Kako djeluje automobilski katalitički pretvarač?

Tijekom rada motora s unutarnjim izgaranjem u atmosferu se ispuštaju ispušni plinovi koji nisu samo jedan od glavnih uzroka onečišćenja zraka, već i jedan od uzroka mnogih bolesti.

Ti se plinovi, koji izlaze iz ispušnih sustava vozila, sastoje od izuzetno štetnih elemenata, zbog čega su moderni automobili opremljeni posebnim ispušnim sustavom, u kojem je katalizator uvijek prisutan.

Katalitički pretvarač uništava štetne molekule u ispušnim plinovima i čini ih što sigurnijima za ljude i okoliš.

Što je katalizator?

Katalitički pretvarač je vrsta uređaja čiji je glavni zadatak smanjiti štetne emisije ispušnih plinova iz automobilskih motora. Struktura katalizatora je jednostavna. Ovo je metalna posuda koja je ugrađena u ispušni sustav automobila.

U spremniku su dvije cijevi. "Ulaz" pretvarača povezan je s motorom, a kroz njega ulaze ispušni plinovi, a "izlaz" je povezan s rezonatorom ispušnog sustava vozila.

Kad ispušni plin motora uđe u katalizator, odvijaju se kemijske reakcije. Oni uništavaju štetne plinove i pretvaraju ih u neškodljive plinove koji se mogu ispustiti u okoliš.

Koje su komponente katalizatora?

Da bi bilo malo jasnije kako funkcionira automobilski katalitički pretvarač, razmotrimo koji su njegovi glavni elementi. Ne ulazeći u detalje, navest ćemo samo glavne elemente od kojih je izgrađen.

Supstrat

Supstrat je unutarnja struktura katalizatora na koju su naneseni katalizator i plemeniti metali. Postoji nekoliko vrsta podloga. Njihova glavna razlika je materijal od kojeg je napravljen. Najčešće je to inertna tvar koja stabilizira aktivne čestice na svojoj površini.

Pokrivenost

Materijal aktivnog katalizatora obično se sastoji od glinice i spojeva kao što su cerij, cirkonij, nikal, barij, lantan i drugi. Svrha premaza je proširiti fizičku površinu podloge i poslužiti kao podloga na koju se talože plemeniti metali.

Plemeniti metali

Plemeniti metali prisutni u katalizatoru služe za izvođenje izuzetno važne katalitičke reakcije. Najčešće korišteni plemeniti metali su platina, paladij i rodij, ali posljednjih godina veliki broj proizvođača počeo je koristiti zlato.

kućište

Kućište je vanjski omotač uređaja i sadrži supstrat i druge elemente katalizatora. Materijal od kojeg se obično izrađuje kućište je nehrđajući čelik.

cijevi

Cijevi povezuju katalizator vozila s ispušnim sustavom vozila i motorom. Izrađene su od nehrđajućeg čelika.

Kako djeluje automobilski katalitički pretvarač?

Za rad motora s unutarnjim izgaranjem važno je da se u njegovim cilindrima odvija stabilan proces izgaranja smjese zrak-gorivo. Tijekom ovog procesa stvaraju se štetni plinovi poput ugljičnog monoksida, dušikovih oksida, ugljikovodika i drugih.

Ako automobil nema katalizator, svi ovi izuzetno štetni plinovi, nakon ispuštanja u ispušni razvodnik iz motora, proći će kroz ispušni sustav i ući izravno u zrak koji udišemo.

Ako vozilo ima katalizator, ispušni plinovi strujat će od motora do prigušivača kroz saće podloge i reagirati s plemenitim metalima. Kao rezultat kemijske reakcije, štetne se tvari neutraliziraju, a iz ispušnog sustava u okoliš ulazi samo neškodljivi ispuh, koji je uglavnom ugljikov dioksid.

Iz lekcija kemije znamo da je katalizator tvar koja uzrokuje ili ubrzava kemijsku reakciju bez utjecaja na nju. Katalizatori sudjeluju u reakcijama, ali nisu niti reaktanti niti proizvodi katalitičke reakcije.

Dvije su faze kroz koje prolaze štetni plinovi u katalizatoru: redukcija i oksidacija. Kako radi?

Kad radna temperatura katalizatora dosegne 500 do 1200 Celzijevih stupnjeva ili 250-300 Celzijevih stupnjeva, događaju se dvije stvari: redukcija i odmah nakon toga reakcija oksidacije. To zvuči malo komplicirano, ali zapravo znači da molekule tvari istodobno gube i dobivaju elektrone, što mijenja njihovu strukturu.

Smanjenje (apsorpcija kisika) koje se događa u katalizatoru ima za cilj pretvaranje dušikovog oksida u ekološki prihvatljiv plin.

Kako automobilski katalizator djeluje u fazi oporavka?

Kada dušikov oksid iz ispušnih plinova automobila uđe u katalizator, platina i rodij u njemu počinju djelovati na razgradnju molekula dušikovog oksida, pretvarajući štetni plin u potpuno bezopasan.

Što se događa tijekom faze oksidacije?

Drugi korak koji se događa u katalizatoru naziva se reakcija oksidacije, u kojoj se neizgorjeli ugljikovodici miješanjem s kisikom (oksidacija) pretvaraju u ugljični dioksid i vodu.

Reakcije koje se odvijaju u katalizatoru mijenjaju kemijski sastav ispušnih plinova, mijenjajući strukturu atoma od kojeg su stvorene. Kad molekule štetnih plinova pređu iz motora u katalizator, on ih razgrađuje na atome. Atomi se pak rekombiniraju u molekule u relativno bezopasne tvari poput ugljičnog dioksida, dušika i vode te se ispušnim sustavom ispuštaju u okoliš.

Glavne vrste katalitičkih pretvarača koji se koriste u benzinskim motorima su dvije: dvosmjerne i trosmjerne.

Bilateralni

Dvostrani (dvostrani) katalizator istodobno obavlja dvije zadaće: oksidira ugljični monoksid u ugljični dioksid i oksidira ugljikovodike (neizgoreno ili djelomično izgorjelo gorivo) u ugljični dioksid i vodu.

Ova vrsta automobilskog katalizatora koristila se u dizel i benzinskim motorima za smanjenje štetnih emisija ugljikovodika i ugljičnog monoksida do 1981. godine, ali budući da nije mogao pretvoriti dušikove okside, nakon 81. godine zamijenjen je trosmjernim katalizatorima.

Trosmjerni redoks katalitički pretvarač

Ova vrsta automobilskog katalizatora, kako se pokazalo, predstavljena je 1981. godine, a danas je ugrađena na sve moderne automobile. Trosmjerni katalizator istodobno obavlja tri zadatka:

• reducira dušikov oksid na dušik i kisik;
• oksidira ugljični monoksid u ugljični dioksid;
• oksidira neizgorene ugljikovodike u ugljični dioksid i vodu.

Budući da ova vrsta katalizatora obavlja i redukcijske i oksidacijske korake katalize, svoju zadaću obavlja s učinkovitošću do 98%. To znači da ako je vaš automobil opremljen takvim katalizatorom, neće zagađivati ​​okoliš štetnim emisijama.

Vrste katalizatora u dizelskim motorima

Za dizelska vozila, donedavno, jedan od najčešće korištenih katalitičkih pretvarača bio je katalizator oksidacije dizela (DOC). Ovaj katalizator koristi kisik u ispušnoj struji za pretvaranje ugljičnog monoksida u ugljični dioksid, a ugljikovodike u vodu i ugljični dioksid. Nažalost, ova vrsta katalizatora učinkovita je samo 90% i uspijeva ukloniti miris dizela i smanjiti vidljive čestice, ali nije učinkovita u smanjenju emisije NO x.

Dizelski motori ispuštaju plinove koji sadrže relativno visoku razinu čestica (čađe), koja se uglavnom sastoji od elementarnog ugljika, s kojim se DOC katalizatori ne mogu nositi, pa se čestice moraju ukloniti pomoću takozvanih filtera za čestice (DPF).

Kako se održavaju katalizatori?

Da biste izbjegli probleme s katalizatorom, važno je znati da:

• Prosječni vijek trajanja katalizatora je oko 160000 XNUMX km. Nakon što prijeđete ovu udaljenost, morate razmotriti zamjenu pretvarača.
• Ako je vozilo opremljeno katalizatorom, ne biste trebali koristiti gorivo s olovom jer ono smanjuje učinkovitost katalizatora. Jedino prikladno gorivo u ovom slučaju je bezolovni.

Nesumnjivo je da su blagodati ovih uređaja za okoliš i naše zdravlje ogromne, ali uz svoje blagodati imaju i svoje nedostatke.

Jedan od najvećih nedostataka im je što rade samo na visokim temperaturama. Drugim riječima, kada započnete svoj automobil, katalitički pretvarač gotovo ništa ne smanjuje emisiju ispušnih plinova.

Učinkovito počinje raditi tek nakon što se ispušni plinovi zagriju na 250-300 Celzijevih stupnjeva. Zbog toga su neki proizvođači automobila poduzeli korake za rješavanje ovog problema približavanjem katalizatora motoru, što s jedne strane poboljšava performanse uređaja, ali skraćuje životni vijek jer ga blizina motora izlaže vrlo visokim temperaturama.

Posljednjih godina odlučeno je da se katalizator postavi ispod suvozačkog sjedala na udaljenost koja će mu omogućiti učinkovitiji rad bez izlaganja visokim temperaturama motora.

Drugi nedostaci katalizatora su česta začepljenja i spaljivanje kolača. Do izgaranja obično dolazi zbog ulaska neizgorjelog goriva u ispušni sustav koje se zapali u dovodu katalizatora. Do začepljenja najčešće dolazi zbog lošeg ili neprikladnog benzina, normalnog trošenja, stila vožnje itd.

To su vrlo mali nedostaci u pozadini ogromnih koristi koje imamo od upotrebe automobilskih katalizatora. Zahvaljujući tim uređajima, štetne emisije iz automobila su ograničene.

Neki kritičari tvrde da je ugljični dioksid također štetna emisija. Smatraju da u automobilu nije potreban katalizator, jer takve emisije povećavaju efekt staklenika. Zapravo, ako automobil nema katalizator i ispušta ugljični monoksid u zrak, taj će se oksid sam pretvoriti u ugljični dioksid u atmosferi.

Tko je izumio katalizator?

Iako su se katalizatori masovno pojavljivali tek kasnih 1970-ih, njihova je povijest započela mnogo ranije.

Ocem katalizatora smatra se francuski kemijski inženjer Eugene Goudry, koji je 1954. godine patentirao svoj izum pod nazivom "Exhaust Catalytic Converter".

Prije ovog izuma, Goodry je izumio katalitički kreking, u kojem se velike složene organske kemikalije odvajaju u neškodljive proizvode. Tada je eksperimentirao s različitim vrstama goriva, cilj mu je bio učiniti čišćim.

Stvarna upotreba katalizatora u automobilima dogodila se sredinom 1970-ih, kada su uvedeni stroži propisi o kontroli emisija koji zahtijevaju uklanjanje olova iz ispuha iz nekvalitetnog benzina.

Pitanja i odgovori:

Kako provjeriti prisutnost katalizatora na automobilu? Da biste to učinili, samo pogledajte ispod automobila. Uz glavni prigušivač i mali prigušivač (rezonator koji se nalazi na prednjoj strani ispušnog sustava), katalizator je još jedna žarulja.

Gdje je katalizator u autu? Budući da katalizator mora raditi u uvjetima visoke temperature, nalazi se što bliže ispušnom razvodniku. Nalazi se ispred rezonatora.

Što je katalizator u automobilu? Ovo je katalizator - dodatna žarulja u ispušnom sustavu. Ispunjena je keramičkim materijalom čije je saće prekriveno plemenitim metalom.