Що таке каталізатор - в найдрібніших деталях, avtopub

Каталізатор - це дуже простий елемент вихлопної системи, але від нього залежить багато чого. Сьогодні ми допоможемо вам дізнатися, які шкідливі речовини формуються при роботі автомобільного двигуна. Ви також отримаєте інформацію про те, як каталітичний перетворювач зменшує кількість шкідливих викидів.

Кожен сучасний автомобіль (не враховуючи електрокарів. Звісно) є серйозним джерелом забруднення. Особливо ця проблема актуальна для жителів мегаполісів, так як саме в таких населених пунктах кількість автомобільних вихлопних газів часом дуже високо.

Для того щоб хоч якось перешкоджати цій проблемі уряду різних країн обмежують рівень забруднення, створюваного автомобілями. В останні роки багато компаній, які випускають транспортні засоби, серйозно модернізували двигуни і вихлопні системи своїх моделей, щоб відповідати певним нормам.

Одним з досить серйозних кроків на цьому шляху стало виробництво каталізатора або каталітичного перетворювача. Що таке каталізатор в автомобілі і як він працює? Як ми вже згадували вище, його робота полягає в тому, щоб вчасно перетворити шкідливі речовини, що містяться в вихлопних газах, в менш шкідливі продукти. Причому каталізатор повинен зробити це ще до того, як вихлопні гази виявляться за межами машини.

Лікнеп по шкідливим викидам

Наприклад, стоіхіометріческій коефіцієнт бензину становить приблизно 14,7 до 1. А це означає, що для спалення 1 одиниці бензину необхідно спалити 14,7 одиниці повітря. В реальних умовах згоряння суміші палива має деякі відмінності від оптимальної пропорції. Часом суміш стає збідненого (при підвищенні коефіцієнта), а іноді - надто багатою (при падінні даного показника).

Автомобільний двигун виробляє такі шкідливі продукти:

• N2 (газоподібний азот). Повітря на нашій планеті на 78% складається саме з цієї речовини, причому більша його частина потрапляє в силовий агрегат авто.
• H2O (водяна пара). Продукт згоряння, що формується при з'єднанні кисню і водню.
• СО2 (діоксид вуглецю). Це також продукт згоряння, який з'являється в результаті з'єднання вуглецю з киснем.

По суті, перелічені речовини не становлять небезпеку для нашого здоров'я, проте вчені стверджують, що вуглекислий газ призводить до погіршення ситуації з глобальним потеплінням. Оскільки процес горіння далеко не завжди відповідає планам розробників двигунів, певний обсяг шкідливих речовин, все ж, потрапляє в вихлопну систему. Саме для цього і існує каталізатор. Каталітичний перетворювач призначений для скорочення кількості таких речовин:

• СО (окис вуглецю) - шкідливий безбарвний газ, який не має запаху;
• летючі органічні сполуки або вуглеводні - ключова складова смогу, який формується в результаті неповного згоряння бензину;
• NO і NO2 (оксиди азоту) - ще одна складова смогу і так званих кислотних дощів.

Далі ми допоможемо вам зрозуміти, як працює каталізатор в автомобілі.

Принцип роботи каталізатора

Ще зі шкільного курсу хімії багато людей знають, що каталізатор - це речовина, що застосовується для виклику або підвищення швидкості хімічної реакції. При цьому каталітичний перетворювач не стає продуктом реакції. Каталізатори беруть участь в реакціях, але їх не можна назвати реактивами або продуктами хімічної реакції. Наприклад, в організмі кожної людини є ферменти, які необхідні для здійснення великої кількості біохімічних реакцій.

Що таке каталізатор ви вже знаєте. Розглянемо докладніше їх пристрій. Сьогодні існують два основних типи каталізаторів: окислювальні і відновлюють. Вони мають керамічну структуру, яку покриває каталізатор з металу. Суть полягає в формуванні структури, яка зможе підставити під вихлопні гази максимально можливу площу каталітичного перетворювача. При цьому задіюється мінімальну кількість каталізатора, оскільки вартість застосовуваних матеріалів є дуже високою.

Цікаво, що в деяких пристроях застосовують навіть золото. У порівнянні з усіма іншими варіантами золото виявилося найдешевшим. Воно може збільшити рівень окислення на 40%, без чого неможливо скоротити обсяг шкідливих речовин.

Багато сучасних автомобілів мають системи випуску з трьома каталізаторами. Кожен з них відповідає за зменшення кількості викидів певної речовини.

Спочатку вихлопні гази потрапляють в відновлює каталізатор. У ньому застосовуються родій і платина, які скорочують кількість молекул NO і NO2. У момент їх контакту з молекулами каталітичного перетворювача відбувається відділення атома азоту, в результаті чого вивільняється O2, тобто кисень. Потім відбувається зв'язування атомів азоту, в результаті чого з'являється N2.

Наступний етап - фільтрація в окислювальному каталізаторі. Це необхідно для зменшення обсягу окису вуглецю і залишився палива. Вони окислюються з використанням паладію і платини. Даний каталізатор сприяє вступу окису вуглецю в реакцію з рештою киснем, що призводить до утворення СО2, тобто вуглекислого газу.

Сучасні автомобілі оснащуються каталізаторами з конструкціями типу «керамічні намистини» і «стільники». Дуже часто можна побачити перетворювачі зі структурою у вигляді сот.

Далі ви дізнаєтеся, як відбувається останній етап перетворення. Також Автопаб розповість про те, як поліпшити ефективність роботи каталізатора.

Оптимізація роботи вихлопної системи автомобіля

На останньому етапі перетворення здійснюється контроль вихлопних газів. Отримана інформація дозволяє регулювати роботу системи подачі палива. Між двигуном і каталізатором розташований спеціальний датчик кисню (його ще називають лямбда-зондом). Він повідомляє електроніці автомобіля кількість кисню в складі вихлопних газів.

Після отримання цієї інформації комп'ютер регулює об'єм повітря, який подається для приготування оптимальної паливо-повітряної суміші. Завдяки такому рішенню силовий агрегат автомобіля функціонує на пропорції, максимально наближеною до стехиометрической точці. Також це дозволяє перевірити кількість кисню, адже він потрібен для правильної роботи окисного каталізатора.

Каталізатор - це пристрій, який створено для боротьби із забрудненням навколишнього середовища, однак його ефективність можна серйозно підвищити. Серед «мінусів» варто відзначити, що він функціонує лише при високих температурах. Відразу після запуску двигуна цей елемент практично не працює.

Для отримання оптимального результату можна змінити розташування каталізатора. Він повинен знаходитися ближче до мотору. У такому випадку його нагрівання буде відбуватися набагато більш оперативно. Правда, таке рішення негативно впливає на експлуатаційний термін каталітичного перетворювача через регулярного впливу підвищених температур. Багато виробників монтують каталізатор приблизно під кріслом переднього пасажира, що захищає конвертер від впливу занадто гарячих вихлопних газів.

Для зменшення кількості викидів використовують також підігрів каталізатора. Найпростіше рішення - установка електронагрівачів. Нагріти каталізатор дуже швидко не вийде, так як майже на всіх автомобілях використовується електромережу на 12 Вольт. Подібні рішення застосовуються в сучасних гібридах (наприклад, в автомобілі Тойота Пріус), оснащених високовольтними акумуляторами.

Каталізатори на автомобілях з дизельними двигунами не дуже ефективно борються з шкідливими викидами NO і NO2. Фахівці відзначають, що дизельні мотори працюють в більш низькому режимі температур, в порівнянні з бензиновими агрегатами, а каталізатори функціонують ефективніше при нормальному нагріванні.

Окремі майстри винайшли сучасну систему випуску, у якій немає такої проблеми. Вони забезпечують подачу карбаміду (органічна сполука кисню, азоту та водню) в вихлопну трубу ще до контакту газів з каталізатором. Це призводить до хімічної реакції, що скорочує обсяг NO і NO2.

Карбамід (сечовина) присутній в складі сечі земноводних, а також ссавців, тому ця речовина і отримало таке ім'я. Дане з'єднання вступає в реакцію з NOx, в результаті чого формується водяна пара і азот, а кількість оксидів азоту зменшується приблизно на 90%.