23Май

Катализатор что это в машине: ТрансТехСервис (ТТС): автосалоны в Казани, Ижевске, Чебоксарах и в других городах

Содержание

Назначение катализатора выхлопной системы | Блог

Назначение катализатора выхлопной системы

Прежде чем уйти в окружающую среду, отработанные газы двигателя внутреннего сгорания проходят в выхлопную систему. В системе предусмотрен катализатор, который приходится периодически менять, потому что он загрязняется. Рассмотрим конструктивные особенности данного узла, а также его назначение.

Что представляет собой катализатор

Данный элемент выхлопной системы разработан для очистки отработанных газов за счет нейтрализации некоторых вредных веществ в их составе. Нейтрализация происходит благодаря тому, что вредные соединения вступают в реакцию химического характера и преобразуются в безопасное вещество. В результате выхлоп становится чище и оказывает меньше негативного влияния на окружающую среду. Это единственное, для чего нужен катализатор, но данная функция важна, так как от уровня очистки выхлопа зависит экологичность автомобиля. Нейтрализация вредных веществ происходит при температуре не менее 300 °C, а потому при холодном двигателе отработанные газы не очищаются.

Конструкция и особенности каталитического нейтрализатора

В основе этого узла лежат соты из металла или прочной керамики. Стенки сот покрываются тонким слоем некоторых металлов. В частности, это может быть иридий или не менее активный палладий. Также на стенки сот часто наносится родий. Благодаря химической активности, с этими металлами вступают в реакцию вредные соединения выхлопных газов. После окончания реакции часть веществ распадается на неактивные, а другая часть связывается и не представляет опасности для окружающей среды. Современный катализатор в машине – это сочетание трех элементов, каждый из которых выполняет определенную задачу:

  1. В задачи первого элемента входит связывание оксидов азота.

  2. Следующий элемент удаляет частицы топлива, которые не сгорели и ушли вместе с газами. Вместе с ними из выхлопа утилизируется окись углерода.

  3. В роли третьего элемента выступает лямбда-зонд. Он выполняет анализ очищенных газов, которые выходят из катализатора.

    Эти данные передаются на ЭБУ автомобиля.

Для увеличения срока службы узел выполнен в оболочке из нержавеющей стали.

Неисправности устройства и причины их возникновения

В зависимости от качества исполнения, данные устройства служат 100-150 тысяч пробега при условии использования топлива хорошего качества. Срок службы сокращается, когда машина часто стоит в городских пробках. Исходя из этих факторов, катализатора хватает на 3-7 лет. Помня, что такое катализатор в машине, несложно понять, что основная причина его поломки — это выгорание на стенках сот металла. Если его нет, отсутствует химическая реакция, выхлопные газы уходят в окружающую среду неочищенными. Это естественный процесс, а потому данная поломка возникает в конце эксплуатационного срока изделия.

Когда катализатор перестанет полноценно функционировать, это зафиксирует датчик кислорода, а бортовой компьютер подаст сигнал водителю посредством Check Engine. В некоторых моделях авто ЭБУ блокирует силовой агрегат, пока не будут решены проблемы с катализатором. Процесс выгорания металла в сотах ускоряется из-за некачественного бензина и дизельного топлива, так как в нем содержится свинец, а это сопровождается увеличением нагрузки на деталь. Владельцы машин с дизельным двигателем, понимая, зачем нужен катализатор, не добавляют в топливо добавки-антигели, потому что они негативно влияют на его работу и сокращают срок службы. Дополнительно на это могут влиять неполадки с двигателем, такие как нарушение в системе питания топливом и некорректная настройка зажигания.

Каталитический нейтрализатор предназначен для уменьшения количества вредных выбросов в атмосферу

Диагностика катализатора автомобиля

Как говорилось выше, в большинстве современных автомобилей проблема катализатора проявит себя по сигналу лампочки Check Engine. Данный признак не точный, так как лампочка горит при разных ошибках и некорректной работе некоторых систем автомобиля. Поэтому следует знать, когда катализатор автомобильный требует замены. Это можно понять по дополнительным признакам.

Снижение мощности мотора

Когда износ катализатора критический, можно заметить троение двигателя, а машина потеряет показатели разгона. Обусловлено такое явление тем, что катализатор – это набор сот, которые со временем загрязняются, пропускная способность устройства снижается. Частично соты разрушаются, другие запекаются. Все эти факторы блокируют путь отработанным газам и они не успевают выйти из камер сгорания. Такое поведение силового агрегата характеризуется как “задыхающийся двигатель”.

Грохот в области днища машины

Грохот слышен при работе силового агрегата при высоких оборотах. Иногда он возникает сразу, как только запустится силовой агрегат. Причина в том, что катализатор в машине потерял часть сот из-за их разрушения. Частицы осыпавшихся сот бьются о внутренние стенки катализатора, приводимые в движение проходящими выхлопными газами. Из-за этого в области днища и возникает грохот.

Нестабильный поток газов, выходящих из глушителя

Он может быть слабым или ровным. Слабый поток означает сниженную пропускную способность катализатора или разрушение сот. Аналогичная ситуация и с ровным потоком без пульсаций, которые отражают каждую вспышку в камерах сгорания. Чтобы определить наличие или отсутствие пульсаций, достаточно подставить руку под поток выхлопных газов.

Выбор между аналогом и оригиналом

Все вышеперечисленные признаки возникают перед самым выходом из строя катализатора. Поэтому при их появлении можно сразу проверять это устройство на предмет износа и покупать новое для замены. Выше мы рассмотрели, что такое катализатор, а теперь определимся, что лучше купить, оригинал или аналог. Несомненно, первый вариант будет оптимальным выбором, так как оригинальные запчасти гарантированно соответствуют заводским параметрам. Это значит, что катализатор поддерживает режим работы двигателя конкретной модели авто. Единственный недостаток такого решения заключается в более высокой стоимости.

Не имея денег на оригинальное изделие, можно купить одну из альтернатив, которая представлена на рынке в двух вариантах: универсальные катализаторы и пламегасители. Под универсальными подразумеваются устройства, которые подходят для выхлопной системы любого автомобиля, или наборы сот, которые просто устанавливаются в старый глушитель. Проблемность первого заключается в дороговизне такой замены, а выполнить второй вариант с заменой сот возьмется не каждый автосервис.

Что касается пламегасителя, данная деталь не очищает выхлопные газы, но за счет снижения их температуры с энергией, оптимизирует работу силового агрегата. Такое устройство преобразовывает пульсирующие потоки газов, выходящих со всех цилиндров в один поток, имеющий более низкую температуру. Естественно, это не заменит катализатор авто полноценно, а потому рекомендуется купить оригинальное или универсальное изделие. В противном случае снизится экологичность машины и увеличится негативное воздействие на комплектующие силового агрегата.

Что такое катализатор в автомобиле? » Компания KATAVTO в Санкт-Петербурге

В химии катализатор — это вещество, вызывающее или ускоряющее химическую реакцию, при этом само оно расходуется. Именно на этом основан принцип каталитического нейтрализатора автомобиля.

Катализатор в машине — это устройство в выхлопной системе для снижения токсичности отработанных газов путем дожига угарного газа и недогоревших углеродов, а также восстановления оксидов азота до азота и кислорода. И принцип работы автомобильного катализатора как раз и основан на химических свойствах, вступающих в реакцию веществ, таких как родий, платина, медь, никель и золото. 

Каталитический нейтрализатор представляет собой керамическую сетку, покрытую металлами. Когда выхлопные газы проходят через эту решетку, часть соединений вступает в реакцию с этими металлами и изменяется или распадается. Таким образом, отработанные газы теряют свои вредные вещества.

В выхлопе автомобиля присутствуют очень вредные и токсичные вещества:

  • Углеводороды CHx

  • Оксиды азота NOx

  • Окись углерода CO

И с этими веществами нужно что-то делать.

Современные катализаторы состоят из трех частей, то есть имеют три каталитических преобразователя, чтобы снизить токсичность всех трех вредных примесей отработанных газов. В металлическом корпусе находится керамическая решетка.

В первую часть, которая называется восстанавливающей, покрыта платиной и родием для уменьшения выброса оксида азота. Работает это так — молекула двуокиси азота встречается с молекулами катализатора и от нее отделяется атом азота, тем самым высвобождая кислород. А атомы азота связываются друг с другом, образуя просто газообразный азот N2.

Во второй части, которая называется окислительной, происходит реакция окисления или дожига несгоревшего топлива CH и окиси углерода СО. Тут опять вступают в реакцию отработанные газы и платина, но уже с палладием. 

В третьей части, оксид углерода встречается с недогоревшим кислородом и при помощи катализатора распадается на углекислый газ и воду.

Таким образом, в упрощенном варианте химические реакции по распаду вредных примесей выглядят вот так:

  • CH+O2=CO2+h3O

  • NO+CO=N2+CO2

  • CO+O2=CO2

  • NO+h3=N2+h3O

По итогу все вредные вещества CO, NOx и CHx распадаются на абсолютно безвредную воду h3O, азот N2 и углекислый газ CO2.

Это основные принципы работы современных автомобильных катализаторов, а теперь рассмотрим нюансы, которые есть при всех раскладах.

Во-первых, катализаторы, установленные на автомобилях с дизельными двигателями, плохо справляются с соединением NOx. Все дело в том, что рабочая температура дизельного двигателя гораздо ниже, чем у бензинового, что не позволяет качественно работать каталитическому нейтрализатору. Но экологов не остановить, поэтому была придумана система очистки выхлопа с впрыском непосредственно в выхлопной тракт до катализатора раствора мочевины. В результате этого действия возникает химическая реакция, уменьшающая количество NOx в отработанных газах. В результате получаются азот и водяной пар. Только вот система эта из-за качества российского топлива очень быстро выходит из строя, и блок управления начинает выдавать ошибки. Через какое-то время даже может перестать запускаться двигатель. Восстановление системы — крайне дорогое удовольствие, поэтому большинство автовладельцев прибегают к программному отключению датчика NOx и всей системы.

Во-вторых, современные катализаторы имеют очень тонкую керамическую сетку, поэтому она очень хрупкая и легко разрушается. Достаточно небольшого удара, чтобы повредить керамическую сетку. Попадание воды на разогретый катализатор в случае качественного заезда в лужу на горячем автомобиле тоже может привести к разрушениям решетки. А все мы помним про качество российских дорог, да? 

Также неисправности в системе зажигания такие, как поздний угол зажигания или пропуски, приводят к позднему поджигу топливно-воздушной смеси и как следствие ударной волне, попадающей на катализатор и разрушающей его структуру. 

Про некачественное топливо в России и как оно вредит всем узлам автомобиля можно написать «войну и мир», и каталитическому нейтрализатору оно тоже вредит. Вместе с частицами масла такая история приводит к очень быстрому забиванию сот катализатора сажей и прочими гадостями.

Залитое «не по паспорту» масло тоже очень быстро портит катализатор. Особенно масло с примесями молибдена и цинка. Масла такого плана, с модификаторами трения, можно лить только после удаления катализатора.

Долгая же работа на холостом ходу — привет, пробки — тоже вредна для катализатора. От этой истории катализатор перегревается, и та самая керамическая решетка начинает оплавляться. 

Средний срок службы современных катализаторов — 100-150 тысяч километров пробега, тогда как автомобили, произведенные в 90х начале 00х, имеют более толстую керамическую сетку, и их катализаторы живут гораздо дольше, могут и 300+ тысяч километров пробега продержаться. Отдельно стоит отметить корейские автомобили. Из-за экономии производители сделали керамическую решетку катализатора совсем тонкой, и поэтому катализаторы на корейских автомобилях разрушаются в два раза быстрее. Средний срок службы — около 50.000км пробега, но встречали и меньше 20.000км. 

Поврежденные катализаторы могут принести серьезный вред автомобилю, вплоть до капитального ремонта двигателя.  

Полностью забитый катализатор работает примерно так же, как картошка в выхлопной трубе. Он мешает эффективному отводу выхлопных газов, и они найдут выход в самых неожиданных местах. Это, конечно же, не только не способствует эффективной работе мотора, но и приводит к его неисправностям.

Также частицы разрушенного катализатора могут попасть в двигатель и натворить там дел. Особенно это актуально для корейских автомобилей. Мы видели задиры в цилиндрах не один и не два раза. И частицы катализатора тоже встречали в интересных и совсем не подходящих для этого местах.

Важно!

Если ваш автомобиль стал «тупить», потерял мощность, двигатель стал работать громче или неровно, а на приборной панели загорелся Check Engine, то вам пора на диагностику и удаление катализатора.

Да-да, вы не ослышались — самый недорогой и эффективный способ решения проблемы с вышедшим из строя катализатором это удаление.

А как же экология? — спросите вы.

А вот тут начинается самое интересное, то, о чем молчат борцы за экологию.

Во-первых, чтобы каталитический нейтрализатор начал эффективно работать, он должен прогреться до определенной температуры. На холодном автомобиле он не работает вообще, то есть первые 10 минут работы двигатель работает как бы без него. Для этого производители придумали режим прогрева катализатора. Блок управления специально богатит в начале работы топливно-воздушную смесь. Обратите внимание на сильный неприятный запах выхлопа по утрам на парковках. В этот момент выхлоп имеет гораздо большее количество вредных примесей, чем в обычном режиме работы двигателя. Особенно это чувствуется в холодное время года. Таким образом, прогрев катализатора гораздо больше загрязняет окружающую среду, чем автомобиль вообще без него.

Во-вторых, частицы разрушающегося катализатора попадают в атмосферу и оседают в легких человека. И они там остаются навсегда и могут вызывать проблемы и болезни. Это гораздо более вредно, чем просто примеси в отработанных газах.

В-третьих, современные двигатели, которые правильно настроены, не нуждаются в каталитическом нейтрализаторе совсем. Система непосредственного впрыска делает топливно-воздушную смесь максимально бедной и с минимальным количеством вредных примесей. При работе такого мотора нет излишне высоких температур, соответственно, окиси азота отсутствуют, а чуть более бедная смесь дает минимум СО и СН. Да-да, вы не ослышались. Экологи нас бессовестно обманывают. 

Единственное, для чего нужен катализатор, это для соответствия придуманными этими самыми экологами стандарта Евро и извлечения прибыли. 

Получается, что при первых же ошибках по катализаторам вполне себе можно удалить катализатор на современном автомобиле и не боятся принести вред окружающей среде. Главное — провести полный комплекс по удалению каталитического нейтрализатора. Он включает в себя не только физическое удаление детали, но также установку пламегасителя и программные работы. Пламегаситель нужен для снижения температуры отработанных газов, а программные работы, прошивка под Евро 2 для того, чтобы блок управления двигателем в новых условиях верно рассчитывал параметры топливно-воздушной смеси.

Мы, в КатАвто, проводим комплекс по удалению катализатора абсолютно бесплатно. Вам просто нужно записаться и приехать в назначенное время.

Обращайтесь!

Узнать подробности:

8 (800) 201-63-33

Vk: https://vk.com/katavto

Telegram: https://t.me/katavtotelegram

Функция и назначение каталитического нейтрализатора – журнал Auto Trends

Благодаря строгим нормам загрязнения окружающей среды, принятым во всем мире, каталитические нейтрализаторы стали обязательными. Это потому, что каталитический нейтрализатор может превращать очень вредные газы в приятные соединения благодаря разумному использованию драгоценных металлов и химии.

Платина, родий и палладий способствуют протеканию химической реакции, работая как катализатор, грубо говоря, как ускоритель.

Содержание

Преобразование ядов в управляемые соединения

Эти преобразователи объединяют пригодный для дыхания кислород, ядовитую окись углерода, вредные для озона несгоревшие углеводороды и вредные оксиды азота в управляемые соединения. И наоборот, эти соединения представляют собой воду, азот и углекислый газ, газ, который мы также выделяем, но он также является одним из ведущих парниковых газов.

Этот выбор был сделан, чтобы очистить города, в которых находятся сотни тысяч моторизованных транспортных средств, предпочтя защитить легкие горожан от болезней, а города — от опасного смога. Компромисс, если хотите, и тот, который человечество должно было реализовать.

Французское изобретение. Каталитический нейтрализатор был разработан инженером-механиком Юджином Удри в середине 1950-х годов для установки на бензиновые двигатели. Его рассуждения были вызваны опасениями по поводу дыма из дымохода и выхлопных газов и того, как они влияют на загрязнение воздуха.

Следовательно, его первый каталитический нейтрализатор был установлен на дымоходах, за ним последовали вилочные погрузчики, работающие на неэтилированном бензине, и, наконец, обычные автомобили (1).

См. также – Что вызывает белый дым из выхлопных газов?

Управление вредными соединениями

Когда выхлопные газы выходят из каждого цилиндра, они встречаются с выхлопными коллекторами и, таким образом, с выхлопной трубой. Таким образом, каталитический нейтрализатор устанавливается на выхлопной трубе как можно ближе к двигателю.

Эти выхлопные газы представляют собой именно те вредные соединения, о которых говорилось выше: окись углерода, несгоревшие углеводороды, несгоревшее или частично сгоревшее топливо и оксиды азота.

Когда эти газы попадают в каталитический нейтрализатор, они сгорают дальше и подвергаются процессу окисления, который должен происходить за доли секунды. В противном случае эти загрязняющие вещества просто вылились бы из выхлопной трубы. Более того, для этой окислительной реакции обычно требуется некоторое время, и именно здесь на помощь приходит катализатор (2).

Химические реакции

В форме платины, родия и палладия этот катализатор дает толчок реакции окисления, чтобы облегчить процесс реакции. Это работает, поскольку соединения, которые мы хотим создать, такие как вода или углекислый газ, более стабильны, и все эти атомы предпочли бы принять более стабильную форму.

Со временем эти реакции могут происходить естественным образом, но это займет слишком много времени. Такой предмет, с которым вы, возможно, знакомы, — это перекись водорода, используемая для лечения и дезинфекции ран. Если вы оставите бутылку с перекисью водорода без крышки, она скорее превратится в воду и кислород, чем останется перекисью водорода.

Однако этот процесс займет некоторое время. Поэтому в нашем случае мы сжигаем вредные продукты, чтобы реакции шли быстрее, и даже в этом случае этого недостаточно.

Таким образом, у нас также есть эти реакции, происходящие вокруг этих драгоценных металлов, видя, как они позволяют им происходить с меньшими затратами энергии. Но это еще не все, эти металлы также способствуют реакции восстановления, которая берет существующие соединения, в нашем случае оксиды азота, и расщепляет их на азот и кислород (3).

Конструкция каталитического нейтрализатора

Каталитический нейтрализатор имеет форму сплющенной бочки, и если разрезать его поперек, то получится очень мелкая сетка. Эта сетка помогает из-за множества факторов. Сетка имеет большую площадь поверхности, что позволяет быстро движущемуся воздуху нагреваться быстрее.

Кроме того, соты легче нагреваются и охлаждаются, что имеет первостепенное значение для правильной работы каталитического нейтрализатора. Кроме того, эта сетка позволяет нам равномерно распределять эти благородные металлы по конвертеру, обеспечивая протекание каждой реакции как можно ближе к катализатору.

CC Порог температуры

Однако каталитический нейтрализатор довольно привередлив, учитывая, что для его правильной работы температура внутри должна поддерживаться выше определенного значения, а соотношение воздух-топливо должно соответствовать определенному порогу. Без них каталитический нейтрализатор — не что иное, как дроссель выхлопа.

Эти окислительно-восстановительные реакции (называемые окислительно-восстановительными реакциями) гранично эффективны при температуре около 700 градусов по Фаренгейту, но неисправный нейтрализатор или машина, которая работала и стояла часами, может нагреваться до 1400F.

Все, что ниже 700F, означает, что реакции протекают слишком медленно, и, следовательно, в атмосферу попадает несметное количество загрязняющих веществ. Таким образом, максимально быстро довести каталитический нейтрализатор до требуемой температуры имеет первостепенное значение для инженера-автомобилестроителя, работающего с картами двигателя.

Кроме того, соотношение воздух-топливо должно поддерживаться около стехиометрического значения, которое должно составлять около 14,7 частей воздуха на 1 часть топлива для бензина. Это значение является довольно строгим, допуская отклонение только на 3 процента больше/меньше.

В противном случае двигатель будет производить слишком много одного загрязняющего вещества, и в результате у него не будет всех необходимых компонентов для хорошего разделения.

Соотношение воздух-топливо можно рассматривать как значение лямбда со стехиометрическим значением 1, рассчитанное как использованный воздух по сравнению с воздухом, который должен был использоваться для получения стехиометрического значения. Если они равны, то количество является стехиометрическим, если используется больше воздуха, то смесь обедняется топливом, а если используется меньше воздуха, смесь богата топливом.

Датчики кислорода… Датчики кислорода

Датчики кислорода обычно называют датчиками кислорода. Они имеют первостепенное значение для соотношения воздух-топливо в двигателе. Они работают, измеряя кислород вокруг каталитического нейтрализатора и возвращая значение после некоторых сложных математических вычислений. Стехиометрическое соотношение указывает на то, что топливо сожгло весь доступный кислород, и, следовательно, лямбда-зонд может легко определить, так ли это.

Если это не так, он может отправить команду на ЭБУ и изменить смесь так, чтобы она максимально приблизилась к 1. Лямбда-зонды также работают при определенных температурах, около 600F. Более того, видя, как каталитический нейтрализатор работает только при значении лямбда, равном 1, каталитический нейтрализатор не может работать без лямбда-зондов, поскольку без них вы не можете контролировать это значение (4).

Каталитические нейтрализаторы теперь используют только окислительно-восстановительные реакции, а это означает, что мы также заботимся об оксидах азота. Их называют трехкомпонентными каталитическими нейтрализаторами, и они не были нормой. До них мы использовали только двухкомпонентные каталитические нейтрализаторы, которые окисляли только углеводороды и окись углерода, но в настоящее время они становятся редкостью.

Отсутствует или поврежден CC

Если каталитический нейтрализатор неисправен, разрезан, украден или проколот, то в двигателе возникнет множество проблем. Засоренный каталитический нейтрализатор, по сути, забивает весь выхлоп, что приводит к значительной потере мощности или стабильности.

Если каталитический нейтрализатор неисправен, вы столкнетесь с большими проблемами с эффективностью использования топлива, потому что лямбда-зонды изменят соотношение воздух-топливо до абсурда.

Если лямбда-зонд неисправен, вы также можете наслаждаться низкой эффективностью использования топлива или низкой мощностью, а также, скорее всего, разрушить свой каталитический нейтрализатор в процессе. Более того, плохой преобразователь, безусловно, может привести к неудачным испытаниям на выбросы.

Индикатор проверки двигателя, безусловно, может быть вызван проблемным каталитическим нейтрализатором или неисправным лямбда-зондом, учитывая, что индикатор проверки двигателя обычно указывает на проблему с системами защиты от загрязнения автомобиля. Пробитый нейтрализатор может пропускать внутрь лишний воздух, что приводит к шуму, плохой эффективности реакции, к заметному изменению топливной экономичности и мощностных характеристик.

Смягчение последствий изменения климата

Каталитические нейтрализаторы, пусть и не идеальные, очень помогли нам в борьбе с глобальным потеплением. Вырезать и удалять их — обычное дело, но делайте это только в том случае, если вы действительно этого хотите и знаете, во что ввязываетесь.

Библиография

  1. Универсальный Технический Институт. Что такое каталитический нейтрализатор и для чего он нужен? [Онлайн] 06 января 2021 г. [Процитировано: 15 января 2022 г.].
  2. Агентство по охране окружающей среды США.
    Основная информация о загрязнении атмосферного воздуха угарным газом (CO). [Онлайн] 07 июня 2021 г. [Процитировано: 15 января 2022 г.].
  3. Хамерс, Лорел. Объяснитель: Что такое катализатор? [Онлайн] 27 февраля 2017 г. [Процитировано: 15 января 2022 г.].
  4. Привет. Лямбда-зонд — причина неисправности, проверка и устранение неисправности. [Онлайн] [Процитировано: 15 января 2022 г.].

Атрибуция фотографии

  • Ahanix1989 в английской Википедии, общественное достояние, через Wikimedia Commons
  • OpenStax, CC BY 4. 0, через Wikimedia Commons

См. также – Что такое рекуперативное торможение?

  • Автор
  • Последние сообщения

Кристиан Пушкасу

Кристиан Пушкашу начал любить автомобили и хотел стать «гонщиком» благодаря какой-то компьютерной игре, которая зажгла огонь почти два десятилетия назад. С тех пор он пришел в себя и решил, что стать автомобильным инженером более разумно, и получил такое образование в своей родной стране, Румынии. Кристиан решил попробовать написать о том, что он узнал, в попытке исправить некоторые неправильные представления и немного нетрадиционно использовать свою будущую степень.

Последние сообщения Cristian Puscasu (посмотреть все)

7.1: Каталитические нейтрализаторы — Химия LibreTexts

  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF
  • Идентификатор страницы
    1381
  • Каталитический нейтрализатор — это устройство, используемое для уменьшения выбросов от двигателя внутреннего сгорания (используется в большинстве современных автомобилей и транспортных средств).

    Недостаточно кислорода для полного окисления углеродного топлива в этих двигателях до углекислого газа и воды; при этом образуются токсичные побочные продукты. Каталитические нейтрализаторы используются в выхлопных системах, чтобы обеспечить место для окисления и восстановления токсичных побочных продуктов (таких как оксиды азота, монооксид углерода и углеводороды) топлива в менее опасные вещества, такие как двуокись углерода, водяной пар и газообразный азот.

    Введение

    Каталитические нейтрализаторы были впервые широко представлены в автомобилях американского производства в 1975 году в соответствии с правилами EPA по сокращению токсичных выбросов. Закон США о чистом воздухе требовал снижения выбросов всех новых моделей автомобилей после 1975 года на 75%, причем это снижение должно было осуществляться с использованием каталитических нейтрализаторов. Без каталитических нейтрализаторов транспортные средства выделяют углеводороды, окись углерода и окись азота. Эти газы являются крупнейшим источником приземного озона, который вызывает смог и вреден для жизни растений. Каталитические нейтрализаторы также можно найти в генераторах, автобусах, грузовиках и поездах — почти все с двигателем внутреннего сгорания имеют каталитический нейтрализатор, прикрепленный к его выхлопной системе.

    Каталитический нейтрализатор — это простое устройство, использующее основные окислительно-восстановительные реакции для уменьшения выбросов загрязняющих веществ, производимых автомобилем. Он преобразует около 98% вредных паров, производимых двигателем автомобиля, в менее вредные газы. Он состоит из металлического корпуса с керамической сотовой внутренней частью с изолирующими слоями. Эта сотовая внутренняя часть имеет каналы с тонкими стенками, покрытые слоем оксида алюминия. Это покрытие является пористым и увеличивает площадь поверхности, что позволяет протекать большему количеству реакций и содержит драгоценные металлы, такие как платина, родий и палладий. Не более 4-9граммов этих драгоценных металлов используются в одном конвертере.

    Конвертер использует простые реакции окисления и восстановления для преобразования нежелательных паров. Напомним, что окисление — это потеря электронов, а восстановление — это приобретение электронов. Упомянутые ранее драгоценные металлы способствуют переносу электронов и, в свою очередь, преобразованию ядовитых паров.

    Последняя секция преобразователя управляет системой впрыска топлива. Этой системе управления помогает датчик кислорода, который отслеживает, сколько кислорода содержится в потоке выхлопных газов, и, в свою очередь, сообщает компьютеру двигателя, чтобы отрегулировать соотношение воздух-топливо, поддерживая работу каталитического нейтрализатора в стехиометрической точке и около 100%. эффективность.

    Функции

    Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор одновременно выполняет три функции:

    1. Восстановление оксидов азота до элементарного азота и кислорода: \[NO_x \rightarrow N_x + O_x \nonumber \]
    2. Окисление окиси углерода до двуокиси углерода: \[CO + O_2 \rightarrow CO_2 \nonumber \]
    3. Окисление углеводородов в углекислый газ и воду: \[C_xH_{4x} + 2xO_2 \rightarrow xCO_2 + 2xH_2O \nonumber \]

    Существует два типа «систем», работающих в каталитическом нейтрализаторе: «бедная» и «богатая». Когда система работает на обедненной смеси, кислорода больше, чем требуется, поэтому реакции благоприятствуют окислению монооксида углерода и углеводородов (за счет восстановления оксидов азота). Наоборот, когда система работает «на обогащении», топлива больше, чем необходимо, и реакции благоприятствуют восстановлению оксидов азота до элементарного азота и кислорода (за счет двух реакций окисления). При постоянном дисбалансе реакций система никогда не достигает 100% эффективности.

    Примечание: нейтрализаторы могут сохранять «лишний» кислород в потоке выхлопных газов для последующего использования. Это хранилище обычно возникает, когда система работает с минимальными затратами; газ выпускается, когда в выхлопном потоке не хватает кислорода. Высвобожденный кислород компенсирует недостаток кислорода, полученного в результате восстановления NO

    x , или при резком ускорении, когда система соотношения воздух-топливо становится обогащенной быстрее, чем каталитический нейтрализатор может к этому приспособиться. Кроме того, высвобождение запасенного кислорода стимулирует процессы окисления СО и С9.0183 x В 4x ​.

    Опасность загрязняющих веществ

    Без окислительно-восстановительного процесса для фильтрации и преобразования оксидов азота, монооксидов углерода и углеводородов качество воздуха (особенно в крупных городах) становится вредным для человека.

    Оксиды азота: Эти соединения относятся к тому же семейству, что и диоксид азота, азотная кислота, оксид азота, нитраты и оксид азота. Когда NO x выбрасывается в воздух, он реагирует, стимулируя солнечный свет, с органическими соединениями в воздухе; результат — смог. Смог является загрязняющим веществом и оказывает неблагоприятное воздействие на легкие детей. № x реагирует с диоксидом серы, образуя кислотные дожди, которые очень разрушительны для всего, на что выпадают. Кислотные дожди разъедают автомобили, растения, здания, национальные памятники и загрязняют озера и ручьи до кислотности, непригодной для рыб. NO x также может связываться с озоном, создавая биологические мутации (такие как смог) и уменьшая пропускание света.

    Оксид углерода: Это вредный вариант природного газа CO 2 . Этот газ без запаха и цвета не имеет многих полезных функций в повседневных процессах.

    Углеводороды: Вдыхание углеводородов из бензина, бытовых чистящих средств, пропеллентов, керосина и других видов топлива может быть смертельным для детей. Дальнейшие осложнения включают нарушения центральной нервной системы и сердечно-сосудистые проблемы.

    Каталитическое ингибирование и разрушение

    Катализатор представляет собой чувствительное устройство с внутренним покрытием из драгоценных металлов. Без этих металлов окислительно-восстановительные реакции не могут протекать. Есть несколько веществ и химических веществ, которые ингибируют работу каталитического нейтрализатора.

    1. Свинец: Большинство автомобилей работают на неэтилированном бензине, в котором из топлива удален весь свинец.
      Однако, если свинец добавляется в топливо и сжигается, он оставляет остаток, который покрывает каталитические металлы (Pt, Rh, Pd и Au) и предотвращает контакт с выхлопными газами, что необходимо для проведения необходимых окислительно-восстановительных реакций.
    2. Марганец и кремний: Марганец в основном содержится в металлоорганическом соединении ММТ (метилциклопентадиенил марганца трикарбонил). ММТ представляет собой соединение, используемое в 1990, чтобы увеличить октановое число топлива (более высокое октановое число указывает на то, что газ с меньшей вероятностью воспламеняется, вызывая взрыв двигателя. Это важно, поскольку двигатели с более высокими характеристиками имеют высокую степень сжатия, для чего потребуется газ с более высоким октановым числом для дополнения степени сжатия в двигателе), и в настоящее время запрещен к коммерческой продаже в соответствии с правилами EPA. Кремний может просачиваться из камеры сгорания в поток выхлопных газов охлаждающей жидкости внутри двигателя.

    Эти загрязняющие вещества препятствуют нормальной работе каталитического нейтрализатора. Однако этот процесс можно было бы обратить вспять, запустив двигатель при высокой температуре, чтобы увеличить поток горячих выхлопных газов через нейтрализатор, плавя или сжижая некоторые загрязняющие вещества и удаляя их из выхлопной трубы. Этот процесс не работает, если металл покрыт свинцом, поскольку свинец имеет высокую температуру кипения. Если отравление свинцом достаточно сильное, весь преобразователь приходит в негодность и подлежит замене.

    Термодинамика каталитических нейтрализаторов

    Напомним, что термодинамика предсказывает, будет ли реакция или процесс самопроизвольным при определенных условиях, но не скорость процесса. Приведенные ниже окислительно-восстановительные реакции протекают медленно без катализатора; даже если процессы термодинамически благоприятны, они не могут происходить без соответствующей энергии. Эта энергия представляет собой энергию активации (\(E_a\) на рисунке ниже), необходимую для преодоления начального энергетического барьера, препятствующего реакции.

    Катализатор способствует термодинамическому процессу, снижая энергию активации; катализатор сам по себе не производит продукта, но влияет на количество и скорость образования продуктов.

    1. Восстановление оксидов азота в элементарный азот и кислород: \[NO_x \rightarrow N_x + O_x \nonumber \]
    2. Окисление монооксида углерода до диоксида углерода. \[CO + O_2 \rightarrow CO_2 \номер \]
    3. Окисление углеводородов до углекислого газа и воды. \[C_xH_{4x} + 2xO_2 \rightarrow xCO_2 + 2xH_2O \не число \]

    Кража каталитического нейтрализатора

    Из-за наличия драгоценных металлов в покрытии внутренней керамической структуры многие каталитические нейтрализаторы становятся объектами кражи. Преобразователь является наиболее легкодоступным компонентом, поскольку он находится снаружи и под автомобилем. Вор мог легко пролезть под машину, перепилить соединительные трубки на каждом конце и уйти с каталитическим нейтрализатором. В зависимости от типа и количества драгоценных металлов внутри каталитический нейтрализатор можно легко продать за 200 долларов за штуку.

    Глобальное потепление

    Хотя каталитический нейтрализатор помогает уменьшить выбросы токсичных веществ из автомобильных двигателей, он также оказывает вредное воздействие на окружающую среду. При конверсии углеводородов и монооксида углерода образуется диоксид углерода. Углекислый газ является одним из наиболее распространенных парниковых газов и вносит значительный вклад в глобальное потепление. Наряду с углекислым газом преобразователи иногда перегруппировывают азотно-кислородные соединения с образованием закиси азота. Это то же соединение, которое используется в веселящем газе и в качестве усилителя скорости в автомобилях. В качестве парникового газа закись азота в 300 раз более эффективна, чем двуокись углерода, и вносит пропорциональный вклад в глобальное потепление.

    Ссылки

    1. Тимберлейк, Карен С. Химия: введение в общую, органическую и биологическую химию . 10-е изд. Река Аппер-Сэдл: Высшее образование Прентис-Холла, 2008 г.
    2. .
    3. Петруччи, Ральф Х., Уильям С. Харвуд и Джефф Э. Херринг. Общая химия : принципы и современные приложения . 9-е изд. Река Аппер-Сэдл: Прентис-Холл, 2006. d Биологическая химия . 10-е изд. Тимберлейк, Карен С. Химия: введение в общие, органические и биологические химические вещества

    Проблемы

    1. Какова потенциальная опасность токсичных веществ, выбрасываемых автомобилем без каталитического нейтрализатора?
    2. Какие 3 окислительно-восстановительные реакции происходят в трехкомпонентном каталитическом нейтрализаторе?
    3. Каталитический нейтрализатор работает со 100% эффективностью? Почему или почему нет?
    4. Как можно повредить каталитические нейтрализаторы или использовать их не по назначению?
    5. Почему каталитические нейтрализаторы становятся объектом кражи?Что такое

    7.1: Каталитические нейтрализаторы распространяется по лицензии CC BY-NC-SA 4.