Jak działa samochodowy katalizator?

Podczas pracy silnika spalinowego spaliny są emitowane do atmosfery, które są nie tylko jedną z głównych przyczyn zanieczyszczenia powietrza, ale także jedną z przyczyn wielu chorób.

Gazy te, pochodzące z układów wydechowych pojazdów, składają się z niezwykle szkodliwych elementów, dlatego nowoczesne samochody są wyposażone w specjalny układ wydechowy, w którym koniecznie obecny jest katalizator.

Katalizator niszczy szkodliwe cząsteczki spalin i czyni je jak najbardziej bezpiecznymi dla ludzi i środowiska.

Co to jest katalizator?

Katalizator jest rodzajem urządzenia, którego głównym zadaniem jest redukcja szkodliwych emisji spalin z silników samochodowych. Katalizator jest prosty. Jest to metalowy zbiornik, który jest zainstalowany w układzie wydechowym samochodu.

W zbiorniku znajdują się dwie rury. „Wejście” konwertera jest podłączone do silnika, a przez nie przepływają gazy spalinowe, a „wyjście” jest połączone z rezonatorem układu wydechowego samochodu.

Gdy wydech silnika dostaje się do katalizatora, zachodzą w nim reakcje chemiczne. Niszczą szkodliwe gazy i przekształcają je w bezpieczne, które mogą być uwalniane do środowiska.

Z jakich elementów składa się katalizator?

Aby uczynić nieco bardziej zrozumiałym działanie katalizatora samochodowego, zastanówmy się, jakie są jego główne elementy. Nie wchodząc w szczegóły, wymieniamy tylko główne elementy, z których jest zbudowany.

Podłoże

Podłoże to wewnętrzna struktura katalizatora, na którą pokryty jest katalizator i metale szlachetne. Istnieje kilka rodzajów podłoży. Ich główną różnicą jest materiał, z którego jest wykonany. Najczęściej jest to substancja obojętna, która stabilizuje cząsteczki aktywne na jej powierzchni.

Okładka

Aktywny materiał katalizatora składa się zwykle z tlenku glinu i związków takich jak cer, cyrkon, nikiel, bar, lantan i inne. Zadaniem powłoki jest rozszerzenie fizycznej powierzchni podłoża i służenie jako podstawa, na której osadzane są metale szlachetne.

Metale szlachetne

Metale szlachetne obecne w katalizatorze służą do przeprowadzenia niezwykle ważnej reakcji katalitycznej. Powszechnie stosowanymi metalami szlachetnymi są platyna, pallad i rod, ale w ostatnich latach wielu producentów zaczęło stosować złoto.

obudowa

Obudowa jest zewnętrzną powłoką urządzenia i zawiera podłoże oraz inne elementy katalizatora. Materiał, z którego zwykle wykonana jest koperta, to stal nierdzewna.

Rury

Rury łączą katalizator pojazdu z układem wydechowym pojazdu i silnikiem. Wykonane są ze stali nierdzewnej.

Jak działa samochodowy katalizator?

Dla działania silnika spalinowego ważne jest, aby stabilny proces spalania mieszanki paliwowo-powietrznej odbywał się w jego cylindrach. Podczas tego procesu powstają szkodliwe gazy, takie jak tlenek węgla, tlenki azotu, węglowodory i inne.

Jeśli samochód nie ma katalizatora, wszystkie te niezwykle szkodliwe gazy po uwolnieniu do kolektora wydechowego z silnika przejdą przez układ wydechowy i wejdą bezpośrednio do powietrza, którym oddychamy.

Jeśli pojazd ma katalizator, gazy spalinowe będą przepływać z silnika do tłumika przez plaster miodu podłoża i reagować z metalami szlachetnymi. W wyniku reakcji chemicznej szkodliwe substancje zostają zneutralizowane, a tylko nieszkodliwe spaliny, składające się głównie z dwutlenku węgla, dostają się do środowiska z układu wydechowego.

Z lekcji chemii wiemy, że katalizator to substancja, która powoduje lub przyspiesza reakcję chemiczną, nie wpływając na nią. Katalizatory uczestniczą w reakcjach, ale nie są ani reagentami, ani produktami reakcji katalitycznej.

Istnieją dwa etapy, przez które szkodliwe gazy przechodzą przez katalizator: redukcja i utlenianie. Jak to działa?

Gdy temperatura robocza katalizatora osiąga od 500 do 1200 stopni Fahrenheita lub 250-300 stopni Celsjusza, zachodzą dwie rzeczy: redukcja, a zaraz potem reakcja utleniania. Brzmi to trochę skomplikowanie, ale w rzeczywistości oznacza to, że cząsteczki substancji jednocześnie tracą i odbierają elektrony, dlatego ich struktura się zmienia.

Redukcja (pobieranie tlenu) zachodząca w katalizatorze ma na celu przekształcenie tlenku azotu w gaz przyjazny środowisku.

Jak działa katalizator samochodowy w fazie odzyskiwania?

Gdy podtlenek azotu z gazów wydechowych samochodu przedostaje się do katalizatora, platyna i rod w nim zaczynają wpływać na rozkład cząsteczek tlenku azotu, zmieniając szkodliwy gaz w całkowicie nieszkodliwy.

Co dzieje się na etapie utleniania?

Drugi etap, który ma miejsce w katalizatorze, nazywa się reakcją utleniania, w której niespalone węglowodory przekształcane są w dwutlenek węgla i wodę przez zmieszanie z tlenem (utlenianie).

Reakcje zachodzące w katalizatorze zmieniają skład chemiczny spalin, zmieniając strukturę atomu, z którego są złożone. Kiedy cząsteczki szkodliwych gazów przechodzą z silnika do katalizatora, dzieli je na atomy. Atomy z kolei łączą się w cząsteczki w stosunkowo nieszkodliwe substancje, takie jak dwutlenek węgla, azot i woda, i są uwalniane do środowiska przez układ wydechowy.

Główne typy katalizatorów stosowanych w silnikach benzynowych to dwa: dwukierunkowe i trójdrożne.

Dwustronny

Katalizator dwuścienny (dwustronny) jednocześnie wykonuje dwa zadania: utlenia tlenek węgla do dwutlenku węgla i utlenia węglowodory (niespalone lub częściowo spalone paliwo) do dwutlenku węgla i wody.

Ten typ katalizatora samochodowego był stosowany w silnikach wysokoprężnych i benzynowych do zmniejszenia szkodliwych emisji węglowodorów i tlenku węgla do 1981 r., Ale ponieważ nie był w stanie przekształcić tlenków azotu, po 81 latach został zastąpiony katalizatorami trójdrożnymi.

Trójdrożny katalizator redoks

Ten typ katalizatora samochodowego, jak się okazało, został wprowadzony w 1981 r., A dziś jest instalowany we wszystkich nowoczesnych samochodach. Katalizator trójdrożny wykonuje jednocześnie trzy zadania:

• przywraca tlenek azotu do azotu i tlenu;
• utlenia tlenek węgla do dwutlenku węgla;
• utlenia niespalone węglowodory do dwutlenku węgla i wody.

Ponieważ ten typ katalizatora wykonuje zarówno etapy redukcji, jak i utleniania katalizy, wykonuje swoje zadanie z wydajnością do 98%. Oznacza to, że jeśli Twój samochód zostanie wyposażony w taki katalizator, nie będzie on zanieczyszczał środowiska szkodliwymi emisjami.

Rodzaje katalizatorów w silnikach Diesla

W przypadku pojazdów z silnikiem Diesla do niedawna jednym z najczęściej używanych katalizatorów był katalizator utleniający olej napędowy (DOC). Katalizator wykorzystuje tlen w strumieniu spalin do konwersji tlenku węgla na dwutlenek węgla i węglowodory na wodę i dwutlenek węgla. Niestety ten rodzaj katalizatora jest skuteczny tylko w 90% i udaje mu się wyeliminować zapach oleju napędowego i zmniejszyć widoczne cząstki, ale nie jest skuteczny w zmniejszaniu emisji NO x.

Silniki wysokoprężne emitują gazy, które zawierają stosunkowo wysoki poziom cząstek stałych (sadzy), który składa się głównie z węgla elementarnego, z którymi katalizatory DOC nie mogą sobie poradzić, dlatego cząstki muszą być usuwane za pomocą tak zwanych filtrów cząstek stałych (DPF).

Jak serwisowane są katalizatory?

Aby uniknąć problemów z katalizatorem, ważne jest, aby wiedzieć, że:

• Średnia żywotność katalizatora wynosi około 160000 XNUMX km. Po przejechaniu tej odległości musisz pomyśleć o wymianie konwertera.
• Jeżeli pojazd jest wyposażony w katalizator, nie należy stosować paliwa ołowiowego, gdyż zmniejsza to skuteczność katalizatora. Jedynym odpowiednim paliwem w tym przypadku jest benzyna bezołowiowa.

Niewątpliwie korzyści środowiskowe i zdrowotne tych urządzeń są ogromne, ale oprócz ich zalet mają również wady.

Jedną z ich największych wad jest to, że pracują tylko w wysokich temperaturach. Innymi słowy, po uruchomieniu samochodu katalizator prawie nic nie zmniejsza emisji spalin.

Zaczyna działać wydajnie dopiero po podgrzaniu spalin do 250–300 stopni Celsjusza. Dlatego niektórzy producenci samochodów podjęli kroki w celu rozwiązania tego problemu, przesuwając katalizator bliżej silnika, co z jednej strony poprawia wydajność urządzenia, ale skraca jego żywotność, ponieważ jego bliskość do silnika naraża go na bardzo wysokie temperatury.

W ostatnich latach postanowiono umieścić katalizator pod siedzeniem pasażera w odległości, która pozwoli mu pracować wydajniej bez narażania go na działanie wysokich temperatur silnika.

Inne wady katalizatorów to częste zatykanie i spalanie placka. Do wypalenia dochodzi zwykle na skutek przedostania się niespalonego paliwa do układu wydechowego, które ulega zapłonowi na zasilaniu katalizatora. Zatykanie następuje najczęściej na skutek złej lub nieodpowiedniej benzyny, normalnego zużycia, stylu jazdy itp.

Są to bardzo drobne wady wynikające z ogromnych korzyści, jakie uzyskujemy dzięki zastosowaniu katalizatorów samochodowych. Dzięki tym urządzeniom szkodliwe emisje z samochodów są ograniczone.

Niektórzy krytycy twierdzą, że dwutlenek węgla jest również szkodliwą emisją. Uważają, że katalizator w samochodzie nie jest potrzebny, bo takie emisje potęgują efekt cieplarniany. W rzeczywistości, jeśli samochód nie ma katalizatora i emituje tlenek węgla do powietrza, tlenek ten sam zamieni się w dwutlenek węgla w atmosferze.

Kto wynalazł katalizator?

Chociaż katalizatory pojawiły się masowo dopiero pod koniec lat siedemdziesiątych, ich historia rozpoczęła się znacznie wcześniej.

Za ojca katalizatora uważany jest francuski inżynier chemik Eugene Goudry, który w 1954 roku opatentował swój wynalazek pod nazwą „katalizator spalin”.

Przed wynalazkiem Goodry wynalazł kraking katalityczny, w którym duże złożone organiczne związki chemiczne są rozdzielane na nieszkodliwe produkty. Następnie eksperymentował z różnymi rodzajami paliwa, jego celem było uczynienie go czystszym.

Rzeczywiste zastosowanie katalizatorów w samochodach miało miejsce w połowie lat 1970. XX wieku, kiedy wprowadzono surowsze zasady kontroli emisji, wymagające usunięcia ołowiu z spalin z powodu niskiej jakości benzyny.

Pytania i odpowiedzi:

Jak sprawdzić obecność katalizatora w samochodzie? Aby to zrobić, po prostu zajrzyj pod samochód. Oprócz głównego tłumika i małego tłumika (rezonatora, który znajduje się z przodu układu wydechowego), katalizatorem jest kolejna żarówka.

Gdzie jest katalizator w aucie? Ponieważ katalizator musi działać w warunkach wysokiej temperatury, znajduje się on jak najbliżej kolektora wydechowego. Znajduje się przed rezonatorem.

Czym jest katalizator w samochodzie? To katalizator - dodatkowa żarówka w układzie wydechowym. Wypełniony jest materiałem ceramicznym, którego plaster miodu pokryty jest metalem szlachetnym.