Hvordan fungerer en bilkatalysator?

Under driften av en forbrenningsmotor frigjøres avgasser i atmosfæren, som ikke bare er en av hovedårsakene til luftforurensning, men også en av årsakene til mange sykdommer.

Disse gassene, som kommer ut av eksosanleggene til kjøretøyer, består av ekstremt skadelige elementer, og det er grunnen til at moderne biler er utstyrt med et spesielt eksosanlegg, hvor det alltid er en katalysator.

Den katalytiske omformeren ødelegger skadelige molekyler i avgasser og gjør dem så trygge som mulig for mennesker og miljøet.

Hva er en katalysator?

En katalytisk omformer er en type enhet der hovedoppgaven er å redusere skadelige utslipp fra avgassene til bilmotorer. Katalysatorstrukturen er enkel. Dette er en metallbeholder som er installert i eksosanlegget til en bil.

Tanken har to rør. Konverterens "inngang" er koblet til motoren, og avgasser kommer inn gjennom den, og "utgangen" er koblet til resonatoren til kjøretøyets eksosanlegg.

Når avgassen fra motoren kommer inn i katalysatoren, finner det kjemiske reaksjoner i den. De ødelegger skadelige gasser og gjør dem om til ufarlige gasser som kan frigjøres i miljøet.

Hva er komponentene i den katalytiske omformeren?

For å gjøre det litt tydeligere hvordan en bilkatalysator fungerer, la oss vurdere hva hovedelementene er. Uten å gå inn på detaljer, viser vi bare hovedelementene den er bygd fra.

Substrat

Substratet er den indre strukturen til katalysatoren som katalysatoren og edle metaller er belagt på. Det finnes flere typer underlag. Hovedforskjellen deres er materialet den er laget av. Oftest er det et inert stoff som stabiliserer aktive partikler på overflaten.

Dekning

Det aktive katalysatormaterialet består vanligvis av aluminiumoksyd og forbindelser som cerium, zirkonium, nikkel, barium, lantan og andre. Hensikten med belegget er å utvide den fysiske overflaten til underlaget og tjene som en base som edle metaller avsettes på.

Edle metaller

De edle metallene som er tilstede i katalysatoren tjener til å utføre en ekstremt viktig katalytisk reaksjon. Vanlige brukte edelmetaller er platina, palladium og rhodium, men de siste årene har et stort antall produsenter begynt å bruke gull.

bolig

Huset er det ytre skallet til enheten og inneholder substratet og andre elementer i katalysatoren. Materialet som kassen vanligvis er laget av er rustfritt stål.

rørene

Rørene kobler kjøretøyets katalysator til kjøretøyets eksosanlegg og motor. De er laget av rustfritt stål.

Hvordan fungerer en bilkatalysator?

For drift av en forbrenningsmotor er det viktig at en stabil forbrenning av luft-drivstoffblandingen finner sted i sylindrene. Under denne prosessen genereres skadelige gasser, for eksempel karbonmonoksid, nitrogenoksider, hydrokarboner og andre.

Hvis bilen ikke har en katalysator, vil alle disse ekstremt skadelige gassene, etter å ha blitt sluppet ut i eksosmanifolden fra motoren, passere gjennom eksosanlegget og gå direkte i luften vi puster inn.

Hvis kjøretøyet har en katalytisk omformer, vil eksosgasser strømme fra motoren til lyddemperen gjennom honningkaken til underlaget og reagere med edle metaller. Som et resultat av en kjemisk reaksjon nøytraliseres skadelige stoffer, og bare ufarlig eksos, som for det meste er karbondioksid, kommer inn i miljøet fra eksosanlegget.

Vi vet fra kjemileksjoner at en katalysator er et stoff som forårsaker eller fremskynder en kjemisk reaksjon uten å påvirke den. Katalysatorer deltar i reaksjoner, men er verken reaktanter eller produkter av en katalytisk reaksjon.

Det er to stadier som skadelige gasser i katalysatoren passerer gjennom: reduksjon og oksidasjon. Hvordan det fungerer?

Når driftstemperaturen til katalysatoren når 500 til 1200 grader Fahrenheit eller 250-300 grader Celsius, skjer det to ting: reduksjon, og umiddelbart etter det oksidasjonsreaksjonen. Dette høres litt komplisert ut, men det betyr faktisk at stoffets molekyler mister og får elektroner samtidig, noe som endrer strukturen.

Reduksjonen (oksygenopptak) som oppstår i katalysatoren er rettet mot å omdanne nitrogenoksid til en miljøvennlig gass.

Hvordan fungerer en bilkatalysator i utvinningsfasen?

Når lystgass fra en avgass fra en bil kommer inn i katalysatoren, begynner platina og rhodium i den å virke på nedbrytning av nitrogenoksydmolekyler og gjøre den skadelige gassen til en helt ufarlig.

Hva skjer i oksidasjonsfasen?

Det andre trinnet som oppstår i katalysatoren kalles oksidasjonsreaksjonen, hvor uforbrente hydrokarboner omdannes til karbondioksid og vann ved å blande med oksygen (oksidasjon).

Reaksjonene som finner sted i katalysatoren endrer den kjemiske sammensetningen av eksosgassene og endrer strukturen til atomet som de er laget av. Når molekyler av skadelige gasser går fra motoren til katalysatoren, bryter det ned til atomer. Atomene rekombinerer igjen til molekyler til relativt ufarlige stoffer som karbondioksid, nitrogen og vann, og frigjøres til miljøet gjennom eksosanlegget.

Hovedtyper av katalytiske omformere som brukes i bensinmotorer er to: toveis og treveis.

bilateral

En dobbelvegget (dobbeltsidig) katalysator utfører samtidig to oppgaver: oksiderer karbonmonoksid til karbondioksid og oksiderer hydrokarboner (ubrent eller delvis brent brensel) til karbondioksid og vann.

Denne typen bilkatalysatorer ble brukt i diesel- og bensinmotorer for å redusere skadelige utslipp av hydrokarboner og karbonmonoksid til 1981, men fordi den ikke kunne omdanne nitrogenoksider, ble den etter 81 erstattet med treveis katalysatorer.

Treveis redoks-katalysator

Denne typen bilkatalysator ble, som det viser seg, introdusert i 1981 og finnes nå i alle moderne biler. Treveiskatalysatoren utfører tre oppgaver samtidig:

• reduserer nitrogenoksid til nitrogen og oksygen;
• oksiderer karbonmonoksid til karbondioksid;
• oksiderer uforbrente hydrokarboner til karbondioksid og vann.

Fordi denne typen katalysatorer utfører både reduksjons- og oksidasjonstrinnene i katalyse, utfører den oppgaven sin med opptil 98 % effektivitet. Dette betyr at hvis bilen din er utstyrt med en slik katalysator, vil den ikke forurense miljøet med skadelige utslipp.

Typer katalysatorer i dieselmotorer

For dieselbiler var inntil nylig en av de mest brukte katalysatorene Diesel Oxidation Catalyst (DOC). Denne katalysatoren bruker oksygen i eksosstrømmen for å omdanne karbonmonoksid til karbondioksid og hydrokarboner til vann og karbondioksid. Dessverre er denne typen katalysator bare 90% effektiv og klarer å eliminere diesellukt og redusere synlige partikler, men er ikke effektiv til å redusere NO x -utslipp.

Dieselmotorer avgir gasser som inneholder et relativt høyt nivå av svevestøv (sot), som hovedsakelig består av elementært karbon, som DOC-katalysatorer ikke kan takle, så partiklene må fjernes ved hjelp av såkalte partikkelformede filtre (DPF).

Hvordan opprettholdes katalysatorer?

For å unngå problemer med katalysatoren, er det viktig å vite at:

• Den gjennomsnittlige levetiden på katalysatoren er omtrent 160000 XNUMX km. Etter å ha reist denne avstanden, må du vurdere å bytte svinger.
• Hvis kjøretøyet er utstyrt med en katalysator, bør du ikke bruke blyholdig drivstoff, da det reduserer effektiviteten til katalysatoren. Det eneste passende drivstoffet i dette tilfellet er blyfritt.

Utvilsomt er fordelene med disse enhetene for miljøet og helsen vår enorme, men i tillegg til fordelene har de sine ulemper.

En av deres største ulemper er at de bare jobber ved høye temperaturer. Når du starter bilen din, gjør den katalysatoren med andre ord nesten ingenting for å redusere eksosutslippene.

Det begynner å fungere effektivt etter at avgassene er oppvarmet til 250-300 grader celsius. Dette er grunnen til at noen bilprodusenter har tatt skritt for å løse dette problemet ved å flytte katalysatoren nærmere motoren, som på den ene siden forbedrer enhetens ytelse, men forkorter levetiden fordi dens nærhet til motoren utsetter den for veldig høye temperaturer.

De siste årene har det blitt besluttet å plassere katalysatoren under passasjersetet i en avstand som gjør at den kan fungere mer effektivt uten å bli utsatt for høye motortemperaturer.

Andre ulemper med katalysatorer er hyppig tilstopping og kakebrenning. Utbrenthet oppstår vanligvis på grunn av uforbrent drivstoff som kommer inn i eksossystemet som antennes i katalysatoren. Tilstopping oppstår oftest på grunn av dårlig eller uegnet bensin, normal slitasje, kjørestil osv.

Dette er veldig små ulemper med bakgrunn i de enorme fordelene vi får ved bruk av bilkatalysatorer. Takket være disse enhetene er skadelige utslipp fra biler begrenset.

Noen kritikere hevder at karbondioksid også er et skadelig utslipp. De mener at det ikke trengs en katalysator i en bil, fordi slike utslipp øker drivhuseffekten. Faktisk, hvis en bil ikke har en katalysator og slipper ut karbonmonoksid i luften, vil dette oksidet selv bli til karbondioksid i atmosfæren.

Hvem oppfant katalysatoren?

Selv om katalysatorer ikke dukket opp masse før på slutten av 1970-tallet, begynte historien deres mye tidligere.

Katalysatorens far regnes for å være den franske kjemiingeniøren Eugene Goudry, som i 1954 patenterte oppfinnelsen sin under navnet "Exhaust Catalytic Converter".

Før denne oppfinnelse oppfant Goodry katalytisk krakking, der store komplekse organiske kjemikalier blir separert i ufarlige produkter. Deretter eksperimenterte han med forskjellige typer drivstoff, målet hans var å gjøre det renere.

Den faktiske bruken av katalysatorer i biler skjedde på midten av 1970-tallet, da det ble innført strengere utslippskontrollbestemmelser som krever fjerning av bly fra eksosen fra bensin av lav kvalitet.

Spørsmål og svar:

Hvordan sjekke tilstedeværelsen av en katalysator på en bil? For å gjøre dette, se bare under bilen. I tillegg til hovedlyddemperen og den lille lyddemperen (resonatoren som sitter foran eksossystemet), er katalysatoren en annen pære.

Hvor er katalysatoren i bilen? Siden katalysatoren må fungere under høye temperaturforhold, er den plassert så nært eksosmanifolden som mulig. Den er foran resonatoren.

Hva er en katalysator i en bil? Dette er en katalysator - en ekstra pære i eksossystemet. Den er fylt med keramisk materiale, hvis honningkake er dekket med edelt metall.