مبدل کاتالیزوری خودرو چگونه کار می کند؟

در حین کار یک موتور احتراق داخلی ، گازهای خروجی در اتمسفر آزاد می شوند که نه تنها یکی از دلایل اصلی آلودگی هوا هستند ، بلکه یکی از عوامل بسیاری از بیماری ها هستند.

این گازها که از سیستم اگزوز وسایل نقلیه خارج می شوند ، از عناصر بسیار مضر تشکیل شده اند ، به همین دلیل اتومبیل های مدرن به سیستم اگزوز ویژه ای مجهز شده اند که در آن کاتالیزور همیشه وجود دارد.

مبدل کاتالیزوری مولکولهای مضر موجود در گازهای خروجی را از بین می برد و آنها را تا آنجا که ممکن است برای مردم و محیط زیست ایمن می کند.

کاتالیزور چیست؟

مبدل کاتالیستی نوعی دستگاه است که وظیفه اصلی آن کاهش انتشار مضر از گازهای خروجی از موتورهای اتومبیل است. ساختار کاتالیزور ساده است. این یک ظرف فلزی است که در سیستم اگزوز ماشین نصب شده است.

در مخزن دو لوله وجود دارد. "ورودی" مبدل به موتور متصل می شود و گازهای خروجی از طریق آن وارد می شوند و "خروجی" به تشدید کننده سیستم اگزوز خودرو متصل می شود.

هنگامی که گاز خروجی موتور وارد کاتالیزور می شود ، واکنش های شیمیایی اتفاق می افتد. آنها گازهای مضر را از بین می برند و آنها را به گازهای بی ضرری تبدیل می کنند که می توانند در محیط آزاد شوند.

اجزای مبدل کاتالیزوری چیست؟

برای اینکه کمی کارکرد مبدل کاتالیزوری خودرو روشن شود ، بیایید عناصر اصلی آن را بررسی کنیم. بدون ورود به جزئیات ، ما فقط عناصر اصلی را که از آنها ساخته شده است لیست می کنیم.

بستر

زیرلایه ساختار داخلی کاتالیزور است که کاتالیزور و فلزات گرانبها روی آن پوشانده شده اند. انواع مختلفی از بسترها وجود دارد. تفاوت اصلی آنها در ماده ای است که از آن ساخته شده است. اغلب این یک ماده بی اثر است که ذرات فعال را روی سطح خود تثبیت می کند.

پوشش

ماده کاتالیزور فعال معمولاً از آلومینا و ترکیباتی مانند سریم، زیرکونیوم، نیکل، باریم، لانتانیم و غیره تشکیل شده است. هدف از پوشش این است که سطح فیزیکی زیرلایه را گسترش دهد و به عنوان پایه ای باشد که فلزات گرانبها روی آن قرار می گیرند.

فلزات گرانبها

فلزات گرانبهای موجود در مبدل کاتالیزوری برای انجام یک واکنش کاتالیزوری بسیار مهم عمل می کنند. فلزات گرانبها که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند پلاتین، پالادیوم و رودیوم هستند، اما در سال های اخیر تعداد زیادی از تولیدکنندگان شروع به استفاده از طلا کرده اند.

سپاه

محفظه پوسته بیرونی دستگاه است و شامل بستر و سایر عناصر کاتالیزور است. ماده ای که معمولا از آن کیس ساخته می شود، فولاد ضد زنگ است.

لوله ها

لوله ها مبدل کاتالیزوری خودرو را به سیستم اگزوز و موتور خودرو متصل می کنند. آنها از فولاد ضد زنگ ساخته شده اند.

مبدل کاتالیزوری خودرو چگونه کار می کند؟

برای عملکرد یک موتور احتراق داخلی ، مهم است که یک فرآیند احتراق پایدار از مخلوط سوخت و هوا در سیلندرهای آن انجام شود. در طی این فرآیند ، گازهای مضر مانند مونوکسیدکربن ، اکسیدهای نیتروژن ، هیدروکربن ها و غیره تولید می شوند.

اگر ماشین فاقد مبدل کاتالیزوری باشد ، تمام این گازهای فوق العاده مضر پس از تخلیه شدن در منیفولد اگزوز از موتور ، از سیستم اگزوز عبور کرده و مستقیماً وارد هوای تنفسی ما می شوند.

اگر وسیله نقلیه دارای مبدل کاتالیزوری باشد ، گازهای خروجی از طریق لانه زنبوری بستر از موتور به صدا خفه کن منتقل می شوند و با فلزات گرانبها واکنش نشان می دهند. در نتیجه یک واکنش شیمیایی ، مواد مضر خنثی می شوند و فقط اگزوزهای بی ضرر ، عمدتا دی اکسید کربن ، از سیستم اگزوز وارد محیط می شوند.

ما از درس های شیمی می دانیم که کاتالیزور ماده ای است که باعث ایجاد یا تسریع یک واکنش شیمیایی بدون تأثیر بر آن می شود. کاتالیزورها در واکنش ها شرکت می کنند اما نه واکنش دهنده هستند و نه محصول یک واکنش کاتالیزوری.

دو مرحله وجود دارد که از طریق آنها گازهای مضر در یک کاتالیزور عبور می کنند: کاهش و اکسیداسیون. چگونه کار می کند؟

وقتی دمای عملکرد کاتالیزور به 500 تا 1200 درجه فارنهایت یا 250-300 درجه سانتیگراد برسد ، دو اتفاق می افتد: کاهش ، و بلافاصله پس از آن واکنش اکسیداسیون. این موضوع کمی پیچیده به نظر می رسد ، اما در واقع به این معنی است که مولکول های ماده همزمان از دست می روند و الکترون می گیرند ، که ساختار آنها را تغییر می دهد.

کاهش (جذب اکسیژن) که در کاتالیزور اتفاق می افتد با هدف تبدیل اکسید نیتریک به گاز سازگار با محیط زیست است.

چگونه یک کاتالیزور خودرو در مرحله بازیابی کار می کند؟

وقتی اکسید نیتروژن حاصل از گازهای خروجی اتومبیل وارد کاتالیزور می شود ، پلاتین و رودیم موجود در آن بر تجزیه مولکول های اکسید نیتروژن عمل می کنند و گاز مضر را به گاز کاملاً بی ضرری تبدیل می کنند.

در مرحله اکسیداسیون چه اتفاقی می افتد؟

مرحله دوم که در کاتالیزور اتفاق می افتد واکنش اکسیداسیون نامیده می شود که در آن هیدروکربن های نسوخته با مخلوط شدن با اکسیژن (اکسیداسیون) به دی اکسید کربن و آب تبدیل می شوند.

واکنشهایی که در کاتالیزور اتفاق می افتد باعث تغییر ترکیب شیمیایی گازهای خروجی می شود و ساختار اتمی که از آنها ساخته می شود را تغییر می دهد. وقتی مولکول های گازهای مضر از موتور به کاتالیزور منتقل می شوند ، آنها را به اتم ها تقسیم می کند. اتم ها به نوبه خود با ترکیب مجدد مولکول ها ، مواد نسبتاً بی ضرری مانند دی اکسید کربن ، نیتروژن و آب تشکیل می دهند و از طریق سیستم اگزوز در محیط آزاد می شوند.

انواع اصلی مبدل های کاتالیزوری مورد استفاده در موتورهای بنزینی دو نوع است: دو طرفه و سه طرفه.

دو طرفه

کاتالیزور دو جداره (دو طرفه) همزمان دو وظیفه را انجام می دهد: اکسید مونوکسیدکربن به دی اکسید کربن و اکسیداسیون هیدروکربن ها (سوخت نسوخته یا نسوزانده) به دی اکسید کربن و آب.

این نوع کاتالیزور خودرو در موتورهای دیزلی و بنزینی برای کاهش انتشار مضر هیدروکربن ها و مونوکسیدکربن تا سال 1981 مورد استفاده قرار می گرفت ، اما از آنجا که نتوانست اکسیدهای نیتروژن را تبدیل کند ، پس از سال 81 با کاتالیست های سه طرفه جایگزین شد.

مبدل کاتالیزوری اکسیداسیون سه طرفه

این نوع کاتالیزور خودرو ، همانطور که مشخص شد ، در سال 1981 معرفی شد و امروزه روی همه اتومبیل های مدرن نصب شده است. کاتالیزور سه طرفه همزمان سه کار را انجام می دهد:

• اکسید نیتریک را به نیتروژن و اکسیژن کاهش می دهد.
• اکسید کربن را به دی اکسید کربن اکسید می کند.
• هیدروکربنهای نسوخته را به دی اکسید کربن و آب اکسید می کند.

از آنجایی که این نوع مبدل کاتالیزوری هر دو مرحله احیا و اکسیداسیون کاتالیز را انجام می دهد، وظیفه خود را تا 98 درصد بازده انجام می دهد. این بدان معناست که اگر خودروی شما به چنین مبدل کاتالیزوری مجهز باشد، محیط زیست را با آلاینده های مضر آلوده نمی کند.

انواع کاتالیزورها در موتورهای دیزلی

برای خودروهای دیزلی ، تا همین اواخر ، یکی از مبدلهای کاتالیزوری که بیشتر مورد استفاده قرار می گرفت ، کاتالیزور اکسیداسیون دیزل (DOC) بود. این کاتالیزور با استفاده از اکسیژن موجود در جریان اگزوز ، مونوکسیدکربن را به دی اکسید کربن و هیدروکربن ها را به آب و دی اکسید کربن تبدیل می کند. متأسفانه ، این نوع کاتالیزورها فقط 90٪ کارآمد هستند و می توانند بوی گازوئیل را از بین ببرند و ذرات قابل مشاهده را کاهش دهند ، اما در کاهش انتشار NOx موثر نیستند.

موتورهای دیزلی گازهایی ساطع می کنند که حاوی سطح ذرات نسبتاً بالایی (دوده) است که عمدتا از کربن اساسی تشکیل شده است ، کاتالیزورهای DOC نمی توانند با آن کنار بیایند ، بنابراین ذرات باید با استفاده از فیلترهای ذرات معلق (DPF) خارج شوند.

چگونه کاتالیزورها نگهداری می شوند؟

برای جلوگیری از مشکلات کاتالیزور ، مهم است که بدانید:

• متوسط ​​عمر کاتالیزور حدود 160000،XNUMX کیلومتر است. پس از طی این مسافت ، باید تعویض مبدل را در نظر بگیرید.
• اگر وسیله نقلیه مجهز به مبدل کاتالیزوری است، نباید از سوخت سرب استفاده کنید، زیرا کارایی کاتالیزور را کاهش می دهد. تنها سوخت مناسب در این مورد بدون سرب است.

بدون شک فواید این دستگاه ها برای محیط زیست و سلامتی ما بسیار زیاد است ، اما علاوه بر فوایدی که دارند ، دارای اشکالاتی نیز هستند.

یکی از بزرگترین معایب آنها این است که آنها فقط در دمای بالا کار می کنند. به عبارت دیگر ، هنگامی که اتومبیل خود را روشن می کنید ، مبدل کاتالیزوری تقریباً هیچ کاری در کاهش انتشار گازهای خروجی انجام نمی دهد.

این کار فقط پس از گرم شدن گازهای خروجی تا دمای 250-300 درجه سانتیگراد شروع به کار موثر می کند. به همین دلیل است که برخی از تولیدکنندگان اتومبیل با نزدیک کردن کاتالیزور به موتور گامهایی را برای رفع این مشکل برداشته اند که از یک طرف باعث بهبود عملکرد دستگاه می شود اما طول عمر آن را کوتاه می کند زیرا همجواری آن با موتور آن را در معرض دمای بسیار بالا قرار می دهد.

در سالهای اخیر تصمیم گرفته شده است مبدل کاتالیزوری در زیر صندلی مسافر در مسافتی قرار گیرد که به آن امکان می دهد بدون قرار گرفتن در معرض دمای بالای موتور کارایی بیشتری داشته باشد.

Другими недостатками катализаторов являются частое засорение и обжиг пирога. Выгорание обычно происходит из-за не сгоревшего топлива, попадающего в выхлопную систему, которое воспламеняется в подаче катализатора. Засорение чаще всего происходит из-за плохого или неподходящего бензина, естественного износа, стиля вождения и т.д.

اینها معایب بسیار ناچیزی هستند که در پس زمینه مزایای زیادی که ما از استفاده از کاتالیزورهای اتومبیل به دست می آوریم ، هستند. به لطف این دستگاه ها ، میزان انتشار مضر از خودروها محدود است.

برخی از منتقدان استدلال می کنند که دی اکسید کربن نیز یک انتشار مضر است. آنها معتقدند که کاتالیزور در خودرو مورد نیاز نیست، زیرا چنین گازهای گلخانه ای باعث افزایش اثر گلخانه ای می شود. در واقع اگر خودرویی مبدل کاتالیزوری نداشته باشد و مونوکسید کربن در هوا منتشر کند، این اکسید خود به دی اکسید کربن موجود در جو تبدیل می شود.

چه کسی کاتالیزور را اختراع کرد؟

گرچه کاتالیزورها تا اواخر دهه 1970 به صورت دسته جمعی ظاهر نشدند ، اما تاریخچه آنها خیلی زودتر آغاز شد.

پدر کاتالیزور را مهندس شیمی فرانسوی یوجین گودری می دانند که در سال 1954 اختراع خود را تحت عنوان "مبدل کاتالیستی اگزوز" به ثبت رساند.

پیش از این اختراع ، گودری ترک خوردگی کاتالیزوری را اختراع کرد که در آن مواد شیمیایی آلی پیچیده و بزرگ به محصولات بی ضرر جدا می شوند. سپس او انواع مختلفی از سوخت را آزمایش کرد ، هدف او تمیزتر کردن آن بود.

استفاده واقعی از کاتالیزورها در اتومبیل ها در اواسط دهه 1970 اتفاق افتاد ، زمانی که مقررات سختگیرانه کنترل انتشار آلایندگی برای حذف سرب از اگزوز از بنزین بی کیفیت ارائه شد.

سوالات و پاسخ ها:

چگونه وجود کاتالیزور را روی خودرو بررسی کنیم؟ برای این کار کافی است به زیر ماشین نگاه کنید. علاوه بر صدا خفه کن اصلی و صدا خفه کن کوچک (رزوناتوری که در جلوی سیستم اگزوز قرار می گیرد)، کاتالیزور نیز لامپ دیگری است.

کاتالیزور ماشین کجاست؟ از آنجایی که کاتالیزور باید در شرایط دمای بالا کار کند، تا حد امکان نزدیک به منیفولد اگزوز قرار دارد. جلوی طنین انداز است.

کاتالیزور در خودرو چیست؟ این یک مبدل کاتالیزوری است - یک لامپ اضافی در سیستم اگزوز. با مواد سرامیکی پر شده است که لانه زنبوری آن با فلز گرانبها پوشانده شده است.