Kako deluje avtomobilski katalizator?

Med delovanjem motorja z notranjim zgorevanjem se v ozračje sproščajo izpušni plini, ki niso le eden glavnih vzrokov za onesnaževanje zraka, temveč tudi eden od vzrokov za številne bolezni.

Ti plini, ki izhajajo iz izpušnih sistemov vozil, so sestavljeni iz izredno škodljivih elementov, zato so sodobni avtomobili opremljeni s posebnim izpušnim sistemom, v katerem je vedno prisoten katalizator.

Katalitični pretvornik uničuje škodljive molekule v izpušnih plinih in jih naredi čim bolj varne za ljudi in okolje.

Kaj je katalizator?

Katalitični pretvornik je vrsta naprave, katere glavna naloga je zmanjšati škodljive emisije izpušnih plinov avtomobilskih motorjev. Struktura katalizatorja je preprosta. To je kovinska posoda, ki je nameščena v izpušnem sistemu avtomobila.

V rezervoarju sta dve cevi. "Vhod" pretvornika je povezan z motorjem, skozi njega vstopajo izpušni plini, "izhod" pa je povezan z resonatorjem izpušnega sistema vozila.

Ko izpušni plini iz motorja vstopijo v katalizator, v njem potekajo kemične reakcije. Uničujejo škodljive pline in jih spreminjajo v neškodljive pline, ki se lahko sproščajo v okolje.

Katere komponente so v katalizatorju?

Da bo nekoliko bolj jasno, kako deluje avtomobilski katalizator, razmislimo, kateri so njegovi glavni elementi. Ne da bi se spuščali v podrobnosti, bomo našteli le glavne elemente, iz katerih je zgrajen.

Podlaga

Substrat je notranja struktura katalizatorja, na katero so naneseni katalizator in plemenite kovine. Obstaja več vrst substratov. Njihova glavna razlika je material, iz katerega so izdelani. Najpogosteje gre za inertno snov, ki stabilizira aktivne delce na svoji površini.

Zajetje

Aktivni katalizatorski material običajno sestoji iz aluminijevega oksida in spojin, kot so cerij, cirkonij, nikelj, barij, lantan in druge. Namen prevleke je razširiti fizično površino podlage in služiti kot podlaga, na katero se nanesejo plemenite kovine.

Plemenite kovine

Plemenite kovine v katalizatorju služijo za izvedbo izjemno pomembne katalitične reakcije. Običajno uporabljene plemenite kovine so platina, paladij in rodij, vendar je v zadnjih letih veliko proizvajalcev začelo uporabljati zlato.

Корпус

Ohišje je zunanja lupina naprave in vsebuje substrat in druge elemente katalizatorja. Material, iz katerega je običajno izdelano ohišje, je nerjaveče jeklo.

Cevi

Cevi povezujejo katalizator vozila z izpušnim sistemom vozila in motorjem. Izdelane so iz nerjavečega jekla.

Kako deluje avtomobilski katalizator?

Za delovanje motorja z notranjim zgorevanjem je pomembno, da v njegovih jeklenkah poteka stabilen postopek zgorevanja mešanice zrak-gorivo. Med tem postopkom nastajajo škodljivi plini, kot so ogljikov monoksid, dušikovi oksidi, ogljikovodiki in drugi.

Če avtomobil nima katalizatorja, bodo vsi ti izredno škodljivi plini, ko se bodo enkrat spustili v izpušni kolektor iz motorja, šli skozi izpušni sistem in vstopili v zrak, ki ga dihamo neposredno.

Če ima vozilo katalizator, bodo izpušni plini odtekali iz motorja v dušilec skozi satjasto podlago in reagirali s plemenitimi kovinami. Zaradi kemijske reakcije se škodljive snovi nevtralizirajo, iz izpušnega sistema pa v okolje pride le neškodljiv izpuh, ki je večinoma ogljikov dioksid.

Iz pouka kemije vemo, da je katalizator snov, ki povzroči ali pospeši kemijsko reakcijo, ne da bi nanjo vplivala. Katalizatorji sodelujejo v reakcijah, vendar niso niti reaktanti niti produkti katalitične reakcije.

Škodljivi plini v katalizatorju prehajajo v dve fazi: redukcija in oksidacija. Kako deluje?

Ko delovna temperatura katalizatorja doseže 500 do 1200 stopinj Fahrenheita ali 250-300 stopinj Celzija, se zgodita dve stvari: redukcija in takoj za tem reakcija oksidacije. To se sliši nekoliko zapleteno, vendar dejansko pomeni, da molekule snovi hkrati izgubljajo in pridobivajo elektrone, kar spremeni njihovo strukturo.

Zmanjšanje (absorpcija kisika) v katalizatorju je namenjeno pretvorbi dušikovega oksida v okolju prijazen plin.

Kako deluje avtomobilski katalizator v fazi predelave?

Ko dušikov oksid iz izpušnih plinov avtomobila vstopi v katalizator, platina in rod v njem začneta delovati na razgradnjo molekul dušikovega oksida in škodljivi plin spremenita v popolnoma neškodljivega.

Kaj se zgodi v fazi oksidacije?

Drugi korak, ki se zgodi v katalizatorju, se imenuje reakcija oksidacije, pri kateri se neizgoreli ogljikovodiki pretvorijo v ogljikov dioksid in vodo z mešanjem s kisikom (oksidacija).

Reakcije, ki potekajo v katalizatorju, spremenijo kemično sestavo izpušnih plinov in spremenijo strukturo atoma, iz katerega so narejeni. Ko molekule škodljivih plinov prehajajo iz motorja v katalizator, jih razgradi na atome. Atomi se nato v molekule rekombinirajo v razmeroma neškodljive snovi, kot so ogljikov dioksid, dušik in voda, in se skozi izpušni sistem spustijo v okolje.

Glavni vrsti katalizatorjev, ki se uporabljajo v bencinskih motorjih, sta dvosmerni in trismerni.

Dvostranski

Dvostenski (dvostranski) katalizator hkrati opravlja dve nalogi: oksidira ogljikov monoksid v ogljikov dioksid in ogljikovodike (nezgorelo ali delno zgorelo gorivo) v ogljikov dioksid in vodo.

Ta vrsta avtomobilskega katalizatorja se je do leta 1981 uporabljala v dizelskih in bencinskih motorjih za zmanjševanje škodljivih emisij ogljikovodikov in ogljikovega monoksida, ker pa ni mogel pretvoriti dušikovih oksidov, so ga po 81 zamenjali s trosmernimi katalizatorji.

Trosmerni redoks katalizator

Kot se je izkazalo, je bila ta vrsta avtomobilskega katalizatorja predstavljena leta 1981, danes pa je nameščena na vseh sodobnih avtomobilih. Trosmerni katalizator hkrati izvaja tri naloge:

• dušikov oksid reducira v dušik in kisik;
• oksidira ogljikov monoksid v ogljikov dioksid;
• oksidira neizgorele ogljikovodike v ogljikov dioksid in vodo.

Ker ta vrsta katalizatorja izvaja tako redukcijsko kot oksidacijsko stopnjo katalize, svojo nalogo opravlja z do 98-odstotno učinkovitostjo. To pomeni, da če je vaš avto opremljen s takšnim katalizatorjem, ne bo onesnaževal okolja s škodljivimi izpusti.

Vrste katalizatorjev v dizelskih motorjih

Za dizelska vozila je bil do nedavnega eden najpogosteje uporabljanih katalizatorjev dizelski oksidacijski katalizator (DOC). Ta katalizator uporablja kisik v izpušnem toku za pretvorbo ogljikovega monoksida v ogljikov dioksid, ogljikovodike pa v vodo in ogljikov dioksid. Na žalost je ta vrsta katalizatorja le 90% učinkovita in uspe odpraviti vonj dizelskega goriva in zmanjšati vidne delce, ni pa učinkovita pri zmanjševanju emisij NO x.

Dizelski motorji oddajajo pline, ki vsebujejo razmeroma visoko vsebnost delcev (saj), ki je v glavnem sestavljen iz elementarnega ogljika, s čimer se DOC katalizatorji ne morejo spoprijeti, zato je treba delce odstraniti s tako imenovanimi filtri za trdne delce (DPF).

Kako se vzdržujejo katalizatorji?

Da bi se izognili težavam s katalizatorjem, je pomembno vedeti, da:

• Povprečna življenjska doba katalizatorja je približno 160000 km. Po prevoženi razdalji morate razmisliti o zamenjavi pretvornika.
• Če je vozilo opremljeno s katalizatorjem, ne smete uporabljati osvinčenega goriva, saj zmanjša učinkovitost katalizatorja. Edino primerno gorivo v tem primeru je neosvinčeni.

Nedvomno so prednosti teh naprav za okolje in naše zdravje ogromne, vendar imajo poleg svojih prednosti tudi svoje pomanjkljivosti.

Ena njihovih največjih slabosti je, da delajo le pri visokih temperaturah. Z drugimi besedami, ko zaženete avto, katalizator skoraj nič ne zmanjša za zmanjšanje emisij izpušnih plinov.

Učinkovito začne delovati šele, ko se izpušni plini segrejejo na 250-300 stopinj Celzija. Zato so nekateri proizvajalci avtomobilov sprejeli ukrepe za odpravo te težave s premikanjem katalizatorja bližje motorju, kar po eni strani izboljša zmogljivost naprave, vendar skrajša njeno življenjsko dobo, saj jo bližina motorja izpostavlja zelo visokim temperaturam.

V zadnjih letih je bilo odločeno, da se katalizator postavi pod sovoznikov sedež na razdaljo, ki mu bo omogočila učinkovitejše delovanje, ne da bi bila izpostavljena visokim temperaturam motorja.

Druge slabosti katalizatorjev so pogosto zamašitev in gorenje pogače. Do izgorelosti običajno pride zaradi vstopa neizgorelega goriva v izpušni sistem, ki se vžge v dovodu katalizatorja. Zamašitev največkrat nastane zaradi slabega ali neustreznega bencina, normalne obrabe, načina vožnje itd.

To so zelo majhne slabosti zaradi ogromnih koristi, ki jih imamo z uporabo avtomobilskih katalizatorjev. Zahvaljujoč tem napravam so škodljivi izpusti iz avtomobilov omejeni.

Nekateri kritiki trdijo, da je tudi ogljikov dioksid škodljiva emisija. Menijo, da katalizator v avtomobilu ni potreben, saj takšne emisije povečujejo učinek tople grede. Dejansko, če avto nima katalizatorja in oddaja ogljikov monoksid v zrak, se bo ta oksid sam spremenil v ogljikov dioksid v ozračju.

Kdo je izumil katalizator?

Čeprav so se katalizatorji množično pojavili šele konec sedemdesetih let, se je njihova zgodovina začela že veliko prej.

Za očeta katalizatorja velja francoski kemijski inženir Eugene Goudry, ki je leta 1954 patentiral svoj izum pod imenom "Exhaust Catalytic Converter".

Pred tem izumom je Goodry izumil katalitski kreking, pri katerem so velike kompleksne organske kemikalije ločene v neškodljive izdelke. Potem je eksperimentiral z različnimi vrstami goriva, njegov cilj je bil, da je čistejši.

Dejanska uporaba katalizatorjev v avtomobilih se je zgodila sredi sedemdesetih let, ko so bili uvedeni strožji predpisi o uravnavanju emisij, ki zahtevajo odstranjevanje svinca iz izpušnih plinov iz nizkokakovostnega bencina.

Vprašanja in odgovori:

Kako preveriti prisotnost katalizatorja na avtomobilu? Če želite to narediti, samo poglejte pod avto. Poleg glavnega dušilca ​​in majhnega dušilca ​​(resonatorja, ki sedi pred izpušnim sistemom) je katalizator še ena žarnica.

Kje je katalizator v avtu? Ker mora katalizator delovati v pogojih visoke temperature, se nahaja čim bližje izpušnemu kolektorju. Nahaja se pred resonatorjem.

Kaj je katalizator v avtomobilu? To je katalizator - dodatna žarnica v izpušnem sistemu. Polnjena je s keramičnim materialom, katerega satje je prekrito s plemenito kovino.