Πώς λειτουργεί ένας καταλυτικός μετατροπέας αυτοκινήτων;

Κατά τη λειτουργία ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης, τα καυσαέρια απελευθερώνονται στην ατμόσφαιρα, τα οποία δεν είναι μόνο μία από τις κύριες αιτίες της ατμοσφαιρικής ρύπανσης, αλλά και μία από τις αιτίες πολλών ασθενειών.

Αυτά τα αέρια, τα οποία βγαίνουν από τα συστήματα εξάτμισης των οχημάτων, αποτελούνται από εξαιρετικά επιβλαβή στοιχεία, γι 'αυτό και τα σύγχρονα αυτοκίνητα είναι εξοπλισμένα με ένα ειδικό σύστημα εξάτμισης, στο οποίο υπάρχει πάντα καταλύτης.

Ο καταλυτικός μετατροπέας καταστρέφει επιβλαβή μόρια στα καυσαέρια και τα καθιστά όσο το δυνατόν ασφαλέστερα για τους ανθρώπους και το περιβάλλον.

Τι είναι ο καταλύτης;

Ένας καταλυτικός μετατροπέας είναι ένας τύπος συσκευής του οποίου το κύριο καθήκον είναι η μείωση των επιβλαβών εκπομπών από καυσαέρια από κινητήρες αυτοκινήτων. Η καταλυτική δομή είναι απλή. Αυτό είναι ένα μεταλλικό δοχείο που είναι εγκατεστημένο στο σύστημα εξάτμισης ενός αυτοκινήτου.

Υπάρχουν δύο σωλήνες στη δεξαμενή. Η "είσοδος" του μετατροπέα συνδέεται με τον κινητήρα και τα καυσαέρια εισέρχονται μέσω αυτού και η "έξοδος" συνδέεται με τον αντηχείο του συστήματος εξάτμισης του οχήματος.

Όταν τα καυσαέρια από τον κινητήρα εισέλθουν στον καταλύτη, λαμβάνουν χώρα χημικές αντιδράσεις. Καταστρέφουν επιβλαβή αέρια και τα μετατρέπουν σε ακίνδυνα αέρια που μπορούν να απελευθερωθούν στο περιβάλλον.

Ποια είναι τα στοιχεία του καταλυτικού μετατροπέα;

Για να γίνει λίγο πιο σαφές πώς λειτουργεί ένας καταλυτικός μετατροπέας αυτοκινήτων, ας εξετάσουμε ποια είναι τα κύρια στοιχεία του. Χωρίς να αναφερθούμε σε λεπτομέρειες, παραθέτουμε μόνο τα κύρια στοιχεία από τα οποία είναι κατασκευασμένο.

Υπόστρωμα

Το υπόστρωμα είναι η εσωτερική δομή του καταλύτη πάνω στην οποία επικαλύπτονται ο καταλύτης και τα πολύτιμα μέταλλα. Υπάρχουν διάφοροι τύποι υποστρωμάτων. Η κύρια διαφορά τους είναι το υλικό από το οποίο είναι κατασκευασμένο. Τις περισσότερες φορές είναι μια αδρανής ουσία που σταθεροποιεί τα ενεργά σωματίδια στην επιφάνειά της.

Κάλυψη

Το ενεργό υλικό καταλύτη αποτελείται συνήθως από αλουμίνα και ενώσεις όπως δημήτριο, ζιρκόνιο, νικέλιο, βάριο, λανθάνιο και άλλα. Ο σκοπός της επίστρωσης είναι να επεκτείνει τη φυσική επιφάνεια του υποστρώματος και να χρησιμεύσει ως βάση πάνω στην οποία εναποτίθενται τα πολύτιμα μέταλλα.

Πολύτιμα μέταλλα

Τα πολύτιμα μέταλλα που υπάρχουν στον καταλυτικό μετατροπέα χρησιμεύουν για τη διεξαγωγή μιας εξαιρετικά σημαντικής καταλυτικής αντίδρασης. Τα πολύτιμα μέταλλα που χρησιμοποιούνται συνήθως είναι η πλατίνα, το παλλάδιο και το ρόδιο, αλλά τα τελευταία χρόνια μεγάλος αριθμός κατασκευαστών έχει αρχίσει να χρησιμοποιεί χρυσό.

Корпус

Το περίβλημα είναι το εξωτερικό κέλυφος της συσκευής και περιέχει το υπόστρωμα και άλλα στοιχεία του καταλύτη. Το υλικό από το οποίο συνήθως κατασκευάζεται η θήκη είναι ανοξείδωτο.

Σωλήνες

Οι σωλήνες συνδέουν τον καταλυτικό μετατροπέα του οχήματος με το σύστημα εξάτμισης και τον κινητήρα του οχήματος. Είναι κατασκευασμένα από ανοξείδωτο ατσάλι.

Πώς λειτουργεί ένας καταλυτικός μετατροπέας αυτοκινήτων;

Για τη λειτουργία ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης, είναι σημαντικό να πραγματοποιείται στους κυλίνδρους του μια σταθερή διαδικασία καύσης του μίγματος αέρα-καυσίμου. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, δημιουργούνται επιβλαβή αέρια, όπως μονοξείδιο του άνθρακα, οξείδια του αζώτου, υδρογονάνθρακες και άλλα.

Εάν το αυτοκίνητο δεν διαθέτει καταλυτικό μετατροπέα, όλα αυτά τα εξαιρετικά επιβλαβή αέρια, μόλις απελευθερωθούν στην πολλαπλή εξαγωγής από τον κινητήρα, θα περάσουν από το σύστημα εξάτμισης και θα εισέλθουν στον αέρα που αναπνέουμε άμεσα.

Εάν το όχημα διαθέτει καταλυτικό μετατροπέα, τα καυσαέρια θα περάσουν από τον κινητήρα στο σιγαστήρα μέσω της κηρήθρας του υποστρώματος και θα αντιδράσουν με πολύτιμα μέταλλα. Ως αποτέλεσμα μιας χημικής αντίδρασης, οι επιβλαβείς ουσίες εξουδετερώνονται και μόνο αβλαβή καυσαέρια, κυρίως διοξείδιο του άνθρακα, εισέρχονται στο περιβάλλον από το σύστημα εξάτμισης.

Γνωρίζουμε από τα μαθήματα χημείας ότι ο καταλύτης είναι μια ουσία που προκαλεί ή επιταχύνει μια χημική αντίδραση χωρίς να την επηρεάζει. Οι καταλύτες συμμετέχουν στις αντιδράσεις αλλά δεν είναι ούτε αντιδρώντα ούτε προϊόντα μιας καταλυτικής αντίδρασης.

Υπάρχουν δύο στάδια μέσω των οποίων περνούν επιβλαβή αέρια σε έναν καταλύτη: μείωση και οξείδωση. Πως δουλεύει?

Όταν η θερμοκρασία λειτουργίας του καταλύτη φτάσει τους 500 έως 1200 βαθμούς Φαρενάιτ ή τους 250-300 βαθμούς Κελσίου, συμβαίνουν δύο πράγματα: μείωση και αμέσως μετά την αντίδραση οξείδωσης. Αυτό ακούγεται λίγο περίπλοκο, αλλά στην πραγματικότητα σημαίνει ότι τα μόρια της ουσίας χάνουν και κερδίζουν ταυτόχρονα ηλεκτρόνια, τα οποία αλλάζουν τη δομή τους.

Η μείωση (πρόσληψη οξυγόνου) που συμβαίνει στον καταλύτη στοχεύει στη μετατροπή του μονοξειδίου του αζώτου σε ένα φιλικό προς το περιβάλλον αέριο.

Πώς λειτουργεί ένας καταλύτης αυτοκινήτων στη φάση ανάκτησης;

Όταν το οξείδιο του αζώτου από τα καυσαέρια ενός αυτοκινήτου εισέλθει στον καταλύτη, η πλατίνα και το ρόδιο σε αυτό αρχίζουν να δρουν στην αποσύνθεση των μορίων οξειδίου του αζώτου, μετατρέποντας το επιβλαβές αέριο σε εντελώς αβλαβές.

Τι συμβαίνει κατά τη διάρκεια του σταδίου οξείδωσης;

Το δεύτερο βήμα που συμβαίνει στον καταλύτη ονομάζεται αντίδραση οξείδωσης, στην οποία οι άκαυτοι υδρογονάνθρακες μετατρέπονται σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό με ανάμιξη με οξυγόνο (οξείδωση).

Οι αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα στον καταλύτη αλλάζουν τη χημική σύνθεση των καυσαερίων, αλλάζοντας τη δομή του ατόμου από το οποίο κατασκευάζονται. Όταν μόρια επιβλαβών αερίων περνούν από τον κινητήρα στον καταλύτη, τα διασπά σε άτομα. Τα άτομα, με τη σειρά τους, ανασυνδυάζονται σε μόρια σε σχετικά αβλαβείς ουσίες όπως διοξείδιο του άνθρακα, άζωτο και νερό, και απελευθερώνονται στο περιβάλλον μέσω του συστήματος εξάτμισης.

Οι κύριοι τύποι καταλυτικών μετατροπέων που χρησιμοποιούνται σε βενζινοκινητήρες είναι δύο: αμφίδρομοι και τριοδικοί.

Διπλή όψη

Ένας καταλύτης διπλού τοιχώματος (διπλής όψης) εκτελεί ταυτόχρονα δύο εργασίες: οξειδώνει το μονοξείδιο του άνθρακα στο διοξείδιο του άνθρακα και οξειδώνει τους υδρογονάνθρακες (καύσιμο ή καύσιμο μερικώς καύσιμο) σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό.

Αυτός ο τύπος καταλύτη αυτοκινήτου χρησιμοποιήθηκε σε κινητήρες ντίζελ και βενζίνης για τη μείωση των επιβλαβών εκπομπών υδρογονανθράκων και μονοξειδίου του άνθρακα έως το 1981, αλλά επειδή δεν μπορούσε να μετατρέψει οξείδια του αζώτου, μετά το 81 αντικαταστάθηκε με τρισδιάστατους καταλύτες.

Καταλυτικός μετατροπέας τριών κατευθύνσεων

Αυτός ο τύπος καταλύτη αυτοκινήτων, όπως αποδείχθηκε, παρουσιάστηκε το 1981 και σήμερα είναι εγκατεστημένος σε όλα τα σύγχρονα αυτοκίνητα. Ο τρισδιάστατος καταλύτης εκτελεί ταυτόχρονα τρεις εργασίες:

• μειώνει το νιτρικό οξείδιο σε άζωτο και οξυγόνο.
• οξειδώνει το μονοξείδιο του άνθρακα στο διοξείδιο του άνθρακα ·
• οξειδώνει άκαυτους υδρογονάνθρακες σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό.

Επειδή αυτός ο τύπος καταλυτικού μετατροπέα εκτελεί τόσο τα βήματα αναγωγής όσο και οξείδωσης της κατάλυσης, εκτελεί το έργο του με απόδοση έως και 98%. Αυτό σημαίνει ότι εάν το αυτοκίνητό σας είναι εξοπλισμένο με τέτοιο καταλυτικό μετατροπέα, δεν θα μολύνει το περιβάλλον με επιβλαβείς εκπομπές.

Τύποι καταλυτών σε κινητήρες ντίζελ

Για τα πετρελαιοκίνητα οχήματα, μέχρι πρόσφατα, ένας από τους πιο συχνά χρησιμοποιούμενους καταλυτικούς μετατροπείς ήταν ο καταλύτης οξείδωσης ντίζελ (DOC). Αυτός ο καταλύτης χρησιμοποιεί οξυγόνο στο ρεύμα εξάτμισης για να μετατρέψει το μονοξείδιο του άνθρακα σε διοξείδιο του άνθρακα και υδρογονάνθρακες σε νερό και διοξείδιο του άνθρακα. Δυστυχώς, αυτός ο τύπος καταλύτη είναι μόνο 90% αποδοτικός και καταφέρνει να εξαλείψει την οσμή του ντίζελ και να μειώσει τα ορατά σωματίδια, αλλά δεν είναι αποτελεσματικό στη μείωση των εκπομπών ΝΟ x.

Οι κινητήρες ντίζελ εκπέμπουν αέρια που περιέχουν σχετικά υψηλά επίπεδα σωματιδίων (αιθάλη), τα οποία αποτελούνται κυρίως από στοιχειακό άνθρακα, με τους οποίους δεν μπορούν να αντιμετωπιστούν οι καταλύτες DOC, επομένως τα σωματίδια πρέπει να αφαιρεθούν χρησιμοποιώντας τα λεγόμενα φίλτρα σωματιδίων (DPF).

Πώς διατηρούνται οι καταλύτες;

Για να αποφύγετε προβλήματα με τον καταλύτη, είναι σημαντικό να γνωρίζετε ότι:

• Η μέση διάρκεια ζωής του καταλύτη είναι περίπου 160000 χλμ. Αφού ταξιδέψετε σε αυτήν την απόσταση, πρέπει να εξετάσετε το ενδεχόμενο αντικατάστασης του μορφοτροπέα.
• Εάν το όχημα είναι εξοπλισμένο με καταλύτη, δεν πρέπει να χρησιμοποιείτε καύσιμο με μόλυβδο, καθώς μειώνει την αποτελεσματικότητα του καταλύτη. Το μόνο κατάλληλο καύσιμο σε αυτή την περίπτωση είναι η αμόλυβδη.

Αναμφίβολα, τα οφέλη αυτών των συσκευών για το περιβάλλον και την υγεία μας είναι τεράστια, αλλά εκτός από τα οφέλη τους, έχουν επίσης τα μειονεκτήματά τους.

Ένα από τα μεγαλύτερα μειονεκτήματά τους είναι ότι λειτουργούν μόνο σε υψηλές θερμοκρασίες. Με άλλα λόγια, όταν ξεκινάτε το αυτοκίνητό σας, ο καταλυτικός μετατροπέας δεν κάνει σχεδόν τίποτα για να μειώσει τις εκπομπές καυσαερίων.

Αρχίζει να λειτουργεί αποτελεσματικά μόνο αφού τα καυσαέρια θερμανθούν στους 250-300 βαθμούς Κελσίου. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ορισμένοι κατασκευαστές αυτοκινήτων έχουν λάβει μέτρα για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος μεταφέροντας τον καταλύτη πιο κοντά στον κινητήρα, ο οποίος από τη μία βελτιώνει την απόδοση της συσκευής αλλά μειώνει τη διάρκεια ζωής του, επειδή η εγγύτητά του στον κινητήρα την εκθέτει σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες.

Τα τελευταία χρόνια, αποφασίστηκε να τοποθετηθεί ο καταλυτικός μετατροπέας κάτω από το κάθισμα του συνοδηγού σε απόσταση που θα του επιτρέψει να λειτουργεί πιο αποτελεσματικά χωρίς να εκτίθεται σε υψηλές θερμοκρασίες κινητήρα.

Άλλα μειονεκτήματα των καταλυτών είναι το συχνό φράξιμο και το κάψιμο του κέικ. Η εξάντληση συνήθως συμβαίνει λόγω της εισόδου άκαυτου καυσίμου στο σύστημα εξάτμισης που αναφλέγεται στην τροφοδοσία του καταλυτικού μετατροπέα. Η απόφραξη εμφανίζεται συχνότερα λόγω κακής ή ακατάλληλης βενζίνης, φυσιολογικής φθοράς, τρόπου οδήγησης κ.λπ.

Αυτά είναι πολύ μικρά μειονεκτήματα στο πλαίσιο των τεράστιων πλεονεκτημάτων που έχουμε από τη χρήση καταλυτών αυτοκινήτων. Χάρη σε αυτές τις συσκευές, οι επιβλαβείς εκπομπές από τα αυτοκίνητα είναι περιορισμένες.

Ορισμένοι επικριτές υποστηρίζουν ότι το διοξείδιο του άνθρακα είναι επίσης επιβλαβής εκπομπή. Πιστεύουν ότι δεν χρειάζεται καταλύτης σε ένα αυτοκίνητο, γιατί τέτοιες εκπομπές αυξάνουν το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Στην πραγματικότητα, εάν ένα αυτοκίνητο δεν έχει καταλυτικό μετατροπέα και εκπέμπει μονοξείδιο του άνθρακα στον αέρα, αυτό το οξείδιο θα μετατραπεί από μόνο του σε διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα.

Ποιος εφηύρε τον καταλύτη;

Αν και οι καταλύτες δεν εμφανίστηκαν μαζικά μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 1970, η ιστορία τους ξεκίνησε πολύ νωρίτερα.

Πατέρας του καταλύτη θεωρείται ο Γάλλος χημικός μηχανικός Eugene Goudry, ο οποίος το 1954 κατοχύρωσε την εφεύρεσή του με το όνομα «Exhaust Catalytic Converter».

Πριν από αυτήν την εφεύρεση, η Goodry εφευρέθηκε καταλυτική πυρόλυση, στην οποία μεγάλες σύνθετες οργανικές χημικές ουσίες διαχωρίζονται σε ακίνδυνα προϊόντα. Στη συνέχεια πειραματίστηκε με διαφορετικούς τύπους καυσίμων, στόχος του ήταν να το κάνει πιο καθαρό.

Η πραγματική χρήση καταλυτών στα αυτοκίνητα πραγματοποιήθηκε στα μέσα της δεκαετίας του 1970, όταν θεσπίστηκαν αυστηρότεροι κανονισμοί ελέγχου εκπομπών που απαιτούν την αφαίρεση μολύβδου από την εξάτμιση από βενζίνη χαμηλής ποιότητας.

Ερωτήσεις και απαντήσεις:

Πώς να ελέγξετε την παρουσία ενός καταλύτη σε ένα αυτοκίνητο; Για να το κάνετε αυτό, απλά κοιτάξτε κάτω από το αυτοκίνητο. Εκτός από τον κύριο σιγαστήρα και τον μικρό σιγαστήρα (το αντηχείο που βρίσκεται μπροστά από το σύστημα εξάτμισης), ο καταλύτης είναι ένας άλλος λαμπτήρας.

Πού είναι ο καταλύτης στο αυτοκίνητο; Δεδομένου ότι ο καταλύτης πρέπει να λειτουργεί σε συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας, βρίσκεται όσο το δυνατόν πιο κοντά στην πολλαπλή εξαγωγής. Είναι μπροστά στο αντηχείο.

Τι είναι ο καταλύτης σε ένα αυτοκίνητο; Αυτός είναι ένας καταλυτικός μετατροπέας - ένας πρόσθετος λαμπτήρας στο σύστημα εξάτμισης. Είναι γεμάτο με κεραμικό υλικό, η κηρήθρα του οποίου καλύπτεται με πολύτιμο μέταλλο.