Kuidas töötab autokatalüüsmuundur?

Sisepõlemismootori töötamise ajal eralduvad atmosfääri heitgaasid, mis pole mitte ainult üks peamisi õhusaaste, vaid ka paljude haiguste põhjustajaid.

Need sõidukite heitgaasisüsteemidest väljuvad gaasid koosnevad äärmiselt kahjulikest elementidest, seetõttu on tänapäevased autod varustatud spetsiaalse väljalaskesüsteemiga, milles on alati olemas katalüsaator.

Katalüüsmuundur hävitab kahjulikud molekulid heitgaasides ja muudab need inimestele ja keskkonnale võimalikult ohutuks.

Mis on katalüsaator?

Katalüüsmuundur on seadmetüüp, mille peamine ülesanne on vähendada mootorite heitgaaside kahjulikke heitmeid. Katalüsaatori struktuur on lihtne. See on metallist mahuti, mis on paigaldatud auto väljalaskesüsteemi.

Paagis on kaks toru. Muunduri "sisend" on ühendatud mootoriga ja selle kaudu sisenevad heitgaasid ning "väljund" on ühendatud sõiduki heitgaasisüsteemi resonaatoriga.

Kui mootori heitgaas siseneb katalüsaatorisse, toimuvad keemilised reaktsioonid. Nad hävitavad kahjulikke gaase ja muudavad need kahjututeks gaasideks, mida saab keskkonda lasta.

Mis on katalüüsmuunduri elemendid?

Et veidi selgem olla, kuidas auto katalüüsmuundur töötab, kaalume, mis on selle peamised elemendid. Detailidesse laskumata loetleme ainult peamised elemendid, millest see on ehitatud.

Substraat

Substraat on katalüsaatori sisemine struktuur, millele katalüsaator ja väärismetallid on kaetud. Substraate on mitut tüüpi. Nende peamine erinevus on materjal, millest see on valmistatud. Enamasti on see inertne aine, mis stabiliseerib selle pinnal olevaid aktiivseid osakesi.

Coverage

Aktiivne katalüsaatormaterjal koosneb tavaliselt alumiiniumoksiidist ja sellistest ühenditest nagu tseerium, tsirkoonium, nikkel, baarium, lantaan ja teised. Katte eesmärk on laiendada aluspinna füüsilist pinda ja olla alus, millele sadestatakse väärismetallid.

Väärismetallid

Katalüüsmuunduris sisalduvad väärismetallid aitavad läbi viia äärmiselt olulise katalüütilise reaktsiooni. Tavaliselt kasutatavad väärismetallid on plaatina, pallaadium ja roodium, kuid viimastel aastatel on suur hulk tootjaid hakanud kasutama kulda.

Корпус

Korpus on seadme väliskest ja sisaldab substraati ja muid katalüsaatori elemente. Materjal, millest korpus on tavaliselt valmistatud, on roostevaba teras.

Torud

Torud ühendavad sõiduki katalüüsmuunduri sõiduki väljalaskesüsteemi ja mootoriga. Need on valmistatud roostevabast terasest.

Kuidas töötab autokatalüüsmuundur?

Sisepõlemismootori tööks on oluline, et selle silindrites toimuks õhk-kütuse segu stabiilne põlemisprotsess. Selle protsessi käigus tekivad kahjulikud gaasid nagu süsinikmonooksiid, lämmastikoksiidid, süsivesinikud jt.

Kui autol puudub katalüüsmuundur, läbivad kõik need ülimalt kahjulikud gaasid pärast mootorist väljalaskekollektorisse laskmist heitgaasisüsteemi ja sisenevad otse õhku, mida hingame.

Kui sõidukil on katalüsaator, voolavad heitgaasid mootorist summutisse läbi põhimiku kärje ja reageerivad väärismetallidega. Keemilise reaktsiooni tulemusena neutraliseeritakse kahjulikud ained ja heitgaasisüsteemist satub keskkonda ainult kahjutu heitgaas, peamiselt süsinikdioksiid.

Me teame keemiatundidest, et katalüsaator on aine, mis põhjustab või kiirendab keemilist reaktsiooni ilma seda mõjutamata. Katalüsaatorid osalevad reaktsioonides, kuid ei ole reagendid ega katalüütilise reaktsiooni produktid.

Katalüsaatoris leiduvate kahjulike gaaside läbimisel on kaks etappi: redutseerimine ja oksüdeerumine. Kuidas see töötab?

Kui katalüsaatori töötemperatuur jõuab 500–1200 kraadi Fahrenheiti või 250–300 kraadi Celsiuse järgi, juhtub kaks asja: redutseerimine ja vahetult pärast seda oksüdatsioonireaktsioon. See kõlab veidi keerukalt, kuid tegelikult tähendab see, et aine molekulid kaotavad ja saavad samaaegselt elektrone, mis muudab nende struktuuri.

Katalüsaatoris toimuv redutseerimine (hapniku omastamine) on suunatud lämmastikoksiidi muundamisele keskkonnasõbralikuks gaasiks.

Kuidas töötab autotranspordi katalüsaator taastefaasis?

Kui auto heitgaasidest pärit dilämmastikoksiid satub katalüsaatorisse, hakkavad selles sisalduv plaatina ja roodium toimima lämmastikoksiidi molekulide lagunemisele, muutes kahjuliku gaasi täiesti kahjutuks.

Mis juhtub oksüdeerumise etapis?

Teist etappi, mis toimub katalüsaatoris, nimetatakse oksüdatsioonireaktsiooniks, mille käigus põletamata süsivesinikud muundatakse hapnikuga segades süsinikdioksiidiks ja veeks (oksüdeerumine).

Katalüsaatoris toimuvad reaktsioonid muudavad heitgaaside keemilist koostist, muutes nende aatomi struktuuri. Kui kahjulike gaaside molekulid liiguvad mootorist katalüsaatorisse, lagundab see need aatomiteks. Aatomid rekombineeruvad omakorda molekulideks, moodustades suhteliselt kahjutuid aineid nagu süsinikdioksiid, lämmastik ja vesi, ning eralduvad heitgaasisüsteemi kaudu keskkonda.

Bensiinimootorites kasutatavad katalüüsmuundurite peamised tüübid on kahesuunalised ja kolmesuunalised.

Kahepoolne

Kaheseinaline (kahepoolne) katalüsaator täidab samaaegselt kahte ülesannet: oksüdeerib süsinikmonooksiidi süsinikdioksiidiks ja oksüdeerib süsivesinikke (põlemata või osaliselt põlenud kütus) süsinikdioksiidiks ja veeks.

Seda tüüpi autokatalüsaatoreid kasutati diislikütuse- ja bensiinimootorites süsivesinike ja süsinikmonooksiidi kahjulike heitmete vähendamiseks kuni 1981. aastani, kuid kuna see ei suutnud lämmastikoksiide muundada, asendati see pärast 81 suunda kolmesuunaliste katalüsaatoritega.

Kolmekäiguline redoks-katalüüsmuundur

Seda tüüpi autokatalüsaator, nagu selgus, võeti kasutusele 1981. aastal ja täna on see paigaldatud kõigile kaasaegsetele autodele. Kolmesuunaline katalüsaator täidab korraga kolme ülesannet:

• redutseerib lämmastikoksiidi lämmastikuks ja hapnikuks;
• oksüdeerib süsinikmonooksiidi süsinikdioksiidiks;
• oksüdeerib põlemata süsivesinikud süsinikdioksiidiks ja veeks.

Kuna seda tüüpi katalüüsmuundur täidab nii katalüüsi redutseerimis- kui ka oksüdatsioonietappe, täidab see oma ülesannet kuni 98% efektiivsusega. See tähendab, et kui teie auto on varustatud sellise katalüsaatoriga, ei saasta see keskkonda kahjulike heitmetega.

Katalüsaatorite tüübid diiselmootorites

Diiselmootoriga sõidukite puhul oli kuni viimase ajani üks kõige sagedamini kasutatav katalüüsmuundur diislikütuse katalüsaator (DOC). See katalüsaator kasutab heitgaasivoolus olevat hapnikku, et muuta süsinikmonooksiid süsinikdioksiidiks ja süsivesinikud veeks ja süsinikdioksiidiks. Kahjuks on seda tüüpi katalüsaator efektiivne ainult 90% ja suudab kõrvaldada diislikütuse lõhna ja vähendada nähtavaid osakesi, kuid ei ole efektiivne NO x heitmete vähendamisel.

Diiselmootorid eraldavad gaase, mis sisaldavad suhteliselt palju tahkeid osakesi (tahma), mis koosneb peamiselt elementaarsest süsinikust, millega DOC-katalüsaatorid toime ei tule, seetõttu tuleb osakesed eemaldada nn tahkete osakeste filtrite (DPF) abil.

Kuidas hoitakse katalüsaatoreid?

Katalüsaatoriga seotud probleemide vältimiseks on oluline teada, et:

• Keskmine katalüsaatori eluiga on umbes 160000 XNUMX km. Pärast selle vahemaa läbimist peate kaaluma muunduri vahetamist.
• Kui sõiduk on varustatud katalüsaatoriga, ei tohiks te kasutada plii sisaldavat kütust, kuna see vähendab katalüsaatori efektiivsust. Ainus sobiv kütus on sel juhul pliivaba.

Kahtlemata on nende seadmete eelised keskkonnale ja meie tervisele tohutud, kuid lisaks nende eelistele on neil ka oma puudused.

Nende üks suurimaid miinuseid on see, et nad töötavad ainult kõrgel temperatuuril. Teisisõnu, kui auto käivitate, ei tee katalüüsmuundur heitgaaside vähendamiseks peaaegu midagi.

See hakkab tõhusalt tööle alles pärast seda, kui heitgaasid on kuumutatud temperatuurini 250–300 kraadi. Seetõttu on mõned autotootjad astunud samme selle probleemi lahendamiseks, viies katalüsaatori mootorile lähemale, mis ühelt poolt parandab seadme tööd, kuid lühendab selle eluiga, kuna mootori lähedus viib selle väga kõrgetele temperatuuridele.

Viimastel aastatel on otsustatud paigutada katalüüsmuundur kõrvalistuja alla sellisele kaugusele, mis võimaldab tal töötada tõhusamalt, ilma et see puutuks kokku mootori kõrge temperatuuriga.

Muud katalüsaatorite puudused on sagedane ummistumine ja koogi põletamine. Läbipõlemine toimub tavaliselt põlemata kütuse sattumise tõttu heitgaasisüsteemi, mis süttib katalüüsmuunduri etteandes. Ummistused tekivad kõige sagedamini kehva või ebasobiva bensiini, normaalse kulumise, sõidustiili jms tõttu.

Need on väga väikesed puudused, arvestades tohutuid eeliseid, mida saame autokatalüsaatorite kasutamisest. Tänu neile seadmetele on autode kahjulikud heitkogused piiratud.

Mõned kriitikud väidavad, et ka süsinikdioksiid on kahjulik emissioon. Nad usuvad, et autos pole katalüsaatorit vaja, sest sellised heitmed suurendavad kasvuhooneefekti. Tegelikult, kui autol pole katalüsaatorit ja see paiskab õhku vingugaasi, muutub see oksiid ise atmosfääris süsinikdioksiidiks.

Kes leiutas katalüsaatori?

Ehkki katalüsaatorid ilmusid massiliselt alles 1970. aastate lõpus, algas nende ajalugu palju varem.

Katalüsaatori isaks peetakse prantsuse keemiainseneri Eugene Goudryt, kes 1954. aastal patenteeris oma leiutise "Exhaust Catalytic Converter" nime all.

Enne seda leiutist leiutas Goodry katalüütilise krakkimise, mille käigus suured komplekssed orgaanilised kemikaalid eraldatakse kahjututeks toodeteks. Seejärel katsetas ta erinevaid kütuseliike, tema eesmärk oli muuta see puhtamaks.

Katalüsaatorite tegelik kasutamine autodes leidis aset 1970. aastate keskel, kui kehtestati rangemad heitekontrolli eeskirjad, mis nõuavad madala kvaliteediga bensiini heitgaasist plii eemaldamist.

Küsimused ja vastused:

Kuidas kontrollida katalüsaatori olemasolu autol? Selleks vaadake lihtsalt auto alla. Lisaks peasummutile ja väikesele summutile (väljalaskesüsteemi ees asuv resonaator) on katalüsaatoriks veel üks pirn.

Kus on autos katalüsaator? Kuna katalüsaator peab töötama kõrge temperatuuri tingimustes, siis asub see väljalaskekollektorile võimalikult lähedal. See on resonaatori ees.

Mis on katalüsaator autos? See on katalüüsmuundur - väljalaskesüsteemi lisapirn. See on täidetud keraamilise materjaliga, mille kärg on kaetud väärismetalliga.