Hur fungerar en bilkatalysator?

Under driften av en förbränningsmotor släpps avgaser ut i atmosfären, som inte bara är en av de främsta orsakerna till luftföroreningar, utan också en av orsakerna till många sjukdomar.

Dessa gaser, som kommer ut ur fordons avgaser, består av extremt skadliga element, varför moderna bilar är utrustade med ett speciellt avgassystem, där en katalysator alltid finns.

Den katalytiska omvandlaren förstör skadliga molekyler i avgaser och gör dem så säkra som möjligt för människor och miljön.

Vad är en katalysator?

En katalytisk omvandlare är en typ av anordning vars huvuduppgift är att minska skadliga utsläpp från avgaser från bilmotorer. Katalysatorstrukturen är enkel. Detta är en metallbehållare som är installerad i avgassystemet i en bil.

Det finns två rör i tanken. Omvandlarens "ingång" är ansluten till motorn och avgaserna kommer in genom den och "utgången" är ansluten till resonatorn i fordonets avgassystem.

När avgaser från motorn kommer in i katalysatorn sker kemiska reaktioner i den. De förstör skadliga gaser och förvandlar dem till ofarliga gaser som kan släppas ut i miljön.

Vilka är komponenterna i katalysatorn?

För att göra det lite tydligare hur en bilkatalysator fungerar, låt oss överväga vilka huvudelement det är. Utan att gå in på detaljer listar vi bara de huvudelement som det är byggt från.

Substrat

Substratet är den inre strukturen av katalysatorn på vilken katalysatorn och ädelmetaller är belagda. Det finns flera typer av substrat. Deras huvudsakliga skillnad är materialet från vilket den är gjord. Oftast är det ett inert ämne som stabiliserar aktiva partiklar på dess yta.

Покрытие

Det aktiva katalysatormaterialet består vanligtvis av aluminiumoxid och föreningar såsom cerium, zirkonium, nickel, barium, lantan och andra. Syftet med beläggningen är att expandera den fysiska ytan av substratet och fungera som en bas på vilken ädelmetallerna avsätts.

Ädelmetaller

De ädelmetaller som finns i katalysatorn tjänar till att utföra en extremt viktig katalytisk reaktion. Vanligt förekommande ädelmetaller är platina, palladium och rodium, men på senare år har ett stort antal tillverkare börjat använda guld.

hölje

Huset är det yttre skalet på anordningen och innehåller substratet och andra element i katalysatorn. Materialet som fodralet vanligtvis är tillverkat av är rostfritt stål.

rör

Rören ansluter fordonets katalysator till fordonets avgassystem och motor. De är tillverkade i rostfritt stål.

Hur fungerar en bilkatalysator?

För drift av en förbränningsmotor är det viktigt att en stabil förbränningsprocess av luft-bränsleblandningen äger rum i dess cylindrar. Under denna process bildas skadliga gaser såsom kolmonoxid, kväveoxider, kolväten och andra.

Om bilen inte har en katalysator, kommer alla dessa extremt skadliga gaser, när de släppts ut i avgasgrenröret från motorn, att passera genom avgassystemet och komma in i luften som vi andas in direkt.

Om fordonet har en katalytisk omvandlare, kommer avgaserna att strömma från motorn till ljuddämparen genom honungskakan på substratet och reagera med ädelmetaller. Som ett resultat av en kemisk reaktion neutraliseras skadliga ämnen, och endast ofarligt avgas, främst koldioxid, kommer in i miljön från avgassystemet.

Vi vet från kemilektioner att en katalysator är ett ämne som orsakar eller påskyndar en kemisk reaktion utan att påverka den. Katalysatorer deltar i reaktioner men är varken reaktanter eller produkter av en katalytisk reaktion.

Det finns två steg genom vilka skadliga gaser i en katalysator passerar: reduktion och oxidation. Hur det fungerar?

När driftstemperaturen för katalysatorn når 500 till 1200 grader Fahrenheit eller 250-300 grader Celsius händer två saker: reduktion, och omedelbart efter det oxidationsreaktionen. Detta låter lite komplicerat, men det betyder faktiskt att ämnets molekyler samtidigt förlorar och får elektroner, vilket ändrar deras struktur.

Minskningen (absorption av syre) som sker i katalysatorn syftar till att omvandla kväveoxid till en miljövänlig gas.

Hur fungerar en bilkatalysator i återhämtningsfasen?

När kväveoxid från en bils avgaser kommer in i katalysatorn, börjar platina och rodium i den verkar på sönderdelningen av kväveoxidmolekyler och förvandlar den skadliga gasen till en helt ofarlig.

Vad händer under oxidationsstadiet?

Det andra steget som inträffar i katalysatorn kallas oxidationsreaktionen, där oförbrända kolväten omvandlas till koldioxid och vatten genom blandning med syre (oxidation).

Reaktionerna som äger rum i katalysatorn förändrar den kemiska sammansättningen av avgaserna och förändrar strukturen hos den atom som de är gjorda av. När molekyler av skadliga gaser passerar från motorn till katalysatorn bryter det ner till atomer. Atomerna kombinerar i sin tur till molekyler till relativt ofarliga ämnen som koldioxid, kväve och vatten och släpps ut i miljön genom avgassystemet.

De viktigaste typerna av katalysatorer som används i bensinmotorer är två: tvåvägs och trevägs.

Bilateral

En dubbelväggig (dubbelsidig) katalysator utför samtidigt två uppgifter: den oxiderar kolmonoxid till koldioxid och oxiderar kolväten (oförbränt eller delvis bränt bränsle) till koldioxid och vatten.

Denna typ av bilkatalysator användes i diesel- och bensinmotorer för att minska skadliga utsläpp av kolväten och kolmonoxid fram till 1981, men eftersom den inte kunde omvandla kväveoxider ersattes den efter trevägskatalysatorer efter 81.

Trevägs redox-katalysator

Denna typ av bilkatalysator introducerades, som det visade sig, 1981, och idag installeras den på alla moderna bilar. Trevägskatalysatorn utför tre uppgifter samtidigt:

• reducerar kväveoxid till kväve och syre;
• oxiderar kolmonoxid till koldioxid;
• oxiderar oförbrända kolväten till koldioxid och vatten.

Eftersom denna typ av katalysator utför både reduktions- och oxidationsstegen vid katalys, utför den sin uppgift med upp till 98 % effektivitet. Det betyder att om din bil är utrustad med en sådan katalysator kommer den inte att förorena miljön med skadliga utsläpp.

Typer av katalysatorer i dieselmotorer

För dieselfordon var en av de mest använda katalytiska omvandlarna fram till nyligen Diesel Oxidation Catalyst (DOC). Denna katalysator använder syre i avgasströmmen för att omvandla kolmonoxid till koldioxid och kolväten till vatten och koldioxid. Tyvärr är denna typ av katalysator endast 90% effektiv och lyckas eliminera diesellukt och minska synliga partiklar, men är inte effektiv för att minska NOx-utsläpp.

Dieselmotorer avger gaser som innehåller en relativt hög nivå av partiklar (sot), som huvudsakligen består av elementärt kol, som DOC-katalysatorer inte klarar av, så partiklarna måste tas bort med så kallade partikelformiga filter (DPF).

Hur underhålls katalysatorer?

För att undvika problem med katalysatorn är det viktigt att veta att:

• Den genomsnittliga katalysatorns livslängd är cirka 160000 XNUMX km. När du har rest detta avstånd måste du överväga att byta givaren.
• Om fordonet är utrustat med en katalysator bör du inte använda blyhaltigt bränsle, eftersom det minskar katalysatorns effektivitet. Det enda lämpliga bränslet i detta fall är blyfritt.

Utan tvekan är fördelarna med dessa enheter för miljön och vår hälsa enorma, men förutom deras fördelar har de också sina nackdelar.

En av deras största nackdelar är att de bara arbetar vid höga temperaturer. Med andra ord, när du startar din bil gör katalysatorn nästan ingenting för att minska avgasutsläppen.

Det börjar fungera effektivt efter att avgaserna upphettats till 250-300 grader Celsius. Därför har vissa biltillverkare vidtagit åtgärder för att lösa problemet genom att flytta katalysatorn närmare motorn, som å ena sidan förbättrar enhetens prestanda men förkortar dess livslängd eftersom dess närhet till motorn utsätter den för mycket höga temperaturer.

Under de senaste åren har det beslutats att placera katalysatorn under passagerarsätet på ett avstånd som gör att den kan arbeta mer effektivt utan att utsättas för höga motortemperaturer.

Andra nackdelar med katalysatorer är frekvent igensättning och kakförbränning. Utbrändhet uppstår vanligtvis på grund av att oförbränt bränsle kommer in i avgassystemet som antänds i katalysatorns matning. Igensättning uppstår oftast på grund av dålig eller olämplig bensin, normalt slitage, körsätt m.m.

Dessa är mycket små nackdelar mot bakgrund av de enorma fördelarna vi får av att använda bilkatalysatorer. Tack vare dessa enheter är skadliga utsläpp från bilar begränsade.

Vissa kritiker hävdar att koldioxid också är ett skadligt utsläpp. De anser att en katalysator inte behövs i en bil, eftersom sådana utsläpp ökar växthuseffekten. Faktum är att om en bil inte har en katalysator och släpper ut kolmonoxid i luften, kommer denna oxid själv att förvandlas till koldioxid i atmosfären.

Vem uppfann katalysatorn?

Även om katalysatorer inte visade en massa förrän i slutet av 1970-talet, började deras historia mycket tidigare.

Katalysatorns fader anses vara den franske kemiingenjören Eugene Goudry, som 1954 patenterade sin uppfinning under namnet "Exhaust Catalytic Converter".

Före denna uppfinning uppfann Goodry katalytisk krackning, i vilken stora komplexa organiska kemikalier separeras i ofarliga produkter. Sedan experimenterade han med olika typer av bränsle, hans mål var att göra det renare.

Den faktiska användningen av katalysatorer i bilar ägde rum i mitten av 1970-talet, när strängare regler för utsläppskontroll infördes som krävde att bly från avgas från låg kvalitet bensin.

Frågor och svar:

Hur kontrollerar man närvaron av en katalysator på en bil? För att göra detta, titta bara under bilen. Förutom huvudljuddämparen och den lilla ljuddämparen (resonatorn som sitter längst fram i avgassystemet) är katalysatorn en annan glödlampa.

Var är katalysatorn i bilen? Eftersom katalysatorn måste arbeta under höga temperaturer är den placerad så nära avgasgrenröret som möjligt. Det är framför resonatorn.

Vad är en katalysator i en bil? Detta är en katalysator - en extra glödlampa i avgassystemet. Den är fylld med keramiskt material, vars honungskaka är täckt med ädelmetall.