Ako funguje automobilový katalyzátor?

Pri prevádzke spaľovacieho motora sa do ovzdušia uvoľňujú výfukové plyny, ktoré sú nielen jednou z hlavných príčin znečistenia ovzdušia, ale aj jednou z príčin mnohých chorôb.

Tieto plyny, ktoré vychádzajú z výfukových systémov vozidiel, pozostávajú z mimoriadne škodlivých prvkov, preto sú moderné automobily vybavené špeciálnym výfukovým systémom, v ktorom je vždy prítomný katalyzátor.

Katalyzátor ničí škodlivé molekuly vo výfukových plynoch a zaisťuje ich maximálnu bezpečnosť pre ľudí a životné prostredie.

Čo je katalyzátor?

Katalyzátor je typ zariadenia, ktorého hlavnou úlohou je znižovať škodlivé emisie z výfukových plynov z automobilových motorov. Štruktúra katalyzátora je jednoduchá. Jedná sa o kovový kontajner, ktorý je nainštalovaný vo výfukovom systéme automobilu.

V nádrži sú dve potrubia. „Vstup“ meniča je pripojený k motoru a vstupujú cez neho výfukové plyny a „výstup“ je pripojený k rezonátoru výfukového systému vozidla.

Keď sa výfukové plyny z motora dostanú do katalyzátora, prebiehajú v ňom chemické reakcie. Ničia škodlivé plyny a menia ich na neškodné plyny, ktoré sa môžu uvoľňovať do životného prostredia.

Aké sú prvky katalyzátora?

Aby sme trochu objasnili, ako funguje automobilový katalyzátor, zvážme, aké sú jeho hlavné prvky. Bez toho, aby sme zachádzali do podrobností, uvedieme iba hlavné prvky, z ktorých je zostavený.

Substrát

Substrát je vnútorná štruktúra katalyzátora, na ktorej je potiahnutý katalyzátor a drahé kovy. Existuje niekoľko druhov substrátov. Ich hlavným rozdielom je materiál, z ktorého sú vyrobené. Najčastejšie ide o inertnú látku, ktorá stabilizuje aktívne častice na svojom povrchu.

Pokrytie

Aktívny materiál katalyzátora zvyčajne pozostáva z oxidu hlinitého a zlúčenín, ako je cér, zirkónium, nikel, bárium, lantán a iné. Účelom povlaku je rozšíriť fyzický povrch substrátu a slúžiť ako základ, na ktorý sa ukladajú drahé kovy.

Drahé kovy

Vzácne kovy prítomné v katalyzátore slúžia na uskutočnenie mimoriadne dôležitej katalytickej reakcie. Bežne používané drahé kovy sú platina, paládium a ródium, no v posledných rokoch veľké množstvo výrobcov začalo používať zlato.

bývanie

Puzdro je vonkajší plášť zariadenia a obsahuje substrát a ďalšie prvky katalyzátora. Materiál, z ktorého je puzdro zvyčajne vyrobené, je nehrdzavejúca oceľ.

skúmavky

Rúry spájajú katalyzátor vozidla s výfukovým systémom a motorom vozidla. Sú vyrobené z nehrdzavejúcej ocele.

Ako funguje automobilový katalyzátor?

Pre činnosť spaľovacieho motora je dôležité, aby v jeho valcoch prebiehal stabilný proces spaľovania zmesi vzduchu a paliva. Počas tohto procesu vznikajú škodlivé plyny ako oxid uhoľnatý, oxidy dusíka, uhľovodíky a ďalšie.

Ak auto nemá katalyzátor, všetky tieto mimoriadne škodlivé plyny po vypustení do výfukového potrubia z motora prejdú výfukovým systémom a priamo do vzduchu, ktorý dýchame.

Ak má vozidlo katalyzátor, budú výfukové plyny prúdiť z motora do tlmiča výfuku cez voštinu substrátu a reagovať s drahými kovmi. V dôsledku chemickej reakcie sa škodlivé látky neutralizujú a z výfukového systému sa do životného prostredia dostanú iba neškodné výfukové plyny, ktorými sú hlavne oxid uhličitý.

Z hodín chémie vieme, že katalyzátor je látka, ktorá spôsobuje alebo urýchľuje chemickú reakciu bez toho, aby ju ovplyvnila. Katalyzátory sa zúčastňujú reakcií, ale nie sú ani reaktantmi, ani produktmi katalytickej reakcie.

Existujú dva stupne, ktorými prechádzajú škodlivé plyny v katalyzátore: redukcia a oxidácia. Ako to funguje?

Keď prevádzková teplota katalyzátora dosiahne 500 až 1200 250 stupňov Fahrenheita alebo 300 až XNUMX stupňov Celzia, stanú sa dve veci: redukcia a bezprostredne po nej oxidačná reakcia. Znie to trochu komplikovane, ale v skutočnosti to znamená, že molekuly látky strácajú a súčasne získavajú elektróny, čo mení ich štruktúru.

Redukcia (absorpcia kyslíka), ktorá sa vyskytuje v katalyzátore, je zameraná na premenu oxidu dusnatého na plyn šetrný k životnému prostrediu.

Ako funguje automobilový katalyzátor vo fáze regenerácie?

Keď oxid dusný z výfukových plynov automobilu vstúpi do katalyzátora, platina a ródium v ​​ňom začnú pôsobiť na rozklad molekúl oxidu dusíka a premieňajú škodlivý plyn na úplne neškodný.

Čo sa stane počas oxidačného stupňa?

Druhý stupeň, ktorý sa vyskytuje v katalyzátore, sa nazýva oxidačná reakcia, pri ktorej sa nespálené uhľovodíky premieňajú na kysličník uhličitý a vodu zmiešaním s kyslíkom (oxidácia).

Reakcie, ktoré prebiehajú v katalyzátore, menia chemické zloženie výfukových plynov a menia štruktúru atómu, z ktorého sú vyrobené. Keď molekuly škodlivých plynov prechádzajú z motora do katalyzátora, štiepi ich na atómy. Atómy sa zase rekombinujú na molekuly na relatívne neškodné látky, ako je oxid uhličitý, dusík a voda, a pomocou výfukového systému sa uvoľňujú do životného prostredia.

Hlavné typy katalyzátorov používaných v benzínových motoroch sú dva: dvojcestné a trojcestné.

Bilaterálne

Dvojstenný (obojstranný) katalyzátor súčasne vykonáva dve úlohy: oxiduje oxid uhoľnatý na oxid uhličitý a oxiduje uhľovodíky (nespálené alebo čiastočne spálené palivo) na oxid uhličitý a vodu.

Tento typ automobilového katalyzátora sa používal v naftových a benzínových motoroch na zníženie škodlivých emisií uhľovodíkov a oxidu uhoľnatého až do roku 1981, ale keďže nedokázal prevádzať oxidy dusíka, bol po roku 81 nahradený trojcestnými katalyzátormi.

Trojcestný redoxný katalyzátor

Tento typ automobilového katalyzátora, ako sa ukázalo, bol predstavený v roku 1981 a dnes je inštalovaný na všetkých moderných automobiloch. Trojcestný katalyzátor vykonáva súčasne tri úlohy:

• redukuje oxid dusnatý na dusík a kyslík;
• oxiduje oxid uhoľnatý na oxid uhličitý;
• oxiduje nespálené uhľovodíky na oxid uhličitý a vodu.

Pretože tento typ katalyzátora vykonáva redukčné aj oxidačné kroky katalýzy, plní svoju úlohu s účinnosťou až 98 %. To znamená, že ak je vaše auto vybavené takýmto katalyzátorom, nebude znečisťovať životné prostredie škodlivými emisiami.

Typy katalyzátorov v naftových motoroch

V prípade dieselových vozidiel bol donedávna jedným z najbežnejšie používaných katalyzátorov Diesel Oxidation Catalyst (DOC). Tento katalyzátor využíva kyslík v prúde výfukových plynov na premenu oxidu uhoľnatého na oxid uhličitý a uhľovodíkov na vodu a oxid uhličitý. Bohužiaľ, tento typ katalyzátora je účinný iba na 90% a dokáže eliminovať zápach nafty a znížiť viditeľné častice, ale nie je účinný pri znižovaní emisií NO x.

Dieselové motory emitujú plyny, ktoré obsahujú relatívne vysokú hladinu tuhých častíc (sadzí), ktorá sa skladá hlavne z elementárneho uhlíka, s ktorým si katalyzátory DOC nevedia dať rady, preto je potrebné častice odstraňovať pomocou takzvaných filtrov pevných častíc (DPF).

Ako sa udržujú katalyzátory?

Aby ste sa vyhli problémom s katalyzátorom, je dôležité vedieť, že:

• Priemerná životnosť katalyzátora je asi 160000 XNUMX km. Po prekonaní tejto vzdialenosti musíte zvážiť výmenu meniča.
• Ak je vozidlo vybavené katalyzátorom, nemali by ste používať olovnaté palivo, pretože znižuje účinnosť katalyzátora. Jediným vhodným palivom je v tomto prípade bezolovnatý.

Výhody týchto zariadení pre životné prostredie a naše zdravie sú nepochybne obrovské, ale okrem ich výhod majú aj svoje nevýhody.

Jednou z ich najväčších nevýhod je, že pracujú iba pri vysokých teplotách. Inými slovami, keď naštartujete svoje auto, katalyzátor neurobí takmer nič pre zníženie emisií výfukových plynov.

Účinne začne pracovať až potom, čo sa výfukové plyny zahrejú na 250 - 300 stupňov Celzia. Preto niektorí výrobcovia automobilov podnikli kroky na riešenie tohto problému posunutím katalyzátora bližšie k motoru, čo na jednej strane zlepšuje výkonnosť zariadenia, ale skracuje jeho životnosť, pretože jeho blízkosť k motoru ho vystavuje veľmi vysokým teplotám.

V posledných rokoch sa rozhodlo o umiestnení katalyzátora pod sedadlo spolujazdca na vzdialenosť, ktorá mu umožní efektívnejší chod bez vystavenia vysokým teplotám motora.

Ďalšími nevýhodami katalyzátorov sú časté upchávanie a pripaľovanie koláčov. K vyhoreniu zvyčajne dochádza v dôsledku nespáleného paliva vstupujúceho do výfukového systému, ktorý sa zapáli v prívode katalyzátora. K zaneseniu najčastejšie dochádza v dôsledku nekvalitného alebo nevhodného benzínu, bežného opotrebovania, štýlu jazdy a pod.

Toto sú veľmi malé nevýhody na pozadí obrovských výhod, ktoré získavame z používania automobilových katalyzátorov. Vďaka týmto zariadeniam sú škodlivé emisie z automobilov obmedzené.

Niektorí kritici tvrdia, že oxid uhličitý je tiež škodlivá emisia. Veria, že v aute nie je potrebný katalyzátor, pretože takéto emisie zvyšujú skleníkový efekt. V skutočnosti, ak auto nemá katalyzátor a vypúšťa do ovzdušia oxid uhoľnatý, tento oxid sa sám v atmosfére zmení na oxid uhličitý.

Kto vynašiel katalyzátor?

Aj keď sa katalyzátory hromadne objavili až koncom 1970. rokov, ich história sa začala oveľa skôr.

Za otca katalyzátora sa považuje francúzsky chemický inžinier Eugene Goudry, ktorý si v roku 1954 patentoval svoj vynález pod názvom „Exhaust Catalytic Converter“.

Pred týmto vynálezom Goodry vynašiel katalytické krakovanie, pri ktorom sa veľké zložité organické chemikálie rozdeľujú na neškodné produkty. Potom experimentoval s rôznymi druhmi paliva, jeho cieľom bolo urobiť ho čistejším.

K skutočnému použitiu katalyzátorov v automobiloch došlo v polovici 1970. rokov, keď boli zavedené prísnejšie predpisy o regulácii emisií vyžadujúce odstránenie olova z výfuku z benzínu nízkej kvality.

Otázky a odpovede:

Ako skontrolovať prítomnosť katalyzátora na aute? Ak to chcete urobiť, stačí sa pozrieť pod auto. Okrem hlavného tlmiča a malého tlmiča (rezonátor, ktorý je umiestnený v prednej časti výfukového systému) je katalyzátor ďalšou žiarovkou.

Kde je katalyzátor v aute? Keďže katalyzátor musí pracovať v podmienkach vysokej teploty, je umiestnený čo najbližšie k výfukovému potrubiu. Nachádza sa pred rezonátorom.

Čo je katalyzátor v aute? Ide o katalyzátor - prídavnú žiarovku vo výfukovom systéme. Je vyplnená keramickou hmotou, ktorej plást je pokrytý drahým kovom.