Що таке каталізатор на автомобілі

На дороги щодня виїжджають мільйони автомобілів, і кожен з них - джерело забруднення повітря. Особливо це відчувається в великих містах, де вихлопні гази автомобілів можуть створювати великі проблеми.

Для вирішення цих проблем кожна країна видає свої закони, які обмежують допустимий рівень забруднення, який може створювати кожна машина. За минулий час автовиробники внесли багато покращень в конструкцію автомобільного двигуна і паливних систем, щоб відповідати цим вимогам. Одне із значних змін відбулося в 1975 році - саме в цьому році з'явився новий пристрій, зване каталітичним перетворювачем (конвертером) або просто каталізатором. Робота каталітичного перетворювача полягає в перетворенні шкідливих вихлопних газів в менш шкідливі перш, ніж вони покинуть вихлопну систему автомобіля.

Викиди забруднюючих речовин

З метою скорочення викидів, сучасні автомобільні двигуни ретельно контролюють кількість палива, що спалюється ними палива. Їх завдання - зберегти співвідношення «повітря-паливо» якомога ближче до ідеальної точці, званої стехиометрической. Теоретично, при цьому співвідношенні все паливо згорить з використанням усього наявного в повітрі кисню. Для бензину стоіхіометріческій коефіцієнт - близько 14,7: 1, що означає, що при спаленні однієї одиниці бензину буде спалено 17,4 одиниці повітря. фактично під час їзди згорання паливної суміші трохи відрізняється від ідеального співвідношення. Іноді суміш може бути бідною (при коефіцієнті «повітря-паливо» вище, ніж 14,7), або, навпаки, насиченою (при більш низькому коефіцієнті).

Основні забруднюючі речовини, що виробляються двигуном, це:

газоподібний азот (N2) - повітря складається на 78 відсотків з газоподібного азоту, і велика частина його проходить крізь автомобільний двигун
діоксид вуглецю (СО2) - один з продуктів згоряння. Вуглець з палива з'єднується з киснем повітря.
водяна пара (H2O) - ще один продукт згоряння. Водень з палива з'єднується з киснем повітря.

Читайте також: Ремонт підвіски автомобіля. Поради від професіоналів

Це викиди в основі своїй не є небезпечними, хоча, як вважається, викид вуглекислого газу (СО2) сприяє глобальному потеплінню. Але так як процес горіння ніколи не досконалий, невелика кількість набагато більш шкідливих вихлопних газів виділяється при роботі двигуна автомобіля. Саме на зниження їх рівня орієнтовані каталітичні перетворювачі:

окис вуглецю (СО) - отруйний газ без кольору і запаху
вуглеводні, також відомі як летючі органічні сполуки - один з головних компонентів смогу, утворюється за рахунок неповного згоряння палива
оксиди азоту (NO і NO2, які часто об'єднують під позначенням NOx) - також є компонентом смогу, а також кислотних дощів, впливають на слизову людини.

У наступному розділі ми розглянемо, які саме процеси відбуваються всередині каталітичного перетворювача.

Як каталізатори скорочують шкідливі викиди в вихлопних газах

Якщо згадати хімію, то каталізатор - це речовина, яка прискорює або викликає хімічну реакцію, саме не входячи в продукти реакції. Каталізатори беруть участь в реакції, але не не є реактивом, ні продуктом реакції. Так, для людського організму природним каталізатором багатьох важливих біохімічних реакцій є ферменти.

В каталітичних перетворювачів існують два різних типи каталізаторів: відновлює каталізатор і окислювальний каталізатор. Обидва типи складаються з керамічної структури, покритої металевим каталізатором (зазвичай це платина, родій і / або паладій). Ідея полягає в тому, щоб створити структуру, яка підставляє під потік вихлопних газів максимальну площу каталізатора і звести до мінімуму задіяне при цьому кількість самого каталізатора, так як використовувані матеріали досить дорогі. У деяких перетворювачах навіть стали використовувати золото з домішкою більш традиційних каталізаторів. Золото дешевше в порівнянні з іншими каталізаторами, і може підвищити ступінь окислення на 40 відсотків, що необхідно для зниження кількості шкідливих газів.

Більшість сучасних вихлопних систем в автомобілях оснащені трьома каталитическими перетворювачами, по одному для кожного з речовин, викид яких необхідно зменшити.

Читайте також: Рихтовка без наслідків для ЛКП кузова із застосуванням вакуумних присосок

Відновлювальний каталізатор - перший етап каталітичного перетворювача. Він використовує платину і родій щоб зменшити викиди NOx. Коли молекула NO або NO2 зустрічається з молекулами каталізатора, від неї відділяється атом азоту, вивільняючи кисень - O2. Атом азоту же пов'язується з іншим атомом азоту, утворюючи N2.

Окислювальний каталізатор - другий етап каталітичного перетворювача. Він знижує кількість незгорілого палива і окису вуглецю в результаті їх спалювання (окислення) за допомогою таких каталізаторів, як платина і паладій. Цей каталізатор також допомагає СО вступити в реакцію з несгоревшим киснем, утворюючи вуглекислий газ СО2.

Існують два основних види конструкцій, які використовуються в каталітичному перетворювачі - це конструкція на кшталт «стільники» і «керамічні намистини». Більшість автомобілів використовують стільникові структури.

Наступний розділ присвячений третій стадії процесу перетворення, і тому, як домогтися від свого каталітичного перетворювача кращого результату.

Контроль забруднення і підвищення ефективності вихлопної системи

Третім етапом перетворення є система управління, яка контролює потік вихлопних газів і використовує цю інформацію для управління системою впорскування палива. Один датчик кисню встановлений вище автомобільного каталізатора, тобто ближче до двигуна, ніж сам перетворювач. Цей датчик говорить комп'ютера двигуна, скільки кисню міститься у вихлопі. Комп'ютер двигуна зменшує або збільшує кількість кисню у вихлопних газах за рахунок регулювання кількості повітря, що надходить до палива. Ця схема дозволяє контролювати двигун комп'ютера, щоб переконатися, що двигун працює на співвідношенні, близькому до стехиометрической точці, а також щоб переконатися, що у вихлопних газах достатньо кисню для роботи окисного каталізатора для окислення незгорілих вуглеводнів і СО.

Каталітичний перетворювач проробляє велику роботу по зменшенню забруднення навколишнього середовища, але його продуктивність може бути істотно поліпшено. Одним з недоліків є те, що каталітичний перетворювач працює тільки при досить високій температурі. Коли ви тільки заводите машину, каталітичний перетворювач майже не працює.

Читайте також: Який двигун найнадійніший

Просте рішення цієї проблеми полягає в тому, щоб пересунути каталітичний перетворювач ближче до двигуна. Тоді вихлопні гази, що надходять в каталітичний перетворювач, будуть більш гарячими, і він нагріється швидше, але це одночасно скорочує термін служби конвертера через вплив надмірно високих температур. Більшість автовиробників розміщує каталітичний перетворювач під переднім пасажирським сидінням, досить далеко від двигуна, саме для того, щоб високі температури не шкодили йому.

Підігрів каталітичного перетворювача - хороший спосіб зниження викидів. Найпростіший спосіб підігріти каталізатор - використання електричних нагрівачів. На жаль, 12-вольта електрична система, встановлена на більшості машин, не може нагріти каталітичний перетворювач досить швидко. Більшість людей не буде чекати кілька хвилин, поки нагріється каталітичний перетворювач. Гібридні машини мають великі, високовольтні батареї, які можуть досить швидко нагріти автомобільний каталізатор.

Каталітичні перетворювачі дизельних двигунів погано справляються зі скороченням викидів NOx. Одна з причин в тому, що дизельні двигуни самі по собі функціонують в більш низькому температурному режимі, ніж звичайні, а перетворювачі працюють краще при нагріванні. Деякі провідні експерти в галузі «зеленого» автомобілебудування придумали нову вихлопну систему, яка допомагає виправити цей недолік. Вони впорскують водний розчин сечовини у вихлопну трубу до того, як гази досягнутий перетворювача. При цьому виникає хімічна реакція, яка зменшує кількість NOx. Карбамід. також відомий як сечовина - органічна сполука вуглецю, азоту, кисню і водню. Його можна виявити в сечі ссавців і земноводних, що і пояснює таку назву. Сечовина реагує з NOx з отриманням азоту і водяної пари, знижуючи кількість оксидів азоту в вихлопних газах більш ніж на 90 відсотків.

За матеріалами: avtoimport.biz

Поділитися "Що таке каталізатор на автомобілі?"