Toyota y Denso desarrollaron nuevo catalizador de purificación de gases de escape

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Toyota Motor Corporation anunció la disponibilidad comercial de un nuevo catalizador de menor tamaño que utiliza un 20% menos de metales preciosos en aproximadamente un 20% menos de volumen, manteniendo el mismo rendimiento de purificación de gases de escape.

Es el primer diseño en el mundo moldeado en sustrato “Flow Adjustable Design Cell” (FLAD), con un área de sección transversal de celda diferente en la porción interna comparada con la de la porción externa. Las innovadoras tecnologías de diseño y fabricación han permitido la producción en masa del nuevo catalizador, que será instalado gradualmente en nuevos modelos de vehículos, a partir del Lexus LC500h a finales de este año.

El aumento del uso de metales preciosos catalíticos para limpiar los gases de escape y mejorar los problemas de contaminación atmosférica plantea muchos inconvenientes, entre ellos el aumento de los costos y el agotamiento de los recursos. Toyota ha llevado a cabo una extensa investigación y desarrollo para encontrar soluciones que ayuden a mejorar la eficiencia de purificación de metales preciosos catalíticos, tales como encontrar la forma y longitud óptima del sustrato, así como modificar el espesor de la pared celular y el área de la sección transversal. Otros esfuerzos de investigación y desarrollo incluyen el lavado selectivo de metales preciosos y otros materiales catalíticos, como el cambio de densidad de las celdas del sustrato catalítico en línea con los flujos de gases de escape.

Toyota y Denso Corporation han desarrollado este nuevo sustrato FLAD® para mejorar la uniformidad del flujo de gases de escape. A través de una serie de validaciones usando simulaciones y prototipos de sustratos, ambas compañías han logrado mejorar la uniformidad del flujo de gas de escape dentro del catalizador optimizando factores tales como las relaciones de áreas en sección transversal de celdas en las porciones interna y externa y sus densidades correspondientes. Como consecuencia, con este desarrollo, se utiliza aproximadamente un 20% menos de metal precioso en un catalizador más compacto que tiene un volumen un 20% menor, manteniendo el mismo rendimiento de purificación de gases de escape que el de los catalizadores convencionales. Las nuevas tecnologías de diseño y fabricación innovadoras también han permitido la producción en masa del primer catalizador moldeado integralmente en el mundo.

Estructura del Catalizador

Catalizador Convencional

• Área de sección transversal uniforme de cada celda (canales uniformes para los gases de escape).

Catalizador Nuevo

• Área más pequeña de la sección transversal de las celdas en la parte interna (canales más estrechos para los gases de escape), con mayor densidad celular.

• Mayor área de sección transversal de las celdas en la parte externa (canales más amplios para los gases de escape), con menor densidad celular.

Actualmente, el sustrato más utilizado en los catalizadores de purificación de gas de escape para motores de gasolina está hecho de cerámica (cordierita), que utiliza una estructura de panal que consiste en celdas cuadradas o hexagonales. Las paredes de las celdas dentro de este sustrato se lavan con materiales catalíticos, como platino (Pt), rodio (Rh), paladio (Pd) y otros metales preciosos. Esto proporciona un efecto catalítico, donde a través de la reducción de la oxidación, gases nocivos como el monóxido de carbono (CO), hidrocarburos no quemados (HC) y óxido de nitrógeno (NOx) se purifican dentro del escape para ayudar a que sean seguros.

Mientras que los catalizadores convencionales tienen un área de sección transversal uniforme de celda, el sustrato FLAD® recientemente desarrollado tiene una estructura con un área de sección transversal de celda diferente en la parte interna comparada con la de la porción externa. Toyota ha tenido éxito en la producción en masa de este sustrato con la primera tecnología de diseño y fabricación del mundo que es capaz de moldear integralmente el catalizador.

Flujo de gases de escape dentro del catalizador
Catalizador ConvencionalCatalizador Nuevo
• Flujo de gases de escape concentrados en la parte interna.• Uniformidad mejorada del flujo de gas de escape a través de diferentes áreas de sección transversal de celda en las partes internas y externas.

 

Un flujo uniforme de gases de escape dentro de los catalizadores instalados en los tubos de escape permite a los metales preciosos y otros materiales catalíticos recubiertos que purifiquen más eficazmente los gases de escape. Sin embargo, el uso de sustratos convencionales con área uniforme de sección transversal de celda da lugar a un flujo desequilibrado de gas de escape ya que el flujo de gas a través de la porción interna del catalizador es más rápido y a un volumen mayor que a través de la porción exterior. Como resultado, se requiere más metal precioso catalítico en la porción interior del catalizador, donde el caudal es mayor, con el fin de mantener el rendimiento de purificación. Las tecnologías de revestimiento de material catalítico actuales requieren que todas las paredes celulares sean recubiertas por igual durante el proceso de revestimiento por lavado, de manera que las partes del catalizador con un caudal de gas de escape más bajo están revestidas con la misma cantidad de metales preciosos catalíticos que las partes que tienen un caudal más alto.

De cara al futuro, Toyota se compromete a trabajar activamente con las compañías de su grupo y socios comerciales para desarrollar tecnologías de catalizadores que ayuden a lograr gases de escape más limpios con un uso reducido de metales preciosos.

(1) Hasta enero de 2017, según investigaciones de Toyota

(2) FLAD (Flow Adjustable Designed Cell) es una marca registrada de Denso Corporation. Este sustrato de catalizador recién diseñado tiene un área de sección transversal de celda diferente en la porción interna comparada con la de la porción externa.

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