Bagaimana cara kerja konverter katalitik otomotif?

Selama pengoperasian mesin pembakaran dalam, gas buang dilepaskan ke atmosfer, yang bukan hanya salah satu penyebab utama pencemaran udara, tetapi juga salah satu penyebab banyak penyakit.

Gas-gas ini, yang keluar dari sistem pembuangan kendaraan, terdiri dari unsur-unsur yang sangat berbahaya, oleh karena itu mobil-mobil modern dilengkapi dengan sistem pembuangan khusus yang selalu memiliki katalis.

Pengubah katalitik menghancurkan molekul berbahaya dalam gas buang dan membuatnya seaman mungkin bagi manusia dan lingkungan.

Apa itu katalis?

Konverter katalitik adalah jenis perangkat yang tugas utamanya adalah mengurangi emisi berbahaya dari gas buang dari mesin mobil. Struktur katalisnya sederhana. Ini adalah wadah logam yang dipasang di sistem knalpot mobil.

Ada dua pipa di tangki. "Input" dari konverter dihubungkan ke mesin, dan gas buang masuk melaluinya, dan "output" dihubungkan ke resonator sistem pembuangan kendaraan.

Ketika gas buang dari mesin memasuki katalis, reaksi kimia terjadi di dalamnya. Mereka menghancurkan gas berbahaya dan mengubahnya menjadi gas tidak berbahaya yang dapat dilepaskan ke lingkungan.

Apa sajakah komponen dari catalytic converter?

Untuk memperjelas cara kerja catalytic converter mobil, mari kita pertimbangkan apa elemen utamanya. Tanpa membahas secara detail, kami hanya akan mencantumkan elemen utama dari mana elemen tersebut dibuat.

Substrat

Substrat adalah struktur internal katalis tempat katalis dan logam mulia dilapisi. Ada beberapa jenis substrat. Perbedaan utama mereka adalah bahan pembuatnya. Paling sering itu adalah zat lembam yang menstabilkan partikel aktif di permukaannya.

Liputan

Bahan aktif katalis biasanya terdiri dari alumina dan senyawa seperti serium, zirkonium, nikel, barium, lantanum dan lain-lain. Tujuan pelapisan adalah untuk memperluas permukaan fisik substrat dan berfungsi sebagai dasar penyimpanan logam mulia.

Logam mulia

Logam mulia yang ada dalam konverter katalitik berfungsi untuk melakukan reaksi katalitik yang sangat penting. Logam mulia yang biasa digunakan adalah platinum, paladium, dan rhodium, tetapi dalam beberapa tahun terakhir sejumlah besar produsen mulai menggunakan emas.

Perumahan

Rumahan adalah kulit terluar perangkat dan berisi substrat dan elemen katalis lainnya. Bahan pembuat kasing biasanya adalah baja tahan karat.

Pipes

Pipa-pipa tersebut menghubungkan konverter katalitik kendaraan ke sistem knalpot dan mesin kendaraan. Mereka terbuat dari baja tahan karat.

Bagaimana cara kerja konverter katalitik otomotif?

Untuk pengoperasian mesin pembakaran internal, penting agar proses pembakaran yang stabil dari campuran udara-bahan bakar terjadi di dalam silindernya. Selama proses ini terbentuk gas-gas berbahaya seperti karbon monoksida, nitrogen oksida, hidrokarbon dan lain-lain.

Jika mobil tidak memiliki konverter katalitik, semua gas yang sangat berbahaya ini, setelah dilepaskan ke manifold buang dari mesin, akan melewati sistem pembuangan dan langsung masuk ke udara yang kita hirup.

Jika kendaraan memiliki catalytic converter, gas buang akan mengalir dari mesin ke knalpot melalui sarang lebah substrat dan bereaksi dengan logam mulia. Sebagai hasil dari reaksi kimia, zat berbahaya dinetralkan, dan hanya gas buang yang tidak berbahaya, terutama karbon dioksida, yang masuk ke lingkungan dari sistem pembuangan.

Kita tahu dari pelajaran kimia bahwa katalis adalah zat yang menyebabkan atau mempercepat reaksi kimia tanpa mempengaruhinya. Katalis berpartisipasi dalam reaksi tetapi bukan reaktan atau produk dari reaksi katalitik.

Ada dua tahap yang dilalui gas berbahaya dalam katalis: reduksi dan oksidasi. Bagaimana itu bekerja?

Ketika suhu kerja katalis mencapai 500 hingga 1200 derajat Fahrenheit atau 250-300 derajat Celcius, dua hal terjadi: reduksi, dan segera setelah itu terjadi reaksi oksidasi. Kedengarannya agak rumit, tetapi sebenarnya ini berarti bahwa molekul-molekul zat secara bersamaan kehilangan dan mendapatkan elektron, yang mengubah strukturnya.

Reduksi (pengambilan oksigen) yang terjadi pada katalis bertujuan untuk mengubah oksida nitrat menjadi gas yang ramah lingkungan.

Bagaimana cara kerja katalis otomotif dalam fase pemulihan?

Ketika dinitrogen oksida dari gas buang mobil memasuki katalis, platina dan rodium di dalamnya mulai bekerja pada penguraian molekul nitrogen oksida, mengubah gas berbahaya menjadi gas yang sama sekali tidak berbahaya.

Apa yang terjadi selama tahap oksidasi?

Langkah kedua yang terjadi pada katalis disebut reaksi oksidasi, di mana hidrokarbon yang tidak terbakar diubah menjadi karbon dioksida dan air dengan mencampurkannya dengan oksigen (oksidasi).

Reaksi yang terjadi di katalis mengubah komposisi kimia gas buang, mengubah struktur atom pembuatannya. Ketika molekul gas berbahaya berpindah dari mesin ke katalis, ia memecahnya menjadi atom. Atom, pada gilirannya, bergabung kembali menjadi molekul menjadi zat yang relatif tidak berbahaya seperti karbon dioksida, nitrogen, dan air, dan dilepaskan ke lingkungan melalui sistem pembuangan.

Jenis utama konverter katalitik yang digunakan pada mesin bensin ada dua: dua arah dan tiga arah.

Bilateral

Katalis berdinding ganda (dua sisi) secara bersamaan melakukan dua tugas: mengoksidasi karbon monoksida menjadi karbon dioksida dan mengoksidasi hidrokarbon (bahan bakar yang tidak terbakar atau terbakar sebagian) menjadi karbon dioksida dan air.

Jenis katalis otomotif ini digunakan dalam mesin diesel dan bensin untuk mengurangi emisi berbahaya hidrokarbon dan karbon monoksida hingga tahun 1981, tetapi karena tidak dapat mengubah nitrogen oksida, setelah tahun 81 ia diganti dengan katalis tiga arah.

Konverter katalitik redoks tiga arah

Jenis katalis otomotif ini, ternyata, diperkenalkan pada tahun 1981, dan hari ini dipasang pada semua mobil modern. Katalis tiga arah melakukan tiga tugas secara bersamaan:

• mengurangi oksida nitrat menjadi nitrogen dan oksigen;
• mengoksidasi karbon monoksida menjadi karbon dioksida;
• mengoksidasi hidrokarbon yang tidak terbakar menjadi karbon dioksida dan air.

Karena jenis konverter katalitik ini melakukan langkah reduksi dan oksidasi katalisis, ia melakukan tugasnya dengan efisiensi hingga 98%. Artinya, jika mobil Anda dilengkapi dengan catalytic converter, tidak akan mencemari lingkungan dengan emisi berbahaya.

Jenis katalis pada mesin diesel

Untuk kendaraan diesel, hingga saat ini, salah satu catalytic converter yang paling umum digunakan adalah Diesel Oxidation Catalyst (DOC). Katalis ini menggunakan oksigen di aliran pembuangan untuk mengubah karbon monoksida menjadi karbon dioksida dan hidrokarbon menjadi air dan karbon dioksida. Sayangnya, jenis katalis ini hanya 90% efisien dan berhasil menghilangkan bau solar dan mengurangi partikel yang terlihat, tetapi tidak efektif dalam mengurangi emisi NOx.

Mesin diesel mengeluarkan gas yang mengandung materi partikulat (jelaga) yang relatif tinggi, yang sebagian besar terdiri dari karbon unsur, yang tidak dapat ditangani oleh katalis DOC, sehingga partikel harus dihilangkan menggunakan apa yang disebut filter partikulat (DPF).

Bagaimana katalis dipertahankan?

Untuk menghindari masalah dengan katalis, penting untuk diketahui bahwa:

• Umur katalis rata-rata sekitar 160000 km. Setelah menempuh jarak ini, Anda perlu mempertimbangkan untuk mengganti transduser.
• Jika kendaraan dilengkapi dengan catalytic converter, Anda sebaiknya tidak menggunakan bahan bakar bertimbal, karena akan mengurangi keefektifan katalis. Satu-satunya bahan bakar yang cocok dalam hal ini adalah tanpa timbal.

Tidak diragukan lagi, manfaat perangkat ini bagi lingkungan dan kesehatan kita sangat besar, tetapi selain manfaatnya, perangkat ini juga memiliki kekurangan.

Salah satu kelemahan terbesar mereka adalah mereka hanya bekerja pada suhu tinggi. Dengan kata lain, saat Anda menyalakan mobil Anda, catalytic converter hampir tidak melakukan apa pun untuk mengurangi emisi gas buang.

Ini baru mulai bekerja secara efisien setelah gas buang dipanaskan hingga 250-300 derajat Celcius. Inilah sebabnya mengapa beberapa produsen mobil telah mengambil langkah-langkah untuk mengatasi masalah ini dengan memindahkan katalis lebih dekat ke mesin, yang di satu sisi meningkatkan kinerja perangkat, tetapi memperpendek masa pakainya, karena kedekatannya dengan mesin menyebabkan suhu sangat tinggi.

Dalam beberapa tahun terakhir, telah diputuskan untuk menempatkan catalytic converter di bawah kursi penumpang pada jarak yang memungkinkannya beroperasi lebih efisien tanpa terkena suhu mesin yang tinggi.

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.

Ini adalah kerugian yang sangat kecil dengan latar belakang manfaat besar yang kami peroleh dari penggunaan katalis otomotif. Berkat perangkat ini, emisi berbahaya dari mobil menjadi terbatas.

Beberapa kritikus berpendapat bahwa karbon dioksida juga merupakan emisi yang berbahaya. Mereka percaya bahwa katalis tidak diperlukan di dalam mobil, karena emisi seperti itu meningkatkan efek rumah kaca. Padahal, jika sebuah mobil tidak memiliki catalytic converter dan mengeluarkan karbon monoksida ke udara, oksida ini sendiri akan berubah menjadi karbon dioksida di atmosfer.

Siapa Penemu Katalis?

Meskipun katalisator tidak muncul secara massal sampai akhir 1970-an, sejarah mereka dimulai jauh lebih awal.

Ayah dari katalis dianggap sebagai insinyur kimia Prancis Eugene Goudry, yang pada tahun 1954 mematenkan penemuannya dengan nama "Exhaust Catalytic Converter".

Sebelum penemuan ini, Goodry menemukan pemecahan katalitik, di mana bahan kimia organik kompleks yang besar dipisahkan menjadi produk yang tidak berbahaya. Kemudian dia bereksperimen dengan berbagai jenis bahan bakar, tujuannya adalah membuatnya lebih bersih.

Penggunaan katalis dalam mobil sebenarnya terjadi pada pertengahan 1970-an, ketika peraturan pengendalian emisi yang lebih ketat diberlakukan yang mengharuskan pembuangan timbal dari gas buang dari bensin berkualitas rendah.

Pertanyaan dan Jawaban:

Bagaimana cara memeriksa keberadaan katalis pada mobil? Untuk melakukan ini, lihat saja di bawah mobil. Selain muffler utama dan muffler kecil (resonator yang berada di depan sistem pembuangan), katalisnya adalah bohlam lain.

Di mana katalis di dalam mobil? Karena katalis harus beroperasi dalam kondisi suhu tinggi, katalis ditempatkan sedekat mungkin dengan manifold buang. Itu ada di depan resonator.

Apa itu katalis di dalam mobil? Ini adalah catalytic converter - bohlam tambahan di sistem pembuangan. Itu diisi dengan bahan keramik, yang sarang lebahnya dilapisi dengan logam mulia.