Kuinka autokatalysaattori toimii?

Polttomoottorin käytön aikana ilmakehään vapautuu pakokaasuja, jotka eivät ole vain yksi ilman pilaantumisen tärkeimmistä syistä, mutta myös yksi monien sairauksien syistä.

Nämä ajoneuvojen pakojärjestelmistä tulevat kaasut koostuvat erittäin haitallisista elementeistä, minkä vuoksi nykyaikaiset autot on varustettu erityisellä pakojärjestelmällä, jossa katalyytti on aina läsnä.

Katalysaattori tuhoaa pakokaasujen haitalliset molekyylit ja tekee niistä mahdollisimman turvallisia ihmisille ja ympäristölle.

Mikä on katalyytti?

Katalysaattori on eräänlainen laite, jonka päätehtävänä on vähentää autojen moottorien pakokaasujen haitallisia päästöjä. Katalyyttirakenne on yksinkertainen. Tämä on metallisäiliö, joka asennetaan auton pakojärjestelmään.

Säiliössä on kaksi putkea. Muuntimen "tulo" on kytketty moottoriin, ja pakokaasut tulevat sen läpi, ja "lähtö" on kytketty ajoneuvon pakojärjestelmän resonaattoriin.

Kun moottorin pakokaasut pääsevät katalysaattoriin, siinä tapahtuu kemiallisia reaktioita. Ne tuhoavat haitalliset kaasut ja muuttavat niistä vaarattomiksi kaasuiksi, jotka voivat vapautua ympäristöön.

Mitkä ovat katalysaattorin komponentit?

Tarkastellaan, mitkä ovat sen pääelementit, jotta autokatalysaattorin toiminta olisi hiukan selkeämpää. Laskematta yksityiskohtiin, luettelemme vain tärkeimmät elementit, joista se on rakennettu.

Alustan

Substraatti on katalyytin sisäinen rakenne, jolle katalyytti ja jalometallit on päällystetty. Substraatteja on useita tyyppejä. Niiden tärkein ero on materiaali, josta se on valmistettu. Useimmiten se on inertti aine, joka stabiloi aktiiviset hiukkaset pinnallaan.

Kattavuus

Aktiivinen katalyyttimateriaali koostuu yleensä alumiinioksidista ja yhdisteistä, kuten cerium, zirkonium, nikkeli, barium, lantaani ja muut. Pinnoitteen tarkoituksena on laajentaa alustan fyysistä pintaa ja toimia pohjana, jolle jalometallit kerrostetaan.

Jalometallit

Katalysaattorissa olevat jalometallit suorittavat erittäin tärkeän katalyyttisen reaktion. Yleisimmin käytettyjä jalometalleja ovat platina, palladium ja rodium, mutta viime vuosina monet valmistajat ovat alkaneet käyttää kultaa.

kotelo

Kotelo on laitteen ulkokuori ja sisältää substraatin ja muut katalyytin elementit. Materiaali, josta kotelo yleensä valmistetaan, on ruostumaton teräs.

putket

Putket yhdistävät ajoneuvon katalysaattorin ajoneuvon pakojärjestelmään ja moottoriin. Ne on valmistettu ruostumattomasta teräksestä.

Kuinka autokatalysaattori toimii?

Polttomoottorin toiminnan kannalta on tärkeätä, että sen polttoaineissa tapahtuu ilma-polttoaineseoksen vakaa palamisprosessi. Tämän prosessin aikana muodostuu haitallisia kaasuja, kuten hiilimonoksidi, typen oksidit, hiilivedyt ja muut.

Jos autossa ei ole katalysaattoria, kaikki nämä erittäin haitalliset kaasut kulkevat pakokaasujärjestelmään moottorin päästämisen jälkeen pakojärjestelmän läpi ja menevät suoraan ilmaan, jota hengitämme.

Jos ajoneuvossa on katalysaattori, pakokaasut virtaavat moottorista äänenvaimentimeen substraatin kennon läpi ja reagoivat jalometallien kanssa. Kemiallisen reaktion seurauksena haitalliset aineet neutraloituvat ja pakojärjestelmästä pääsee ympäristöön vain vaarattomia pakokaasuja, jotka ovat pääasiassa hiilidioksidia.

Tiedämme kemian tunneista, että katalyytti on aine, joka aiheuttaa tai nopeuttaa kemiallista reaktiota vaikuttamatta siihen. Katalyytit osallistuvat reaktioihin, mutta eivät ole reaktantteja eivätkä katalyyttisen reaktion tuotteita.

Katalysaattorissa tapahtuvat haitalliset kaasut kulkevat kahdessa vaiheessa: pelkistys ja hapetus. Kuinka se toimii?

Kun katalysaattorin käyttölämpötila saavuttaa 500 - 1200 astetta Fahrenheit tai 250-300 astetta, tapahtuu kaksi asiaa: pelkistys ja heti sen jälkeen hapettumisreaktio. Tämä kuulostaa hiukan monimutkaiselta, mutta se tarkoittaa tosiasiassa, että aineen molekyylit häviävät ja saavat samanaikaisesti elektroneja, mikä muuttaa niiden rakennetta.

Katalysaattorissa tapahtuvalla pelkistyksellä (hapen absorptiolla) pyritään muuttamaan typpioksidi ympäristöystävälliseksi kaasuksi.

Kuinka autokatalyytti toimii talteenottovaiheessa?

Kun auton pakokaasusta peräisin oleva typpioksidi tulee katalysaattoriin, siinä oleva platina ja rodium alkavat vaikuttaa typpioksidimolekyylien hajoamiseen muuttaen haitallisen kaasun täysin vaarattomaksi.

Mitä tapahtuu hapetusvaiheessa?

Toista katalysaattorissa tapahtuvaa vaihetta kutsutaan hapettumisreaktioksi, jossa palamattomat hiilivedyt muuttuvat hiilidioksidiksi ja vedeksi sekoittamalla hapen kanssa (hapetus).

Katalysaattorissa tapahtuvat reaktiot muuttavat pakokaasujen kemiallista koostumusta muuttaen niiden atomin rakennetta, josta ne tehdään. Kun haitallisten kaasujen molekyylit kulkevat moottorista katalyyttiin, se hajottaa ne atomiksi. Atomit puolestaan ​​yhdistyvät molekyyleiksi suhteellisen vaarattomiksi aineiksi kuten hiilidioksidi, typpi ja vesi, ja vapautuvat ympäristöön pakojärjestelmän kautta.

Tärkeimmät katalysaattoreiden tyypit, joita käytetään bensiinimoottoreissa, ovat kaksi: kaksisuuntainen ja kolmisuuntainen.

kahdenvälinen

Kaksiseinäinen (kaksipuolinen) katalyytti suorittaa samanaikaisesti kaksi tehtävää: se hapettaa hiilimonoksidin hiilidioksidiksi ja hapettaa hiilivedyt (palamaton tai osittain poltettu polttoaine) hiilidioksidiksi ja vedeksi.

Tämäntyyppistä autokatalyyttiä käytettiin diesel- ja bensiinimoottoreissa hiilivetyjen ja hiilimonoksidin haitallisten päästöjen vähentämiseksi vuoteen 1981 saakka, mutta koska se ei pystynyt muuttamaan typen oksideja, sen jälkeen 81: n jälkeen se korvattiin kolmisuuntaisilla katalyyteillä.

Kolmitie redox-katalysaattori

Tämän tyyppinen autokatalysaattori, kuten kävi ilmi, otettiin käyttöön vuonna 1981, ja nykyään se asennetaan kaikkiin nykyaikaisiin autoihin. Kolmitie katalysaattori suorittaa kolme tehtävää samanaikaisesti:

• pelkistää typpioksidin typeksi ja hapeksi;
• hapettaa hiilimonoksidin hiilidioksidiksi;
• hapettaa palamattomat hiilivedyt hiilidioksidiksi ja vedeksi.

Koska tämäntyyppinen katalysaattori suorittaa sekä katalyysin pelkistys- että hapetusvaiheet, se suorittaa tehtävänsä jopa 98 %:n hyötysuhteella. Tämä tarkoittaa, että jos autosi on varustettu tällaisella katalysaattorilla, se ei saastuta ympäristöä haitallisilla päästöillä.

Tyypit katalysaattoreita dieselmoottoreissa

Diesel-ajoneuvoissa viime aikoihin asti yksi yleisimmin käytetyistä katalysaattoreista oli dieselöljyhapetuskatalyytti (DOC). Tämä katalyytti käyttää happea pakokaasuvirrassa hiilimonoksidin muuttamiseksi hiilidioksidiksi ja hiilivedyt vedeksi ja hiilidioksidiksi. Valitettavasti tämäntyyppinen katalyytti on vain 90% tehokasta ja pystyy poistamaan dieselin hajun ja vähentämään näkyviä hiukkasia, mutta ei ole tehokas vähentämään NO x -päästöjä.

Dieselmoottorit päästävät kaasuja, jotka sisältävät suhteellisen paljon hiukkasia (noki), joka koostuu pääasiassa alkuainehiilestä, johon DOC-katalyytit eivät pysty käsittelemään, joten hiukkaset on poistettava ns. Hiukkassuodattimilla (DPF).

Kuinka katalyyttejä ylläpidetään?

Katalysaattoriongelmien välttämiseksi on tärkeää tietää, että:

• Keskimääräinen katalysaattorin käyttöikä on noin 160000 XNUMX km. Tämän matkan jälkeen sinun on harkittava anturin vaihtamista.
• Jos ajoneuvo on varustettu katalysaattorilla, lyijypitoista polttoainetta ei pidä käyttää, koska se heikentää katalysaattorin tehokkuutta. Ainoa sopiva polttoaine tässä tapauksessa on lyijytön.

Näiden laitteiden hyödyt ympäristölle ja terveydelle ovat epäilemättä valtavat, mutta hyötyjen lisäksi niillä on myös haittoja.

Yksi heidän suurimmista haitoista on, että ne toimivat vain korkeissa lämpötiloissa. Toisin sanoen, kun käynnistät auton, katalysaattori ei tee melkein mitään vähentääkseen pakokaasupäästöjä.

Se alkaa toimia tehokkaasti vasta sen jälkeen, kun pakokaasut on lämmitetty 250-300 celsiusasteeseen. Siksi jotkut autonvalmistajat ovat ryhtyneet toimiin ongelman ratkaisemiseksi siirtämällä katalysaattoria lähemmäksi moottoria, mikä toisaalta parantaa laitteen suorituskykyä, mutta lyhentää sen käyttöikää, koska moottorin läheisyys altistaa sen erittäin korkeille lämpötiloille.

Viime vuosina on päätetty sijoittaa katalysaattori matkustajan istuimen alle etäisyydelle, joka mahdollistaa sen toiminnan tehokkaammin altistamatta korkeille moottorin lämpötiloille.

Muita katalyyttien haittoja ovat usein tukkeutuminen ja kakun palaminen. Palaminen johtuu yleensä palamattoman polttoaineen pääsystä pakojärjestelmään, joka syttyy katalysaattorin syötössä. Tukkeuma johtuu useimmiten huonosta tai sopimattomasta bensiinistä, normaalista kulumisesta, ajotyylistä jne.

Nämä ovat hyvin pieniä haittoja, kun otetaan huomioon valtavat hyödyt, joita saamme autojen katalysaattoreiden käytöstä. Näiden laitteiden ansiosta autojen haitalliset päästöt ovat rajoitetut.

Jotkut kriitikot väittävät, että myös hiilidioksidi on haitallinen päästö. He uskovat, että katalysaattoria ei autossa tarvita, koska tällaiset päästöt lisäävät kasvihuoneilmiötä. Itse asiassa, jos autossa ei ole katalysaattoria ja se päästää hiilimonoksidia ilmaan, tämä oksidi itse asiassa muuttuu hiilidioksidiksi ilmakehässä.

Kuka keksi katalysaattorin?

Vaikka katalyyttejä ilmestyi massiivisesti vasta 1970-luvun lopulla, niiden historia alkoi paljon aikaisemmin.

Katalyytin isänä pidetään ranskalaista kemianinsinööriä Eugene Goudrya, joka vuonna 1954 patentoi keksintönsä nimellä "Exhaust Catalytic Converter".

Ennen tätä keksintöä Goodry keksi katalyyttisen krakkauksen, jossa suuret kompleksiset orgaaniset kemikaalit erotettiin vaarattomiksi tuotteiksi. Sitten hän kokeili eri tyyppisiä polttoaineita, hänen tavoitteensa oli tehdä siitä puhtaampaa.

Katalysaattoreiden tosiasiallinen käyttö autoissa tapahtui 1970-luvun puolivälissä, kun tiukemmat päästöjenrajoitusmääräykset otettiin käyttöön vaatimalla lyijyn poistamista pakokaasuista heikkolaatuisesta bensiinistä.

Kysymyksiä ja vastauksia:

Kuinka tarkistaa katalysaattorin läsnäolo autossa? Voit tehdä tämän katsomalla auton alle. Päääänenvaimentimen ja pienen äänenvaimentimen (resonaattori, joka sijaitsee pakojärjestelmän edessä) lisäksi katalysaattori on toinen polttimo.

Missä on katalysaattori autossa? Koska katalysaattorin on toimittava korkeissa lämpötiloissa, se on sijoitettu mahdollisimman lähelle pakosarjaa. Se on resonaattorin edessä.

Mikä on katalysaattori autossa? Tämä on katalysaattori - ylimääräinen polttimo pakojärjestelmässä. Se on täytetty keraamisella materiaalilla, jonka kenno on päällystetty jalometallilla.