Kaip veikia automobilių katalizinis konverteris?

Veikiant vidaus degimo varikliui į atmosferą išsiskiria išmetamosios dujos, kurios yra ne tik viena iš pagrindinių oro taršos priežasčių, bet ir viena iš daugelio ligų priežasčių.

Šios dujos, išeinančios iš transporto priemonių išmetimo sistemų, susideda iš itin kenksmingų elementų, todėl šiuolaikiniuose automobiliuose įrengta speciali išmetimo sistema, kurioje visada yra katalizatorius.

Katalizatorius sunaikina kenksmingas išmetamųjų dujų molekules ir daro jas kuo saugesnes žmonėms ir aplinkai.

Kas yra katalizatorius?

Katalizinis konverteris yra tam tikro tipo prietaisas, kurio pagrindinė užduotis yra sumažinti kenksmingas automobilių variklių išmetamųjų dujų emisijas. Katalizatoriaus struktūra yra paprasta. Tai metalinis konteineris, sumontuotas automobilio išmetimo sistemoje.

Bake yra du vamzdžiai. Keitiklio „įėjimas“ yra prijungtas prie variklio, pro jį patenka išmetamosios dujos, o „išėjimas“ - prie transporto priemonės išmetimo sistemos rezonatoriaus.

Variklio išmetamosioms dujoms patekus į katalizatorių, vyksta cheminės reakcijos. Jie sunaikina kenksmingas dujas ir paverčia jas nekenksmingomis dujomis, kurios gali išsiskirti į aplinką.

Kokie yra katalizatoriaus komponentai?

Kad būtų šiek tiek aiškiau, kaip veikia automobilių katalizatorius, apsvarstykime, kokie yra jo pagrindiniai elementai. Nesigilindami į detales, išvardijame tik pagrindinius elementus, iš kurių jis pastatytas.

Substratas

Substratas yra vidinė katalizatoriaus struktūra, ant kurios yra padengtas katalizatorius ir taurieji metalai. Yra keletas substratų tipų. Pagrindinis jų skirtumas yra medžiaga, iš kurios jie pagaminti. Dažniausiai tai yra inertiška medžiaga, kuri stabilizuoja aktyvias daleles jos paviršiuje.

Aprėptis

Aktyvioji katalizatoriaus medžiaga paprastai susideda iš aliuminio oksido ir junginių, tokių kaip ceris, cirkonis, nikelis, baris, lantanas ir kt. Dangos paskirtis – išplėsti fizinį pagrindo paviršių ir tarnauti kaip pagrindas, ant kurio nusodinami taurieji metalai.

Taurieji metalai

Katalizatoriuje esantys taurieji metalai atlieka itin svarbią katalizinę reakciją. Dažniausiai naudojami taurieji metalai yra platina, paladis ir rodis, tačiau pastaraisiais metais daugelis gamintojų pradėjo naudoti auksą.

Корпус

Korpusas yra išorinis prietaiso apvalkalas, kuriame yra substratas ir kiti katalizatoriaus elementai. Medžiaga, iš kurios dažniausiai gaminamas korpusas, yra nerūdijantis plienas.

Vamzdžiai

Vamzdžiai sujungia transporto priemonės katalizatorių su transporto priemonės išmetimo sistema ir varikliu. Jie pagaminti iš nerūdijančio plieno.

Kaip veikia automobilių katalizinis konverteris?

Norint, kad vidaus degimo variklis veiktų, svarbu, kad jo cilindruose vyktų stabilus oro ir kuro mišinio degimo procesas. Šio proceso metu susidaro kenksmingos dujos, tokios kaip anglies monoksidas, azoto oksidai, angliavandeniliai ir kt.

Jei automobilyje nėra katalizatoriaus, visos šios itin kenksmingos dujos, išleistos į variklio išmetimo kolektorių, praeis pro išmetimo sistemą ir pateks tiesiai į orą, kuriuo kvėpuojame.

Jei transporto priemonėje yra katalizinis konverteris, per pagrindo korį iš variklio į duslintuvą tekės išmetamosios dujos ir reaguoja su tauriaisiais metalais. Dėl cheminės reakcijos kenksmingos medžiagos neutralizuojamos, o į aplinką iš išmetimo sistemos patenka tik nekenksmingos išmetamosios dujos, kurios dažniausiai yra anglies dioksidas.

Iš chemijos pamokų žinome, kad katalizatorius yra medžiaga, sukelianti arba pagreitinanti cheminę reakciją jos nepaveikdama. Katalizatoriai dalyvauja reakcijose, bet nėra nei reagentai, nei katalizinės reakcijos produktai.

Katalizatoriuje kenksmingos dujos praeina dviem etapais: redukcija ir oksidacija. Kaip tai veikia?

Kai katalizatoriaus darbinė temperatūra pasiekia 500–1200 laipsnių pagal Celsijų arba 250–300 laipsnių Celsijaus, įvyksta du dalykai: redukcija ir iškart po to oksidacijos reakcija. Tai skamba šiek tiek komplikuotai, bet iš tikrųjų tai reiškia, kad medžiagos molekulės tuo pačiu metu praranda ir įgyja elektronus, o tai keičia jų struktūrą.

Katalizatoriuje vykstančio redukcijos (deguonies pasisavinimo) tikslas - paversti azoto oksidą aplinkai nekenksmingomis dujomis.

Kaip automobilių katalizatorius veikia atkūrimo etape?

Kai azoto oksidas iš automobilio išmetamųjų dujų patenka į katalizatorių, jame esanti platina ir rodis pradeda veikti azoto oksido molekulių skaidymą, paversdami kenksmingas dujas visiškai nekenksmingomis.

Kas vyksta oksidacijos stadijoje?

Antrasis katalizatoriuje vykstantis etapas vadinamas oksidacijos reakcija, kurios metu nesudegę angliavandeniliai, maišydami su deguonimi, virsta anglies dioksidu ir vandeniu (oksidacija).

Katalizatoriuje vykstančios reakcijos keičia išmetamųjų dujų cheminę sudėtį, pakeisdamos atomo, iš kurio jos susidaro, struktūrą. Kai kenksmingų dujų molekulės pereina iš variklio į katalizatorių, jis jas suskaido į atomus. Savo ruožtu atomai rekombinuojasi į molekules į gana nekenksmingas medžiagas, tokias kaip anglies dioksidas, azotas ir vanduo, ir patenka į aplinką per išmetimo sistemą.

Pagrindiniai katalizinių konverterių, naudojamų benzininiuose varikliuose, tipai yra du: dvipusiai ir trijų krypčių.

Dvišalis

Dviejų sienų (dvipusis) katalizatorius vienu metu atlieka dvi užduotis: oksiduoja anglies monoksidą į anglies dioksidą ir angliavandenilius (nesudegusius arba iš dalies sudegusius degalus) oksiduoja iki anglies dioksido ir vandens.

Šio tipo automobilių katalizatoriai buvo naudojami dyzeliniuose ir benzininiuose varikliuose siekiant sumažinti kenksmingų angliavandenilių ir anglies monoksido išmetimą iki 1981 m., Tačiau kadangi jis negalėjo paversti azoto oksidų, po 81 jis buvo pakeistas trijų krypčių katalizatoriais.

Trikryptis redoksinis katalizatorius

Šio tipo automobilių katalizatoriai, kaip paaiškėjo, buvo pristatyti 1981 m., O šiandien jie montuojami ant visų šiuolaikinių automobilių. Trijų krypčių katalizatorius vienu metu atlieka tris užduotis:

• redukuoja azoto oksidą iki azoto ir deguonies;
• oksiduoja anglies monoksidą į anglies dioksidą;
• nesudegusius angliavandenilius oksiduoja iki anglies dioksido ir vandens.

Kadangi šio tipo kataliziniai konverteriai atlieka ir redukcijos, ir oksidacijos katalizės etapus, savo užduotį atlieka iki 98% efektyvumu. Tai reiškia, kad jei jūsų automobilyje yra toks katalizatorius, jis neterš aplinkos kenksmingomis emisijomis.

Dyzelinių variklių katalizatorių tipai

Dyzelinėms transporto priemonėms dar neseniai vienas dažniausiai naudojamų katalizinių konverterių buvo dyzelino oksidacijos katalizatorius (DOC). Šis katalizatorius naudoja deguonį išmetamųjų dujų sraute, kad anglies monoksidą paverstų anglies dioksidu, o angliavandenilius paverstų vandeniu ir anglies dioksidu. Deja, tokio tipo katalizatoriai yra tik 90% efektyvūs ir sugeba pašalinti dyzelino kvapą ir sumažinti matomas daleles, tačiau nėra veiksmingi mažinant NO x emisijas.

Dyzeliniai varikliai išskiria dujas, kuriose yra gana didelis kietųjų dalelių (suodžių) kiekis, kurį daugiausia sudaro elementinė anglis, su kuria DOC katalizatoriai negali susidoroti, todėl dalelės turi būti pašalintos naudojant vadinamuosius kietųjų dalelių filtrus (DPF).

Kaip palaikomi katalizatoriai?

Norint išvengti problemų su katalizatoriumi, svarbu žinoti, kad:

• Vidutinis katalizatoriaus tarnavimo laikas yra apie 160000 XNUMX km. Nuvažiavę šį atstumą, turite apsvarstyti keitiklio keitimą.
• Jei automobilyje yra katalizatorius, neturėtumėte naudoti kuro su švinu, nes tai sumažina katalizatoriaus efektyvumą. Vienintelis tinkamas kuras šiuo atveju yra bešvinis.

Be abejo, šių prietaisų nauda aplinkai ir mūsų sveikatai yra milžiniška, tačiau be naudos jie turi ir trūkumų.

Vienas didžiausių jų trūkumų yra tas, kad jie dirba tik esant aukštai temperatūrai. Kitaip tariant, užvedus automobilį, katalizatorius beveik nieko nedaro, kad sumažintų išmetamųjų dujų kiekį.

Efektyviai jis pradeda veikti tik po to, kai išmetamosios dujos yra pašildytos iki 250–300 laipsnių Celsijaus. Štai kodėl kai kurie automobilių gamintojai ėmėsi priemonių išspręsti šią problemą, priartindami katalizatorių prie variklio, o tai, viena vertus, pagerina prietaiso veikimą, tačiau sutrumpina jo tarnavimo laiką, nes dėl artumo varikliui jį veikia labai aukšta temperatūra.

Pastaraisiais metais buvo nuspręsta katalizinį konverterį pastatyti po keleivio sėdyne tokiu atstumu, kuris leistų jam veikti efektyviau, neveikiant aukštos variklio temperatūros.

Kiti katalizatorių trūkumai – dažnas užsikimšimas ir pyrago deginimas. Perdegimas dažniausiai įvyksta dėl nesudegusių degalų patekimo į išmetimo sistemą, kuri užsidega katalizinio konverterio tiekime. Užsikimšimas dažniausiai atsiranda dėl prasto ar netinkamo benzino, normalaus susidėvėjimo, vairavimo būdo ir kt.

Tai yra labai maži trūkumai, atsižvelgiant į didžiulę naudą, kurią gauname naudodami automobilių katalizatorius. Šių prietaisų dėka kenksmingas automobilių išmetamų teršalų kiekis yra ribotas.

Kai kurie kritikai teigia, kad anglies dioksidas taip pat yra kenksmingas išmetimas. Jie mano, kad katalizatorius automobilyje nereikalingas, nes toks išmetimas padidina šiltnamio efektą. Tiesą sakant, jei automobilis neturi katalizatoriaus ir išmeta į orą anglies monoksidą, šis oksidas pats atmosferoje virs anglies dioksidu.

Kas išrado katalizatorių?

Nors masiškai katalizatoriai pasirodė tik aštuntojo dešimtmečio pabaigoje, jų istorija prasidėjo daug anksčiau.

Katalizatoriaus tėvu laikomas prancūzų chemijos inžinierius Eugene'as Goudry, kuris 1954 metais užpatentavo savo išradimą pavadinimu „Išmetimo katalizatorius“.

Iki šio išradimo „Goodry“ išrado katalizinį krekingą, kuriame dideli sudėtingi organiniai chemikalai yra atskiriami į nekenksmingus produktus. Tada jis eksperimentavo su skirtingomis kuro rūšimis, jo tikslas buvo padaryti jį švaresnį.

Faktinis katalizatorių naudojimas automobiliuose vyko aštuntojo dešimtmečio viduryje, kai buvo įvestos griežtesnės išmetamųjų teršalų kontrolės taisyklės, reikalaujančios pašalinti žemos kokybės benzino išmetamųjų dujų šviną.

Klausimai ir atsakymai:

Kaip patikrinti, ar automobilyje yra katalizatoriaus? Norėdami tai padaryti, tiesiog pažiūrėkite po automobiliu. Be pagrindinio duslintuvo ir mažo duslintuvo (rezonatoriaus, kuris yra išmetimo sistemos priekyje), katalizatorius yra dar viena lemputė.

Kur automobilyje yra katalizatorius? Kadangi katalizatorius turi veikti aukštos temperatūros sąlygomis, jis yra kuo arčiau išmetimo kolektoriaus. Jis yra priešais rezonatorių.

Kas yra katalizatorius automobilyje? Tai katalizatorius – papildoma lemputė išmetimo sistemoje. Jis užpildytas keramine medžiaga, kurios koris padengtas tauriuoju metalu.