Hoe werkt een autokatalysator?

Tijdens de werking van een verbrandingsmotor worden uitlaatgassen uitgestoten in de atmosfeer, die niet alleen een van de belangrijkste oorzaken van luchtverontreiniging zijn, maar ook een van de oorzaken van veel ziekten.

Deze gassen, die uit de uitlaatsystemen van voertuigen komen, bestaan ​​uit uiterst schadelijke elementen. Daarom zijn moderne auto's uitgerust met een speciaal uitlaatsysteem, waarin altijd een katalysator aanwezig is.

De katalysator vernietigt schadelijke moleculen in uitlaatgassen en maakt deze zo veilig mogelijk voor mens en milieu.

Wat is een katalysator?

Een katalysator is een type apparaat waarvan de hoofdtaak is om de schadelijke uitstoot van de uitlaatgassen van automotoren te verminderen. De katalysatorstructuur is eenvoudig. Dit is een metalen container die in het uitlaatsysteem van een auto wordt gemonteerd.

De tank heeft twee leidingen. De "input" van de convertor is verbonden met de motor, en uitlaatgassen komen erdoorheen, en de "output" is verbonden met de resonator van het uitlaatsysteem van het voertuig.

Wanneer de uitlaatgassen van de motor de katalysator binnendringen, vinden er chemische reacties plaats. Ze vernietigen schadelijke gassen en veranderen ze in onschadelijke gassen die in het milieu kunnen vrijkomen.

Wat zijn de elementen van de katalysator?

Om het een beetje duidelijker te maken hoe een autokatalysator werkt, laten we eens kijken wat de belangrijkste elementen zijn. Zonder in details te treden, vermelden we alleen de belangrijkste elementen waaruit het is opgebouwd.

Substraat

Het substraat is de interne structuur van de katalysator waarop de katalysator en edelmetalen zijn aangebracht. Er zijn verschillende soorten substraten. Hun belangrijkste verschil is het materiaal waaruit het is gemaakt. Meestal is het een inerte substantie die actieve deeltjes op het oppervlak stabiliseert.

Покрытие

Het actieve katalysatormateriaal bestaat gewoonlijk uit aluminiumoxide en verbindingen zoals cerium, zirkonium, nikkel, barium, lanthaan en andere. Het doel van de coating is om het fysieke oppervlak van het substraat uit te zetten en als basis te dienen waarop de edelmetalen worden afgezet.

Edele metalen

De in de katalysator aanwezige edelmetalen dienen om een ​​uiterst belangrijke katalytische reactie uit te voeren. Veelgebruikte edelmetalen zijn platina, palladium en rhodium, maar de laatste jaren zijn een groot aantal fabrikanten goud gaan gebruiken.

behuizing

De behuizing is de buitenste schil van het apparaat en bevat het substraat en andere elementen van de katalysator. Het materiaal waarvan de kast meestal is gemaakt, is roestvrij staal.

tubes

De leidingen verbinden de katalysator van het voertuig met het uitlaatsysteem en de motor van het voertuig. Ze zijn gemaakt van roestvrij staal.

Hoe werkt een autokatalysator?

Voor de werking van een verbrandingsmotor is het belangrijk dat er een stabiel verbrandingsproces van het lucht-brandstofmengsel plaatsvindt in zijn cilinders. Tijdens dit proces worden schadelijke gassen gevormd zoals koolmonoxide, stikstofoxiden, koolwaterstoffen en andere.

Als de auto geen katalysator heeft, zullen al deze uiterst schadelijke gassen, nadat ze vanaf de motor in het uitlaatspruitstuk zijn gegooid, door het uitlaatsysteem gaan en rechtstreeks in de lucht terechtkomen die we inademen.

Als het voertuig een katalysator heeft, zullen uitlaatgassen van de motor naar de uitlaatdemper gaan via de honingraat van het substraat en reageren met edelmetalen. Als gevolg van een chemische reactie worden schadelijke stoffen geneutraliseerd en komt alleen onschadelijke uitlaatgassen, voornamelijk kooldioxide, via het uitlaatsysteem in het milieu.

We weten uit scheikundelessen dat een katalysator een stof is die een chemische reactie veroorzaakt of versnelt zonder deze te beïnvloeden. Katalysatoren nemen deel aan reacties, maar zijn geen reactanten of producten van een katalytische reactie.

Er zijn twee fasen waar schadelijke gassen in een katalysator doorheen gaan: reductie en oxidatie. Hoe het werkt?

Wanneer de bedrijfstemperatuur van de katalysator 500 tot 1200 graden Fahrenheit of 250-300 graden Celsius bereikt, gebeuren er twee dingen: reductie en onmiddellijk daarna de oxidatiereactie. Het klinkt een beetje ingewikkeld, maar het betekent eigenlijk dat de moleculen van de stof tegelijkertijd elektronen verliezen en winnen, waardoor hun structuur verandert.

De reductie (zuurstofopname) die optreedt in de katalysator is gericht op het omzetten van stikstofmonoxide in een milieuvriendelijk gas.

Hoe werkt een autokatalysator in de herstelfase?

Wanneer lachgas uit de uitlaatgassen van een auto de katalysator binnendringt, beginnen het platina en het rhodium erin in te werken op de afbraak van stikstofoxidemoleculen, waardoor het schadelijke gas in een volkomen onschadelijk gas verandert.

Wat gebeurt er tijdens de oxidatiefase?

De tweede fase die in de katalysator plaatsvindt, wordt de oxidatiereactie genoemd, waarbij onverbrande koolwaterstoffen door menging met zuurstof worden omgezet in kooldioxide en water (oxidatie).

De reacties die plaatsvinden in de katalysator veranderen de chemische samenstelling van de uitlaatgassen, waardoor de structuur van het atoom waaruit ze zijn gemaakt, verandert. Wanneer moleculen van schadelijke gassen van de motor naar de katalysator gaan, worden ze afgebroken tot atomen. De atomen recombineren op hun beurt weer tot moleculen tot relatief onschadelijke stoffen zoals kooldioxide, stikstof en water, en komen via het uitlaatsysteem in het milieu terecht.

De belangrijkste soorten katalysatoren die in benzinemotoren worden gebruikt, zijn twee: tweeweg en drieweg.

Bilateraal

Een dubbelwandige (dubbelzijdige) katalysator vervult tegelijkertijd twee taken: oxideert koolmonoxide tot kooldioxide en oxideert koolwaterstoffen (onverbrande of gedeeltelijk verbrande brandstof) tot kooldioxide en water.

Dit type autokatalysator werd tot 1981 gebruikt in diesel- en benzinemotoren om de schadelijke uitstoot van koolwaterstoffen en koolmonoxide te verminderen, maar omdat het geen stikstofoxiden kon omzetten, werd het na 81 vervangen door driewegkatalysatoren.

Drieweg-redoxkatalysator

Dit type autokatalysator, zo blijkt, werd in 1981 geïntroduceerd en is nu in alle moderne auto's te vinden. De driewegkatalysator voert drie taken tegelijk uit:

• reduceert stikstofoxide tot stikstof en zuurstof;
• oxideert koolmonoxide tot kooldioxide;
• oxideert onverbrande koolwaterstoffen tot kooldioxide en water.

Omdat dit type katalysator zowel de reductie- als de oxidatiestap van de katalyse uitvoert, vervult het zijn taak met een efficiëntie tot 98%. Dit betekent dat als uw auto is uitgerust met een dergelijke katalysator, deze het milieu niet zal vervuilen met schadelijke uitstoot.

Soorten katalysatoren in dieselmotoren

Voor dieselvoertuigen was tot voor kort een van de meest gebruikte katalysatoren de Diesel Oxidation Catalyst (DOC). Deze katalysator gebruikt zuurstof in de uitlaatstroom om koolmonoxide om te zetten in kooldioxide en koolwaterstoffen in water en kooldioxide. Helaas is dit type katalysator slechts 90% efficiënt en slaagt het erin dieselgeur te elimineren en zichtbare deeltjes te verminderen, maar is het niet effectief in het verminderen van NO x -emissies.

Dieselmotoren stoten gassen uit die relatief veel fijnstof (roet) bevatten, dat voornamelijk bestaat uit elementaire koolstof, waar DOC-katalysatoren niet tegen kunnen, dus de deeltjes moeten worden verwijderd met behulp van zogenaamde roetfilters (DPF).

Hoe worden katalysatoren onderhouden?

Om problemen met de katalysator te voorkomen, is het belangrijk om te weten dat:

• De gemiddelde levensduur van de katalysator is ongeveer 160000 km. Nadat u deze afstand hebt afgelegd, moet u overwegen de transducer te vervangen.
• Als het voertuig is uitgerust met een katalysator, mag u geen gelode brandstof gebruiken, omdat dit de effectiviteit van de katalysator vermindert. De enige geschikte brandstof in dit geval is loodvrij.

De voordelen van deze apparaten voor het milieu en onze gezondheid zijn ongetwijfeld enorm, maar naast hun voordelen hebben ze ook hun nadelen.

Een van hun grootste nadelen is dat ze alleen bij hoge temperaturen werken. Met andere woorden, wanneer u uw auto start, doet de katalysator bijna niets om de uitlaatemissies te verminderen.

Het begint pas efficiënt te werken nadat de uitlaatgassen zijn verwarmd tot 250-300 graden Celsius. Dit is de reden waarom sommige autofabrikanten stappen hebben ondernomen om dit probleem aan te pakken door de katalysator dichter bij de motor te plaatsen, wat enerzijds de prestaties van het apparaat verbetert, maar de levensduur verkort omdat de nabijheid van de motor het blootstelt aan zeer hoge temperaturen.

De afgelopen jaren is ervoor gekozen om de katalysator zo ver onder de passagiersstoel te plaatsen dat deze efficiënter kan werken zonder aan hoge motortemperaturen te worden blootgesteld.

Andere nadelen van katalysatoren zijn frequente verstoppingen en koekverbranding. Burn-out treedt meestal op doordat onverbrande brandstof het uitlaatsysteem binnendringt en wordt ontstoken in de katalysatortoevoer. Verstopping komt meestal voor als gevolg van slechte of ongeschikte benzine, normale slijtage, rijstijl, enz.

Dit zijn hele kleine nadelen tegen de achtergrond van de enorme voordelen die het gebruik van autokatalysatoren oplevert. Dankzij deze apparaten wordt de schadelijke uitstoot van auto's beperkt.

Sommige critici beweren dat koolstofdioxide ook een schadelijke uitstoot is. Ze vinden dat een katalysator niet nodig is in een auto, omdat dergelijke emissies het broeikaseffect versterken. Als een auto geen katalysator heeft en koolmonoxide in de lucht uitstoot, zal dit oxide in de atmosfeer zelf in kooldioxide veranderen.

Wie heeft de katalysator uitgevonden?

Hoewel katalysatoren pas eind jaren zeventig massaal verschenen, begon hun geschiedenis veel eerder.

De vader van de katalysator wordt beschouwd als de Franse chemisch ingenieur Eugene Goudry, die in 1954 zijn uitvinding patenteerde onder de naam "Exhaust Catalytic Converter".

Vóór deze uitvinding vond Goodry katalytisch kraken uit, waarbij grote complexe organische chemicaliën worden gescheiden in onschadelijke producten. Daarna experimenteerde hij met verschillende soorten brandstof, zijn doel was om het schoner te maken.

Het daadwerkelijke gebruik van katalysatoren in auto's vond plaats in het midden van de jaren zeventig, toen strengere emissiebeperkingsvoorschriften werden ingevoerd die de verwijdering van lood uit de uitlaatgassen van benzine van lage kwaliteit voorschreven.

Vragen en antwoorden:

Hoe de aanwezigheid van een katalysator op een auto controleren? Kijk hiervoor onder de auto. Naast de hoofddemper en de kleine uitlaatdemper (de resonator die voor het uitlaatsysteem zit), is de katalysator een andere lamp.

Waar is de katalysator in de auto? Aangezien de katalysator bij hoge temperatuur moet werken, bevindt deze zich zo dicht mogelijk bij het uitlaatspruitstuk. Het bevindt zich voor de resonator.

Wat is een katalysator in een auto? Dit is een katalysator - een extra lamp in het uitlaatsysteem. Het is gevuld met keramisch materiaal, waarvan de honingraat is bedekt met edelmetaal.