Hoe werk 'n motorkatalisator?

Tydens die werking van 'n binnebrandenjin word uitlaatgasse in die atmosfeer vrygestel, wat nie net een van die hoofoorsake van lugbesoedeling is nie, maar ook een van die oorsake van baie siektes.

Hierdie gasse, wat uit die uitlaatstelsels van voertuie kom, bestaan ​​uit uiters skadelike elemente, en daarom is moderne motors toegerus met 'n spesiale uitlaatstelsel waarin 'n katalisator altyd voorkom.

Die katalisator skakel skadelike molekules in uitlaatgasse af en maak dit so veilig as moontlik vir mense en die omgewing.

Wat is 'n katalisator?

'N Katalisator is 'n soort apparaat waarvan die belangrikste taak is om skadelike emissies van die uitlaatgasse van motorenjins te verminder. Die katalisatorstruktuur is eenvoudig. Dit is 'n metaalhouer wat in die uitlaatstelsel van 'n motor geïnstalleer is.

Daar is twee pype in die tenk. Die "ingang" van die omskakelaar is aan die enjin gekoppel, en uitlaatgasse kom daardeur binne, en die "afvoer" is gekoppel aan die resonator van die voertuig se uitlaatstelsel.

Wanneer die uitlaatgasse van die enjin die katalisator binnedring, vind chemiese reaksies daarin plaas. Hulle vernietig skadelike gasse en verander dit in skadelose gasse wat in die omgewing vrygestel kan word.

Wat is die komponente van die katalisator?

Om dit 'n bietjie duideliker te maak hoe 'n motor-katalisator werk, kom ons kyk na die belangrikste elemente daarvan. Sonder om in besonderhede in te gaan, noem ons slegs die hoofelemente waaruit dit gebou is.

Ondergrond

Die substraat is die interne struktuur van die katalisator waarop die katalisator en edelmetale bedek is. Daar is verskeie tipes substrate. Hul belangrikste verskil is die materiaal waaruit dit gemaak is. Meestal is dit 'n inerte stof wat aktiewe deeltjies op sy oppervlak stabiliseer.

Dekking

Die aktiewe katalisatormateriaal bestaan ​​gewoonlik uit alumina en verbindings soos serium, sirkonium, nikkel, barium, lantaan en ander. Die doel van die deklaag is om die fisiese oppervlak van die substraat uit te brei en te dien as 'n basis waarop die edelmetale neergelê word.

Edelmetale

Die edelmetale teenwoordig in die katalitiese omsetter dien om 'n uiters belangrike katalitiese reaksie uit te voer. Algemeen gebruikte edelmetale is platinum, palladium en rodium, maar in onlangse jare het 'n groot aantal vervaardigers goud begin gebruik.

behuising

Die behuising is die buitenste dop van die toestel en bevat die substraat en ander elemente van die katalisator. Die materiaal waaruit die kas gewoonlik gemaak word, is vlekvrye staal.

buise

Pype verbind die voertuig se katalisator met die uitlaatstelsel en enjin van die voertuig. Hulle is van vlekvrye staal.

Hoe werk 'n motorkatalisator?

Vir die werking van 'n binnebrandenjin is dit belangrik dat 'n stabiele verbrandingsproses van die lug-brandstofmengsel in sy silinders plaasvind. Tydens hierdie proses word skadelike gasse gegenereer soos koolstofmonoksied, stikstofoksiede, koolwaterstowwe en ander.

As die motor nie 'n katalisator het nie, sal al hierdie uiters skadelike gasse, nadat dit in die uitlaatspruitstuk van die enjin afgevoer is, deur die uitlaatstelsel gaan en direk in die lug gaan wat ons inasem.

As die voertuig 'n katalisator het, sal uitlaatgasse deur die heuningkoek van die substraat uit die enjin na die demper vloei en met edelmetale reageer. As gevolg van 'n chemiese reaksie word skadelike stowwe geneutraliseer, en slegs skadelike uitlaatgasse, hoofsaaklik koolstofdioksied, kom uit die uitlaatstelsel in die omgewing.

Ons weet uit chemie-lesse dat 'n katalisator 'n stof is wat 'n chemiese reaksie veroorsaak of versnel sonder om dit te beïnvloed. Katalisators neem deel aan reaksies, maar is nie reaktante of produkte van 'n katalitiese reaksie nie.

Daar is twee fases waardeur skadelike gasse in die katalisator deurloop: reduksie en oksidasie. Hoe dit werk?

Wanneer die bedryfstemperatuur van die katalisator 500 tot 1200 grade Fahrenheit of 250-300 grade Celsius bereik, gebeur daar twee dinge: vermindering en onmiddellik daarna die oksidasiereaksie. Dit klink 'n bietjie ingewikkeld, maar dit beteken eintlik dat die molekules van die stof terselfdertyd elektrone verloor en kry, wat hul struktuur verander.

Die vermindering (suurstofabsorpsie) wat in die katalisator voorkom, is daarop gemik om stikstofoksied in 'n omgewingsvriendelike gas om te skakel.

Hoe werk 'n motorkatalisator in die herstelfase?

Wanneer stikstofoksied uit die uitlaatgasse van 'n motor die katalisator binnedring, begin die platinum en rodium daarin om die ontbinding van stikstofoksiedmolekules in te werk, wat die skadelike gas heeltemal skadeloos maak.

Wat gebeur tydens die oksidasiestadium?

Die tweede fase, wat in die katalisator plaasvind, word die oksidasiereaksie genoem, waarin onverbrande koolwaterstowwe in koolstofdioksied en water omgeskakel word deur met suurstof (oksidasie) te meng.

Die reaksies wat in die katalisator plaasvind, verander die chemiese samestelling van die uitlaatgasse en verander die struktuur van die atoom waarvan dit vervaardig word. Wanneer molekules skadelike gasse van die enjin na die katalisator oorgaan, breek dit hulle af in atome. Die atome kombineer op hul beurt weer in molekules om relatief onskadelike stowwe soos koolstofdioksied, stikstof en water te vorm en word deur die uitlaatstelsel in die omgewing vrygestel.

Die hoofsoorte katalitiese omsetters wat in petrolenjins gebruik word, is twee: tweerigting- en driewegrigting.

Bilaterale

'N Dubbelwandige (dubbelzijdige) katalisator voer terselfdertyd twee take uit: oksideer koolstofmonoksied tot koolstofdioksied en oksideer koolwaterstowwe (onverbrande of gedeeltelik verbrande brandstof) tot koolstofdioksied en water.

Hierdie tipe motorkatalisator is in diesel- en petrolenjins gebruik om skadelike emissies van koolwaterstowwe en koolstofmonoksied tot 1981 te verminder, maar omdat dit stikstofoksiede nie kon omskakel nie, is dit na 81 met driewegkatalisators vervang.

Drieweg-redoks katalisator

Hierdie tipe motorkatalisator is, soos dit blyk, in 1981 bekendgestel en word nou in alle moderne motors aangetref. Die driewegkatalisator voer drie take gelyktydig uit:

• verminder stikstofoksied tot stikstof en suurstof;
• oksideer koolstofmonoksied tot koolstofdioksied;
• oksideer onverbrande koolwaterstowwe tot koolstofdioksied en water.

Omdat hierdie tipe katalitiese omskakelaar beide die reduksie- en oksidasiestappe van katalise uitvoer, voer dit sy taak met tot 98% doeltreffendheid uit. Dit beteken dat as jou motor met so ’n katalitiese omsetter toegerus is, dit nie die omgewing met skadelike emissies sal besoedel nie.

Tipes katalisators in dieselenjins

Vir dieselvoertuie was die Diesel Oxidation Catalyst (DOC) tot onlangs nog een van die katalitiese omsetters wat die meeste gebruik word. Hierdie katalisator gebruik suurstof in die uitlaatstroom om koolstofmonoksied in koolstofdioksied en koolwaterstowwe in water en koolstofdioksied om te skakel. Ongelukkig is hierdie tipe katalisator net 90% doeltreffend en slaag hy daarin om dieselreuk uit te skakel en sigbare deeltjies te verminder, maar is dit nie effektief om NO x-emissies te verminder nie.

Dieselenjins straal gasse uit wat 'n relatiewe hoë vlak deeltjies (roet) bevat, wat hoofsaaklik uit elementêre koolstof bestaan, wat DOC-katalisators nie kan hanteer nie. Daarom moet die deeltjies verwyder word met die sogenaamde deeltjiesfilters (DPF).

Hoe word katalisators onderhou?

Om probleme met die katalisator te voorkom, is dit belangrik om te weet dat:

• Die gemiddelde lewensduur van die katalisator is ongeveer 160000 XNUMX km. Nadat u hierdie afstand afgelê het, moet u dit oorweeg om die omskakelaar te vervang.
• As die voertuig met 'n katalisator toegerus is, moet jy nie loodhoudende brandstof gebruik nie, aangesien dit die doeltreffendheid van die katalisator verminder. Die enigste geskikte brandstof in hierdie geval is loodloos.

Ongetwyfeld is die voordele van hierdie toestelle vir die omgewing en ons gesondheid enorm, maar benewens hul voordele, het dit ook hul nadele.

Een van hul grootste nadele is dat hulle net by hoë temperature werk. Met ander woorde, as u u motor aanskakel, doen die katalisator amper niks om uitlaatgasse te verminder nie.

Dit begin eers doeltreffend werk nadat die uitlaatgasse tot 250-300 grade Celsius verhit is. Dit is die rede waarom sommige motorvervaardigers stappe gedoen het om hierdie probleem aan te spreek deur die katalisator nader aan die enjin te skuif, wat enersyds die werkverrigting van die toestel verbeter, maar die lewensduur daarvan verkort omdat die nabyheid aan die enjin dit aan baie hoë temperature blootstel.

In onlangse jare is besluit om die katalisator onder die passasiersitplek te plaas op 'n afstand wat dit moontlik maak om doeltreffender te werk sonder om blootgestel te word aan hoë enjintemperature.

Ander nadele van katalisators is gereelde verstopping en koekbrand. Uitbranding vind gewoonlik plaas as gevolg van onverbrande brandstof wat die uitlaatstelsel binnedring wat in die katalitiese omsettertoevoer aan die brand gesteek word. Verstopping kom meestal voor as gevolg van swak of onvanpaste petrol, normale slytasie, bestuurstyl, ens.

Dit is baie klein nadele teen die agtergrond van die groot voordele wat ons met die gebruik van motorkatalisators het. Danksy hierdie toestelle is skadelike uitstoot van motors beperk.

Sommige kritici voer aan dat koolstofdioksied ook 'n skadelike emissie is. Hulle meen ’n katalisator is nie in ’n motor nodig nie, want sulke emissies verhoog die kweekhuiseffek. Trouens, as 'n motor nie 'n katalitiese omsetter het nie en koolstofmonoksied in die lug vrystel, sal hierdie oksied self in koolstofdioksied in die atmosfeer verander.

Wie het die katalisator uitgevind?

Alhoewel katalisators eers in die laat 1970's massaal verskyn het, het hulle geskiedenis baie vroeër begin.

Die vader van die katalisator word beskou as die Franse chemiese ingenieur Eugene Goudry, wat in 1954 sy uitvinding onder die naam "Exhaust Catalytic Converter" gepatenteer het.

Voor hierdie uitvinding het Goodry katalitiese krake uitgevind, waarin groot komplekse organiese chemikalieë in skadelose produkte geskei word. Toe eksperimenteer hy met verskillende soorte brandstof, sy doel was om dit skoner te maak.

Die werklike gebruik van katalisators in motors het in die middel 1970's plaasgevind toe strengere emissiebeheerregulasies ingestel is wat vereis dat lood uit die uitlaatgasse van petrol van lae gehalte verwyder moet word.

Vrae en antwoorde:

Hoe om die teenwoordigheid van 'n katalisator op 'n motor na te gaan? Om dit te doen, kyk net onder die motor. Benewens die hoofdemper en die klein knaldemper (die resonator wat voor die uitlaatstelsel sit), is die katalisator nog 'n gloeilamp.

Waar is die katalisator in die kar? Aangesien die katalisator in hoë temperatuurtoestande moet werk, is dit so na as moontlik aan die uitlaatspruitstuk geleë. Dit is voor die resonator.

Wat is 'n katalisator in 'n motor? Dit is 'n katalitiese omsetter - 'n bykomende gloeilamp in die uitlaatstelsel. Dit is gevul met keramiekmateriaal, waarvan die heuningkoek met edelmetaal bedek is.