Hogyan működik az autóipari katalizátor?

A belső égésű motor működése során kipufogógázok kerülnek a légkörbe, amelyek nemcsak a légszennyezés, hanem számos betegség egyik oka.

Ezek a gázok, amelyek a járművek kipufogórendszereiből kerülnek ki, rendkívül káros elemekből állnak, ezért a modern autókat speciális kipufogórendszerrel látják el, amelyben mindig van katalizátor.

A katalizátor elpusztítja a kipufogógázokban található káros molekulákat, és a lehető legbiztonságosabbá teszi azokat az emberek és a környezet számára.

Mi a katalizátor?

A katalizátor olyan típusú készülék, amelynek fő feladata az autómotorok kipufogógázaiból származó káros kibocsátások csökkentése. A katalizátor szerkezete egyszerű. Ez egy fém tartály, amelyet az autó kipufogórendszerébe szerelnek be.

Két cső van a tartályban. Az átalakító "bemenete" a motorhoz csatlakozik, és azon keresztül kipufogógázok jutnak be, a "kimenet" pedig a jármű kipufogórendszerének rezonátorához csatlakozik.

Amikor a motor kipufogógázai belépnek a katalizátorba, kémiai reakciók mennek végbe benne. Elpusztítják a káros gázokat, és ártalmatlan gázokká alakítják őket, amelyek a környezetbe kerülhetnek.

Melyek a katalizátor alkatrészei?

Annak érdekében, hogy egy kicsit világosabbá tegyük az autó katalizátor működését, vegyük fontolóra annak fő elemeit. Anélkül, hogy belemennénk a részletekbe, csak azokat a fő elemeket soroljuk fel, amelyekből felépül.

Alapfelület

A szubsztrát a katalizátor belső szerkezete, amelyre a katalizátort és a nemesfémeket bevonják. Többféle szubsztrátum létezik. Fő különbségük az anyag, amelyből készült. Leggyakrabban egy inert anyag, amely stabilizálja az aktív részecskéket a felületén.

Lefedettség

Az aktív katalizátor anyag általában alumínium-oxidból és olyan vegyületekből áll, mint a cérium, cirkónium, nikkel, bárium, lantán és mások. A bevonat célja, hogy kitágítsa az alapfelület fizikai felületét, és alapként szolgáljon, amelyre a nemesfémek lerakódnak.

Nemesfém

A katalizátorban jelenlévő nemesfémek rendkívül fontos katalitikus reakció végrehajtását szolgálják. Az általánosan használt nemesfémek a platina, a palládium és a ródium, de az utóbbi években számos gyártó kezdte el használni az aranyat.

ház

A ház a készülék külső héja, és tartalmazza a hordozót és a katalizátor egyéb elemeit. Az anyag, amelyből a házat általában készítik, rozsdamentes acél.

csövek

A csövek összekötik a jármű katalizátorát a jármű kipufogórendszerével és motorjával. Rozsdamentes acélból készülnek.

Hogyan működik az autóipari katalizátor?

A belső égésű motor működése szempontjából fontos, hogy a levegő-üzemanyag keverék stabil égési folyamata a hengerében lejátszódjon. Ennek során káros gázok képződnek, például szén-monoxid, nitrogén-oxidok, szénhidrogének és mások.

Ha az autó nem rendelkezik katalizátorral, akkor ezek a rendkívül káros gázok, miután a motorból kiengedték őket a kipufogócsonkba, áthaladnak a kipufogórendszeren és bejutnak a közvetlenül belélegzett levegőnkbe.

Ha a jármű katalizátorral rendelkezik, a kipufogógázok a szubsztrátum méhsejtjén keresztül a motorból a kipufogódobba áramlanak, és nemesfémekkel reagálnak. Kémiai reakció eredményeként a káros anyagok semlegesülnek, és a kipufogórendszerből csak ártalmatlan kipufogógáz, többnyire szén-dioxid kerül a környezetbe.

A kémiaórákból tudjuk, hogy a katalizátor olyan anyag, amely anélkül vált ki vagy gyorsít fel egy kémiai reakciót, hogy azt befolyásolná. A katalizátorok részt vesznek a reakciókban, de nem reagensek vagy katalitikus reakció termékei.

A katalizátorban található káros gázok két szakaszon haladnak át: redukció és oxidáció. Hogyan működik?

Amikor a katalizátor üzemi hőmérséklete eléri az 500–1200 Fahrenheit fokot vagy a 250–300 Celsius fokot, két dolog történik: redukció és közvetlenül ezt követően az oxidációs reakció. Ez kissé bonyolultnak hangzik, de valójában azt jelenti, hogy az anyag molekulái egyszerre veszítenek és nyernek elektronokat, ami megváltoztatja szerkezetüket.

A katalizátorban bekövetkező redukció (oxigénfelvétel) célja a nitrogén-monoxid környezetbarát gázzá történő átalakítása.

Hogyan működik az autóipari katalizátor a helyreállítási szakaszban?

Amikor az autó kipufogógázaiból származó dinitrogén-oxid belép a katalizátorba, a benne lévő platina és ródium a nitrogén-oxid-molekulák bomlására hat, a káros gázt teljesen ártalmatlanná változtatva.

Mi történik az oxidációs szakaszban?

A katalizátorban bekövetkező második lépést oxidációs reakciónak nevezzük, amelynek során az el nem égett szénhidrogének oxigénnel keveredve (oxidáció) szén-dioxiddá és vízzé alakulnak.

A katalizátorban lejátszódó reakciók megváltoztatják a kipufogógázok kémiai összetételét, megváltoztatva az atom szerkezetét. Amikor a káros gázok molekulái átkerülnek a motorból a katalizátorba, az atomokra bomlik. Az atomok viszont molekulákká rekombinálódva viszonylag ártalmatlan anyagokat, például szén-dioxidot, nitrogént és vizet alkotnak, és a kipufogórendszeren keresztül kerülnek a környezetbe.

A benzinmotorokban használt katalizátorok fő típusai kétféle: két- és háromutas.

Kétoldalú

A kétfalú (kétoldalas) katalizátor egyidejűleg két feladatot lát el: a szén-monoxidot szén-dioxiddá oxidálja, a szénhidrogéneket (elégetlen vagy részben elégetett üzemanyag) pedig szén-dioxiddá és vízzé.

Ezt a típusú autóipari katalizátort dízel- és benzinmotorokban használták a szénhidrogének és szén-monoxid káros kibocsátásának csökkentésére 1981-ig, de mivel nitrogén-oxidokat nem tudott átalakítani, 81 után háromutas katalizátorokkal helyettesítették.

Háromutas redox katalizátor

Ezt a típusú autóipari katalizátort, amint kiderült, 1981-ben vezették be, és ma minden modern autóra fel van szerelve. A háromutas katalizátor egyszerre három feladatot lát el:

• redukálja a nitrogén-monoxidot nitrogénné és oxigénné;
• oxidálja a szén-monoxidot szén-dioxiddá;
• az el nem égett szénhidrogéneket szén-dioxiddá és vízzé oxidálja.

Mivel ez a típusú katalizátor a katalízis redukciós és oxidációs lépéseit egyaránt elvégzi, akár 98%-os hatékonysággal látja el feladatát. Ez azt jelenti, hogy ha az Ön autója ilyen katalizátorral van felszerelve, az nem szennyezi káros károsanyag-kibocsátással a környezetet.

A dízelmotorok katalizátorainak típusai

A dízelüzemű járműveknél a közelmúltig az egyik leggyakrabban használt katalizátor a dízel-oxidációs katalizátor (DOC) volt. Ez a katalizátor oxigént használ a kipufogógázban, hogy a szén-monoxidot szén-dioxiddá, a szénhidrogéneket pedig vízzé és szén-dioxiddá alakítsa. Sajnos ez a fajta katalizátor csak 90% -ban hatékony, és képes megszüntetni a dízel szagát és csökkenteni a látható részecskéket, de nem hatékony az NO x -kibocsátás csökkentésében.

A dízelmotorok viszonylag magas részecsketartalmú (korom) gázokat bocsátanak ki, amelyek főleg elemi szénből állnak, amellyel a DOC katalizátorok nem tudnak megbirkózni, ezért a részecskéket úgynevezett részecskeszűrőkkel (DPF) kell eltávolítani.

Hogyan tarthatók fenn a katalizátorok?

A katalizátorral kapcsolatos problémák elkerülése érdekében fontos tudni, hogy:

• Az átlagos élettartam körülbelül 160000 XNUMX km. Miután megtette ezt a távolságot, meg kell fontolnia a jelátalakító cseréjét.
• Ha a jármű katalizátorral van felszerelve, ne használjon ólmozott üzemanyagot, mivel az csökkenti a katalizátor hatékonyságát. Ebben az esetben az egyetlen megfelelő üzemanyag az ólommentes.

Kétségtelen, hogy ezen készülékek óriási előnyökkel járnak a környezet és az egészség szempontjából, de előnyeik mellett hátrányaik is vannak.

Az egyik legnagyobb hátrányuk, hogy csak magas hőmérsékleten dolgoznak. Más szóval, amikor elindítja autóját, a katalizátor szinte semmit sem tesz a kipufogógáz-kibocsátás csökkentése érdekében.

Csak akkor kezd hatékonyan működni, ha a kipufogógázokat 250-300 Celsius fokig melegítik. Ezért egyes autógyártók lépéseket tettek ennek a problémának a kezelésére azáltal, hogy a katalizátort közelebb helyezték a motorhoz, ami egyrészt javítja a készülék teljesítményét, de lerövidíti annak élettartamát, mert a motor közelsége nagyon magas hőmérsékletnek teszi ki.

Az elmúlt években úgy döntöttek, hogy a katalizátort az utasülés alá helyezik olyan távolságra, amely lehetővé teszi a hatékonyabb működést anélkül, hogy magas motorhőmérsékletnek lenne kitéve.

A katalizátorok további hátrányai a gyakori eltömődés és a pogácsaégés. A kiégés általában akkor következik be, amikor az el nem égett üzemanyag a kipufogórendszerbe kerül, amely meggyullad a katalizátor betáplálásában. Az eltömődés leggyakrabban rossz vagy nem megfelelő benzin, normál kopás, vezetési stílus stb. miatt következik be.

Ezek nagyon kicsi hátrányok az autóipari katalizátorok használatából származó hatalmas előnyök hátterében. Ezeknek az eszközöknek köszönhetően korlátozott az autók káros kibocsátása.

Egyes kritikusok azzal érvelnek, hogy a szén-dioxid is káros kibocsátás. Úgy gondolják, hogy egy autóban nincs szükség katalizátorra, mert az ilyen károsanyag-kibocsátás fokozza az üvegházhatást. Valójában, ha egy autóban nincs katalizátor, és szén-monoxidot bocsát ki a levegőbe, akkor ez az oxid maga is szén-dioxiddá alakul a légkörben.

Ki találta ki a katalizátort?

Bár a katalizátorok csak a hetvenes évek végén jelentek meg tömegesen, történelmük sokkal korábban kezdődött.

A katalizátor atyjának Eugene Goudry francia vegyészmérnököt tartják, aki 1954-ben "Exhaust Catalytic Converter" néven szabadalmaztatta találmányát.

A találmány előtt Goodry feltalálta a katalitikus krakkolást, amelyben a nagy komplex szerves vegyi anyagokat ártalmatlan termékekké választják szét. Aztán különféle üzemanyagokkal kísérletezett, célja az volt, hogy tisztább legyen.

A katalizátorok tényleges használatára az 1970-es évek közepén került sor az autókban, amikor szigorúbb kibocsátáscsökkentési szabályokat vezettek be, amelyek megkövetelik az ólom eltávolítását a gyenge minőségű benzin kipufogógázaiból.

Kérdések és válaszok:

Hogyan lehet ellenőrizni a katalizátor jelenlétét az autóban? Ehhez csak nézzen az autó alá. A fő hangtompító és a kis kipufogó (a kipufogórendszer előtt található rezonátor) mellett a katalizátor egy másik izzó.

Hol van a katalizátor az autóban? Mivel a katalizátornak magas hőmérsékleten kell működnie, a lehető legközelebb kell elhelyezni a kipufogócsőhöz. A rezonátor előtt van.

Mi az a katalizátor az autóban? Ez egy katalizátor - egy kiegészítő izzó a kipufogórendszerben. Kerámia anyaggal van feltöltve, melynek méhsejtjét nemesfém borítja.