrój kanalików w jego Å›rodkowej części jest mniejszy niż w zewnÄ™trznej. Toyota z powodzeniem wdrożyÅ‚a masowÄ… produkcjÄ™ nowych podÅ‚oży z użyciem procesu integralnego ksztaÅ‚towania.

Przepływ spalin wewnątrz katalizatora

Konwencjonalny katalizator

- PrzepÅ‚yw gazów skoncentrowany w części Å›rodkowej

Nowy katalizator

- Równomierny rozkÅ‚ad natężeÅ„ przepÅ‚ywu gazów przez kanaliki o różnym przekroju w częściach Å›rodkowej i zewnÄ™trznej

Optymalne natężenie przepÅ‚ywu gazów przez kanaliki katalizatora powoduje efektywny przebieg reakcji katalitycznych i skuteczne oczyszczanie spalin. Jednak w przypadku konwencjonalnych podÅ‚oży, w których wszystkie kanaliki majÄ… taki sam przekrój, rozkÅ‚ad natężeÅ„ przepÅ‚ywu gazów nie jest równomierny. Przez Å›rodkowÄ… część przepÅ‚ywa wiÄ™ksza ilość spalin i majÄ… one wiÄ™kszÄ… prÄ™dkość, w zwiÄ…zku z tym dla ich oczyszczenia potrzebna jest tam wiÄ™ksza ilość metali szlachetnych. Jednak przy obecnej technologii ilość substancji nanoszonych na podÅ‚oże musi być w każdym miejscu taka sama, wiÄ™c gdy w części Å›rodkowej ilość substancji katalitycznej jest optymalna, w miejscach o sÅ‚abszym przepÅ‚ywie katalizator nie jest efektywnie wykorzystany. Zapewnienie równomiernego rozkÅ‚adu natężeÅ„ przepÅ‚ywów poprzez stosowny dobór przekroju i gÄ™stoÅ›ci kanalików pozwala wyeliminować ten problem.

Toyota wraz z firmami należącymi do Toyota Group oraz partnerami biznesowymi prowadzi dalsze prace nad technologiami katalizatorów, które pozwolÄ… poprawić czystość spalin i zmniejszyć zużycie rzadkich metali.

1 Na styczeń 2017 według badań Toyoty.
2 FLAD (Flow Adjustable Designed Cell) jest zastrzeżonym znakiem towarowym Denso Corporation. To nowe podÅ‚oże katalizatorów samochodowych, w którym kanaliki znajdujÄ…ce siÄ™ w Å›rodkowej części majÄ… inny przekrój, niż kanaliki w części zewnÄ™trznej.