Как работи автомобилният катализатор?

По време на работа на двигателя с вътрешно горене в атмосферата се отделят отработени газове, които са не само една от основните причини за замърсяване на въздуха, но и една от причините за много заболявания.

Тези газове, които излизат от изпускателните системи на превозните средства, се състоят от изключително вредни елементи, поради което съвременните автомобили са оборудвани със специална изпускателна система, в която винаги присъства катализатор.

Катализаторът унищожава вредните молекули в отработените газове и ги прави възможно най-безопасни за хората и околната среда.

Какво е катализатор?

Каталитичният преобразувател е тип устройство, чиято основна задача е да намали вредните емисии от отработените газове от автомобилните двигатели. Структурата на катализатора е проста. Това е метален контейнер, който е монтиран в изпускателната система на автомобил.

В резервоара има две тръби. "Входът" на преобразувателя е свързан с двигателя и през него влизат отработени газове, а "изходът" е свързан с резонатора на изпускателната система на превозното средство.

Когато отработените газове от двигателя влязат в катализатора, в него протичат химически реакции. Те унищожават вредните газове и ги превръщат в безвредни газове, които могат да се отделят в околната среда.

Какви са компонентите на каталитичния конвертор?

За да стане малко по-ясно как работи автомобилният катализатор, нека разгледаме кои са основните му елементи. Без да навлизаме в подробности, ще изброим само основните елементи, от които е изграден.

Основа

Субстратът е вътрешната структура на катализатора, върху която са покрити катализаторът и благородните метали. Има няколко вида субстрати. Основната им разлика е материалът, от който са направени. Най-често това е инертно вещество, което стабилизира активните частици на повърхността си.

Обхват

Активният катализаторен материал обикновено се състои от алуминиев оксид и съединения като церий, цирконий, никел, барий, лантан и други. Целта на покритието е да разшири физическата повърхност на субстрата и да служи като основа, върху която се отлагат благородните метали.

Благородни метали

Благородните метали, присъстващи в катализатора, служат за извършване на изключително важна каталитична реакция. Често използваните благородни метали са платина, паладий и родий, но през последните години голям брой производители започнаха да използват злато.

жилище

Корпусът е външната обвивка на устройството и съдържа субстрата и другите елементи на катализатора. Материалът, от който обикновено се изработва кутията, е неръждаема стомана.

тръби

Тръбите свързват каталитичния конвертор на превозното средство към изпускателната система и двигателя на автомобила. Изработени са от неръждаема стомана.

Как работи автомобилният катализатор?

За работата на двигателя с вътрешно горене е важно в неговите цилиндри да протича стабилен процес на горене на въздушно-горивната смес. По време на този процес се образуват вредни газове като въглероден окис, азотни оксиди, въглеводороди и други.

Ако автомобилът няма катализатор, всички тези изключително вредни газове, след като бъдат изпуснати в изпускателния колектор от двигателя, ще преминат през изпускателната система и ще влязат директно във въздуха, който дишаме.

Ако превозното средство има каталитичен конвертор, отработените газове ще потекат от двигателя към ауспуха през пчелната пита на субстрата и ще реагират с благородни метали. В резултат на химична реакция вредните вещества се неутрализират и само безвредните отработени газове, най-вече въглеродният диоксид, попадат в околната среда от изпускателната система.

От уроците по химия знаем, че катализаторът е вещество, което предизвиква или ускорява химическа реакция, без да я засяга. Катализаторите участват в реакциите, но не са нито реагенти, нито продукти на каталитична реакция.

Има два етапа, през които преминават вредните газове в катализатора: редукция и окисление. Как работи?

Когато работната температура на катализатора достигне 500 до 1200 градуса по Фаренхайт или 250-300 градуса по Целзий, се случват две неща: редукция и веднага след това реакция на окисление. Това звучи малко сложно, но всъщност означава, че молекулите на веществото едновременно губят и получават електрони, което променя тяхната структура.

Намаляването (абсорбцията на кислород), което се случва в катализатора, е насочено към превръщане на азотния оксид в екологичен газ.

Как работи автомобилният катализатор във фазата на възстановяване?

Когато азотният оксид от отработените газове на автомобила навлезе в катализатора, платината и родият в него започват да действат върху разлагането на молекулите на азотен оксид, превръщайки вредния газ в напълно безвреден.

Какво се случва по време на етапа на окисление?

Вторият етап, който се случва в катализатора, се нарича реакция на окисление, при която неизгорелите въглеводороди се превръщат във въглероден диоксид и вода чрез смесване с кислород (окисляване).

Реакциите, протичащи в катализатора, променят химичния състав на отработените газове, променяйки структурата на атома, от който са направени. Когато молекулите на вредни газове преминат от двигателя към катализатора, той ги разгражда на атоми. Атомите от своя страна се рекомбинират в молекули в относително безвредни вещества като въглероден диоксид, азот и вода и се изпускат в околната среда чрез изпускателната система.

Основните видове каталитични преобразуватели, използвани в бензиновите двигатели, са два: двупосочен и трипътен.

Двустранно

Двустенният (двустранен) катализатор едновременно изпълнява две задачи: окислява въглеродния окис до въглероден диоксид и окислява въглеводородите (неизгоряло или частично изгорено гориво) до въглероден диоксид и вода.

Този тип автомобилен катализатор се използва в дизеловите и бензиновите двигатели за намаляване на вредните емисии на въглеводороди и въглероден окис до 1981 г., но тъй като не може да преобразува азотни оксиди, след 81 г. е заменен с трипосочни катализатори.

Трипосочен редокс каталитичен преобразувател

Този тип автомобилен катализатор, както се оказа, беше представен през 1981 г. и днес той е инсталиран на всички съвременни автомобили. Трипътният катализатор изпълнява едновременно три задачи:

• намалява азотния оксид до азот и кислород;
• окислява въглеродния окис до въглероден диоксид;
• окислява неизгорелите въглеводороди до въглероден диоксид и вода.

Тъй като този тип каталитичен преобразувател изпълнява както редукционните, така и окислителните стъпки на катализата, той изпълнява задачата си с ефективност до 98%. Това означава, че ако вашият автомобил е оборудван с такъв катализатор, той няма да замърсява околната среда с вредни емисии.

Видове катализатори в дизеловите двигатели

За дизелови превозни средства доскоро един от най-често използваните каталитични преобразуватели беше дизеловият окислителен катализатор (DOC). Този катализатор използва кислород в отработения поток, за да превърне въглеродния окис във въглероден диоксид и въглеводородите във вода и въглероден диоксид. За съжаление този тип катализатор е само 90% ефективен и успява да елиминира дизеловата миризма и да намали видимите частици, но не е ефективен при намаляване на емисиите на NO x.

Дизеловите двигатели отделят газове, които съдържат относително високи нива на твърди частици (сажди), които се състоят главно от елементарен въглерод, с който DOC катализаторите не могат да се справят, така че частиците трябва да бъдат отстранени с помощта на така наречените филтри за твърди частици (DPF).

Как се поддържат катализаторите?

За да избегнете проблеми с катализатора, е важно да знаете, че:

• Средният живот на катализатора е около 160000 XNUMX км. След като изминете това разстояние, трябва да помислите за подмяна на датчика.
• Ако превозното средство е оборудвано с каталитичен конвертор, не трябва да използвате оловно гориво, тъй като то намалява ефективността на катализатора. Единственото подходящо гориво в случая е безоловното.

Несъмнено ползите от тези устройства за околната среда и нашето здраве са огромни, но освен своите предимства, те имат и своите недостатъци.

Един от най-големите им недостатъци е, че работят само при високи температури. С други думи, когато стартирате колата си, катализаторът не прави почти нищо за намаляване на емисиите на отработени газове.

Той започва да работи ефективно едва след като отработените газове се нагреят до 250-300 градуса по Целзий. Ето защо някои производители на автомобили са предприели стъпки, за да се справят с този проблем, като придвижат катализатора по-близо до двигателя, което от една страна подобрява производителността на устройството, но съкращава живота му, тъй като близостта му до двигателя го излага на много високи температури.

През последните години беше решено да поставите катализатора под седалката на пътника на разстояние, което ще му позволи да работи по-ефективно, без да е изложено на високи температури на двигателя.

Други недостатъци на катализаторите са честото запушване и изгаряне на кейк. Прегарянето обикновено се дължи на неизгоряло гориво, навлизащо в изпускателната система, което се запалва в подаването на катализатора. Запушването най-често се получава поради лош или неподходящ бензин, нормално износване, стил на шофиране и др.

Това са много малки недостатъци на фона на огромните ползи, които получаваме от използването на автомобилни катализатори. Благодарение на тези устройства вредните емисии от автомобилите са ограничени.

Някои критици твърдят, че въглеродният диоксид също е вредна емисия. Те смятат, че в колата не е необходим катализатор, тъй като подобни емисии увеличават парниковия ефект. Всъщност, ако една кола няма каталитичен конвертор и отделя въглероден оксид във въздуха, този оксид сам ще се превърне във въглероден диоксид в атмосферата.

Кой е изобретил катализатора?

Въпреки че катализаторите се появяват масово едва в края на 1970-те години, тяхната история започва много по-рано.

За баща на катализатора се смята френският инженер-химик Юджийн Гудри, който през 1954 г. патентова изобретението си под името "Exhaust Catalytic Converter".

Преди това изобретение Goodry изобретява каталитичен крекинг, при който големи сложни органични химикали се разделят на безвредни продукти. След това той експериментира с различни видове гориво, целта му беше да го направи по-чисто.

Реалното използване на катализатори в автомобилите се случи в средата на 1970-те години, когато бяха въведени по-строги разпоредби за контрол на емисиите, изискващи отстраняване на оловото от отработените газове от нискокачествен бензин.

Въпроси и отговори:

Как да проверите наличието на катализатор на автомобил? За да направите това, просто погледнете под колата. В допълнение към главния ауспух и малкия ауспух (резонаторът, който седи пред изпускателната система), катализаторът е друга крушка.

Къде е катализатора в колата? Тъй като катализаторът трябва да работи при условия на висока температура, той е разположен възможно най-близо до изпускателния колектор. Намира се пред резонатора.

Какво е катализатор в колата? Това е каталитичен конвертор - допълнителна крушка в изпускателната система. Пълнена е с керамичен материал, чиято пчелна пита е покрита с благороден метал.