Kā darbojas automobiļu katalītiskais neitralizators?

Iekšdedzes dzinēja darbības laikā atmosfērā izplūst izplūdes gāzes, kas ir ne tikai viens no galvenajiem gaisa piesārņojuma cēloņiem, bet arī viens no daudzu slimību cēloņiem.

Šīs gāzes, kas rodas no transportlīdzekļu izplūdes sistēmām, sastāv no ārkārtīgi kaitīgiem elementiem, tāpēc mūsdienu automašīnas ir aprīkotas ar īpašu izplūdes sistēmu, kurā vienmēr atrodas katalizators.

Katalizators iznīcina kaitīgās molekulas izplūdes gāzēs un padara tās pēc iespējas drošākas cilvēkiem un videi.

Kas ir katalizators?

Katalizators ir ierīces veids, kura galvenais uzdevums ir samazināt kaitīgo izmešu daudzumu no automobiļu dzinēju izplūdes gāzēm. Katalizatora struktūra ir vienkārša. Tas ir metāla konteiners, kas uzstādīts automašīnas izplūdes sistēmā.

Tvertnē ir divas caurules. Pārveidotāja "ieeja" ir savienota ar motoru, un caur to iekļūst izplūdes gāzes, un "izeja" ir savienota ar transportlīdzekļa izplūdes sistēmas rezonatoru.

Kad izplūdes gāzes no motora nonāk katalizatorā, tajā notiek ķīmiskās reakcijas. Tie iznīcina kaitīgās gāzes un pārvērš tās par nekaitīgām gāzēm, kuras var izdalīties vidē.

Kādas ir katalizatora sastāvdaļas?

Lai būtu nedaudz skaidrāk, kā darbojas automobiļu katalītiskais neitralizators, apskatīsim, kādi ir tā galvenie elementi. Neiedziļinoties detaļās, mēs uzskaitīsim tikai galvenos elementus, no kuriem tas ir veidots.

Substrāts

Substrāts ir katalizatora iekšējā struktūra, uz kuras ir pārklāts katalizators un dārgmetāli. Ir vairāki substrātu veidi. To galvenā atšķirība ir materiāls, no kura tas ir izgatavots. Visbiežāk tā ir inerta viela, kas stabilizē aktīvās daļiņas uz tās virsmas.

Pārklājums

Aktīvā katalizatora materiāls parasti sastāv no alumīnija oksīda un tādiem savienojumiem kā cērijs, cirkonijs, niķelis, bārijs, lantāns un citi. Pārklājuma mērķis ir paplašināt pamatnes fizisko virsmu un kalpot par pamatu, uz kuras tiek nogulsnēti dārgmetāli.

Dārgmetāli

Katalītiskajā neitralizatorā esošie dārgmetāli kalpo ārkārtīgi svarīgas katalītiskās reakcijas veikšanai. Parasti izmantotie dārgmetāli ir platīns, pallādijs un rodijs, taču pēdējos gados daudzi ražotāji ir sākuši izmantot zeltu.

Корпус

Korpuss ir ierīces ārējais apvalks un satur substrātu un citus katalizatora elementus. Materiāls, no kura parasti tiek izgatavots korpuss, ir nerūsējošais tērauds.

Caurules

Caurules savieno transportlīdzekļa katalizatoru ar transportlīdzekļa izplūdes sistēmu un dzinēju. Tie ir izgatavoti no nerūsējošā tērauda.

Kā darbojas automobiļu katalītiskais neitralizators?

Iekšdedzes dzinēja darbībai ir svarīgi, lai tā cilindros notiktu stabils gaisa un degvielas maisījuma sadedzināšanas process. Šī procesa laikā veidojas tādas kaitīgas gāzes kā oglekļa monoksīds, slāpekļa oksīdi, ogļūdeņraži un citi.

Ja automašīnai nav katalītiskā neitralizatora, visas šīs ārkārtīgi kaitīgās gāzes, nonākot izplūdes kolektorā no motora, izies cauri izplūdes sistēmai un iekļūs gaisā, kuru elpojam tieši.

Ja transportlīdzeklim ir katalītiskais neitralizators, izplūdes gāzes no motora uz izpūtēju plūst caur pamatnes šūnām un reaģē ar dārgmetāliem. Ķīmiskās reakcijas rezultātā kaitīgās vielas tiek neitralizētas, un no izplūdes sistēmas vidē nonāk tikai nekaitīgas izplūdes gāzes, kas galvenokārt ir oglekļa dioksīds.

No ķīmijas stundām mēs zinām, ka katalizators ir viela, kas izraisa vai paātrina ķīmisko reakciju, to neietekmējot. Katalizatori piedalās reakcijās, bet nav ne reaģenti, ne katalītiskās reakcijas produkti.

Katalizatorā esošās kaitīgās gāzes iziet divos posmos: reducēšana un oksidēšana. Kā tas strādā?

Kad katalizatora darba temperatūra sasniedz 500 līdz 1200 grādus pēc Fārenheita vai 250-300 grādus pēc Celsija, notiek divas lietas: reducēšana un tūlīt pēc tam oksidēšanās reakcija. Tas izklausās nedaudz sarežģīti, bet patiesībā tas nozīmē, ka vielas molekulas vienlaikus zaudē un iegūst elektronus, kas maina to struktūru.

Redukcijas (skābekļa absorbcijas), kas notiek katalizatorā, mērķis ir pārveidot slāpekļa oksīdu par videi draudzīgu gāzi.

Kā automobiļu katalizators darbojas atkopšanas fāzē?

Kad slāpekļa oksīds no automašīnas izplūdes gāzēm nonāk katalizatorā, tajā esošais platīns un rodijs sāk darboties uz slāpekļa oksīda molekulu sadalīšanos, kaitīgo gāzi pārvēršot pilnīgi nekaitīgā.

Kas notiek oksidēšanās stadijā?

Otro soli, kas notiek katalizatorā, sauc par oksidēšanās reakciju, kurā nesadegušie ogļūdeņraži tiek pārveidoti par oglekļa dioksīdu un ūdeni, sajaucot ar skābekli (oksidēšanās).

Katalizatorā notiekošās reakcijas maina izplūdes gāzu ķīmisko sastāvu, mainot to atomu struktūru. Kad kaitīgo gāzu molekulas pāriet no motora uz katalizatoru, tas tās sadala atomos. Savukārt atomi rekombinējas molekulās par samērā nekaitīgām vielām, piemēram, oglekļa dioksīdu, slāpekli un ūdeni, un caur izplūdes sistēmu izdalās vidē.

Galvenie katalizatoru veidi, ko izmanto benzīna dzinējos, ir divi: divvirzienu un trīsvirzienu.

Divpusējs

Divsienu (divpusējs) katalizators vienlaikus veic divus uzdevumus: oksidē oglekļa monoksīdu līdz oglekļa dioksīdam un oksidē ogļūdeņražus (nesadedzinātu vai daļēji sadedzinātu degvielu) līdz oglekļa dioksīdam un ūdenim.

Šāda veida automobiļu katalizatorus dīzeļa un benzīna motoros izmantoja, lai samazinātu kaitīgo ogļūdeņražu un oglekļa monoksīda emisiju līdz 1981. gadam, taču, tā kā tas nespēja pārveidot slāpekļa oksīdus, pēc 81. gada tas tika aizstāts ar trīsceļu katalizatoriem.

Trīsceļu redokskatalizators

Šāda veida automobiļu katalizators, kā izrādījās, tika ieviests 1981. gadā, un šodien tas tiek uzstādīts uz visām mūsdienu automašīnām. Trīsceļu katalizators vienlaikus veic trīs uzdevumus:

• samazina slāpekļa oksīdu līdz slāpeklim un skābeklim;
• oksidē oglekļa monoksīdu līdz oglekļa dioksīdam;
• nesadegušos ogļūdeņražus oksidē līdz oglekļa dioksīdam un ūdenim.

Tā kā šāda veida katalītiskais neitralizators veic gan katalīzes reducēšanas, gan oksidācijas posmus, tas veic savu uzdevumu ar līdz pat 98% efektivitāti. Tas nozīmē, ka, ja jūsu automašīna ir aprīkota ar šādu katalītisko neitralizatoru, tas nepiesārņos vidi ar kaitīgiem izmešiem.

Katalizatoru veidi dīzeļdzinējos

Dīzeļdzinēju transportlīdzekļiem vēl nesen viens no visbiežāk izmantotajiem katalizatoriem bija dīzeļa oksidācijas katalizators (DOC). Šis katalizators izplūdes plūsmā izmanto skābekli, lai oglekļa monoksīdu pārveidotu par oglekļa dioksīdu un ogļūdeņražus par ūdeni un oglekļa dioksīdu. Diemžēl šāda veida katalizatori ir tikai par 90% efektīvi, un tiem izdodas novērst dīzeļdegvielas smaku un samazināt redzamās daļiņas, bet tas nav efektīvs NO x emisiju samazināšanā.

Dīzeļdzinēji izdala gāzes, kas satur salīdzinoši lielu daļiņu daudzumu (kvēpus), kas galvenokārt sastāv no elementārā oglekļa, ar kuru DOC katalizatori netiek galā, tāpēc daļiņas jānoņem, izmantojot tā dēvētos daļiņu filtrus (DPF).

Kā tiek uzturēti katalizatori?

Lai izvairītos no problēmām ar katalizatoru, ir svarīgi zināt, ka:

• Vidējais katalizatora darbības laiks ir aptuveni 160000 XNUMX km. Pēc šī attāluma nobraukšanas jums jāapsver devēja nomaiņa.
• Ja transportlīdzeklis ir aprīkots ar katalītisko neitralizatoru, nevajadzētu izmantot degvielu ar svinu, jo tas samazina katalizatora efektivitāti. Vienīgā piemērotā degviela šajā gadījumā ir bezsvina.

Neapšaubāmi, šo ierīču ieguvumi videi un mūsu veselībai ir milzīgi, taču papildus to priekšrocībām tiem ir arī trūkumi.

Viens no viņu lielākajiem trūkumiem ir tas, ka viņi strādā tikai augstā temperatūrā. Citiem vārdiem sakot, iedarbinot automašīnu, katalizators gandrīz neko nedara, lai samazinātu izplūdes gāzu emisijas.

Efektīvi tas sāk darboties tikai pēc tam, kad izplūdes gāzes tiek sasildītas līdz 250-300 grādiem pēc Celsija. Tāpēc daži automašīnu ražotāji ir veikuši pasākumus, lai risinātu šo problēmu, pārvietojot katalizatoru tuvāk motoram, kas, no vienas puses, uzlabo ierīces darbību, bet saīsina tā kalpošanas laiku, jo tā tuvums motoram pakļauj to ļoti augstai temperatūrai.

Pēdējos gados ir nolemts katalizatoru ievietot zem pasažiera sēdekļa tādā attālumā, kas ļaus tam darboties efektīvāk, nepakļaujoties augstai motora temperatūrai.

Citi katalizatoru trūkumi ir bieža aizsērēšana un kūku dedzināšana. Izdegšana parasti notiek tāpēc, ka nesadegusi degviela nonāk izplūdes sistēmā, kas tiek aizdedzināta katalītiskā neitralizatora padevē. Aizsērējumi visbiežāk rodas slikta vai nepiemērota benzīna, normāla nolietojuma, braukšanas stila u.c. dēļ.

Tie ir ļoti mazi trūkumi, ņemot vērā milzīgos ieguvumus, ko mēs iegūstam, izmantojot automobiļu katalizatorus. Pateicoties šīm ierīcēm, kaitīgo izmešu daudzums automašīnās ir ierobežots.

Daži kritiķi apgalvo, ka oglekļa dioksīds ir arī kaitīga emisija. Viņi uzskata, ka katalizators automašīnā nav vajadzīgs, jo šādas emisijas palielina siltumnīcas efektu. Faktiski, ja automašīnai nav katalītiskā neitralizatora un tā izdala tvana gāzi gaisā, šis oksīds pats atmosfērā pārvērtīsies par oglekļa dioksīdu.

Kas izgudroja katalizatoru?

Kaut arī katalizatori masveidā parādījās tikai 1970. gadu beigās, to vēsture sākās daudz agrāk.

Par katalizatora tēvu tiek uzskatīts franču ķīmijas inženieris Eižens Gudrī, kurš 1954. gadā patentēja savu izgudrojumu ar nosaukumu "Izplūdes katalizators".

Pirms šī izgudrojuma Gudrijs izgudroja katalītisko krekingu, kurā lielas sarežģītas organiskās ķīmiskās vielas tiek sadalītas nekaitīgos produktos. Tad viņš eksperimentēja ar dažādiem degvielas veidiem, viņa mērķis bija padarīt to tīrāku.

Faktiskā katalizatoru izmantošana automašīnās notika pagājušā gadsimta 1970. gadu vidū, kad tika ieviesti stingrāki emisijas kontroles noteikumi, kas prasīja svina noņemšanu no zemas kvalitātes benzīna izplūdes gāzēm.

Jautājumi un atbildes:

Kā pārbaudīt katalizatora klātbūtni automašīnā? Lai to izdarītu, vienkārši skatieties zem automašīnas. Papildus galvenajam trokšņa slāpētājam un mazajam trokšņa slāpētājam (rezonatoram, kas atrodas izplūdes sistēmas priekšpusē) katalizators ir vēl viena spuldze.

Kur automašīnā atrodas katalizators? Tā kā katalizatoram jādarbojas augstas temperatūras apstākļos, tas atrodas pēc iespējas tuvāk izplūdes kolektoram. Tas atrodas rezonatora priekšā.

Kas ir katalizators automašīnā? Tas ir katalītiskais neitralizators - papildu spuldze izplūdes sistēmā. Tas ir pildīts ar keramikas materiālu, kura šūnveida slānis ir pārklāts ar dārgmetālu.