Ինչպե՞ս է աշխատում ավտոմոբիլային կատալիտիկ փոխարկիչը:

Ներքին այրման շարժիչի շահագործման ընթացքում արտանետվող գազերը արտանետվում են մթնոլորտ, որոնք ոչ միայն օդի աղտոտման հիմնական պատճառներից են, այլև բազմաթիվ հիվանդությունների պատճառներից մեկը:

Այս գազերը, որոնք դուրս են գալիս տրանսպորտային միջոցների արտանետման համակարգերից, բաղկացած են չափազանց վնասակար տարրերից, այդ իսկ պատճառով ժամանակակից մեքենաները հագեցած են հատուկ արտանետման համակարգով, որում միշտ կա կատալիզատոր:

Կատալիտիկ փոխարկիչը ոչնչացնում է արտանետվող գազերի վնասակար մոլեկուլները և դրանք հնարավորինս անվտանգ դարձնում մարդկանց և շրջակա միջավայրի համար:

Ի՞նչ է կատալիզատորը:

Կատալիտիկ փոխարկիչը սարքի մի տեսակ է, որի հիմնական խնդիրն է նվազեցնել ավտոմեքենաների շարժիչներից արտանետվող գազերից վնասակար արտանետումները: Կատալիզատորի կառուցվածքը պարզ է: Սա մետաղական տարա է, որը տեղադրված է մեքենայի արտանետման համակարգում:

Տանկի մեջ կա երկու խողովակ: Փոխարկիչի «մուտքը» միացված է շարժիչին, իսկ դրա միջով արտանետվող գազերը մտնում են, իսկ «ելքը» միացված է մեքենայի արտանետման համակարգի ռեզոնատորին:

Երբ շարժիչի արտանետվող գազը մտնում է կատալիզատոր, տեղի են ունենում քիմիական ռեակցիաներ: Նրանք ոչնչացնում են վնասակար գազերը և դրանք վերածում անվնաս գազերի, որոնք կարող են արտանետվել շրջակա միջավայր:

Որո՞նք են կատալիտիկ փոխարկիչի բաղադրիչները:

Որպեսզի մի փոքր ավելի պարզ լինի, թե ինչպես է աշխատում ավտոմեքենաների կատալիտիկ փոխարկիչը, եկեք քննարկենք, թե որոնք են դրա հիմնական տարրերը: Առանց մանրամասների մեջ մտնելու, մենք թվարկելու ենք միայն այն հիմնական տարրերը, որոնցից այն կառուցված է:

Ենթածրագիրը

Ենթաշերտը կատալիզատորի ներքին կառուցվածքն է, որի վրա պատված են կատալիզատորը և թանկարժեք մետաղները: Կան մի քանի տեսակի ենթաշերտեր. Նրանց հիմնական տարբերությունն այն նյութն է, որից այն պատրաստված է: Ամենից հաճախ դա իներտ նյութ է, որը կայունացնում է ակտիվ մասնիկները իր մակերեսի վրա:

Ծածկույթ

Ակտիվ կատալիզատոր նյութը սովորաբար բաղկացած է կավահողից և միացություններից, ինչպիսիք են ցերիումը, ցիրկոնիումը, նիկելը, բարիումը, լանթանը և այլն: Ծածկույթի նպատակն է ընդարձակել ենթաշերտի ֆիզիկական մակերեսը և ծառայել որպես հիմք, որի վրա դրվում են թանկարժեք մետաղները:

Թանկարժեք մետաղներից

Կատալիզատորում առկա թանկարժեք մետաղները ծառայում են չափազանց կարևոր կատալիտիկ ռեակցիա իրականացնելու համար: Սովորաբար օգտագործվող թանկարժեք մետաղներն են պլատինը, պալադիումը և ռոդիումը, սակայն վերջին տարիներին մեծ թվով արտադրողներ սկսել են օգտագործել ոսկի:

Բնակարանային պայմանները

Բնակարանը սարքի արտաքին շերտն է և պարունակում է կատալիզատորի ենթաշերտը և այլ տարրեր: Նյութը, որից սովորաբար պատրաստվում է գործը, չժանգոտվող պողպատ է:

Խողովակներ

Խողովակները միացնում են մեքենայի կատալիտիկ փոխարկիչը մեքենայի արտանետման համակարգին և շարժիչին: Դրանք պատրաստված են չժանգոտվող պողպատից:

Ինչպե՞ս է աշխատում ավտոմոբիլային կատալիտիկ փոխարկիչը:

Ներքին այրման շարժիչի շահագործման համար կարևոր է, որ դրա բալոններում տեղի ունենա օդ-վառելիք խառնուրդի կայուն այրման գործընթաց: Այս գործընթացի ընթացքում առաջանում են վնասակար գազեր ՝ ածխածնի երկօքսիդ, ազոտի օքսիդներ, ածխաջրածիններ և այլն:

Եթե ​​մեքենան չունի կատալիտիկ փոխարկիչ, այս բոլոր ծայրահեղ վնասակար գազերը շարժիչից արտանետվող կոլեկտոր լցվելուց հետո կանցնեն արտանետման համակարգով և կմտնեն ուղղակիորեն մեր շնչող օդը:

Եթե ​​փոխադրամիջոցն ունի կատալիտիկ փոխարկիչ, արտանետվող գազերը շարժիչից հոսում են խլացուցիչի ՝ հիմքի մեղրախորշի միջով և արձագանքում են թանկարժեք մետաղների հետ: Քիմիական ռեակցիայի արդյունքում վնասակար նյութերը չեզոքացվում են, և արտանետման համակարգից միայն անվնաս արտանետումը, որը հիմնականում ածխաթթու գազն է, մտնում է միջավայր:

Քիմիայի դասերից մենք գիտենք, որ կատալիզատորը մի նյութ է, որն առաջացնում կամ արագացնում է քիմիական ռեակցիա՝ առանց դրա վրա ազդելու: Կատալիզատորները մասնակցում են ռեակցիաներին, բայց ոչ ռեակտիվներ են, ոչ էլ կատալիտիկ ռեակցիայի արտադրանք:

Գոյություն ունեն երկու փուլ, որոնց միջով անցնում են կատալիզատորի վնասակար գազերը ՝ նվազեցում և օքսիդացում: Ինչպես է դա աշխատում?

Երբ կատալիզատորի աշխատանքային ջերմաստիճանը հասնում է 500-ից 1200 աստիճան Fahrenheit- ի կամ 250-300 աստիճան Celsius- ի, տեղի է ունենում երկու բան `նվազեցում և դրանից անմիջապես հետո օքսիդացման ռեակցիա: Սա մի փոքր բարդ է թվում, բայց իրականում նշանակում է, որ նյութի մոլեկուլները միաժամանակ կորցնում և էլեկտրոններ են ձեռք բերում, ինչը փոխում է դրանց կառուցվածքը:

Կատալիզատորում տեղի ունեցող իջեցումը (թթվածնի կլանումը) ուղղված է ազոտի օքսիդի էկոլոգիապես մաքուր գազի վերածմանը:

Ինչպե՞ս է ավտոմոբիլային կատալիզատորը աշխատում վերականգնման փուլում:

Երբ մեքենայի արտանետվող գազերից ազոտի օքսիդը մտնում է կատալիզատոր, դրա մեջ պլատինն ու ռոդիումը սկսում են ազդել ազոտի օքսիդի մոլեկուլների քայքայման վրա ՝ վնասակար գազը վերածելով բոլորովին անվնասի:

Ինչ է տեղի ունենում օքսիդացման փուլում:

Երկրորդ փուլը, որը տեղի է ունենում կատալիզատորում, կոչվում է օքսիդացման ռեակցիա, որի ժամանակ չայրված ածխաջրածինները թթվածնի (օքսիդացում) հետ խառնվելով վերածվում են ածխաթթու գազի և ջրի:

Կատալիզատորում տեղի ունեցող ռեակցիաները փոխում են արտանետվող գազերի քիմիական կազմը ՝ փոխելով այն ատոմի կառուցվածքը: Երբ վնասակար գազերի մոլեկուլները շարժիչից անցնում են կատալիզատորի, դրանք բաժանվում են ատոմների: Ատոմներն իրենց հերթին վերամիավորվում են մոլեկուլների մեջ և դառնում համեմատաբար անվնաս նյութեր, ինչպիսիք են ածխածնի երկօքսիդը, ազոտը և ջուրը, և արտանետվող համակարգի միջոցով արտանետվում են միջավայր:

Բենզինային շարժիչներում օգտագործվող կատալիտիկ փոխարկիչների հիմնական տեսակները երկուսն են `երկկողմանի և եռակողմ:

Երկկողմ

Կրկնակի պատերով (երկկողմանի) կատալիզատորը միաժամանակ կատարում է երկու խնդիր. Օքսիդացնում է ածխածնի երկօքսիդը ածխաթթու գազի և ածխաջրածինները (չայրված կամ մասամբ այրված վառելիք) օքսիդացնում է ածխաթթու գազի և ջրի:

Ավտոմոբիլային կատալիզատորի այս տեսակն օգտագործվում էր դիզելային և բենզինային շարժիչներում ածխաջրածինների և ածխածնի օքսիդի վնասակար արտանետումները նվազեցնելու համար մինչև 1981 թվականը, բայց քանի որ այն չէր կարող փոխարկել ազոտի օքսիդները, 81-ից հետո այն փոխարինվեց եռակողմ կատալիզատորներով:

Եռակողմանի օքսիդափոխման կատալիտիկ փոխարկիչ

Ավտոմոբիլային կատալիզատորի այս տեսակը, ինչպես պարզվում է, ներկայացվել է 1981 թ.-ին և այժմ հանդիպում է բոլոր ժամանակակից մեքենաներում: Եռակողմ կատալիզատորը միաժամանակ կատարում է երեք խնդիր.

• նվազեցնում է ազոտի օքսիդը ազոտի և թթվածնի;
• օքսիդացնում է ածխածնի երկօքսիդը ածխաթթու գազի;
• օքսիդացնում է չայրված ածխաջրածինները ածխաթթու գազի և ջրի:

Քանի որ այս տեսակի կատալիտիկ փոխարկիչն իրականացնում է կատալիզի ինչպես վերականգնողական, այնպես էլ օքսիդացման փուլերը, այն կատարում է իր խնդիրը մինչև 98% արդյունավետությամբ: Սա նշանակում է, որ եթե ձեր մեքենան հագեցած է նման կատալիտիկ փոխարկիչով, այն չի աղտոտի շրջակա միջավայրը վնասակար արտանետումներով։

Կատալիզատորների տեսակները դիզելային շարժիչներում

Դիզելային տրանսպորտային միջոցների համար, մինչ վերջերս, ամենատարածված օգտագործվող կատալիտիկ փոխարկիչներից մեկը Դիզելի օքսիդացման կատալիզատորն էր (DOC): Այս կատալիզատորը արտանետվող հոսքում թթվածին է օգտագործում ՝ ածխածնի երկօքսիդը ածխաթթու գազի, ածխաջրածինները ՝ ջրի և ածխաթթու գազի վերածելու համար: Unfortunatelyավոք, կատալիզատորի այս տեսակը միայն 90% արդյունավետ է և հաջողվում է վերացնել դիզելային հոտը և նվազեցնել տեսանելի մասնիկները, բայց արդյունավետ չէ NO x արտանետումները նվազեցնելու հարցում:

Դիզելային շարժիչները արտանետում են համեմատաբար բարձր մակարդակի մասնիկներ պարունակող գազեր (մուր), որոնք հիմնականում բաղկացած են տարրական ածխածնից, որի հետ DOC կատալիզատորները չեն կարող գործ ունենալ, այնպես որ մասնիկները պետք է հեռացվեն, այսպես կոչված, մասնիկների ֆիլտրերի (DPF) միջոցով:

Ինչպե՞ս են պահպանվում կատալիզատորները:

Կատալիզատորի հետ խնդիրներից խուսափելու համար կարևոր է իմանալ, որ.

• Կատալիզատորի միջին կյանքը մոտ 160000 կմ է: Այս հեռավորությունն անցնելուց հետո անհրաժեշտ է հաշվի առնել փոխարկիչը փոխարինելու հնարավորությունը:
• Եթե ​​մեքենան հագեցած է կատալիտիկ փոխարկիչով, ապա չպետք է օգտագործեք կապարի վառելիք, քանի որ այն նվազեցնում է կատալիզատորի արդյունավետությունը: Միակ հարմար վառելիքն այս դեպքում առանց կապարի է:

Անկասկած, այս սարքերի օգուտները շրջակա միջավայրի և մեր առողջության համար հսկայական են, բայց դրանց օգուտներից բացի, դրանք ունեն նաև իրենց թերությունները:

Նրանց ամենամեծ թերություններից մեկն այն է, որ նրանք աշխատում են միայն բարձր ջերմաստիճանում: Այլ կերպ ասած, երբ ձեր մեքենան սկսում եք, կատալիտիկ փոխարկիչը գրեթե ոչինչ չի ձեռնարկում արտանետումների արտանետումները նվազեցնելու համար:

Արդյունավետ է աշխատում միայն արտանետվող գազերը տաքացնելուց մինչև 250-300 աստիճան Cելսիուս: Ահա թե ինչու որոշ ավտոարտադրողներ քայլեր են ձեռնարկել այս խնդրի լուծման ուղղությամբ `կատալիզատորը շարժիչին ավելի մոտեցնելով, ինչը մի կողմից բարելավում է սարքի աշխատանքը, բայց կրճատում է նրա կյանքի տևողությունը, քանի որ շարժիչի մոտ լինելը այն շատ բարձր ջերմաստիճանի է ենթարկվում:

Վերջին տարիներին որոշվել է կատալիտիկ փոխարկիչը տեղադրել ուղևորի նստատեղի տակ մի հեռավորության վրա, որը թույլ կտա նրան ավելի արդյունավետ աշխատել ՝ առանց շարժիչի բարձր ջերմաստիճանի ենթարկվելու:

Կատալիզատորների մյուս թերությունները հաճախակի խցանումն ու տորթի այրումն է: Այրումը սովորաբար տեղի է ունենում չայրված վառելիքի արտանետման համակարգ մտնելու պատճառով, որը բռնկվում է կատալիտիկ փոխարկիչի սնուցման մեջ: Ամենից հաճախ խցանումը տեղի է ունենում վատ կամ ոչ պիտանի բենզինի, նորմալ մաշվածության, վարելու ոճի և այլնի պատճառով:

Սրանք շատ փոքր թերություններ են այն հսկայական օգուտների ֆոնի վրա, որոնք մենք ստանում ենք ավտոմոբիլային կատալիզատորներ օգտագործելուց: Այս սարքերի շնորհիվ մեքենաներից վնասակար արտանետումները սահմանափակ են:

Որոշ քննադատներ պնդում են, որ ածխաթթու գազը նույնպես վնասակար արտանետում է: Նրանք կարծում են, որ մեքենայի մեջ կատալիզատոր պետք չէ, քանի որ նման արտանետումները մեծացնում են ջերմոցային էֆեկտը։ Իրականում, եթե մեքենան չունի կատալիտիկ փոխարկիչ և օդ է արտանետում ածխաթթու գազ, ապա այդ օքսիդն ինքնին մթնոլորտում կվերածվի ածխաթթու գազի:

Ո՞վ է հորինել կատալիզատորը:

Չնայած կատալիզատորները զանգվածաբար չեն հայտնվել միայն 1970-ականների վերջերին, նրանց պատմությունը սկսվել է շատ ավելի վաղ:

Կատալիզատորի հայրը համարվում է ֆրանսիացի քիմիական ինժեներ Յուջին Գուդրին, ով 1954 թվականին արտոնագրել է իր գյուտը «Exhaust Catalytic Converter» անունով։

Այս գյուտից առաջ Գուդրին հորինել է կատալիտիկ ճաքեր, որի ընթացքում խոշոր բարդ օրգանական քիմիական նյութերը բաժանվում են անվնաս ապրանքների: Հետո նա փորձարկեց վառելիքի տարբեր տեսակներ, որի նպատակն էր այն ավելի մաքուր դարձնել:

Ավտոմեքենաներում կատալիզատորների իրական օգտագործումը տեղի է ունեցել 1970-ականների կեսերին, երբ արտանետումների վերահսկման ավելի խիստ կանոնակարգեր մտցվեցին, որոնք պահանջում էին անորակ բենզինից արտանետումներից կապարի հեռացում:

Հարցեր եւ պատասխաններ:

Ինչպե՞ս ստուգել կատալիզատորի առկայությունը մեքենայի վրա: Դա անելու համար պարզապես նայեք մեքենայի տակ: Բացի հիմնական խլացուցիչից և փոքր խլացուցիչից (ռեզոնատորը, որը նստում է արտանետման համակարգի դիմաց), կատալիզատորը ևս մեկ լամպ է:

Որտե՞ղ է կատալիզատորը մեքենայի մեջ: Քանի որ կատալիզատորը պետք է աշխատի բարձր ջերմաստիճանի պայմաններում, այն գտնվում է հնարավորինս մոտ արտանետվող կոլեկտորին: Այն ռեզոնատորի դիմաց է։

Ի՞նչ է կատալիզատորը մեքենայի մեջ: Սա կատալիտիկ փոխարկիչ է - լրացուցիչ լամպ արտանետման համակարգում: Այն լցված է կերամիկական նյութով, որի բջիջը պատված է թանկարժեք մետաղով։