Як працює автомобільний каталітичний нейтралізатор?

Під час роботи двигуна внутрішнього згоряння в атмосферу викидаються відпрацьовані гази, які не тільки є однією з основних причин забруднення повітря, але й однією з причин багатьох захворювань.

Ці гази, які виходять з вихлопних систем транспортних засобів, складаються з надзвичайно шкідливих елементів, тому сучасні автомобілі оснащуються особливою системою вихлопу, в якій обов'язково присутній каталізатор.

Каталітичний нейтралізатор руйнує шкідливі молекули вихлопних газів і робить їх максимально безпечними для людей і навколишнього середовища.

Що таке каталізатор?

Каталітичний нейтралізатор являє собою тип пристрою, основним завданням якого є зниження шкідливих викидів від вихлопних газів автомобільних двигунів. Пристрій каталізатора просте. Це металева ємність, яка встановлена ​​у вихлопній системі автомобіля.

У ємності є дві труби. «Вхід» перетворювача з'єднаний з двигуном, і через нього надходять вихлопні гази, а «вихід» з'єднується з резонатором вихлопної системи автомобіля.

Коли вихлопні гази двигуна потрапляють в каталізатор, в ньому відбуваються хімічні реакції. Вони руйнують шкідливі гази і перетворюють їх в безпечні, які можна викидати в навколишнє середовище.

З яких елементів складається каталітичний нейтралізатор?

Щоб було трохи зрозуміліше, як працює автомобільний каталітичний нейтралізатор, розглянемо, які його основні елементи. Не вдаючись в подробиці, перерахуємо тільки основні елементи, з яких він побудований.

підкладка

Підкладка є внутрішньою структурою каталізатора, на яку наносяться покриття каталізатора і дорогоцінні метали. Існує кілька типів підкладок. Їхня основна відмінність – матеріал, з якого виготовляється. Найчастіше це інертна речовина, яка стабілізує на поверхні активні частинки.

Покриття

Активний матеріал каталізатора зазвичай складається з діоксиду алюмінію та таких сполук, як церій, цирконій, нікель, барій, лантан та інші. Мета покриття - розширити фізичну поверхню підкладки і служити основою, на яку наносяться дорогоцінні метали.

Дорогоцінні метали

Дорогоцінні метали, присутні в каталітичному нейтралізаторі, служать для проведення надзвичайно важливої ​​каталітичної реакції. Зазвичай дорогоцінні метали – це платина, паладій і родій, але в останні роки велика кількість виробників почали використовувати золото.

Корпус

Корпус являє собою зовнішню оболонку пристрою та містить підкладку та інші елементи каталізатора. Матеріал, з якого зазвичай роблять корпус – нержавіюча сталь.

труби

Труби з'єднують каталітичний нейтралізатор автомобіля з вихлопною системою автомобіля і двигуном. Вони зроблені з нержавіючої сталі.

Як працює автомобільний каталітичний нейтралізатор?

Для роботи двигуна внутрішнього згоряння важливо, щоб в його циліндрах відбувався стабільний процес згоряння повітряно-паливної суміші. Під час цього процесу утворюються шкідливі гази, такі як оксид вуглецю, оксиди азоту, вуглеводні та інші.

Якщо в автомобілі немає каталітичного нейтралізатора, всі ці надзвичайно шкідливі гази після викиду в випускний колектор з двигуна будуть проходити через вихлопну систему і будуть потрапляти безпосередньо в повітря, яким ми дихаємо.

Якщо транспортний засіб має каталітичний нейтралізатор, вихлопні гази будуть проходити від двигуна до глушника через стільники підкладки і вступати в реакцію з дорогоцінними металами. В результаті хімічної реакції шкідливі речовини нейтралізуються, і з вихлопної системи в навколишнє середовище потрапляє лише нешкідливий вихлоп, що складається переважно з вуглекислого газу.

З уроків хімії ми знаємо, що каталізатор - це речовина, яка викликає або прискорює хімічну реакцію, не впливаючи на неї. Каталізатори беруть участь у реакціях, але є ні реагентами, ні продуктами каталітичної реакції.

Є дві стадії, через які проходять шкідливі гази в каталізаторі: відновлення і окислення. Як це працює?

Коли робоча температура каталізатора досягає від 500 до 1200 градусів за Фаренгейтом або 250-300 градусів за Цельсієм, відбуваються дві речі: відновлення, і відразу після цього реакція окислення. Це звучить трохи складно, але насправді це означає, що молекули речовини одночасно втрачають і отримують електрони, через що змінюється їх структура.

Відновлення (поглинання кисню), яке відбувається в каталізаторі, направлено на перетворення оксиду азоту в екологічно чистий газ.

Як працює автомобільний каталізатор на стадії відновлення?

Коли закис азоту з вихлопних газів автомобіля потрапляє в каталізатор, платина і родій в ньому починають впливати на розкладання молекул оксиду азоту, перетворюючи шкідливий газ в абсолютно нешкідливий.

Що відбувається на стадії окислення?

Друга стадія, яка відбувається в каталізаторі, називається реакцією окислення, в якій не згоріли вуглеводні перетворюються в діоксид вуглецю і воду шляхом змішування з киснем (окислення).

Реакції, які відбуваються в каталізаторі, змінюють хімічний склад вихлопних газів, змінюючи структуру атомом, з яких вони складаються. Коли молекули шкідливих газів переходять з двигуна в каталізатор, він розділяє їх на атоми. Атоми, в свою чергу, рекомбинируют в молекули в відносно нешкідливі речовини, такі як діоксид вуглецю, азот і вода, і викидаються в навколишнє середовище через вихлопну систему.

Основними типами каталітичних нейтралізаторів, які використовуються в бензинових двигунах, є два: двосторонній і триходовий.

Двосторонній

Двостінний (двосторонній) каталізатор одночасно виконує два завдання: окисляє окис вуглецю до двоокису вуглецю і окисляє вуглеводні (які не згоріли або частково згоріле паливо) до двоокису вуглецю і води.

Цей тип автомобільного каталізатора використовувався в дизельних і бензинових двигунах для зниження шкідливих викидів вуглеводнів і окису вуглецю до 1981 року, але оскільки він не міг перетворювати оксиди азоту, після 81 року його замінили трикомпонентними каталізаторами.

Триходовий окислювально-відновний каталітичний нейтралізатор

Цей тип автомобільного каталізатора, як з'ясувалося, був представлений в 1981 році, і сьогодні його встановлюють на всі сучасні автомобілі. Триходовий каталізатор виконує три завдання одночасно:

• відновлює оксид азоту до азоту і кисню;
• окисляє окис вуглецю до двоокису вуглецю;
• окисляє не згоріли вуглеводні до вуглекислого газу і води.

Оскільки цей тип каталітичного нейтралізатора виконує обидві стадії каталізу - відновлення та окислення, він виконує своє завдання з ефективністю до 98%. Це означає, що якщо ваш автомобіль оснащений таким каталітичним нейтралізатором, він не забруднюватиме навколишнє середовище шкідливими викидами.

Типи каталізаторів в дизельних двигунах

Для дизельних автомобілів до недавнього часу одним з найбільш часто використовуваних каталітичних нейтралізаторів був дизельний каталізатор окислення (DOC). Цей каталізатор використовує кисень в потоці вихлопних газів для перетворення оксиду вуглецю в діоксид вуглецю і вуглеводнів в воду і діоксид вуглецю. На жаль, цей тип каталізатора ефективний тільки на 90%, і йому вдається усунути запах дизеля і зменшити видимі частки, але він не ефективний для зниження викидів NO x.

Дизельні двигуни виділяють гази, які містять відносно високий рівень твердих частинок (сажі), який складається в основному з елементарного вуглецю, з яким каталізатори DOC не можуть впоратися, тому частинки повинні бути вилучені за допомогою так званих сажових фільтрів (DPF).

Як обслуговуються каталізатори?

Щоб не було проблем з каталізатором, важливо знати, що:

• Середній термін служби каталізатора становить близько 160000 км. Проїхавши яку, вам потрібно подумати про заміну перетворювача.
• Якщо автомобіль оснащений каталітичним нейтралізатором, ви не повинні використовувати паливо етильоване, так як воно знижує ефективність каталізатора. Єдине підходяще паливо в цьому випадку – неетильоване.

Безсумнівно, переваги цих пристроїв для навколишнього середовища і нашого здоров'я величезні, але на додаток до їх переваг у них є і свої недоліки.

Одним з їхніх найбільших недоліків є те, що вони працюють тільки при високих температурах. Іншими словами, коли ви заводите автомобіль, каталітичний нейтралізатор майже нічого не робить для зменшення вихлопних газів.

Він починає працювати ефективно тільки після того, як вихлопні гази нагріваються до 250-300 градусів за Цельсієм. Ось чому деякі виробники автомобілів зробили кроки для вирішення цієї проблеми шляхом переміщення каталізатора ближче до двигуна, що, з одного боку, покращує продуктивність пристрою, але скорочує його термін служби, оскільки його близькість до двигуна піддає його впливу дуже високих температур.

В останні роки було вирішено розмістити каталітичний нейтралізатор під сидінням пасажира на відстані, яке дозволить йому працювати більш ефективно, не піддаючись впливу високих температур двигуна.

Іншими недоліками каталізаторів є часте засмічення та випал пирога. Вигоряння зазвичай відбувається через паливо, що не згоріло, що потрапляє у вихлопну систему, яке займається в подачі каталізатора. Засмічення найчастіше відбувається через поганий або невідповідний бензин, природний зношування, стиль водіння і т.д.

Це дуже невеликі недоліки на тлі величезних переваг, які ми отримуємо від використання автомобільних каталізаторів. Завдяки цим пристроям обмежуються шкідливі викиди, вироблені автомобілями.

Деякі критики стверджують, що вуглекислий газ теж шкідливий викид. Вони вважають, що каталізатор в автомобілі не потрібен, тому що через такі викиди посилюється парниковий ефект. Насправді, якщо автомобіль не має каталітичного нейтралізатора і виділяє чадний газ у повітря, цей оксид сам перетвориться на вуглекислий газ в атмосфері.

Хто винайшов каталізатор?

Хоча каталізатори масово не з'являлися до кінця 1970-х років, їх історія почалася набагато раніше.

Батьком каталізатора вважається французький інженер – хімік Євген Гудрі, який у 1954 році запатентував свій винахід за назвою «Каталітичний нейтралізатор вихлопних газів».

До цього винаходу Гудри винайшов каталітичний крекінг, в якому великі складні органічні хімічні речовини поділяються на нешкідливі продукти. Потім він експериментував з різними видами палива, його метою було зробити його чистішим.

Фактичне застосування каталізаторів в автомобілі мало місце в середині 1970-х років, коли були введені більш суворі правила контролю викидів, що вимагають видалення свинцю з вихлопу через неякісного бензину.

Питання та відповіді:

Як перевірити наявність каталізатора на авто? Для цього достатньо заглянути під автомобіль. Крім основного глушника та малого глушника (резонатора, що стоїть у передній частині вихлопної системи), каталізатор – ще одна колба.

Де в машині стоїть каталізатор? Так як каталізатор повинен працювати в умовах з високою температурою, він стоїть максимально близько до випускного колектора. Він перебуває перед резонатором.

Що таке каталізатор в автомобілі? Це каталітичний нейтралізатор – додаткова колба у вихлопній системі. Вона заповнена керамічним матеріалом, стільники якого вкриті дорогоцінним металом.