Kako djeluje automobilski katalitički pretvarač?

Tokom rada motora sa unutrašnjim sagorijevanjem u atmosferu se ispuštaju ispušni plinovi, koji nisu samo jedan od glavnih uzroka zagađenja zraka, već i jedan od uzroka mnogih bolesti.

Ti se plinovi, koji izlaze iz ispušnih sistema vozila, sastoje od izuzetno štetnih elemenata, zbog čega su moderni automobili opremljeni posebnim ispušnim sustavom u kojem je katalizator uvijek prisutan.

Katalitički pretvarač uništava štetne molekule u ispušnim plinovima i čini ih što sigurnijima za ljude i okoliš.

Šta je katalizator?

Katalitički pretvarač je vrsta uređaja čiji je glavni zadatak smanjenje štetnih emisija iz ispušnih plinova automobilskih motora. Struktura katalizatora je jednostavna. Ovo je metalna posuda koja se ugrađuje u ispušni sistem automobila.

U spremniku su dvije cijevi. "Ulaz" pretvarača povezan je s motorom i kroz njega ulaze ispušni plinovi, a "izlaz" je povezan s rezonatorom ispušnog sistema vozila.

Kada ispušni plin motora uđe u katalizator, odvijaju se hemijske reakcije. Oni uništavaju štetne plinove i pretvaraju ih u neškodljive plinove koji se mogu ispustiti u okoliš.

Koje su komponente katalizatora?

Da bi bilo malo jasnije kako funkcionira automobilski katalitički pretvarač, razmotrimo koji su njegovi glavni elementi. Ne ulazeći u detalje, navodimo samo glavne elemente od kojih je izgrađen.

Podloge

Supstrat je unutrašnja struktura katalizatora na koju su presvučeni katalizator i plemeniti metali. Postoji nekoliko vrsta supstrata. Njihova glavna razlika je materijal od kojeg su napravljeni. Najčešće je to inertna tvar koja stabilizira aktivne čestice na svojoj površini.

Pokrivenost

Aktivni materijal katalizatora obično se sastoji od glinice i jedinjenja kao što su cerij, cirkonijum, nikl, barijum, lantan i drugi. Svrha premaza je da proširi fizičku površinu podloge i posluži kao podloga na koju se talože plemeniti metali.

Plemeniti metali

Plemeniti metali prisutni u katalitičkom pretvaraču služe za izvođenje izuzetno važne katalitičke reakcije. Uobičajeni plemeniti metali su platina, paladijum i rodijum, ali je poslednjih godina veliki broj proizvođača počeo da koristi zlato.

Stanovanje

Kućište je vanjski omotač uređaja i sadrži supstrat i druge elemente katalizatora. Materijal od kojeg se obično pravi kućište je nehrđajući čelik.

Cijevi

Cijevi povezuju katalizator vozila s ispušnim sistemom vozila i motorom. Izrađeni su od nehrđajućeg čelika.

Kako djeluje automobilski katalitički pretvarač?

Za rad motora sa unutrašnjim sagorijevanjem važno je da se u njegovim cilindrima odvija stabilan proces sagorijevanja smjese zrak-gorivo. Tokom ovog procesa stvaraju se štetni gasovi kao što su ugljen monoksid, azotni oksidi, ugljovodonici i drugi.

Ako automobil nema katalizator, svi ovi izuzetno štetni plinovi, nakon ispuštanja u ispušni razvodnik iz motora, proći će kroz ispušni sistem i ići direktno u zrak koji udišemo.

Ako vozilo ima katalizator, ispušni plinovi će teći od motora do prigušivača kroz saće podloge i reagirati s plemenitim metalima. Kao rezultat hemijske reakcije, štetne materije se neutraliziraju, a iz ispušnog sistema u okoliš ulazi samo neškodljivi ispuh, koji je uglavnom ugljični dioksid.

Iz lekcija hemije znamo da je katalizator supstanca koja izaziva ili ubrzava hemijsku reakciju bez uticaja na nju. Katalizatori sudjeluju u reakcijama, ali nisu ni reaktanti ni produkti katalitičke reakcije.

Postoje dva stupnja kroz koja prolaze štetni plinovi u katalizatoru: redukcija i oksidacija. Kako radi?

Kada radna temperatura katalizatora dosegne 500 do 1200 stepeni Fahrenheita ili 250-300 stepeni Celzijusa, događaju se dvije stvari: redukcija i odmah nakon toga reakcija oksidacije. Ovo zvuči pomalo komplicirano, ali zapravo znači da molekuli supstance istodobno gube i dobivaju elektrone, što mijenja njihovu strukturu.

Smanjenje (unos kisika) koje se odvija u katalizatoru ima za cilj pretvaranje dušikovog oksida u ekološki prihvatljiv plin.

Kako automobilski katalizator radi u fazi oporavka?

Kada dušikov oksid iz ispušnih plinova automobila uđe u katalizator, platina i rodij u njemu počinju djelovati na razgradnju molekula dušikovog oksida, pretvarajući štetni plin u potpuno bezopasan.

Šta se događa tokom faze oksidacije?

Drugi stupanj koji se događa u katalizatoru naziva se reakcija oksidacije, u kojoj se neizgoreni ugljikovodici miješanjem s kisikom (oksidacija) pretvaraju u ugljični dioksid i vodu.

Reakcije koje se odvijaju u katalizatoru mijenjaju kemijski sastav ispušnih plinova, mijenjajući strukturu atoma od kojeg su stvorene. Kad molekuli štetnih plinova pređu iz motora u katalizator, on ih razgrađuje na atome. Atomi se pak rekombiniraju u molekule da bi stvorili relativno bezopasne supstance poput ugljičnog dioksida, azota i vode, a ispušni sistem ispuštaju se u okolinu.

Glavni tipovi katalitičkih pretvarača koji se koriste u benzinskim motorima su dvosmjerni i trosmjerni.

Bilateralni

Dvostrani (dvostrani) katalizator istovremeno obavlja dva zadatka: oksidira ugljen-monoksid u ugljen-dioksid i oksidira ugljovodonike (neizgoreno ili delimično izgorelo gorivo) u ugljen-dioksid i vodu.

Ova vrsta automobilskog katalizatora koristila se u dizel i benzinskim motorima za smanjenje štetnih emisija ugljikovodika i ugljičnog monoksida do 1981. godine, ali budući da nije mogao pretvoriti azotne okside, nakon 81. godine zamijenjen je trosmjernim katalizatorima.

Trosmjerni redoks katalitički pretvarač

Ova vrsta automobilskog katalizatora, kako se ispostavilo, predstavljena je 1981. godine, a danas je instalirana na svim modernim automobilima. Trosmjerni katalizator istovremeno obavlja tri zadatka:

• redukuje dušikov oksid na dušik i kiseonik;
• oksidira ugljen-monoksid u ugljen-dioksid;
• oksidira neizgorene ugljikovodike u ugljični dioksid i vodu.

Budući da ovaj tip katalizatora obavlja i redukcijske i oksidacijske korake katalize, on svoj zadatak obavlja s efikasnošću do 98%. To znači da ako je vaš automobil opremljen takvim katalizatorom, on neće zagađivati ​​okoliš štetnim emisijama.

Vrste katalizatora u dizel motorima

Za dizelska vozila, donedavno jedan od najčešće korištenih katalitičkih pretvarača bio je katalizator oksidacije dizela (DOC). Ovaj katalizator koristi kiseonik u izduvnom toku za pretvaranje ugljičnog monoksida u ugljen-dioksid, a ugljovodonici u vodu i ugljen-dioksid. Nažalost, ova vrsta katalizatora efikasna je samo 90% i uspijeva ukloniti miris dizela i smanjiti vidljive čestice, ali nije učinkovita u smanjenju emisije NO x.

Dizel motori ispuštaju plinove koji sadrže relativno visoku razinu čestica (čađe), koja se uglavnom sastoji od elementarnog ugljika, s kojim se DOC katalizatori ne mogu nositi, pa se čestice moraju ukloniti pomoću takozvanih filtera za čestice (DPF).

Kako se održavaju katalizatori?

Da biste izbjegli probleme s katalizatorom, važno je znati da:

• Prosječni vijek trajanja katalizatora je oko 160000 XNUMX km. Nakon što prijeđete ovu udaljenost, morate razmotriti zamjenu pretvarača.
• Ako je vozilo opremljeno katalizatorom, ne biste trebali koristiti olovno gorivo, jer to smanjuje efikasnost katalizatora. Jedino prikladno gorivo u ovom slučaju je bezolovno.

Nesumnjivo su blagodati ovih uređaja za okoliš i naše zdravlje ogromne, ali osim svojih prednosti imaju i svoje nedostatke.

Jedan od najvećih nedostataka im je što rade samo na visokim temperaturama. Drugim riječima, kada započnete automobil, katalitički pretvarač gotovo ništa ne smanjuje emisiju ispušnih plinova.

Učinkovito počinje raditi tek nakon što se ispušni plinovi zagriju na 250-300 stepeni Celzijusa. Zbog toga su neki proizvođači automobila poduzeli korake kako bi riješili ovaj problem približavanjem katalizatora motoru, što s jedne strane poboljšava performanse uređaja, ali skraćuje životni vijek jer ga blizina motora izlaže vrlo visokim temperaturama.

Posljednjih godina odlučeno je da se katalizator postavi ispod suvozačkog sjedala na udaljenost koja će mu omogućiti učinkovitiji rad bez izlaganja visokim temperaturama motora.

Drugi nedostaci katalizatora su često začepljenje i izgaranje kolača. Izgaranje obično nastaje zbog ulaska neizgorenog goriva u izduvni sistem koji se pali u dovodu katalizatora. Do začepljenja najčešće dolazi zbog lošeg ili neodgovarajućeg benzina, normalnog habanja, stila vožnje itd.

To su vrlo mali nedostaci u pozadini ogromnih koristi koje imamo od upotrebe automobilskih katalizatora. Zahvaljujući ovim uređajima, štetne emisije iz automobila su ograničene.

Neki kritičari tvrde da je ugljični dioksid također štetna emisija. Smatraju da katalizator nije potreban u automobilu, jer takve emisije povećavaju efekat staklene bašte. Zapravo, ako automobil nema katalizator i ispušta ugljični monoksid u zrak, ovaj oksid će se sam pretvoriti u ugljični dioksid u atmosferi.

Ko je izmislio katalizator?

Iako su se katalizatori masovno pojavljivali tek kasnih 1970-ih, njihova povijest započela je mnogo ranije.

Ocem katalizatora smatra se francuski hemijski inženjer Eugene Goudry, koji je 1954. godine patentirao svoj izum pod nazivom "Eugene Catalytic Converter".

Prije ovog izuma, Goodry je izumio katalitički kreking, u kojem se velike složene organske kemikalije razdvajaju u neškodljive proizvode. Tada je eksperimentirao s različitim vrstama goriva, cilj mu je bio učiniti čistijim.

Stvarna upotreba katalizatora u automobilima dogodila se sredinom 1970-ih, kada su uvedeni stroži propisi o kontroli emisija koji zahtijevaju uklanjanje olova iz ispušnih plinova iz nekvalitetnog benzina.

Pitanja i odgovori:

Kako provjeriti prisustvo katalizatora na automobilu? Da biste to učinili, samo pogledajte ispod automobila. Pored glavnog prigušivača i malog prigušivača (rezonator koji se nalazi na prednjoj strani izduvnog sistema), katalizator je još jedna sijalica.

Gdje je katalizator u autu? Pošto katalizator mora da radi u uslovima visoke temperature, on se nalazi što je moguće bliže izduvnom kolektoru. Nalazi se ispred rezonatora.

Šta je katalizator u automobilu? Ovo je katalizator - dodatna sijalica u izduvnom sistemu. Ispunjena je keramičkim materijalom čije je saće prekriveno plemenitim metalom.