Cum funcționează un catalizator auto?

În timpul funcționării unui motor cu ardere internă, gazele de evacuare sunt eliberate în atmosferă, care nu sunt doar una dintre principalele cauze ale poluării aerului, ci și una dintre cauzele multor boli.

Aceste gaze, care ies din sistemele de eșapament ale vehiculelor, constau în elemente extrem de nocive, motiv pentru care mașinile moderne sunt echipate cu un sistem special de evacuare, în care un catalizator este întotdeauna prezent.

Convertorul catalitic distruge moleculele dăunătoare din gazele de eșapament și le face cât mai sigure pentru oameni și mediul înconjurător.

Ce este un catalizator?

Un catalizator este un tip de dispozitiv a cărui sarcină principală este de a reduce emisiile nocive din gazele de eșapament ale motoarelor auto. Structura catalizatorului este simplă. Acesta este un container metalic care este instalat în sistemul de evacuare al unei mașini.

În rezervor există două conducte. „Intrarea” convertizorului este conectată la motor și gazele de eșapament intră prin acesta, iar „ieșirea” este conectată la rezonatorul sistemului de evacuare al vehiculului.

Când gazele de evacuare din motor intră în catalizator, au loc reacții chimice în acesta. Distrug gazele dăunătoare și le transformă în gaze inofensive care pot fi eliberate în mediu.

Care sunt componentele catalizatorului?

Pentru a face puțin mai clar modul în care funcționează un convertor catalitic auto, să luăm în considerare care sunt elementele sale principale. Fără a intra în detalii, vom enumera doar elementele principale din care este construit.

Substrat

Substratul este structura internă a catalizatorului pe care sunt acoperite catalizatorul și metalele prețioase. Există mai multe tipuri de substraturi. Principala lor diferență este materialul din care este fabricat. Cel mai adesea este o substanță inertă care stabilizează particulele active de pe suprafața sa.

Acoperire

Materialul catalizator activ constă de obicei din alumină și compuși precum ceriu, zirconiu, nichel, bariu, lantan și alții. Scopul acoperirii este de a extinde suprafața fizică a substratului și de a servi drept bază pe care sunt depuse metalele prețioase.

Metale pretioase

Metalele prețioase prezente în convertorul catalitic servesc la realizarea unei reacții catalitice extrem de importantă. Metalele prețioase utilizate în mod obișnuit sunt platina, paladiul și rodiul, dar în ultimii ani un număr mare de producători au început să folosească aurul.

carcasă

Carcasa este carcasa exterioară a dispozitivului și conține substratul și alte elemente ale catalizatorului. Materialul din care este confectionata de obicei carcasa este otel inoxidabil.

tuburi

Țevile conectează convertorul catalitic al vehiculului la sistemul de evacuare și la motor. Sunt realizate din oțel inoxidabil.

Cum funcționează un catalizator auto?

Pentru funcționarea unui motor cu combustie internă, este important ca în cilindrii săi să aibă loc un proces stabil de ardere a amestecului aer-combustibil. În timpul acestui proces, se formează gaze nocive, cum ar fi monoxidul de carbon, oxizii de azot, hidrocarburile și altele.

Dacă mașina nu are convertor catalitic, toate aceste gaze extrem de nocive, odată eliberate în galeria de evacuare din motor, vor trece prin sistemul de evacuare și vor intra în aerul pe care îl respirăm direct.

Dacă vehiculul are un convertor catalitic, gazele de eșapament vor curge din motor către mușcător prin fagurele substratului și vor reacționa cu metale prețioase. Ca urmare a unei reacții chimice, substanțele nocive sunt neutralizate și numai evacuarea inofensivă, în mare parte dioxid de carbon, ajunge în mediu din sistemul de evacuare.

Știm din lecțiile de chimie că un catalizator este o substanță care provoacă sau accelerează o reacție chimică fără a o afecta. Catalizatorii participă la reacții, dar nu sunt nici reactanți, nici produși ai unei reacții catalitice.

Există două etape prin care trec gazele dăunătoare dintr-un catalizator: reducerea și oxidarea. Cum functioneaza?

Când temperatura de funcționare a catalizatorului atinge 500 până la 1200 grade Fahrenheit sau 250-300 grade Celsius, se întâmplă două lucruri: reducerea și imediat după aceea reacția de oxidare. Acest lucru sună puțin complicat, dar înseamnă de fapt că moleculele substanței pierd simultan și câștigă electroni, ceea ce își schimbă structura.

Reducerea (absorbția oxigenului) care are loc în catalizator are ca scop transformarea oxidului nitric într-un gaz ecologic.

Cum funcționează un catalizator auto în faza de recuperare?

Când oxidul nitru din gazele de eșapament ale unei mașini intră în catalizator, platina și rodiul din acesta încep să acționeze asupra descompunerii moleculelor de oxid de azot, transformând gazul dăunător în complet inofensiv.

Ce se întâmplă în timpul etapei de oxidare?

A doua etapă care are loc în catalizator se numește reacția de oxidare, în care hidrocarburile nearse sunt transformate în dioxid de carbon și apă prin amestecare cu oxigen (oxidare).

Reacțiile care au loc în catalizator schimbă compoziția chimică a gazelor de eșapament, modificând structura atomului din care sunt fabricate. Când moleculele de gaze nocive trec de la motor la catalizator, acestea le descompun în atomi. La rândul lor, atomii se recombină în molecule în substanțe relativ inofensive, cum ar fi dioxidul de carbon, azot și apă și sunt eliberați în mediu prin sistemul de evacuare.

Principalele tipuri de convertoare catalitice utilizate la motoarele pe benzină sunt două: cu două sensuri și cu trei căi.

Față dublă

Un catalizator cu pereți dubli (cu două fețe) îndeplinește simultan două sarcini: oxidează monoxidul de carbon la dioxidul de carbon și oxidează hidrocarburile (combustibilul ars sau parțial ars) la dioxidul de carbon și apa.

Acest tip de catalizator auto a fost utilizat în motoarele diesel și benzină pentru a reduce emisiile dăunătoare de hidrocarburi și monoxid de carbon până în 1981, dar, întrucât nu a putut converti oxizii de azot, după 81 a fost înlocuit cu catalizatori cu trei căi.

Convertizor catalitic redox cu trei căi

Acest tip de catalizator auto, așa cum s-a dovedit, a fost introdus în 1981, iar astăzi este instalat pe toate mașinile moderne. Catalizatorul cu trei căi îndeplinește trei sarcini simultan:

• reduce oxidul nitric la azot și oxigen;
• oxidează monoxidul de carbon la dioxidul de carbon;
• oxidează hidrocarburile arse în dioxid de carbon și apă.

Deoarece acest tip de convertor catalitic realizează atât etapele de reducere, cât și de oxidare ale catalizei, își îndeplinește sarcina cu o eficiență de până la 98%. Aceasta înseamnă că, dacă mașina dumneavoastră este echipată cu un astfel de convertor catalitic, aceasta nu va polua mediul cu emisii nocive.

Tipuri de catalizatori la motoarele diesel

Pentru vehiculele diesel, până de curând, unul dintre cele mai utilizate catalizatoare a fost catalizatorul Diesel Oxidation Catalyst (DOC). Acest catalizator folosește oxigenul în fluxul de evacuare pentru a converti monoxidul de carbon în dioxid de carbon și hidrocarburi în apă și dioxid de carbon. Din păcate, acest tip de catalizator este doar 90% eficient și reușește să elimine mirosul diesel și să reducă particulele vizibile, dar nu este eficient la reducerea emisiilor de NO x.

Motoarele diesel emit gaze care conțin un nivel relativ ridicat de particule (funingine), care constă în principal din carbon elementar, pe care catalizatorii DOC nu îl pot gestiona, astfel încât particulele trebuie îndepărtate folosind așa-numitele filtre de particule (DPF).

Cum se mențin catalizatorii?

Pentru a evita problemele cu catalizatorul, este important să știți că:

• Durata medie de viață a catalizatorului este de aproximativ 160000 km. După parcurgerea acestei distanțe, trebuie să luați în considerare înlocuirea traductorului.
• Dacă vehiculul este echipat cu un convertor catalitic, nu trebuie să utilizați combustibil cu plumb, deoarece reduce eficiența catalizatorului. Singurul combustibil adecvat în acest caz este fără plumb.

Fără îndoială, avantajele acestor dispozitive pentru mediu și sănătatea noastră sunt enorme, dar, pe lângă beneficiile lor, au și dezavantajele lor.

Unul dintre cele mai mari dezavantaje ale acestora este că lucrează doar la temperaturi ridicate. Cu alte cuvinte, atunci când porniți mașina, convertorul catalitic nu face aproape nimic pentru a reduce emisiile de evacuare.

Începe să funcționeze eficient numai după ce gazele de eșapament sunt încălzite la 250-300 de grade Celsius. Acesta este motivul pentru care unii producători de automobile au făcut măsuri pentru a rezolva această problemă prin apropierea catalizatorului de motor, ceea ce, pe de o parte, îmbunătățește performanțele dispozitivului, dar își scurtează durata de viață, deoarece proximitatea sa cu motorul îl expune la temperaturi foarte ridicate.

În ultimii ani, s-a decis plasarea convertizorului catalitic sub scaunul pasagerului la o distanță care să îi permită să funcționeze mai eficient, fără a fi expus la temperaturi ridicate ale motorului.

Alte dezavantaje ale catalizatorilor sunt înfundarea frecventă și arderea turtei. Burnout apare de obicei din cauza combustibilului nears care intră în sistemul de evacuare care este aprins în alimentarea convertizorului catalitic. Colmatarea apare cel mai adesea din cauza benzinei slabe sau necorespunzătoare, uzurii normale, stilului de condus etc.

Acestea sunt dezavantaje foarte mici pe fondul beneficiilor uriașe pe care le obținem din utilizarea catalizatoarelor auto. Datorită acestor dispozitive, emisiile dăunătoare provenite de la mașini sunt limitate.

Unii critici susțin că dioxidul de carbon este, de asemenea, o emisie nocivă. Ei cred că un catalizator nu este necesar într-o mașină, deoarece astfel de emisii cresc efectul de seră. De fapt, dacă o mașină nu are un convertor catalitic și emite monoxid de carbon în aer, acest oxid se va transforma el însuși în dioxid de carbon în atmosferă.

Cine a inventat catalizatorul?

Deși catalizatorii nu au apărut în masă până la sfârșitul anilor '1970, istoria lor a început mult mai devreme.

Tatăl catalizatorului este considerat a fi inginerul chimist francez Eugene Goudry, care în 1954 și-a brevetat invenția sub numele de „Convertor catalitic de evacuare”.

Înainte de această invenție, Goodry a inventat fisurarea catalitică, în care substanțele chimice organice complexe sunt separate în produse inofensive. Apoi a experimentat diferite tipuri de combustibil, obiectivul său era să-l facă mai curat.

Utilizarea efectivă a catalizatorilor în automobile a avut loc la mijlocul anilor '1970, când au fost introduse reglementări mai stricte pentru controlul emisiilor care necesită eliminarea plumbului din eșapament din benzină de calitate scăzută.

Întrebări și răspunsuri:

Cum se verifică prezența unui catalizator pe o mașină? Pentru a face acest lucru, trebuie doar să priviți sub mașină. Pe lângă toba principală și toba mică (rezonatorul care se află în fața sistemului de evacuare), catalizatorul este un alt bec.

Unde este catalizatorul din mașină? Deoarece catalizatorul trebuie să funcționeze în condiții de temperatură ridicată, acesta este situat cât mai aproape de galeria de evacuare. Este în fața rezonatorului.

Ce este un catalizator într-o mașină? Acesta este un convertor catalitic - un bec suplimentar în sistemul de evacuare. Este umplut cu material ceramic, al cărui fagure este acoperit cu metal prețios.