Jak funguje automobilový katalyzátor?

Během provozu spalovacího motoru se do atmosféry uvolňují výfukové plyny, které jsou nejen jednou z hlavních příčin znečištění ovzduší, ale také jednou z příčin mnoha nemocí.

Tyto plyny, které vycházejí z výfukových systémů vozidel, se skládají z extrémně škodlivých prvků, proto jsou moderní automobily vybaveny speciálním výfukovým systémem, ve kterém je vždy přítomen katalyzátor.

Katalyzátor ničí škodlivé molekuly ve výfukových plynech a činí je pro lidi a životní prostředí co nejbezpečnější.

Co je to katalyzátor?

Katalyzátor je typ zařízení, jehož hlavním úkolem je snižovat škodlivé emise z výfukových plynů automobilových motorů. Struktura katalyzátoru je jednoduchá. Jedná se o kovovou nádobu, která je instalována ve výfukovém systému automobilu.

V nádrži jsou dvě potrubí. „Vstup“ měniče je připojen k motoru a vstupují skrz něj výfukové plyny a „výstup“ je připojen k rezonátoru výfukového systému vozidla.

Když výfukové plyny motoru vstupují do katalyzátoru, dochází k chemickým reakcím. Ničí škodlivé plyny a mění je na neškodné plyny, které se mohou uvolňovat do životního prostředí.

Jaké jsou součásti katalyzátoru?

Abychom trochu objasnili, jak funguje automobilový katalyzátor, zvažte, jaké jsou jeho hlavní prvky. Bez podrobností uvádíme pouze hlavní prvky, ze kterých je sestaven.

Substrát

Substrát je vnitřní struktura katalyzátoru, na které je katalyzátor a drahé kovy potaženy. Existuje několik typů substrátů. Jejich hlavním rozdílem je materiál, ze kterého je vyroben. Nejčastěji se jedná o inertní látku, která stabilizuje aktivní částice na svém povrchu.

Pokrytí

Aktivní katalyzátorový materiál se obvykle skládá z oxidu hlinitého a sloučenin, jako je cer, zirkonium, nikl, baryum, lanthan a další. Účelem povlaku je rozšířit fyzický povrch substrátu a sloužit jako základna, na kterou se ukládají drahé kovy.

Drahé kovy

Drahé kovy přítomné v katalyzátoru slouží k provedení mimořádně důležité katalytické reakce. Běžně používané drahé kovy jsou platina, palladium a rhodium, ale v posledních letech velké množství výrobců začíná používat zlato.

Корпус

Pouzdro je vnějším pláštěm zařízení a obsahuje substrát a další prvky katalyzátoru. Materiál, ze kterého je pouzdro obvykle vyrobeno, je nerezová ocel.

Trubky

Trubky spojují katalyzátor vozidla s výfukovým systémem a motorem vozidla. Jsou vyrobeny z nerezové oceli.

Jak funguje automobilový katalyzátor?

Pro provoz spalovacího motoru je důležité, aby v jeho válcích probíhal stabilní proces spalování směsi vzduch-palivo. Během tohoto procesu vznikají škodlivé plyny, jako je oxid uhelnatý, oxidy dusíku, uhlovodíky a další.

Pokud automobil nemá katalyzátor, všechny tyto extrémně škodlivé plyny po vypuštění do sběrného výfukového potrubí z motoru projdou výfukovým systémem a přímo do vzduchu, který dýcháme.

Pokud má vozidlo katalyzátor, budou výfukové plyny proudit z motoru do tlumiče výfuku substrátem a reagovat s drahými kovy. V důsledku chemické reakce jsou škodlivé látky neutralizovány a z výfukového systému se do prostředí dostávají pouze neškodné výfukové plyny, kterými jsou převážně oxid uhličitý.

Z hodin chemie víme, že katalyzátor je látka, která způsobuje nebo urychluje chemickou reakci, aniž by ji ovlivnila. Katalyzátory se účastní reakcí, ale nejsou ani reaktanty ani produkty katalytické reakce.

Existují dva stupně, kterými procházejí škodlivé plyny v katalyzátoru: redukce a oxidace. Jak to funguje?

Když provozní teplota katalyzátoru dosáhne 500 až 1200 250 stupňů Fahrenheita nebo 300 až XNUMX stupňů Celsia, stanou se dvě věci: redukce a bezprostředně poté oxidační reakce. To zní trochu komplikovaně, ale ve skutečnosti to znamená, že molekuly látky současně ztrácejí a získávají elektrony, což mění jejich strukturu.

Redukce (absorpce kyslíku), ke které dochází v katalyzátoru, je zaměřena na přeměnu oxidu dusnatého na plyn šetrný k životnímu prostředí.

Jak funguje automobilový katalyzátor ve fázi obnovy?

Když oxid dusný z výfukových plynů automobilu vstoupí do katalyzátoru, platina a rhodium v ​​něm začnou působit na rozklad molekul oxidu dusíku a ze škodlivého plynu se stane zcela neškodný.

Co se stane během oxidační fáze?

Druhý stupeň, který probíhá v katalyzátoru, se nazývá oxidační reakce, při které se nespálené uhlovodíky přeměňují na oxid uhličitý a vodu smícháním s kyslíkem (oxidace).

Reakce, které probíhají v katalyzátoru, mění chemické složení výfukových plynů a mění strukturu atomu, z něhož jsou vyrobeny. Když molekuly škodlivých plynů procházejí z motoru do katalyzátoru, rozkládá je na atomy. Atomy se zase rekombinují na molekuly na relativně neškodné látky, jako je oxid uhličitý, dusík a voda, a jsou uvolňovány do životního prostředí výfukovým systémem.

Hlavní typy katalyzátorů používaných v benzinových motorech jsou dva: obousměrný a třícestný.

Bilaterální

Dvoustěnný (oboustranný) katalyzátor současně plní dva úkoly: oxiduje oxid uhelnatý na oxid uhličitý a oxiduje uhlovodíky (nespálené nebo částečně spálené palivo) na oxid uhličitý a vodu.

Tento typ automobilového katalyzátoru se používal v naftových a benzínových motorech ke snížení škodlivých emisí uhlovodíků a oxidu uhelnatého až do roku 1981, ale protože nemohl přeměňovat oxidy dusíku, po roce 81 byl nahrazen třícestnými katalyzátory.

Trojcestný redoxní katalyzátor

Tento typ automobilového katalyzátoru, jak se ukázalo, byl představen v roce 1981 a dnes je instalován na všech moderních automobilech. Třícestný katalyzátor provádí současně tři úkoly:

• redukuje oxid dusnatý na dusík a kyslík;
• oxiduje oxid uhelnatý na oxid uhličitý;
• oxiduje nespálené uhlovodíky na oxid uhličitý a vodu.

Protože tento typ katalyzátoru provádí jak redukční, tak oxidační kroky katalýzy, plní svůj úkol s účinností až 98 %. To znamená, že pokud je váš vůz vybaven takovým katalyzátorem, nebude znečišťovat životní prostředí škodlivými emisemi.

Typy katalyzátorů v dieselových motorech

U vozidel s naftovým motorem byl donedávna jedním z nejběžněji používaných katalyzátorů Diesel Oxidation Catalyst (DOC). Tento katalyzátor využívá kyslík ve výfukovém proudu k přeměně oxidu uhelnatého na oxid uhličitý a uhlovodíků na vodu a oxid uhličitý. Bohužel je tento typ katalyzátoru účinný pouze na 90% a dokáže eliminovat zápach nafty a snížit viditelné částice, ale není účinný při snižování emisí NO x.

Dieselové motory emitují plyny, které obsahují relativně vysoké hladiny pevných částic (sazí), které se skládají převážně z elementárního uhlíku, s nímž si katalyzátory DOC nedokáží poradit, a proto je nutné částice odstraňovat pomocí takzvaných filtrů pevných částic (DPF).

Jak se udržují katalyzátory?

Abyste se vyhnuli problémům s katalyzátorem, je důležité vědět, že:

• Průměrná životnost katalyzátoru je asi 160000 XNUMX km. Po ujetí této vzdálenosti musíte zvážit výměnu snímače.
• Pokud je vozidlo vybaveno katalyzátorem, neměli byste používat olovnaté palivo, protože snižuje účinnost katalyzátoru. Jediným vhodným palivem je v tomto případě bezolovnatý.

Výhody těchto zařízení pro životní prostředí a naše zdraví jsou nepochybně obrovské, ale kromě jejich výhod mají i své nevýhody.

Jednou z jejich největších nevýhod je, že pracují pouze při vysokých teplotách. Jinými slovy, při nastartování vozu katalyzátor téměř nic neudělá, aby snížil emise výfukových plynů.

Účinně začne fungovat až poté, co se výfukové plyny zahřejí na 250–300 stupňů Celsia. To je důvod, proč někteří výrobci automobilů podnikli kroky k řešení tohoto problému přesunutím katalyzátoru blíže k motoru, což na jedné straně zlepšuje výkon zařízení, ale zkracuje jeho životnost, protože jeho blízkost k motoru jej vystavuje velmi vysokým teplotám.

V posledních letech bylo rozhodnuto umístit katalyzátor pod sedadlo spolujezdce na vzdálenost, která mu umožní efektivnější provoz bez vystavení vysokým teplotám motoru.

Další nevýhodou katalyzátorů je časté zanášení a připalování koláčů. K vyhoření obvykle dochází v důsledku nespáleného paliva vstupujícího do výfukového systému, který se zapálí v přívodu katalyzátoru. K ucpání dochází nejčastěji v důsledku špatného nebo nevhodného benzínu, běžného opotřebení, stylu jízdy atp.

To jsou velmi malé nevýhody na pozadí obrovských výhod, které získáváme z používání automobilových katalyzátorů. Díky těmto zařízením jsou škodlivé emise z automobilů omezené.

Někteří kritici tvrdí, že oxid uhličitý je také škodlivá emise. Domnívají se, že katalyzátor v autě není potřeba, protože takové emise zvyšují skleníkový efekt. Ve skutečnosti, pokud auto nemá katalyzátor a vypouští do vzduchu oxid uhelnatý, tento oxid se sám v atmosféře změní na oxid uhličitý.

Kdo vynalezl katalyzátor?

Ačkoli se katalyzátory neobjevily hromadně až do konce 1970. let, jejich historie začala mnohem dříve.

Za otce katalyzátoru je považován francouzský chemický inženýr Eugene Goudry, který si v roce 1954 patentoval svůj vynález pod názvem „Exhaust Catalytic Converter“.

Před tímto vynálezem Goodry vynalezl katalytické krakování, při kterém se velké komplexní organické chemikálie dělí na neškodné produkty. Poté experimentoval s různými druhy paliva, jeho cílem bylo zajistit jeho čistotu.

Ke skutečnému použití katalyzátorů v automobilech došlo v polovině 1970. let, kdy byly zavedeny přísnější předpisy o kontrole emisí vyžadující odstranění olova z výfuku z benzínu nízké kvality.

Otázky a odpovědi:

Jak zkontrolovat přítomnost katalyzátoru na autě? Chcete-li to provést, stačí se podívat pod auto. Kromě hlavního tlumiče a malého tlumiče (rezonátor, který je umístěn v přední části výfukového systému) je katalyzátor další žárovkou.

Kde je v autě katalyzátor? Protože katalyzátor musí pracovat v podmínkách vysokých teplot, je umístěn co nejblíže výfukovému potrubí. Je před rezonátorem.

Co je katalyzátor v autě? Jedná se o katalyzátor - přídavnou žárovku ve výfukovém systému. Je vyplněna keramickou hmotou, jejíž plástev je pokryta drahým kovem.