Hvordan fungerer en katalysator til biler?

Under driften af ​​en forbrændingsmotor frigøres udstødningsgasser i atmosfæren, som ikke kun er en af ​​de vigtigste årsager til luftforurening, men også en af ​​årsagerne til mange sygdomme.

Disse gasser, der kommer ud af køretøjets udstødningssystemer, består af ekstremt skadelige elementer, hvorfor moderne biler er udstyret med et specielt udstødningssystem, hvor en katalysator altid er til stede.

Den katalytiske konverter ødelægger skadelige molekyler i udstødningsgasser og gør dem så sikre som muligt for mennesker og miljøet.

Hvad er en katalysator?

En katalytisk konverter er en type enhed, hvis hovedopgave er at reducere skadelige emissioner fra udstødningsgasser fra bilmotorer. Katalysatorstrukturen er enkel. Dette er en metalbeholder, der er installeret i udstødningssystemet i en bil.

Der er to rør i tanken. Konverterens "input" er forbundet til motoren, og udstødningsgasser trænger igennem den, og "output" er forbundet til resonatoren i køretøjets udstødningssystem.

Når udstødningsgasserne fra motoren kommer ind i katalysatoren, finder kemiske reaktioner sted i den. De ødelægger skadelige gasser og omdanner dem til ufarlige gasser, der kan frigives i miljøet.

Hvad er komponenterne i den katalytiske konverter?

For at gøre det lidt klarere, hvordan en katalysator til biler fungerer, lad os overveje, hvad dens vigtigste elementer er. Uden at gå nærmere på detaljer vil vi kun liste over de vigtigste elementer, det er bygget fra.

Substrat

Substratet er den indre struktur af katalysatoren, hvorpå katalysatoren og ædle metaller er coatet. Der findes flere typer underlag. Deres største forskel er det materiale, det er lavet af. Oftest er det et inert stof, der stabiliserer aktive partikler på overfladen.

Dækning

Det aktive katalysatormateriale består sædvanligvis af aluminiumoxid og forbindelser såsom cerium, zirconium, nikkel, barium, lanthan og andre. Formålet med belægningen er at udvide den fysiske overflade af substratet og tjene som en base, hvorpå ædelmetallerne aflejres.

Ædelmetaller

De ædelmetaller, der er til stede i katalysatoren, tjener til at udføre en yderst vigtig katalytisk reaktion. Almindeligt anvendte ædelmetaller er platin, palladium og rhodium, men i de senere år er en lang række producenter begyndt at bruge guld.

boliger

Huset er den ydre skal af enheden og indeholder substratet og andre elementer i katalysatoren. Materialet, som sagen normalt er lavet af, er rustfrit stål.

rør

Rørene forbinder køretøjets katalysator med køretøjets udstødningssystem og motor. De er lavet af rustfrit stål.

Hvordan fungerer en katalysator til biler?

Til drift af en forbrændingsmotor er det vigtigt, at en stabil forbrændingsproces af luft-brændstofblandingen finder sted i dens cylindre. Under denne proces dannes skadelige gasser, såsom kulilte, nitrogenoxider, kulbrinter og andre.

Hvis bilen ikke har en katalysator, vil alle disse ekstremt skadelige gasser, når de først er frigivet i udstødningsmanifolden fra motoren, passere gennem udstødningssystemet og komme ind i luften, vi indånder direkte.

Hvis køretøjet har en katalytisk omformer, vil udstødningsgasser strømme fra motoren til lyddæmperen gennem substratets honningkam og reagere med ædelmetaller. Som et resultat af en kemisk reaktion neutraliseres skadelige stoffer, og kun ufarlig udstødning, for det meste kuldioxid, kommer ind i miljøet fra udstødningssystemet.

Vi ved fra kemitimerne, at en katalysator er et stof, der forårsager eller fremskynder en kemisk reaktion uden at påvirke den. Katalysatorer deltager i reaktioner, men er hverken reaktanter eller produkter af en katalytisk reaktion.

Der er to stadier, gennem hvilke skadelige gasser i en katalysator passerer: reduktion og oxidation. Hvordan det virker?

Når driftstemperaturen for katalysatoren når 500 til 1200 grader Fahrenheit eller 250-300 grader Celsius, sker der to ting: reduktion og straks derefter oxidationsreaktionen. Dette lyder lidt kompliceret, men det betyder faktisk, at stoffets molekyler samtidig mister og vinder elektroner, hvilket ændrer deres struktur.

Reduktionen (absorption af ilt), der forekommer i katalysatoren, er rettet mod at omdanne nitrogenoxid til en miljøvenlig gas.

Hvordan fungerer en bilkatalysator i gendannelsesfasen?

Når nitrogenoxid fra udstødningsgasserne i en bil kommer ind i katalysatoren, begynder platin og rodium i det at virke på nedbrydning af nitrogenoxidmolekyler og omdanne den skadelige gas til en helt ufarlig.

Hvad sker der i oxidationsstadiet?

Det andet trin, der forekommer i katalysatoren, kaldes oxidationsreaktionen, hvor uforbrændte kulbrinter omdannes til carbondioxid og vand ved blanding med ilt (oxidation).

Reaktionerne, der finder sted i katalysatoren, ændrer den kemiske sammensætning af udstødningsgasserne og ændrer strukturen i det atom, de er lavet af. Når molekyler af skadelige gasser passerer fra motoren til katalysatoren, bryder det ned i atomer. Atomerne rekombinerer igen til molekyler til dannelse af relativt ufarlige stoffer som kuldioxid, nitrogen og vand og frigøres i miljøet gennem udstødningssystemet.

De vigtigste typer katalytiske omformere, der bruges i benzinmotorer, er to: to-vejs og tre-vejs.

Bilateral

Den dobbeltvæggede (dobbeltsidede) katalysator udfører samtidig to opgaver: oxiderer kulilte til kuldioxid og oxiderer kulbrinter (uforbrændt eller delvist forbrændt brændstof) til kuldioxid og vand.

Denne type bilkatalysator blev brugt i diesel- og benzinmotorer til at reducere skadelige emissioner af kulbrinter og kulilte indtil 1981, men da den ikke kunne omdanne nitrogenoxider, blev den efter 81 erstattet med trevejskatalysatorer.

Trevejs redox-katalysator

Denne type bilkatalysator blev, som det viste sig, introduceret i 1981, og i dag er den installeret på alle moderne biler. Trevejskatalysatoren udfører tre opgaver samtidig:

• reducerer nitrogenoxid til nitrogen og ilt;
• oxiderer kulilte til kuldioxid;
• oxiderer uforbrændte kulbrinter til kuldioxid og vand.

Fordi denne type katalysator udfører både reduktions- og oxidationstrinene i katalyse, udfører den sin opgave med op til 98 % effektivitet. Det betyder, at hvis din bil er udstyret med sådan en katalysator, vil den ikke forurene miljøet med skadelige emissioner.

Typer af katalysatorer i dieselmotorer

For dieselkøretøjer var indtil for nylig en af ​​de mest almindeligt anvendte katalysatorer Diesel Oxidation Catalyst (DOC). Denne katalysator bruger ilt i udstødningsstrømmen til at omdanne kulilte til kuldioxid og kulbrinter til vand og kuldioxid. Desværre er denne type katalysator kun 90% effektiv og formår at eliminere diesellugt og reducere synlige partikler, men er ikke effektiv til at reducere NO x -emissioner.

Dieselmotorer udsender gasser, der indeholder et relativt højt niveau af partikler (sod), der hovedsageligt består af elementært kulstof, som DOC-katalysatorer ikke kan håndtere, så partiklerne skal fjernes ved hjælp af såkaldte partikelformede filtre (DPF).

Hvordan opretholdes katalysatorer?

For at undgå problemer med katalysatoren er det vigtigt at vide, at:

• Den gennemsnitlige katalysatorlevetid er ca. 160000 km. Når du har rejst denne afstand, skal du overveje at udskifte transduceren.
• Hvis køretøjet er udstyret med en katalysator, bør du ikke bruge blyholdigt brændstof, da det reducerer katalysatorens effektivitet. Det eneste egnede brændstof i dette tilfælde er blyfri.

Uden tvivl er fordelene ved disse enheder for miljøet og vores helbred enorme, men ud over deres fordele har de også deres ulemper.

En af deres største ulemper er, at de kun arbejder ved høje temperaturer. Med andre ord, når du starter din bil, gør den katalysator næsten intet for at reducere udstødningsemissioner.

Det begynder kun at fungere effektivt, når udstødningsgasserne er opvarmet til 250-300 grader celsius. Dette er grunden til, at nogle bilfabrikanter har taget skridt til at løse dette problem ved at flytte katalysatoren nærmere motoren, hvilket på den ene side forbedrer enhedens ydelse, men forkorter dens levetid, da dens nærhed til motoren udsætter den for meget høje temperaturer.

I de senere år er det besluttet at placere den katalysator under passagersædet i en afstand, der giver den mulighed for at arbejde mere effektivt uden at blive udsat for høje motortemperaturer.

Andre ulemper ved katalysatorer er hyppig tilstopning og kagebrænding. Udbrænding opstår normalt på grund af uforbrændt brændstof, der trænger ind i udstødningssystemet, som antændes i katalysatorens tilførsel. Tilstopning opstår oftest på grund af dårlig eller uegnet benzin, normal slitage, kørestil mv.

Dette er meget små ulemper på baggrund af de enorme fordele, vi får ved at bruge katalysatorer til biler. Takket være disse enheder er skadelige emissioner fra biler begrænset.

Nogle kritikere hævder, at kuldioxid også er en skadelig emission. De mener, at en katalysator ikke er nødvendig i en bil, fordi sådanne emissioner øger drivhuseffekten. Faktisk, hvis en bil ikke har en katalysator og udsender kulilte til luften, vil denne oxid selv blive til kuldioxid i atmosfæren.

Hvem opfandt katalysatoren?

Selvom katalysatorer ikke optrådte massivt før i slutningen af ​​1970'erne, begyndte deres historie meget tidligere.

Katalysatorens fader anses for at være den franske kemiingeniør Eugene Goudry, som i 1954 patenterede sin opfindelse under navnet "Exhaust Catalytic Converter".

Forud for denne opfindelse opfandt Goodry katalytisk krakning, hvor store komplekse organiske kemikalier adskilles i ufarlige produkter. Derefter eksperimenterede han med forskellige typer brændstof, hans mål var at gøre det renere.

Den faktiske anvendelse af katalysatorer i biler fandt sted i midten af ​​1970'erne, da der blev indført strengere emissionskontrolbestemmelser, der krævede fjernelse af bly fra udstødning fra lav kvalitet benzin.

Spørgsmål og svar:

Hvordan kontrollerer man tilstedeværelsen af ​​en katalysator på en bil? For at gøre dette skal du bare se under bilen. Ud over hovedlydpotten og den lille lydpotte (resonatoren, der sidder foran på udstødningssystemet), er katalysatoren en anden pære.

Hvor er katalysatoren i bilen? Da katalysatoren skal fungere under høje temperaturforhold, er den placeret så tæt på udstødningsmanifolden som muligt. Det er foran resonatoren.

Hvad er en katalysator i en bil? Dette er en katalysator - en ekstra pære i udstødningssystemet. Den er fyldt med keramisk materiale, hvis honeycomb er dækket af ædelmetal.